1 - Ciclo Hidrológico e Bacia Hidrográfica

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1 1 - Ciclo Hidrológico e Bacia Hidrográfica Nuvem de chuva (vapor condensado) Escoamento superficial Retenção Evaporação e transpiração de plantas e árvores Formação de nuvem (vapor) Radiação solar Infiltração Evaporação do lago Infiltração/ Recarga Zona saturada Água subterrânea

2 Processo hidrológico terrestre CONDENSAÇÃO EVAPOTRANSPIRAÇÃO PRECIPITAÇÃO EVAPORAÇÃO PRECIPITAÇÃO ESCOAMENTO SUPERFICIAL EVAPORAÇÃO DO SOLO EVAPORAÇÃO DA SUPERFÍCIE LÍQUIDA EVAPORAÇÃO DIRETA Fonte: Chaudhry, 2000

3 Interceptação Tucci

4 Escoamento na bacia Q Tucci

5 Escoamento

6 Alterações no ciclo A nível global: Emissões de gases para a atmosfera produz aumento no efeito estufa, alterando as condições das emissões da radiação térmica; A nível local: obras hidráulicas atuam sobre rios, lagos e oceanos; desmatamento; a urbanização. 6

7 Bacia hidrográfica Desprezando natureza do sistema, um balanço hídrico pode ser desenvolvido para uma região hidrologicamente determinada: Limites políticos Limites topográficos Arbitrariamente determinada 1 - Definição de bacia hidrográfica área de captação natural da água da precipitação que faz convergir os escoamentos para um único ponto de saída, seu exutório (Tucci, 1997) Escoamento Superficial Curso d água Divisor da bacia hidrográfica

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9 Divisores: Topográfico e Freático Corte transversal de uma bacia Fonte: Villela & Mattos, 1975 A bacia hidrográfica do escoamento subterrâneo pode ser diferente. O erro pode diminuir com o aumento da bacia ou a escala da informação.

10 (Carvalho & Silva, 2006)

11 Curvas de nível Fonte: Profª Maria Cecília Bonato Brandalize Escala Eqüidistância 1:500 0,5m 1: ,0m 1: ,0m 1: ,0m Escala Eqüidistância 1: ,0m 1: ,0m 1: ,0m 1: ,0m Escala Eqüidistância 1: ,0m 1: ,0m 1: ,0m 1: ,0m

12 Divisor de águas Divisor de águas: linha formada pelo encontro de duas vertentes opostas (pelos cumes) e segundo a qual as águas se dividem para uma e outra destas vertentes. Figura de DOMINGUES (1979). Fonte: Profª Maria Cecília Bonato Brandalize

13 Talvegue Talvegue: linha de encontro de duas vertentes opostas (pela base) e segundo a qual as águas tendem a se acumular formando os rios ou cursos d água. Figura de DOMINGUES (1979). Fonte: Profª Maria Cecília Bonato Brandalize

14 Vale Vale: superfície côncava formada pela reunião de duas vertentes opostas (pela base). As curvas de nível de maior valor envolvem as de menor. Talvegue está associado ao vale Fonte: Profª Maria Cecília Bonato Brandalize

15 Dorso Dorso: superfície convexa formada pela reunião de duas vertentes opostas (pelos cumes). As curvas de nível de menor valor envolvem as de maior. Divisor de águas está associado ao dorso Fonte: Profª Maria Cecília Bonato Brandalize

16 Fonte: Profª Maria Cecília Bonato Brandalize

17 Principais Variáveis Área de drenagem Bacia km² Rio Barigüi 269 Rio Atuba 126 Rio Belém 90 Comprimento do rio principal; Declividade média do rio principal; Densidade de drenagem. Desnível. Finte: Kit de sensibilização sobre rio Kunene - África 17

18 Delimitação de bacias Gráfica ou por Geoprocessamento Cartas topográficas MNT - Modelo Numérico do Terreno TIN Triangulated Irregular Network Manual Automática 18

19 No lugar de mapas: MNT Modelo Numérico do Terreno MNT derivado de mapa por interpolação ou diretamente por sensoriamento remoto e fotogrametria adaptado do original de Francisco Olivera, Ph.D., P.E. Texas A&M University Department of Civil Engineering

20 Direção de fluxo MNT Aspecto Código de direção de fluxo

21 Fill raster Utiliza-se esta ferramenta para preenchimento e correção de possíveis erros no Raster gerado

22 Delimitação automática de bacias MNT Aspecto Bacia Código de direção de fluxo Acúmulos Distância 22

23 Comprimento do rio principal Define-se o rio principal de uma bacia hidrográfica como aquele que drena a maior área no interior da bacia. A medição do comprimento do rio pode ser por: - curvímetro ou - por geoprocessamento; Curvímetro: Mede o comprimento de linhas retas e curvas.

24 2 - Características físicas da bacia hidrográfica Estreita relação Características físicas da bacia hidrográfica Comportamento hidrológico a) Área de drenagem b) Forma da bacia c) Sistema de drenagem d) Características do relevo

25 a) Área de drenagem Área plana (projeção horizontal) inclusa entre seus divisores topográficos. Determinação: a.1 - Planimetria Mapas em papel, escala razoavelmente grandes (1:50.000)

26 Determinação: a.2 Softwares de geoprocessamento Aspecto Modelos numéricos do terreno (resolução espacial) 30m ~ 90m

27 b) Forma da bacia Importante devido tempo de concentração. Tempo de concentração: Tempo que leva a água do ponto mais distante atingir a saída. Tempo que toda a bacia passa a contribuir na seção de estudo. Wilson, 1969, apud Studart, 2006

28 Geralmente: Grandes rios forma de pera ou leque Pequenos rios variam muito, dependendo da estrutura geológica do terreno Índices de forma: Índice de Compacidade Fator de forma

29 Coeficiente de compacidade ou Índice de Gravelius (K c ) Relação entre o perímetro da bacia e a circunferência de um círculo de área igual à da bacia. Observação: Kc = 1 bacia radial Quanto mais irregular for a BH Maior ou menor Kc??? P : Perímetro da BH (km) A Área da BH (km 2 ) Se outros fatores forem iguais e Kc 1 Tendência para enchentes maior ou menor?

30 K c Características da bacia 1 1,25 Bacia com alta propensão a grandes enchentes 1,25 1,50 Bacia com tendência mediana a grandes enchentes > 1,50 Bacia não sujeita a grandes enchentes Bacia do rio do Lobo: A=177,25 km 2 ; P=70 km; Kc =. 1,47

31 Fator de forma (K f ) Relação entre a largura média da bacia e o comprimento axial da bacia. Curso de água mais longo, desde a desembocadura até a cabeceira mais distante. Observação: K f baixo bacia estreita e longa Se outros fatores forem iguais e K f baixo Tendência para enchentes maior ou menor? Bacia longa e estreita: A contribuição dos tributários ocorre em vários pontos ao longo da extensão do rio, logo, não chega toda água ao mesmo tempo na seção em estudo. Menor possibilidade de ocorrer chuvas intensas simultaneamente em toda sua extensão

32 K f Características da bacia 1 0,75 Bacia sujeita a enchentes 0,75 0,50 Bacia com tendência mediana a enchentes < 0,50 Bacia não sujeita a enchentes

33 c) Sistema de Drenagem Constituído por: Rio principal Tributários Estudo das ramificacoes e do desenvolvimento do sistema Indica maior ou menor velocidade com que a água deixa a bacia

34 Ordem dos cursos de água Classificação que reflete o grau de ramificação ou bifurcação dentro de uma BH. Utiliza-se mapa bem detalhado, onde são incluídos todos os canais (pequenos, intermitentes ou efêmeros) Critério de Horton, modificado por Strahler Primeira ordem: Correntes formadores, pequenos canais que não tenham tributários Segunda ordem: Formado por 2 canais de 1ª. ordem n+1 ordem: Formado por 2 canais de n ordem 34

35 Densidade de drenagem (D d ) Identificação do grau de desenvolvimento de um sistema de drenagem Relação entre comprimento total dos cursos de água (efêmeros, intermitentes e perenes) da BH Área L* - comprimento total dos cursos de água (efêmeros, intermitentes e perenes) da BH A Área da BH (km 2 ) Dd Características da bacia Dd 0,5 km/km² Bacias com drenagem pobre 0,5 Dd 1,5 km/km² Bacias com drenagem regular 1,5 Dd 2,5 km/km² Bacias com drenagem boa 2,5 Dd 3,5 km/km² Bacias com drenagem muito boa Dd 3,5 km/km² Bacias excepcionalmente bem drenadas

36 Extensão média do esc. superficial (l) Distância média que a água da chuva teria que escoar sobre o terreno, em linha reta, do ponto onde caiu até o curso de água mais próximo. l 2l 2l L Área do retângulo = área da bacia Lado maior do retângulo = soma de todos os comprimentos dos cursos de água da bacia l = A 4L

37 Sinuosidade do curso de água Sin = L L t L Comprimento do rio principal (projeção ortogonal) L t Distância vetorial entre os pontos extremos do canal principal (comprimento em linha reta) Interpretação: Sin 1 Sin > 2 Canal tende a ser retilíneo Sugerem canais tortuosos Calcule: Bacia L (m) L t (m) Sin Obs ,1 Quase não existe sinuosidade ,3 Canais tendem a ser sinuosos

38 d) Características do relevo Influência: Fatores meteorológicos T, EV, P, etc Ciclo hidrológico Fatores hidrológicos Velocidade de escoamento (declividade do terreno) Velocidade:

39 Declividade da bacia Controla em boa parte a velocidade do escoamento superficial (tempo que leva a água da chuva para concentrar-se nos leitos dos rios que constituem a rede de drenagem) Magnitude dos picos de vazão Maior/Menor oportunidade de infiltração Susceptibilidade à erosão

40 Métodos de determinação: Quadrícula Geoprocessamento Altitude Aspecto 1. Papel transparente com malha quadriculada sobre mapa topográfico 2. Nos nós da malha, vetor orientado ao sentido do escoamento 3. A declividade é o quociente entre a diferença da cota e a distância medida em planta entre as curvas de nível.

41 Curva de Distribuição de Declividade Declividade x Frequência acumulada Intervalo da declividade Declividade em m/m Número de Percentagem Percentagem média do do inferior superior ocorrências do total acumulada intervalo (col.2)x(col.5) 0 0, , ,01 2,49 0,02 0, ,699 32,520 0,03 2,07 0,04 0, ,233 13,821 0,05 1,15 0,06 0, ,065 7,588 0,07 1,05 0,08 0,1 0 0,000 3,523 0,09 0 0,1 0,12 5 1,355 3,523 0,11 0,55 0,12 0,14 3 0,813 2,168 0,13 0,39 0,14 0,16 0 0,000 1,355 0,15 0 0,16 0,18 1 0,271 1,355 0,17 0,17 0,18 0,2 4 1,084 1,084 0,19 0,76 Total ,63 Declividade média = 8,63/369 = 0,023

42 Declividade (m/m) Frequência acumulada (%)

43 Intervalo da Declividade declividade em m/m Número de Percentagem Percentagem média do inferior superior ocorrências do total acumulada intervalo (col.2)x(col.5) 0 0, , ,025 0,4 0,05 0, ,22 78,38 0,075 0,9 0,1 0, ,57 62,16 0,125 1,625 0,15 0, ,51 44,59 0,175 1,75 0,2 0, ,81 31,08 0,225 1,8 0,25 0,3 6 8,11 20,27 0,275 1,65 0,3 0,35 4 5,41 12,16 0,325 1,3 0,35 0,4 2 2,70 6,76 0,375 0,75 0,4 0,45 1 1,35 4,05 0,425 0,425 0,45 0,5 0 0,00 2,70 0, ,5 0,55 0 0,00 2,70 0, ,55 0,6 2 2,70 2,70 0,575 1,15 Total ,75 Declividade média = 11,75/74 = 0,159

44 Declividade (m/m) Frequência acumulada (%)

45 Como é feito no geoprocessamento?

46 Declividade do curso de água principal

47 Método 1: Declividade entre extremos (S 1 ) S 1 = z cabeceira z foz L Método 2: Declividade S Declividade é obtida a partir das altitudes a 10% e 85% do comprimento do rio, comprimento este medido a partir da sua foz.

48 Outros Métodos: S 2 = 2 A p L 2 2 z foz L Declividade equivalente constante (S 3 ) Obtém-se a partir da consideração de que o tempo total de percurso da água no canal natural é igual ao tempo de percurso da água num canal hipotético de declividade constante S 3 S 3 = L 2 Li S i 2

49 Elevação mediana da bacia Representação gráfica do relevo médio da BH Mostra o percentual de área que existe acima ou abaixo das altitudes. Determinação: Planimetria das áreas entre curvas de níveis Quadrícula Geoprocessamento Curva hipsométrica Altitude máxima Altitude mediana Altitude mínima 50% 100%

50 Rios jovens Rios maduros Rios senis

51 Elevação média da bacia Influência sobre: Precipitação Temperatura perdas de água por evaporação e transpiração Deflúvio médio Altitude média Altitude mediana Retângulo de área equivalente à limitada pela curva hipsométrica 50%

52 Elevação média da seção de controle Diferença entre a elevação mediana e a elevação do leito na desembocadura Altura média da seção de controle: Representa carga potencial hipotética a que estão sujeitos os volumes de excesso de chuva e Constitui um fator que afeta o tempo que levariam as águas para atingir a seção de controle.

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54 Leito e planície de inundação

55 Leitos maior e menor Planície de inundação

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58 Obras hidráulicas

59 Bacias Hidrográficas do Brasil 12 bacias Conselho Nacional de Recursos Hídricos, Resolução 32/2003, Institui a Divisão Hidrográfica Nacional

60 Bacias Hidrográficas do Paraná 16 bacias

61 Alto Iguaçu 1-Rio Padilha 2-Rio Alto Boqueirão 3-Rio da Ressaca 4-Rio Avariu 5-Arroio Mascate 6-Ribeirão da Divisa 7-Rio Barigui (A=269km²) 8-Rio Palmital 9-Rio Atuba (A=126km²) 10-Rio Passaúna 11-Rio Iraí 12-Rio Belém (A=90km²) 13-Rio Verde 15-Rio do Meio 16-Rio Iraizinho 17-Rio Piraquara 18-Rio Itaqui 19-Rio Pequeno 20-Rio Miringuava 21-Rio Miringuava- Mirim 22-Rio Guajuvira 23-Rio Isabel Alves 24-Rio Turvo 25-Rio Cotia 26-Rio Piunduva 27-Rio do Despique 28-Rio Faxinal 29-Rio Mauricio 30-Área de Contribuição Direta do Alto Rio Iguaçu

62 Questionário e exercícios 1. O que é tempo de concentração? 2. Como se pode medir a forma da bacia? 3. Como calcular a declividade da bacia? 4. Como calcular a declividade do curso principal? 5. Por que estudar as características fisiográficas da bacia?

63 6. Dada parte de uma carta topográfica A a) Delimitar a bacia de drenagem para a seção A; b) Determinar a área da bacia, citando métodos possíveis e indicando método utilizado; c) Determinar a extensão do curso de água mais longo, citando métodos possíveis e indicando método utilizado. d) Analisar a forma da bacia quanto a sua tendência a enchentes. Explique. e) Calcular a extensão média do escoamento superficial e a sinuosidade do curso de água principal. f) Dividir o curso de água principal em 2 partes e calcular respectivas declividades.

64 7. Fazer um esquema do ciclo hidrológico utilizando a figura abaixo e aponte algumas características da bacia que influenciam nas respectivas fases do ciclo. Fase 1 Características 2 3 4