Geodinâmica externa. UFRB - Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Exatas, Biológicas e Ambientais. 2 Ciclo hidrológico

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1 UFRB - Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Exatas, Biológicas e Ambientais Disciplina: GEOLOGIA GERAL Geodinâmica externa 2 Ciclo hidrológico Professores: Thomas Vincent Gloaguen tgloaguen@gmail.com Definição: 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. Distribuição da água no globo terrestre Reservatórios Volume (km 3 x 10 6 ) Total (%) Oceanos Geleiras Água subterrânea Lagos Umidade do solo Atmosfera Rios Biosfera ,5 0,125 0,065 0,013 0,0017 0, ,25 2,05 0,68 0,01 0,005 0,001 0,0001 0,

2 Troca entre as circulações da superfície terrestre e da atmosfera - dois sentidos: Secção transversal de uma bacia hidrográfica com as variáveis hidrológicas a) Superfície-atmosfera - onde o fluxo de água ocorre na forma de vapor de água, através dos processos de evaporação e transpiração; Precipitação total Irrigação Evaporação Escoamento superficial Transpiração b) Atmosfera-superfície - onde o fluxo de água ocorre na forma de precipitação, principalmente como chuva e neve. Infiltração Deflúvio Escoamento subsuperficial Componentes do ciclo hidrológico Precipitação Infiltração Escoamento sub-superficial Percolação profunda Escoamento superficial Evaporação Evapotranspiração Deflúvio Recarga de aquífero Percolação profunda Aqüífero Rocha Lençol freático PRECIPITAÇÃO Mais importante componente do ciclo hidrológico Região tropical - as precipitações em forma de chuva, são as de maior interesse. Todas as formas de umidade transferida da atmosfera para superfície terrestre: Granizo - precipitação sob a forma de pedras de gelo, podendo ser de forma arredondada ou irregular, porém com diâmetro superior a 5 mm. Neve - precipitação sob a forma de cristais de gelo que durante a queda formam blocos de dimensões e formas variadas. Chuva - ocorrência da precipitação na forma líquida com diferentes intensidades. Importância Recarga dos mananciais hídricos superficiais e subsuperficiais - consumos humanos, domésticos, industrial, animal e rural; Água - principal componente na constituição dos seres vivos, as distribuições temporal e espacial das precipitações são dois dos fatores que condicionam o clima e estabelecem o tipo de vida de uma região. 2

3 Tipos de precipitação 1) Precipitações do tipo convectiva Chuvas de verão local e intensidade média a alta (a) Nuvem tempestuosa em desenvolvimento (b) Nuvem em estado de maturidade (c) Nuvem em fase de dissipação 2) Precipitação orográfica chuviscos, neblinas e garoas típicas da Serra do Mar (Brasil) maior duração e menor intensidade Ocorre quando uma massa de ar úmido provinda do oceano é forçada a subir a grandes altitudes por encontrar uma cadeia montanhosa em sua rota, sofrendo resfriamento e condensando 1 pé = 0,3 m Aquecimento desigual das camadas de ar equilíbrio instável rajada de ventos ascensão das camadas de ar mais quentes. Ao elevar-se: rápida expansão adiabática resfriando-se e condensando...intensos movimentos no interior da nuvem formada gotas de grande tamanho. 3) Precipitação ciclônica associadas a movimentação de massas de ar de regiões de alta pressão para regiões de baixa pressão longa duração e intensidade variável: Cálculo da altura da coluna de água Pluviômetro Não frontais convergência horizontal de duas massas de ar quente para regiões de baixa pressão Frontais ascensão de uma massa de ar quente sobre uma de ar frio Chuva de frente fria deslocamento de uma massa de ar quente por uma fria Chuva de frente quente quando a massa de ar frio é deslocada por uma quente 3

4 INFILTRAÇÃO - processo muito importante do ciclo hidrológico Armazenagem da água no solo Entrada de água no solo Dois processos: Infiltração - passagem da água pela superfície do solo Percolação - movimentação de água perfil abaixo Solo - camada abaixo da superfície e acima das rochas Para entender como a água está armazenada, vamos considerar o solo como uma coleção de partículas de diferentes tamanhos, os grãos. A água fica armazenada nos espaços vazios entre os grãos. Esses espaços vazios são chamados de poros, onde se encontram bolhas de ar e água. Em condições normais, a maior parte da chuva penetra no solo, sendo a taxa com que ocorre este processo bastante influenciada pelas atividades de uso do solo. Águas Superficiais: São todas aquelas águas no estado líquido que ocorrem acima da superfície topográfica. Exemplo: rios, lagos, córregos, vertentes e todos os meios de captação e contenção de águas pluviais (chuvas). Águas subsuperficiais Zona de aeração (solo não saturado) - aquela que fica logo abaixo da superfície Zona saturada (solo saturado) - onde se encontra o lençol freático Aqüífero confinado - outro tipo de zona saturada. Águas Subsuperficiais: Ao contrário das águas superficiais, são todas e quaisquer águas ocorrentes na litosfera, ou seja, abaixo da superfície topográfica. Exemplo: águas do solo, LF e águas subterrâneas. 4

5 Águas subsuperficiais Lençol freático ou aqüífero livre Zona no subsolo saturada de água cujo limite inferior é a rocha impermeável do substrato rochoso - originam-se das águas de chuva que se infiltram através das camadas permeáveis do terreno até encontrar uma camada impermeável ou de permeabilidade muito menor que a superior - a água só poderá ser aproveitada com o uso de bombas Aqüíferos confinados rocha suficientemente porosa para armazenar água, tendo como limites superior e inferior camadas impermeáveis sob pressão devido a pressão hidrostática. Se abrirmos um poço num aqüífero confinado, o nível d água sobe e pode ficar acima do nível d água do lençol freático. Eventualmente, a água jorra do poço - nesse caso, o poço é chamado de artesiano; neste caso, a captação de água não necessita energia Águas subsuperficiais Localização da água nos aqüíferos 5

6 Relações águas superficiais águas sub-superficiais Vantagens da água subterrânea em relação às águas superficiais e LF: Época chuvosa Não ocupam espaço em superfície; É passível de extração perto do local de uso; Sofrem menor influência nas variações climáticas; Temperatura constante; Maior quantidade de reservas; Época de estiagem Melhor qualidade (física, química e biológica); Proteção contra agentes poluidores. Vantagens da água subterrânea em relação às águas superficiais: Comportamento: A água subterrânea tende a ter propriedades estáveis: Quimicamente: normalmente baixa concentração de íons Fisicamente: Processo de depuração por filtragem, eliminação de partícula (matéria orgânica, argilas, óxidos). Normalmente é translúcida Biologicamente: há também um processo de depuração, os organismos (bactérias/contaminantes) são retidos tanto pela filtração, por adsorção aos grãos dos minerais, como pela morte, por inanição ou por sufocamento, causada pela falta de oxigênio. Assim, normalmente a água subterrânea é inodora. Captação: A captação da água subterrânea é possível através da perfuração de poços tubulares (artesianos). Poço tubular é uma obra de engenharia, que dá acesso a um ou mais aqüíferos. Quantificando o ciclo da água Noção de balanço hídrico e bacia hidrográfica Análise quantitativa da distribuição da água no ambiente = balanço hídrico P = ET + Q + S P = volume de água precipitado ET = volume de água evaporado e transpirado S > 0 quando? Q = fluxo de água S < 0 quando? S = variação de armazenamento de água no solo Balanço hídrico do solo em regiões irrigadas? a) P+I = ET + Q + S Balanço hídrico do solo em regiões de sequeiro? b) P = ET + Q + S Balanço hídrico completo (solo+aquifero)? c) P = ET + Q 6

7 Quantificando o ciclo da água Quantificando o ciclo da água Cálculo de P? Pluviometro: P = volume de água (L) / area de coleta (m 2 ) Noção de balanço hídrico e bacia hidrográfica Cálculo de E? Cálculo de S? Cálculo de Q? Lisímetro de pesagem Dados meteorológicos + modelo Umidade do solo (gravimetria, tensiometria) BH do solo Diferença de umidade do solo BH completo BACIA HIDROGRÁFICA O que é uma bacia hidrográfica? rede geográfica O que define uma bacia hidrográfica? zonas de convergência delimitada por divisores topográficos Quais as dimensões de uma BH? depende da relevo e da escala (macrobacia Amazonas, bacia, microbacia) Quantificar o fluxo Q Quantificando o ciclo da água Principais bacias hidrográficas brasileiras Fonte: Anuário Estatístico do Brasil FIBGE Bacia do Atlântico Sul trecho leste Bacia do Atlântico Sul trecho norte e nordeste Bacia do Atlântico Sul trecho sudeste Bacia Platina Bacia do Rio Amazonas Bacia do Rio São Francisco Bacia do Rio Tocantins 7

8 Papel do ciclo da água no ciclo da matéria Transporte pela água Ação erosiva e transporte de matéria pela água 500 km Densidade do solo = 1,3 toneladas/m 3 Vazão do rio Amazonas = m 3 /s Concentração de sólidos em suspensão no rio = 200 mg/l Área do estuário = km 2 Relação entre as duas fotos? Erosão pela água Transporte pela água Sedimentação no leito e no litoral Vazão sólida por ano =? Toneladas por ano? Volume de solo erodido =? m 3 por ano? Massa sedimentada =? kg/m 2? 1,14 bilhões toneladas Cubo de aresta de 1 km 28 kg/m 2 /ano Os 3 ciclos hidrológicos Ciclo curto Água consumida nas reações de fotossíntese Produção de biomassa vegetal Respiração pelos vegetais e pelos animais água volta a atmosfera Água infiltra no sub-solo ou precipitações marítimas Recarga dos aqüíferos Alimentação dos rios pelos aqüíferos e dos oceanos pelos rios Evaporação: água volta a atmosfera Ciclo médio Ciclo longo Água consumida pela hidrólise/hidratação durante o intemperismo Transporte, sedimentação e metamorfismo Volta à superfície terrestre através do magma e dos vulcões 8

9 Distribuição temporal e espacial da chuva FIM Quantidade = mm Intensidade = mm/h Estratégia adequada Planejamento dos recursos hídricos (estudo de chuvas prováveis, projeto de irrigação), secas, previsão de enchentes,... 9