ENGENHARIA AGRONÔMICA HIDROLOGIA. Bacias Hidrográficas. Prof. Miguel Toledo del Pino, Eng. Agrícola Dr. 2018

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1 ENGENHARIA AGRONÔMICA HIDROLOGIA Bacias Hidrográficas Prof. Miguel Toledo del Pino, Eng. Agrícola Dr INTRODUÇÃO O ciclo hidrológico é normalmente estudado com maior interesse na fase terrestre, onde o elemento fundamental de análise é a Bacia Hidrográfica. A Bacia Hidrográfica é utilizada como unidade de planejamento para os estudos hidrológicos.

2 . INTRODUÇÃO A bacia hidrográfica é uma área de captação natural da água da precipitação que faz convergir os escoamentos para um único ponto de saída, seu exutório. Compõe-se basicamente de um conjunto de superfícies vertentes e de uma rede de drenagem formada por cursos de água que confluem até resultar um leito único no exutório.. INTRODUÇÃO Exemplo de Bacia Hidrográfica VISTA ÁREA DE UMA BACIA HIDROGRÁFICA 2

3 . INTRODUÇÃO A discussão das características físicas e funcionais das bacias hidrográficas tem a finalidade o conhecimento dos diversos fatores que determinam a natureza da descarga de um rio. Como exemplo, o estudo de vazão, que permite fazer extrapolações em função de fenômenos passados e aproveitamento dos recurso hídricos de forma mais racional.. INTRODUÇÃO De modo geral, subdividimos grandes bacias em unidades menores para fins práticos de trabalho. As sub-áreas ou bacias tributárias são definidas por divisores internos, o mesmo para a bacia principal. 3

4 . INTRODUÇÃO A utilização de características físicas das bacias pode ser resumida em três utilidades básicas: Observações passadas ou criação de cenários futuros. Transposição de dados entre bacias vizinhas. Criação de fórmulas empíricas para generalizações regionais..2 DIVISORES A bacia hidrográfica é necessariamente contornada por um divisor, em que divide as precipitações que caem em bacias vizinhas e que encaminha o escoamento superficial resultante para um ou outro sistema fluvial. 4

5 .2 DIVISORES São divididos em dois tipos: Divisor topográfico: condicionado pela topografia Divisor de águas freático: determinado pela estrutura geológica dos terrenos, sendo muitas vezes influenciado pela topografia. O divisor freático estabelece os limites dos reservatórios de água subterrânea de onde é derivado o deflúvio básico da bacia..2 DIVISORES DIVISOR TOPOGRÁFICO DIVISOR FREÁTICO LENÇOL FREÁTICO NA CHUVA LENÇOL FREÁTICO NA ESTIAGEM (SECAS) RIO X CURSO D'ÁGUA INTERMINTENTE RIO Y ROCHA IMPERMEÁVEL RIO Z ROCHA IMPERMEÁVEL CORTE TRANSVERSAL DE UMA BACIA 5

6 .3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Área de drenagem: Área plana definida pela projeção horizontal do divisor de águas. A área multiplicado pela lâmina da chuva define o volume de água recebido pela bacia..3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Área de drenagem: Determinada pela planta topográfica e de altimetria, traçando-se a linha divisória que passa pelos pontos de maior cota. Pode ser utilizado planímetro, métodos geométricos de determinação de área ou utilizando recursos computacionais como o SIG ou AutoCAD, quando se tem a planta digitalizada. 6

7 .3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS As grandes bacias hidrográficas, em geral, apresentam forma de leque ou de pêra, ao passo que as pequenas bacias apresentam formas das mais variadas, em função da sua estrutura geológica. A forma da bacia influencia no escoamento superficial e, consequentemente, o hidrograma resultante de uma determinada chuva. Índices para caracterizar a forma da bacia: coeficiente de compacidade, fator de forma e o índice de conformação..3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Coeficiente de Compacidade kc: relação entre o perímetro da bacia e o perímetro de um círculo de área igual à da bacia, sendo, portanto, adimensional. Em que: P BH é o perímetro da bacia hidrográfica (km); A BH área da bacia hidrográfica (km 2 ). 7

8 .3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Coeficiente de Compacidade kc: quanto mais próximo de um círculo uma bacia se assemelhar, MAIOR será a sua capacidade de proporcionar grandes cheias. Isto ocorre porque há conversão do escoamento superficial, ao mesmo tempo, para um trecho pequeno do rio principal, havendo acúmulo do fluxo..3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Coeficiente de Compacidade kc: Quanto mais próximo da unidade for este coeficiente, mais a bacia se assemelha a um círculo. Assim, pode-se resumi-lo da seguinte forma:,00,25 = alta propensão à grandes enchentes,25,50 = tendência mediana a grandes enchentes >,50 = bacia não sujeita a grandes enchentes 8

9 .3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Fator de forma kf (índice de Gravelius): razão entre a largura média da bacia e o seu comprimento axial. O comprimento axial é medido da saída da bacia até seu ponto mais remoto, seguindo-se as grandes curvas do rio principal. _ Em que: L é largura média (km); L axbh é o comprimento axial da bacia (km)..3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Fator de forma kf (índice de Gravelius): o ) Para medir o comprimento axial, traça-se uma linha a partir da saída da bacia (exutório) até seu ponto mais remoto, seguindo-se as grandes curvas do rio principal; L ax 9

10 .3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Fator de forma kf (índice de Gravelius): 2 o ) Contorna-se a bacia hidrográfica por linhas formando um polígono; 3 o ) A largura média é obtida dividindo-se a área da bacia em faixas perpendiculares, em que o polígono formado pela união dos pontos extremos dessas perpendiculares se aproxime da forma da bacia real..3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Fator de forma kf (índice de Gravelius): L n O fator de forma pode assumir os seguintes valores: L L 2 L 3,00 0,75 = sujeito a enchentes 0,75 0,50 = tendência mediana < 0,50 = não sujeito a enchentes 0

11 .3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Índice de conformação Ic: compara a área da bacia com a área do quadrado de lado igual ao comprimento axial. Quanto mais próximo de (um) o valor de Ic, ou seja, quanto mais a forma da bacia se aproximar da forma do quadrado do seu comprimento axial, maior a potencialidade de produção de picos de cheia. A Ic L BH 2 ax Em que: A BH é a área da bacia (km 2 )..3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Índice de conformação Ic:

12 EXEMPLO Exemplo. Calcular os coeficientes ligados a forma de uma bacia cujo perímetro é,3 km, área de 800 ha e comprimento axial de 4,5 km. Foram determinados 7 valores de largura ao longo da bacia, iguais a,5 km, 2,6 km, 3,5 km, 4,5 km, 4,3 km, 2,8 km e, km..3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Sistema de drenagem: Constituída por um curso d água principal e seus tributários; está associada à eficiência de drenagem da área da bacia e à potencialidade para formar picos elevados de enchente. Podem ser classificados em: Perenes: contém água no cursos d água durante todo o tempo, mesmo nas secas mais severas. Intermitentes: os cursos d água escoam durante as estações de chuvas e secam nas de estiagem. Efêmeros: os cursos d água existem apenas durante ou imediatamente após os períodos de precipitação e só transportam escoamento superficial. 2

13 .3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Sistema de drenagem: Ordem dos cursos d água método de Strahler (964) Cursos d água de a Ordem: são todos os canais sem tributários, mesmo que corresponda à nascente dos cursos d água principais; Cursos d água de 2 a Ordem: são formados pela união de 2 ou mais cursos de a ordem, podendo ter afluentes de a ; Cursos d água de 3a Ordem: são formados pela união de 2 ou mais cursos de 2 a ordem, podendo receber cursos d água de 2 a e a Ordens..3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Sistema de drenagem: RESUMO: são consideradas de primeira ordem os pequenos canais que não tenham tributários; quando dois canais de primeira ordem se unem é formado um segmento de segunda ordem; a junção de dois rios de segunda ordem dá lugar à formação de um rio de terceira ordem e, assim, sucessivamente: dois rios de ordem n dão lugar a um rio de ordem n +. 3

14 .3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Sistema de drenagem: Classificação Strahler Ordem Ordem 2 Ordem 3 Ordem CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Densidade de Drenagem: Reflete as condições topográficas, pedológicas, hidrológicas e de vegetação da bacia. É a relação entre o comprimento total dos canais (tributários e curso d água principal) e a área da Bacia Hidrográfica (A BH ). Lcanais Dd Curso Pr incipal A BH 4

15 .3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Densidade de drenagem - Dd: Classificação: Baixa densidade: 5 km km -2 Média densidade: 5 a 3 km km -2 Alta densidade: > 3 km km -2.3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Sinuosidade do curso d água - Sin: É a relação entre o comprimento do rio principal (L CP ) e o comprimento de um talvegue (L T ). É um fator controlador da velocidade do escoamento. 5

16 .3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Declividade do curso d água principal S (%) Importante para o manejo de bacias porque influencia diretamente na velocidade de escoamento da água na calha da bacia e consequentemente, no tempo de concentração. Existem 3 métodos de determinação: cálculo direto em função da diferença de nível entre 2 pontos extremos; cálculo aproximado em função da área de um triângulo de área igual ao perfil e método da média harmônica ponderada..3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Declividade do curso d água principal S (%) o ) Cálculo direto com base na diferença entre cotas da nascente e o da secção de controle (h): S h L % 00 6

17 .3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Declividade do curso d água principal S (%) 2 o ) Cálculo com base na altura de um triângulo de área igual à área sob o perfil do curso d água principal. S 2 h2 L % 00.3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Declividade do curso d água principal S (%) 3 o ) Baseado na média harmônica ponderada da raiz quadrada das declividades dos diversos trechos retilíneos, tomando se como peso a extensão de cada trecho. S 3 Li L i S i 2 Si D i dni Di L i -dn i :diferença de cotas entre um trecho e outro -L i :comprimento do trecho -D i :declividade do trecho 7

18 .3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Declividade do curso d água principal S (%) EXERCÍCIO: Fazer um estudo da forma e da rede de drenagem de uma bacia hidrográfica cujas características fisiográficas (rede de drenagem e curvas de nível) estão esquematizadas abaixo. Dados:. A BH = 8,5 km² _ P BH = 5 km L = 3,9 km L ax BH = 5,5 km 8

19 .3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Declividade média da Bacia Hidrográfica I: Parâmetro importante uma vez que está diretamente associada ao tempo de concentração e de duração do escoamento superficial e da precipitação nos leitos dos cursos d água D: equidistância entre as curvas de nível [m] CN i : somatório dos comprimentos das curvas de nível [m] A BH : área da bacia hidrográfica [m²].3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Elevação média da bacia hidrográfica E: Representa a cota média da bacia hidrográfica e i : elevação média entre as curvas de nível [m] a i : área entre as curvas de nível [km² ou ha ou m²] A BH : área da bacia hidrográfica [km² ou ha ou m²] 9