hidrologia e recursos hídricos 2016 / 2017 - técnico lisboa · trabalho prático 1...

Trabalho Prático 1

CARATERIZAÇÃO GEOMORFOLÓGICA DE UMA BACIA

HIDROGRÁFICA.

CARACTERIZAÇÃO HIDROLÓGICA GERAL.

Hidrologia e Recursos Hídricos

2016 / 2017

Planeamento

• Semana 1: Parte 1.1

– Organização de grupos.

– Georeferenciação do mapa;

– Identificação da bacia hidrográfica

– Delimitação da bacia hidrográfica

• Semana 2 – Parte 1.2

– Cálculo da área e perímetro

– Cálculo do índice de Gravelius

– Digitalização das curvas de nível

– Cálculo das curvas hipsométricas

• Semana 3 – Parte 1.3

– Digitalização da rede hidrográfica

– Desenho dos perfis de cursos de água;

– Cálculo de declives do curso de água

principal;

– Classificação da rede hidrográfica;

– Cálculo da rácio de bifurcação e do

comprimento da encosta.

Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos, 2016/17: @Rodrigo Proença de Oliveira 2016 222-02-2017

• Semana 4: Parte 2.1 e Parte 2.2

– Consulta dos mapas do Atlas do

Ambiente para determinação da

precipitação anual média, da

evapotranspiração anual média e do

escoamento anual médio;

– Seleção de postos udométricos e

obtenção dos registos de

precipitação anual;

– Cálculo dos polígonos de Thiessen e

determinação da precipitação anual

media.

• Semana 5: Parte 2.2 e Parte 2.3

– Determinação das isoietas e

determinação da precipitação anual

média;

– Identificação do posto udométrico

com registos de precipitação diária

máxima anual e obtenção desses

registos.

Indicações para o relatório

• Relatório deve ser entregue em papel;

• A capa deve indicar o turno e os elementos do grupo (número e nome);

• O texto deve estar bem estruturado e deve ser objectivo, conciso e

rigoroso;

• Os resultados e os cálculos devem ser apresentados de forma clara,

organizados, sempre que possível, em figuras e quadros;

• Os resultados devem ser objecto de comentário, sempre que adequado;

• Os resultados devem ser enquadrados pelo texto; incluam referências às

cartas e gráficos no corpo do texto;

• As cartas e gráficos devem ser bem legíveis;

• As cartas devem ter título, escala, orientação geográfica e legenda;

• Os gráficos devem ter título e ter indicado as variáveis de cada eixo e

respectivas unidades;

• Todos os valores numéricos devem ter as suas unidades explicitadas. O

número de casas decimais deve ser o adequado.


Identificação e delimitação

da bacia hidrográfica

Semana 1 – Parte 1.1

Carregamento e georeferenciação do mapa

Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos, 2016/17: @Rodrigo Proença de Oliveira 2016 5

• Check folder

\\alicerce\aulas\hrh\50k

• Files for each map (Série IGOE

M7810: 50:000)

– Image: *.tif

– Auxiliar: *.rrd

– Coordinates from the 4 corners: *.tab

– Coordinates from UL corner: *.tfw

• Autocad

– É necessário inserir as coordenadas LL

Canto inf. esquerdo

– É necessário indicar a escala

UL

Xa,Yb

LL

Xa,Ya

LR

Xb,Ya

UR

Xb,Yb

The tab file:

22-02-2017

Ficheiro tab: coordenadas LL (Lower Left Corner)


Preparar Autocad:

Show Menu Bar

Inserir e georeferenciar a carta no Autocad

• Abrir Autocad 2016

• Show Menu Bar

• Guardar ficheiro dwg

• Insert > Raster OU Attach

• Seleccionar Relative Path

• Em metros:

– X = x do LL (em m)

– Y = y do LL (em m)

– Scale = 50

• View –> Zoom -> Extents

• Verificar as coordenadas dos quatro cantos.


‐ Alternativa em kms:

• X = x do LL (em km)

• Y = y do LL (em km)

• Scale = 0.05

Coord LL

Escala

Autocad: Comandos úteis

• Visualizar a espessura da linha:

– Format > Lineweight > Display Line Weight

– Format > Lineweight > Seleccionar espessura

• Definir cor da linha

– Format > color

• Calcular a área e o perímetro de polígonos:

– Comando area

• Calcular o comprimento de linhas


Selecção e definição da bacia hidrográfica

• Selecionem uma secção de um curso de água que defina

uma bacia hidrográfica com cerca de 80 km2:

– Área da bacia: cerca de 80 km2

– Cada quadricula da carta: 1 km x 1km

• Passos:

– Identificar secção

– Traçar o limite da bacia de forma grosseira

– Estimar a área por contagem de quadriculas e

confirmar que a área ronda os 80 km2

– Traçar o limite da bacia de forma rigorosa

– Medir a área e perímetro

– Adoçar o perímetro e medi-lo de novoHidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos, 2016/17: @Rodrigo Proença de Oliveira 2016 922-02-2017

Limites da bacia hidrográfica


Identificação e localização da bacia hidrográfica

• Identificação da bacia hidrográfica

– Curso de água

– Secção de referência

• Localização da bacia hidrográfica

– Região hidrográfica

– Bacia hidrográfica principal

– Distritos, concelhos e freguesias que abrange

Recursos:

http://mapas.dgterritorio.pt/viewer/index.html

http:// www.snirh.pt >> Grandes números >> Galeria de imagens


Caracterização

geomorfológica da bacia

hidrográfica


Factores que influenciam a resposta de uma bacia

• Área ou dimensão

• Forma

• Relevo, orografia, hipsometria

• Hidrografia ou rede hidrográfica

• Geologia e tipo de solo

• Uso do solo e coberto vegetal

• Clima e meteorologia


Rapidez da resposta

Repartição entre escoamento

superficial e infiltração

Magnitude da grandezas em jogo

Rapidez da resposta

Ação sobre a bacia

Forma da bacia hidrográfica


Nilo

Mississipi

Amazonas

Danubio

Percursos mais curtos

Tempos de escoamento menores

Menor tempo de resposta

Percursos mais longos

Maiores tempos de escoamento

Menor tempo de resposta

Bacia compacta

Bacia alongada

22-02-2017

Caracterização da forma

• Há muitos indicadores (muitos em desuso)

• Indice de compacidade de Gravelius (Kc)

– Razão entre o perimetro da bacia hidrográfica e o perímetro de

uma hipotética bacia hidrográfica com forma circular e com a

mesma área

– Bacia circular: Kc = 1

– Bacia quadrada:


A

P

P

PKc

2' A A

AP 2'P

128,12

2

4

LL

LKc

22-02-2017

Comprimento do perímetro

• Qual é o comprimento de uma linha irregular?

– Depende da resolução de análise


Hipsometria

• Altitude máxima

• Altitude mínima

• Altitude mediana = corresponde a 50% da área.

• Altitude média = Vol. abaixo da superficie do terreno / Área da bacia

• Altura média = Altitude média - Altitude mínima

• Curva hipsométrica


Área (km2)

Altitude (m)

Altitude média

Altitude

máxima

Altitude

mínima

Área da

bacia

Altura média

22-02-2017

Hipsometria

• Altitude máxima: Z5

• Altitude mínima: Z0

• Altitude média = Vol. abaixo da superficie do

terreno / Área da bacia

• Altitude mediana = Altitude correspondente a

50% da área.

• Altura média = Altitude média - Altitude mínima


Zo = Zmin

Z1

Z2

Z3

Z4

Z5 = Zmax

A’1

A’2

A’3

A’4

A’0

1

0

'

12

11 n

i

iii

t

med AzzA

Z

Cota (m) Área acima da cota (km2)

Z5 0

Z4 A4 = A’4

Z3 A3 = A’4+A’3

Z2 A2 = A’4+A’3+A’2

Z1 A1 = A’4+A’3+A’2+A’1

Z0 A0 = A’4+A’3+A’2+A’1+A’0=Abacia

minZZh medmed

22-02-2017

Curva hipsométrica


Área acima da

cota (km2)

Altitude/Cota (m)

Altitude média

Z5 = Altitude

máxima

Z0 = Altitude

mínima

Área da

bacia

Altura média

50% da área

da bacia

Altitude mediana

Z1

Z2

Z3

Z4

A1A2A3A4

22-02-2017

Curva hipsométrica: Procedimentos

• Na elaboração do trabalho, a curva hipsométrica deve ser

calculada a partir de cerca de 10 curvas de nível;

• Seleccionar as cotas das curvas de nível a digitalizar de

modo a serem:

– aproximadamente equidistantes na horizontal no troço intermédio

(correspondem a áreas iguais);

– mais próximas para as cotas mais baixas e para as cotas mais

elevadas, para poder representar com rigor essas zonas da curva

hipsométrica, onde é expectável que a derivada da curva seja mais

elevada.


Área (km2)

Altitude (m)

Altitude

máxima

Altitude

mínima

Área da

bacia

22-02-2017

Curva hipsométrica adimensional


A/Abacia x 100

(%)

Cota (m)

Curvas Hipsométricas

adimensionais

Jovem

Antiga

Intermédia

100

Vale fluvial jovem

Vale fluvial antigo

Caracterização da rede

hidrográfica


Perfil longitudinal de um curso de água


Cota (m) Distancia à secção (km)

Z5 X4 = X’5+X’4+X’3+X’2+X’1

Z4 X4 = X’4+X’3+X’2+X’1

Z3 X3 = X’3+X’2+X’1

Z2 X2 = X’2+X’1

Z1 X1 = X’1

Z0 X0 = 0

22-02-2017

Zo = Zmin

Z1

Z2

Z3

Z4

Z5

X’2

X’3

X’4

X’5

X’1

Zmax

Perfil longitudinal de um curso de água


A

B

C

D

Linha de água 1

Linha de água 2

Linha de água 3

LB

ZB=ZF

ZC=ZE

E

F

Altitude

(m)

Desenvolvimento

(m)

Linha de água 1

Linha de água 2Linha de água 3

ZA

LA

ZC=ZE

LB LC

ZB=ZF

ZD

LDLELF

22-02-2017

Indicadores de declive de um curso de água

• Declive médio:

• Declive equivalente do leito:

• Declive 10, 85:

Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos, 2016/17: @Rodrigo Proença de Oliveira 2016

Altitude

(m)

Desenvolvimento

(m)

Altitude

(m)

Desenvolvimento

(m)

Altitude

(m)

Desenvolvimento

(m)

A

A

O,1L O,85L L

L

ZZimed

minmax

LZZXZZ eqi

n

i

ii )(2

1)(

2

1min

'

1

1

0

1

min

1

0

'

11)(1

ZXZZL

Zn

i

iiieq

L

ZZi

eq

eq

min

L

ZZi

75.0

108585;10

22-02-2017

Declive equivalente de um curso de água


Zo = Zmin

Z1

Z2

Z3

Z4

Z5 = Zmax

X’1

X’2

X’3

X’4

X’0

22-02-2017

Tipos de redes de drenagem

• Dentrítica

• Radial

• Angular

• Paralela


Hierarquização da rede de drenagem

• Relação de bifurcação

• Relação de bifurcação média


1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

3 22

2

1

2

33

4

Classificação de Strahler(1957) (ou de Horton-Strahler)

11

1

1

1 1

nn

n

u u

ub N

N

NR

1

1,

u

uuub

N

NR

Ordem, u Nu Rel.Bifurc

1 10 2.5

2 4 2.0

3 2 2.0

4 1

Média Geom 2.2

2,2100,20,25,2 1414 bR

Varia geralmente entre 2 a 4

Exemplo:

22-02-2017

STRAHLER

Hierarquização da rede de drenagem


1

1

1

1

1

1

2

2

3

4

4

4

4

4

3

3

2

2

Classificação de Horton (1945)

Critérios de identificação da

linha de água principal

– Área da bacia;

– Comprimento do curso de

água;

– Ângulo de confluência.

22-02-2017

HORTON

Densidade de drenagem

• Densidade de drenagem = Soma dos comprimentos de

todos os cursos de água / Área da bacia:

Valores baixos: bacias hidrográficas de declives suaves; solos impermeáveis e

de baixa erodibilidade.

Valores altos: bacias hidrográficas de declives acentuados, solos permeáveis

e de erodibilidade elevada.

• Dd depende da escala da carta sobre a qual é medida:

– Esc ?? : Valores mundiais: 1 a 100 km/km2

– Esc 1:25’000: Valores em PT: 3 a 5 km/km2

– Esc 1:1’000’000: Média nacional: 0,3 km/km2


A

L

D

n

i

i

d

1

Comprimento médio da escosta

Percurso médio do escoamento

Considere-se uma hipotética bacia hidrográfica quadrada,

com um único curso de água:


L

L

Área = L2

Comprimento da rede de drenagem: L

Densidade de drenagem: Dd = L/L2 = 1/L

Comprimento médio da encosta = L/2 = 1/(2 Dd)

Percurso médio do escoamento sobre o terreno

até um curso de água = L/4 = 1/(4 Dd)

22-02-2017 35Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos, 2016/17: @Rodrigo Proença de Oliveira 2016 22-02-2017

Caracterização climática e

hidrológica

Parte 2.3

Annual water balance

Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos, 2016/17: @Rodrigo Proença de Oliveira 2016

Precipitação Evapotranspiração real Escoamento

40

Gerês: P = 2500 mm; ETR = 800 mm; H = 2500-800 = 1700 mm

Alentejo interior: P = 500 mm; ETR = 400 mm; H = 500-400 = 100 mm22-02-2017

Average annual runoff


Atlas do AmbienteCheck the Environment Atlas maps;

http://sniamb.apambiente.pt/Home/Default.htm

Search for escoamento

http://sniamb.apambiente.pt/Home/Default.htm

Turc formula

Turc (1951; 1954/55)

Dados da Europe, América, África e Java


2L

2P

0,9

2P

D

0,1

2L

2P

3T0,05T25300L

LDPlim

22-02-2017

Regional curves


Cálculo da precipitação anual

média

Parte 2.4

Accesso ao SNIRH

• http://snirh.pt

• Selecionem:

– Dados de base

– Monitorização

– Redes

– Rede meteorológica

– Aplicar filtro

• Utilizem as funções de pesquisa

por bacia e municipio,

verificando o código das estações

e as coordenadas das estações.

• Obtenham as series de tempo.


SNIRH – Sistema Nacional de Informação sobre Recursos Hídricos

National Information System on Water Resources

http://snirh.pt >> Dados de base >> Monitorização >> Redes


http://snirh.pt/

Time series

• Meteorológica

– Temperatura

– Precipitação

– Evaporação

– …

• Hidrométrica

– Nível de água

– Caudal

– Escoamento

– ..

• Qualidade de água

– Oxigénio dissolvido

– CBO

– Azoto

– …..

• Sedimentológica

– Caudal sólido


Precipitação diária máxima anual

Precipitação mensal

Precipitação anual

…..

Temperatura média diária

Temperatura média mensal

….

Redes / Grandezas medidas

Networks / VariablesParâmetros / Parameters

Série de tempo

Time series

Redes de estações

Monitoring network

22-02-2017

Como descrever uma amostra de valores?

• Média

• Variancia

• Desvio padrão

• Coeficiente de variação

• Coeficiente de assimetria:

• Kurtosis


n

P

P

n

i

i 1

1

1

2

2

n

PP

S

n

i

i

P

1

1

2

2

n

PP

SS

n

i

i

PP

P

SCV

p

P

3

1

3

21 P

n

i

i

PSnn

PPn

G

21

13

321

12

1

4

nn

n

S

PP

nnn

nnK

n

i P

iP

22-02-2017

Como descrever uma amostra de valores?


P

SP

GP < 0

P

SP

GP > 0

Média

Variancia,

Desvio padrão

Coeficiente de

assimetria

22-02-2017

Funções de MS Excel

• Para distribuir os valor inseridos numa unica coluna por várias

colunas usar Data > Text to columns;

• Para resolver problemas com os separadores decimais, investigar

Change and Replace.


Descritor Inglês Português

Média AVERAGE ?

Variância VAR ?

Desvio Padrão STDEV ?

Coeficiente de assimetria SKEW ?

Kurtosis KURT ?

22-02-2017

Tabela com as principais estatísticas


Parâmetro Posto A Posto B Posto C Posto D Posto E

N (anos)

Pannual

Média

Desv.Pad.

Coef.Assim.

Precip.

mensal

média

Oct

Nov

...

Parametro Estação T

N (anos)

Temperatura

anual média

Média

Desv.Pad.

Coef.Assim.

Temperatura

média mensal

Oct

Nov

...

Triangulação de Delaunay

• Conjunto de triângulos baseados num conjunto de pontos que não

incluem qualquer ponto no interior das circunferencias que

circuncrevem cada triângulo (Boris Delaunay, 1934);

• Este conjunto de triangulos maximiza o angulo mínimo de todos os

triangulos; são o conjunto de triangulos mais próximo de um

conjunto de triângulos equiláteros.


Verificação da triangulação de Delaunay


Triangulação de Delaunay: Exemplos de ERROS


Erro 1 Erro 2

22-02-2017

Polígonos de Thiesen

• Polígonos de Thiesen – Dado o conjunto

de pontos, cada poligono define a área

mais próxima de um dado ponto;

podem ser usados para definir a área

de influência de cada posto;

• Método:

– Marcar os pontos médios das arestas de cada

triângulo;

– Os lados de cada polígono cruzam

perpendicularmente os lados de cada

triangulo pelo seu ponto médio;

– Os lados encontram-se em pontos comuns de

intersecção.


Cálculo da precipitação ponderada por polígonos de

Thiessen


Posto Área de

influência (km2)

Ai

Peso

wi

Precipitação

(mm)

Pi

Contribuição

(mm)

wi x Pi

1 A1 w1 = A1 / Ab P1 w1 x P1

2 A2 w2 = A2 / Ab P2 w2 x P2

3 A3 w3 = A3 / Ab P3 w3 x P3

… …. …. …. …

n An wn = An / Ab Pn wn x Pn

Soma de

controlo

Ab - Área da bacia

(km2)

1 - Precipitação média

sobre a bacia

22-02-2017

Desenho das isoietas

• Isoieta – Linha de igual

precipitação

• Método:

– Identificar as arestas dos triangulas

de Delaunay que correspondem aos

perfis de maior variação da

precipitação;

– Por interpolação, assinalar nas

arestas dos triângulos de Delaunay

os valores da isoietas a desenhar;

– Unir os pontos por rectas

(opcionalmente pode-se adoçar as

linhas tendo em conta a

hipsometria).


Cálculo da precipitação ponderada pelo método das

isoietas


Isoietas Área

compreendida

(km2)

Ai

Peso

wi

Precipitação

(mm)

Pi

Contribuição

(mm)

wi x Pi

1 – 2 A1 w1 = A1 / Ab P1,2 = (P1+P2) / 2 w1 x P1,2

2 – 3 A2 w2 = A2 / Ab P2,3 = (P2+P3) / 2 w2 x P2,3

3 - 4 A3 w3 = A3 / Ab P3,4 = (P2+P4) / 2 w3 x P3,4

… …. …. …. …

(n-1) – n An wn = An / Ab Pn-1,n = (Pn-1+Pn) / 2 wn x Pn-1,n

Soma de

controlo

An- Área da bacia

(km2)

1 - Precipitação média

sobre a bacia

22-02-2017

hidrologia e recursos hídricos 2016 / 2017 - técnico lisboa · trabalho prático 1...

Documents