Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos 2009 / Rodrigo Proença de Oliveira

Transcrição

1 Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos 2009 / 2010 Rodrigo Proença de Oliveira

2 Formação e processo de escoamento

3 Ciclo hidrológico Precipitação Precipitação Evapotranspiração Evaporação Intercepção Retenção Água que não se infiltra nem dá origem a escoamento superficial (água interceptada ou retida em depressões do solo) Detenção Água em trânsito Água retida em depressões Infiltração Escoamento superficial (directo) Escoamento sub-superficial ou intermédio Evaporação Recarga Escoamento de base Hidrologia e Recursos Hídricos, Sep-09 3

4 Factores de escoamento CLIMÁTICOS RELATIVOS À PRECIPITAÇ ÃO CONDICIONA NTES DA EVAPOTRANS PIRAÇÃO FORMA INTENSIDAD E DURAÇÃO Espacial DISTRIBUIÇ ÃO Temporal TEMPERATUR A RADIAÇÃO SOLAR VENTO HUMIDADE DO AR PRESSÃO ATMOSFÉRIC A SUPERFÍCIE EVAPORANTE ÁGUA NO SOLO VEGETAÇÃO Espécie Distribuiç ão FISIOGRÁFI COS GEOMÉTRICO S FÍSICOS ÁREA FORMA RELEVO ORIENTAÇÃO REDE GEOLOGIA SOLO COBERTO REDE HIDROGRÁFI CA VEGETAL HIDROGRÁFI CA IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira, Tipo Uso

5 Balanço hidrológico P = H + E + S p + S + S u + E x R P H E S p S S u E x R = Precipitação sobre a bacia; = Escoamento na secção de referência; = Evapotranspiração na bacia; = Variação da retenção e detenção superficiais; = Variação da quantidade de água no solo; = Variação das reservas de água subterrânea; = Quantidade de água extraída pela acção humana; = Quantidade de água lançada na bacia pela acção humana. Défice de escoamento: D = P H IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

6 Simplificações do balanço hidrológico Se forem desprezadas as as quantidades de água movimentadas pela acção humana: E x R = 0 Para um intervalo de tempo longo e supondo desprezáveis, ou compensadas, os vários tipos de armazenamento: S p + S + S u = 0 Logo P = H + E Para um ano hidrológico: P = H + E IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

7 Problema Numa bacia hidrográfica com 100 km 2 de área, para a qual são transferidos de bacia vizinha cerca de 8 hm 3 por mês, a precipitação e o escoamento em determinado ano hidrológico foram de 1000 mm e 1300 mm, respectivamente. Estime em mm o valor da evapo transpiração real nesse ano. Justifique. IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

8 Problema De uma bacia hidrográfica com 100 km 2 de área, pretende-se transferir para bacia vizinha o máximo caudal médio compatível com um escoamento médio de 0,5 m 3 /s na secção de referência da bacia de origem. Sabendo que a precipitação e a evapotranspiração anuais médias na bacia de origem são respectivamente de 1000 mm e 700 mm, estime o máximo caudal médio transferível em m 3 /s. Justifique. IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

9 Problema Os valores anuais médios da precipitação e do défice do escoamento numa bacia hidrográfica com a área de 40 km 2 foram estimados em 1500 e 850 mm, respectivamente. Determine o caudal anual médio na secção de referência da referida bacia em m 3 /s. IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

10 Precipitação

11 Água na atmosfera Reservatório atmosfera: Volume modesto (quando comparado com os restantes): apenas 25 mm em média; Tempo de residência reduzido: ~8 dias. A água encontra-se predominantemente na fase gasosa (vapor de água), sendo deprezável a que se encontra na fase liquida ou sólida nas nuvens.) Enorme variação temporal e espacial: Norte vs Sul Latitude (º) Hem. N (mm) Hem. S (mm) Sobre continentes (23,9 mm); Sobre oceanos (27.5 mm) Em altitude: 50% até 1500 m (850 mb); 90% até 6000 m (500 mb) IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

12 Formação da precipitação Vapor de água existente na atmosfera condensa (passa à fase líquida): Por redução da temperatura do ar; Por redução da pressão do ar (expansão); As gotas de água coalescem em torno de um núcleo com massa suficiente para se precipitar. Tensão de vapor 12,27T e s = 611 exp T e s Tensão de vapor (Pa) T Temperatura do ar (ºC) (Estado líquido) (Vapor de água) IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

13 Precipitação de convecção: Classificação da precipitação Precipitação orográfica: Precipitações ciclónicas ou frontais IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

14 Recordes mundiais de precipitação Recordes mundiais de precipitação Duração Precipitação (mm) Intensidade média (mm h -1 ) Local Data de início 1 min Barot, Guadalupe min Fussen, Baviera min min Curtea-de-Arges, Roménia min h 10min Rockport, h 45min D'Hanis, h 30min Smethport, Pennsylvanea h Belouve, La Réunion h Belouve, La Réunion h 30min Belouve, La Réunion h Foc Foc, La Réunion d Recordes de Precipitação 3 d d d d d Jul mêses Jun mêses Mai mêses Abr mêses Abr mêses Abr mêses Jan ano Ago 1860 P re c ip ita ç ã o (m m ) ; P=50t ; ; ; ; ; ; Duração (min) Recorde Mundial Recorde Português Envolvente 2 anos Jan 1860 IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

15 Recordes mundiais de precipitação Recordes de Precipitação P = 50t Precipitação (mm) ; 20 30; 59 60; ; ; ; ; 299 Recorde Mundial Recorde Português Envolvente Duração (min) IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

16 Medição da precipitação IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

17 Udógrafo de sifão IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

18 Udógrafo de báscula IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

19 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. Hidrologia e Recursos Hídricos, Sep-09 19

20 Verificação da triangulação de Delaunay Hidrologia e Recursos Hídricos, Sep-09 20

21 Triangulação de Delaunay: Exemplos de ERROS Erro 1 Erro 2 Hidrologia e Recursos Hídricos, Sep-09 21

22 Polígonos de Thiesen As arestas de cada polígono cruzam perpendicularmente os lados de cada triangulo pelo seu ponto médio; As arestas encontram-se em pontos comuns de intersecção. Hidrologia e Recursos Hídricos, Sep-09 22

23 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 A 1 w 1 = A 1 / A b P 1 w 1 x P 1 2 A 2 w 2 = A2 / A b P 2 w 2 x P 2 3 A 3 w 3 = A3 / A b P 3 w 3 x P 3... n A n w n = A n / A b P n w n x P n Soma de controlo A b - Área da bacia (km2) 1 - Precipitação média sobre a bacia Hidrologia e Recursos Hídricos, Sep-09 23

24 Desenho das isoietas Hidrologia e Recursos Hídricos, Sep-09 24

25 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 A 1 w 1 = A 1 / A b P 1,2 = (P 1 +P 2 ) / 2 w 1 x P 1,2 2 3 A 2 w 2 = A 2 / A b P 2,3 = (P 2 +P 3 ) / 2 w 2 x P 2,3 3-4 A 3 w 3 = A 3 / A b P 3,4 = (P 2 +P 4 ) / 2 w 3 x P 3,4... (n-1) n A n w n = A n / A b P n-1,n = (P n-1 +P n ) / 2 w n x P n-1,n Soma de controlo A n - Área da bacia (km2) 1 - Precipitação média sobre a bacia Hidrologia e Recursos Hídricos, Sep-09 25

26 Problema O hietograma acumulado de determinada precipitação é representado no seguinte quadro: t (min) P (mm) Determine a máxima intensidade média da precipitação em meia hora. IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

27 Problema A figura abaixo representa um registo diário de um udógrafo de sifão. Sabendo que a escala vertical corresponde a 10 mm de precipitação estime a precipitação nesse dia. IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

28 Problema Em três postos udométricos com áreas de influência de 10, 20 e 30 km 2 sobre determinada bacia hidrográfica registaram-se em dado período de tempo precipitações de 12, 18 e 23 mm, respectivamente. Estime pelo método de Thiessen a precipitação sobre a bacia nesse período de tempo. IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,