Processos Hidrológicos CST 318 / SER 456. Tema 1 Introdução ANO 2015

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1 Processos Hidrológicos CST 318 / SER 456 Tema 1 Introdução ANO 2015 Camilo Daleles Rennó Laura De Simone Borma

2 Aulas 1 Introdução - Camilo 2 Precipitação/Interceptação - Laura 3 Evapotranspiração e transpiração - Laura PROVA (14/07/2015) 4 Fundamentos de física do solo - Camilo 5 Água no solo: conteúdo e potencial - Camilo 6 Armazenamento e distribuição da água no solo - Camilo 7 Hidrologia de vertentes escoamento superficial Camilo PROVA? 8 Hidrometria vazão - Laura 9 Métodos estatísticos aplicados à Hidrologia Camilo 10 Ecohidrologia - Laura EXERCÍCIO

3 Hidrologia Definição: é a ciência que estuda a distribuição, circulação e comportamento da água no sistema terrestre. Também estuda suas propriedades físico-químicas e sua interação com o meio ambiente (biótico e abiótico). Hidrometeorologia estudo da água na atmosfera Oceanografia estudo dos oceanos Limnologia estudo de águas interiores (lagos e reservatórios) Fluviologia estudo de rios e cursos d água Glaciologia - estudo da água na forma de neve e gelo Hidrogeologia estudo das águas subterrâneas

4 Hidrologia e Processos Hidrológicos Aplicações Planejamento, construção e operação de projetos de aproveitamento de recursos hídricos (usinas hidrelétricas, controle de cheias, abastecimento de água, navegação, irrigação, etc.) Entendimento dos impactos das mudanças no uso e ocupação da terra Entendimento dos impactos das mudanças climáticas Alertas de eventos extremos Ecohidrologia Ferramentas Observações - medições in situ e a partir de sensores remotos Modelagem hidrológica várias escalas de entendimento e previsão dos processos

5 Multidisciplinaridade da Hidrologia Precipitação e evaporação - Meteorologia Infiltração e percolação - Ciência dos Solos Água subterrânea - Geologia Escoamento superficial - Geomorfologia Vazão de rios Mecânica de Fluidos Qualidade de água Química/Biologia Abastecimento/Saneamento Engenharia Civil Energia, Irrigação, Navegação, etc...

6 O Ciclo Hidrológico O ciclo hidrológico é um fenômeno global de circulação da água em suas 3 fases: gasosa (vapor), líquida (chuva e escoamento) e sólida (gelo e neve). É um sistema fechado apenas em nível global. Atmosfera Continente Oceano ênfase do curso

7 O Ciclo Hidrológico Global Ciclo Global da Água Nuvens Transporte de vapor Precipitação Nuvens Transpiração Precipitação Percolação Estoque m 3 Fluxos m 3 /ano Evaporação Fluxo de água subterrânea Água subterrânea Evaporação Descarga de Rios Oceano Gelo e Neve

8 Distribuição da Água no Mundo Águas Salinas (outros) 0,9% Água Doce 2,5% Água na Superfície e outros 1,2% Água no Solo 30,1% Atmosfera 3,0% Lagos 20,9% Organismos Vivos 0,26% Rios 0,49% Brejos 2,6% Água Salgada (oceano) 97,0% Geleira e Calotas Polares 68,7% Gelo subterrâneo e Pergelissolo (Permafrost) 69% Umidade do Solo 3,8% Total Água Doce Fonte: Shiklomanov, I. "World fresh water resources" in Gleick, P.H. (editor) Water in Crisis: a gudie to the Worls s Fresh Water Resources Água Doce Superficial

9 Distribuição da Água no Mundo (1) Toda a água do mundo: ~1400 km diâmetro (2) Água doce no solo, lagos, áreas alagáveis e rios: ~270 km diâmetro (3) Água doce em lagos e rios: ~ 56 km - diâmetro

10 Níveis de Detalhamento Escala Local (Pontual) Interações entre a matriz de solo e os macroporos Processos unidimensionais Escala de Vertente Mecanismos de geração de escoamento direto e de base Processos bidimensionais Escala de Bacia Hidrográfica Variação espacial e temporal de processos recarga Processos tridimensionais

11 Componentes do Ciclo Hidrológico chuva Rocha

12 Componentes do Ciclo Hidrológico chuva evaporação Rocha

13 Componentes do Ciclo Hidrológico chuva infiltração Rocha

14 Componentes do Ciclo Hidrológico chuva escoamento superficial Rocha

15 Componentes do Ciclo Hidrológico Zona de Saturação lençol freático Rocha

16 Componentes do Ciclo Hidrológico chuva evaporação (interceptação) infiltração escoamento superficial Zona de Aeração (não saturada) percolação Zona de Saturação lençol freático rocha

17 Componentes do Ciclo Hidrológico gás carbônico fotossíntese água gás carbônico água estômato

18 Componentes do Ciclo Hidrológico chuva transpiração evaporação (interceptação) evapotranspiração evaporação infiltração escoamento superficial Zona de Aeração (não saturada) fluxo ascendente percolação lençol freático Zona de Raízes Zona de Saturação Fluxo de base rocha

19 Modelando um problema...

20 Modelagem O que é um modelo?»é uma representação conceitual/matemática de um fenômeno»tipicamente o modelo irá tratar apenas de alguns aspectos do fenômeno estudado Modelo de Balanço de Água no Solo V = E - S E S V tempo t? tempo t+1

21 Modelagem O que é um modelo?»é uma representação conceitual/matemática de um fenômeno»tipicamente o modelo irá tratar apenas de alguns aspectos do fenômeno estudado Modelo de Balanço de Água no Solo V t+1 = V t + E t+1 S t+1 tempo t tempo t+1

22 Equação do balanço hídrico ΔS = P - ET - D P precipitação ET evapotranspiração D deflúvio ΔS variação do armazenamento (superficial e/ou subterrâneo) Equação do balanço hídrico coloca em evidência as variáveis hidrológicas e meteorológicas mais importantes, as quais são passíveis de medição

23 Modelagem Hidrológica processos ambientais» fenômenos tridimensionais e dinâmicos» variações contínuas no espaço e no tempo» comportamentos não lineares» componentes aleatórios» múltiplas escalas de tempo e espaço Como representar estes processos? >> simplificação <<

24 Modelagem Dois modelos de um mesmo fenômeno deveriam ser iguais?»não necessariamente»cada modelo pode ter um objetivo diferente ou ainda ter diferenças conceituais ou de implementação decorrentes de decisões tomadas durante o desenvolvimento do modelo Modelo de Balanço de Água no Solo chuva quanto? para onde? em quanto tempo?

25 Modelagem Quais as etapas da modelagem?» Caracterizar o sistema na qual o fenômeno se insere» Fazer algumas suposições sobre como os vários componentes funcionam e interagem entre si» Traduzir tudo em equações/procedimentos e num programa de simulação» Determinar os valores de cada parâmetro (medidas reais, valores de referência ou calibração)» Fazer a validação O modelo é bom?» Explica observações passadas? Foi bem calibrado?» Prediz observações futuras? Foi validado?» É generalizável? É robusto? Pode ser aplicado em outros lugares/períodos?» Consegue estimar a incerteza dos resultados? Os resultados são confiáveis?» É simples? Necessita poucos dados de entrada?» É fácil de usar? Tem interface amigável?

26 Modelagem Hidrológica Classificação» determinístico ou estocástico X modelo Y X modelo Y X modelo Y» baseado em processos ou empírico * * * *** **» contínuo ou discreto (no tempo) t t» concentrado ou distribuído (no espaço)» estático ou dinâmico X t+1 = f(x t )

27 Modelagem Hidrológica

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