Ciclo Hidrológico e Balanço Hídrico

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1 Ciclo Hidrológico e Balanço Hídrico de Aquino Lemos Filho Dr. Engenharia de Água e Solo Universidade Federal Rural do Semi-Árido Mossoró, RN Rei Salomão 1000 anos AC (segundo Bíblia): All rivers flow into the sea, yet the sea is never full. To the place the streams come from, there they return again ; Gregos: Primeiros registros de pensamentos sobre a origem das águas dos rios (500 AC) Água dos rios é a água do mar que vem das profundezas da terra; Romanos: Muitas obras hidráulicas mas continuam adotando o pensamento grego sobre o ciclo hidrológico; Idade média: Idéias dos gregos perduraram até +/- século XVI; Renascimento: papel fundamental da chuva! Marcos Vitruvius Pollio (100 AC): Conceitos próximos aos atuais; Da Vinci e Bernard Palissy - Século XV; Ainda apoiando as ideias erradas dos gregos: Keple e Descartes Séculos XVI e XVII; Perrault ( ) e Mariotte: Vazão do Rio Sena = 16 % da precipitação; 1580: Livro em forma de diálogo entre dois personagens: Teoria e Prática : - Teoria argumentava em favor da ideia dos gregos; - Prática argumentava com base na observação, dizendo que a água dos rios vinha da chuva e do derretimento da neve. 1

2 O ciclo hidrológico começou a ficar mais claro nos séculos XVII e XVIII, com o advento da ciência experimental, e das medições; Hidrologia Quantitativa: Década de 1930 (Sherman 193, Horton 1933 e Theiss ) Computadores + Modelos Conceituais de chuva x vazão: Década de 1950 Muitos aspectos ainda permanecem obscuros: papel das florestas; CO; aerossóis; interação oceanos e atmosfera. Eu que sei prever a trajetória dos astros, nada sei dizer sobre o movimento de uma pequena gota de água. Galileo Galilei CICLO HIDROLÓGICO Fenômeno global de circulação fechada da água entre a superfície terrestre e a atmosfera; Impulsionado, fundamentalmente, pela energia solar associada à gravidade e à rotação terrestre; Representa a água em fases distintas e independentes, desde a ocorrência de precipitações até o seu retorno à atmosfera, sob a forma de vapor (evapotranspiração); Estudado com maior interesse em sua fase terrestre, onde o elemento fundamental de análise é a bacia hidrográfica. CICLO HIDROLÓGICO Da energia do sol que atua sobre o sistema terrestre, 36% é utilizada para a evaporação da terra e do mar; A água evaporada para a atmosfera fica em média dez dias na atmosfera; O fluxo sobre a superfície terrestre é positivo, ou seja a precipitação é maior que a evapotranspiração, resultando nas vazões dos rios (Ciclo Global); Nos oceanos o fluxo é negativo, já que ocorre maior evaporação sobre superfícies líquidas do que precipitação.

3 GLOBAL X REGIONAL (LOCAL)??? CICLO HIDROLÓGICO NO SEMIÁRIDO??? Ciclo Global: Ciclo fechado; Recirculação de toda a água; Oceanos: mais evaporação do que precipitação; Continentes: mais precipitação do que evaporação. Ciclo Regional: Ciclo aberto; Parte da água retorna; Parte da água é trazida de fora pela atmosfera; Balanço hídrico. EFEITOS ANTRÓPICOS Alterações produzidas pelo homem sobre o ecossistema pode alterar parte do ciclo hidrológico quanto a quantidade e qualidade da água. 1. A nível global: Emissões de gases para a atmosfera produz aumento no efeito estufa, alterando as condições das emissões da radiação térmica, poluição aérea, etc;. A nível local: obras hidráulicas atua sobre o rios, lagos e oceanos; desmatamento atua sobre o comportamento da bacia hidrográfica; a urbanização também produz alterações localizadas nos processos do ciclo hidrológico terrestre, contaminação das águas, etc. 3

4 EFEITOS ANTRÓPICOS: DESMATAMENTO. EFEITOS ANTRÓPICOS: URBANIZAÇÃO. MODIFICAÇÃO CLIMÁTICA O impacto da emissão de gases pode ser de alteração, além da variabilidade natural das condições de precipitação, evapotranspiração, radiação solar, etc em diferentes partes do globo; Existem a variabilidade natural e a modificação climática, a primeira se refere aos condicionantes sem efeitos antrópicos e o segundo devido aos efeitos antrópicos. O balanço entre entradas e saídas de água em uma bacia hidrográfica é denominado balanço hídrico. A principal entrada de água de uma bacia é a precipitação. A saída de água da bacia pode ocorrer por evapotranspiração e por escoamento. Estas variáveis podem ser medidas com diferentes graus de precisão. O balanço hídrico de uma bacia exige que seja satisfeita a equação: V P E Q t onde V é a variação do volume de água armazenado na bacia (m 3 ); t é o intervalo de tempo considerado (s); P é a precipitação (m 3.s -1 ); E é a evapotranspiração (m 3.s -1 ); e Q é o escoamento (m 3.s -1 ). Em intervalos de tempo longos, como um ano ou mais, a variação de armazenamento pode ser desprezada na maior parte das bacias, e a equação pode ser reescrita em unidades de mm ano -1, o que é feito dividindo os volumes pela área da bacia. P E Q onde P é a precipitação em mm ano -1 ; E é a evapotransipiração em mm ano -1 e Q é o escoamento em mm ano -1. As unidades de mm são mais usuais para a precipitação e para a evapotransipiração. Uma lâmina 1 mm de chuva corresponde a um litro de água distribuído sobre uma área de 1 m. O percentual da chuva que se transforma em escoamento é chamado coeficiente de escoamento de longo prazo e é dado por: Q C P O coeficiente de escoamento tem, teoricamente, valores entre 0 e 1. Na prática os valores vão de 0,05 a 0,5 para a maioria das bacias. 4

5 CONTINENTAL Entrada: Precipitação (P) Saídas: Escoamento (Q) Evapotranspiração (E) MÉDIO NO BRASIL BH NAS PRINCIPAIS BACIAS BRASILEIRAS Região Área Chuva Vazão Evapo Chuva Vazão Evapo Vazão transp. transp. % km m 3 /s m 3 /s m 3 /s mm mm mm Chuva Amazonas - Total Amazonas- Brasil Tocantins Atlântico Norte Atlântico Nordeste São Francisco Atlântico Leste (1) Atlântico Leste () Paraná Paraguai Uruguai Atlântico - Sul

6 EM MOSSORÓ Unidades de medida em hidrologia Área da bacia km² ou ha Precipitação mm Intensidade de precipitação mm/h Evapotranspiração mm Infiltração mm/h Vazão m³/s Lâmina de água 1 mm = 1 L m EXEMPLO 01: Qual seria a vazão de saída de uma bacia completamente impermeável, com área de 60km, sob uma chuva constante à taxa de 10 mm hora -1? Cada mm de chuva sobre a bacia de 60km corresponde a um volume total de m 3 lançados sobre a bacia, o que significa que em uma hora são lançados m 3 de água sobre esta bacia. Como a bacia é impermeável toda a água deve sair pelo exutório a uma vazão constante de 167 m 3.s -1. EXEMPLO 0: EXEMPLO 0: A região da bacia hidrográfica do rio Taquari recebe precipitações médias anuais de 1600 mm. Em Muçum (RS) há um local em que são medidas as vazões deste rio e uma análise de uma série de dados diários ao longo de 30 anos revela que a vazão média do rio é de 340 m 3 s -1. Considerando que a área da bacia neste local é de Km, qual é a evapotranspiração média anual nesta bacia? Qual é o coeficiente de escoamento de longo prazo? O balanço hídrico de longo prazo é dado por: P E Q onde P é a chuva média anual; E é a evapotranspiração média anual e Q é o escoamento médio anual. A vazão média de 340 m 3 s -1 em uma bacia de km corresponde ao escoamento anual de uma lâmina dada por: 3 m s ) ( s ano ) mm / ano).1000( mm m ) A( m ) 6

7 EXEMPLO 0: 3 m s ) ( s ano ) mm / ano).1000( mm m ) A( m ) ou 3 3, mm / ano) m s ) A( km ) mm / ano) , A evapotranspiração é dada por 715mm. ano E P Q mm ano O coeficiente de escoamento de longo prazo é dado por: C Q P ,447-1 Próximo assunto: Bacia Hidrográfica 7