Trabalho 1 / Assignment 1

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1 Hidrologia e Recursos Hídricos 2013 / 2014 Trabalho 1 / Assignment 1 Caracterização geomorfológica de uma bacia hidrográfica Geomorphologic characterization of a watershed

2 Trabalho 1: Programação dos trabalhos 1. Identificação e delimitação da bacia hidrográfica (Semana 1) Georreferenciação da carta; Selecção da bacia e sua delimitação Identificação da bacia da bacia hidrográfica: Curso de água e secção de referencia Localização da bacia hidrográfica: Região e bacia hidrográfica, divisão administrativa 2. Caracterização da bacia hidrográfica (Semana 2) Determinação da área, perímetro, cotas mínimas e máximas Determinação da curva hipsométrica Identificação do solo e uso de solo prevalecente na bacia hidrográfica 3. Caracterização da rede fluvial (Semana 3) Cumprimento e cotas mínima e máxima do curso de água principal Densidade de drenagem e percurso médio à superfície do terreno até um curso de água Classificação da rede hidrográfica e relação de bifurcação média Perfil longitudinal do rio e declives médio, equivalente e Informação hidrológica geral relativa à bacia hidrográfica em estudo, obtida por consulta de mapas (Semana 4) Estimativa da precipitação, temperatura e escoamento anual médios 5. Parâmetro de caracterização de cheias (Semana 4) Congresso da Água e Tempo de concentração de acordo com as fórmulas de Temez, Giandotti e Kirpich 2

3 3 Indicações para o relatório Relatório deve ser entregue em papel; A capa deve indicar o turno, o número do grupo, os elementos do grupo (número e nome) e carta utilizada e a bacia hidrográfica analisada; O texto deve estar bem estruturado e deve ser objectivo, conciso e rigoroso; Os dados, cálculos e resultados devem ser apresentados de forma clara, organizados, sempre que possível, em figuras e quadros; Os resultados devem ser objecto de comentário, sempre que adequado; Os resultados devem ser enquadrados pelo texto; incluam referências às cartas e gráficos no corpo do texto; As cartas e gráficos devem ser bem legíveis; devem gerir bem o espaço disponível; As cartas devem ter título, escala, orientação geográfica e legenda; Os gráficos devem ter título e ter indicado as variáveis de cada eixo e respectiva unidade; Todos os valores numéricos devem ter as suas unidades explicitadas. O número de casas decimais deve ser o adequado.

4 Identificação e delimitação da bacia hidrográfica Semana 1

5 Inserir e georeferenciar a carta Map loading and georeferencing Ficheiros de cada carta (Série IGOE: 25:000 ) Imagem: *.tif Metadados: *.met Coordenadas: *.tab, *.tab Autocad Ficheiro *.tab: 4 cantos Ficheiro *.tfw: UL Canto sup. esquerdo É necessário inserir as coordenadas LL Canto inf. esquerdo É necessário indicar a escala UL Xa,Yb UR Xb,Yb LL Xa,Ya LR Xb,Ya IST: Hidrologiae e Recursos Hídricos 2013/14 Rodrigo Proença de Oliveira,

6 Obter ficheiros Get the files 6 \\lticivmat\area_aulas\hrh\25k Copiar os ficheiros necessário para a área de trabalho: Ficheiros tif, met, tab e tfw da carta seleccionada; Ficheiro do cartograma (cartograma_25_e_50mil.pdf); Ficheiro da legenda. Ficheiro tab: coordenadas LL (Lower Left Corner)

7 Preparar Autocad: Show Menu Bar 7

8 Inserir e georeferenciar a carta no Autocad Insert and georeference the map in Autocad 8 Abrir Autocad 2013 Show Menu Bar Guardar ficheiro dwg Insert >> Raster Image Seleccionar Relative Path Em metros: X = x do LL (em m) Y = y do LL (em m) Scale = 25 View > Zoom -> Extent Alternativa em kms: X = x do LL (em km) Y = y do LL (em km) Scale = Verificar as coordenadas dos quatro cantos. Escala Coord LL

9 Autocad: Comandos úteis Autocad: Useful commands 9 Visualizar a espessura da linha: Format > Lineweight > Display Line Weight Format > Lineweight > Seleccionar espessura Definir cor da linha Format > color Calcular a área e o perímetro de polígonos: Comando area Calcular o comprimento de linhas

10 Selecção e definição da bacia hidrográfica Watershed selection 10 Selecionem uma secção de um curso de água que defina uma bacia hidrográfica com 10 a 15 km 2 ; Área da bacia: ~10-15 km 2 Cada quadricula da carta: 1 km x 1km Passos / Steps: Identificar secção / Identify possible cross-section; Traçar o limite da bacia de forma grosseira / Roughly draw the limit; Estimar a área por contagem de quadriculas e confirmar que a área ronda os km 2 / Estimate area and confim that its between km 2 ; Traçar o limite da bacia de forma rigorosa / Define the watershed limit with rigour; Medir área e perímetro / Measure the area and the perimiter. Adoçar o perímetro e medi-lo de novo / Smooth the perimiter and measure it again.

11 11 Identificação e localização da bacia hidrográfica Identificação da bacia hidrográfica Curso de água Secção de referência Localização da bacia hidrográfica Região hidrográfica Bacia hidrográfica principal Distritos, concelhos e freguesias que abrange Recursos / online resources: >> Atlas da Água >> Galeria de imagens

12 Caracterização da bacia hidrográfica Semana 2

13 13 Factores que influenciam a resposta de uma bacia Factors that condition the watershed response Área ou dimensão / Area or size Forma / Shape Relevo, orografia, hipsometria / Terrain, orography, hypsometry Hidrografia ou rede hidrográfica / River network Magnitude da grandezas em jogo / response magnitude Rapidez da resposta / response time Rapidez da resposta / response time Geologia e tipo de solo / Geology and soil type Uso do solo e coberto vegetal / Soil use or land cover Repartição entre escoamento superficial e infiltração / repartition between superficial flow and infiltration Clima e meteorologia /Climate and meteorology Ação sobre a bacia / Action over the watershed

14 Forma da bacia hidrográfica Shape (or form) of the watershed 14 Bacia compacta / Compact shape watershed Percursos mais curtos Tempos de escoamento menores Menor tempo de resposta Nilo Mississipi Amazonas Bacia alongada / Long watershed: Percursos mais longos Maiores tempos de escoamento Menor tempo de resposta Danubio

15 Caracterização da forma Shape characterization 15 Há muitos indicadores (muitos em desuso) / There are many indicators Indice de compacidade de Gravelius (Kc) / Gravelius compactness index: Ratio entre o perimetro da bacia hidrográfica e o perímetro de uma hipotética bacia hidrográfica com forma circular e com a mesma área Kc P P P' 2 A A A P P' 2 A Bacia circular / Circular watershed: Kc = 1 Bacia quadrada / Squared watershed: Kc 2 4 L L L 2 1,128

16 Caracterização da forma Shape characterization Rectangulo equivalente / Equivalent rectangle b A L b P 2 L b L K c A Kc 2 L b K c A Kc 2 Índice de alongamento / Elongation ratio K L L b Arredondada, Kc < Alongada, KL > 2 16

17 Comprimento do perímetro Perimeter length 17 Qual é o comprimento de uma linha irregular? Depende da resolução de análise

18 Hipsometria Hypsometry 18 Altitude máxima / Maximum altitude Altitude mínima / Minimum altitude Altitude mediana / Median altitude = corresponde a 50% da área. Altitude média / Average altitude= Vol. abaixo da superficie do terreno / Área da bacia Altura média / Average height= Altitude média - Altitude mínima Curva hipsométrica Altitude máxima Altitude (m) Altitude média Altura média Altitude mínima Área da bacia Área (km2)

19 Hipsometria Hypsometry 19 Z 5 = Zmax A 4 Cota (m) Área acima da cota (km2) Z 5 0 Z 4 A 4 = A 4 A 3 Z 4 Z 3 A 3 = A 4 +A 3 Z 2 A 2 = A 4 +A 3 +A 2 Z 1 A 1 = A 4 +A 3 +A 2 +A 1 Z 3 Z 0 A 0 = A 4 +A 3 +A 2 +A 1 +A 0 =A bacia A 2 A 1 A 0 Z o = Zmin Z 2 Z 1 Altitude máxima: Z 5 Altitude mínima: Z 0 Altitude média = Vol. abaixo da superficie do terreno / Área da bacia Z med 1 1 n At i0 Altitude mediana = Altitude correspondente a 50% da área. Altura média = Altitude média - Altitude mínima h med Z 1 2 med z i z i1 A Z min ' i

20 Curva hipsométrica Hypsometric curve 20 Altitude/Cota (m) Z 5 = Altitude máxima Z 4 Z 3 Z 2 Altitude mediana Altitude média Z 1 Altura média Z 0 = Altitude mínima A 4 A 3 50% da área da bacia A 2 A 1 Área da bacia Área acima da cota (km2)

21 Curva hipsométrica: Procedimentos Hypsometric curve: How to proceed 21 Na elaboração do trabalho, a curva hipsométrica deve ser calculada a partir de cerca de 10 curvas de nível; Seleccionar as cotas das curvas de nível a digitalizar de modo a serem: aproximadamente equidistantes no troço intermédio; mais próximas para as cotas mais baixas e para as cotas mais elevadas, para poder representar com rigor essas zonas da curva hipsométrica, onde é expectável que a derivada da curva seja mais elevada. Altitude (m) Altitude máxima Altitude mínima Área da bacia Área (km2)

22 Curva hipsométrica adimensional Dimensioless hypsometric curve 22 Cota (m) Curvas Hipsométricas adimensionais Antiga Intermédia Jovem 100 A/Abacia x 100 (%)

23 Geologia, solo e uso do solo Geology, soil and land cover (soil use) 23 Geologia / Geology Solos / Soils Uso do solo (coberto vegetal) / Soil use (land cover) ROCHA >> Desagregação >> REGOLITO >> +Água+Mat.Orgânica >> SOLO Solo: Camada superficial (1-2 m) da pedosfera que contém: Minerais: Areia, silt e argila fornecem nutrientes minerais Humus: fornece nutrientes e proporciona estrutura e capacidade de reter água e os nutrientes; Ar: fonte de oxigénio e dióxido de carbono necessários aos microorganismos Água: proporciona o meio para o desenvolvimento de reacções quimicas que sustentam a vida Solo Não confundir / Make no mistake: Tipo de solo / Soil type; Capacidade de uso do solo / Soil capacity; Uso do solo / Soil use. Litosfera Pedosfera ~2 m ~200 m

24 Regolito Regolith IST: Hidrologiae e Recursos Hídricos 2013/14 Rodrigo Proença de Oliveira, <Terra Lua>

25 Solo Soil IST: Hidrologiae e Recursos Hídricos 2013/14 Rodrigo Proença de Oliveira,

26 Material primário / Parent rock Factores de produção do solo: Elements that condition soil production Tempo / Time permite o desenvolvimento dos processos de desagregação, adição e mistura de água e matéria organica e sua degradação: Mais tempo conduz a solos mais espessos e mais distintos do material primário Clima / Climate determina que tipo de processos físicos e quimicos actuam sobre o material primário, as suas taxas de acção e as espécies de plantas e animais que tem oportunidade interagir com o solo A precipitação facilita a desagregação e proporciona condições de transporte de material por percolação; Uma precipitação excessiva carreia todos os minerais para os estratos inferiores deixando apenas os minerais insoluveis nas camadas superiores. Uma temperatura elevada facilita a desagregação quimica Plantas e animais / Plants and animals fornecem a matéria orgânica ao solo (sobretudo as plantas) e proporcionam (microorganismos) para a sua degradação Topografia / Topography determina a acção da erosão e a quantidade de água e radiação solar disponível Encostras ingremes conduzem a solos pouco espessos e pouco desenvolvidos Zonas planas conduzem a solos húmidos com uma grande proporção de matéria orgânica 26

27 Perfil do solo Soil profile 27 Horizonte O Humus (mat. Orgânica) Horizonte A Humus misturado com material mineral Horizonte B material mineral proveniente das camadas superiores Horizonte C mat. primário alterado Rocha mãe mat. primário

28 Taxonomia de solos Soils taxonomy 28 World Soil Classification (UNFAO, 1974) 12 classes e 106 unidades Substituído pelo WRB USDA/NCRS () Ordem (12), subordem, grupo, subgrupo, família e série World Reference Base for Soil Resources (WRB) (1998) Baseado no WSC e na taxonomia da USDA Patrocinado pela FAO e pela IUSS (International Union of Soil Sciences) 98 grupos de solo SROA (Serviço de Reconhecimento e Ordenamento Agrário) Predominantemente FAO

29 Solos do mundo (classificação USDA) World soils 29

30 Soil Map of Europe (FAO) Europe s soils IST: Hidrologiae e Recursos Hídricos 2013/14 Rodrigo Proença de Oliveira,

31 Classificação dos solos (SROA) Portuguese soil classification 31

32 Classificação dos solos (FAO) Portugal s soils 32 Recursos / online resources: >> Atlas da Água >> Galeria de imagens Outras fontes >> Inf.Cartográfica >> Cart. Temática FAO SROA Realizado para a Carta Europeia de Solos Fluvissolos Luvissolos Vertissolos Cambissolos Litossolos Luvissolos Luvissolos Planossolos Podzois (Po, Pg) Podzois (U) Regossolos Solochacks Aluviossolos Argiluviados Barros Calcários Litossolos Mediterraneos Pardos Mediterraneos Vermelhos Planossolos Podzois Rankers Regossolos Salinos

33 33 Uso de Solo Projectos Corinne-Landcover Fontes de dados: >> Inf.Cartográfica >> Cart. Temática

34 Caracterização da rede fluvial Semana 3

35 Perfil longitudinal de um curso de água River profile 35 Cota (m) Distancia à secção (km) Z 5 X 4 = X 5 +X 4 +X 3 +X 2 +X 1 Z 4 X 4 = X 4 +X 3 +X 2 +X 1 Z 3 X 3 = X 3 +X 2 +X 1 Z 2 X 2 = X 2 +X 1 Z 1 X 1 = X 1 Z 0 X 0 = 0

36 Perfil longitudinal de um curso de água River profile Linha de água 2 Linha de água 1 D E Linha de água 3 B C LB A F ZC=ZE ZB=ZF Altitude (m) Linha de água 3 Linha de água 2 Linha de água 1 ZD ZC=ZE ZB=ZF ZA LA LF LB LE LC LD Desenvolvimento (m) 36

37 Indicadores de declive de um curso de água River slope indicators IST: Hidrologiae e Recursos Hídricos 2013/14 Rodrigo Proença de Oliveira, Declive médio / Average slope i med Z max L Z min Altitude (m) Declive equivalente do leito / Equivalent slope Altitude (m) Desenvolvimento (m) 1 2 n1 i0 ' 1 ( Zi Zi 1) X i1 ( Zeq Zmin ) L 2 A A Z eq 1 L n 1 i0 ( Z i Z i 1) X ' i1 Z min Altitude (m) Desenvolvimento (m) i eq Z eq Declive 10, 85 L Z min i 10;85 Z85 Z 0.75 L 10 O,1L O,85L L Desenvolvimento (m)

38 Declive equivalente de um curso de água Equivalent slope 38 Z 5 = Zmax X 4 X 3 Z 4 Z 3 X 2 Z 2 X 1 Z 1 X 0 Z o = Zmin

39 Tipos de redes de drenagem Drainage networks classification 39 Dentritica Radial Angular Paralela

40 Densidade de drenagem Drainage density 40 Densidade de drenagem / Drainage density = Soma do comprimento dos cursos de água / Área da bacia: D d n i 1 A L i Dd depende da escala da carta sobre a qual é medida. Esc?? : Valores mundiais: 1 a 100 km/km2 Esc 1:25 000: Valores em PT: 3 a 5 km/km2 Esc 1: : Média nacional: 0,3 km/km2 Valores baixos: zonas de declive acentuado; solos de baixa erodibilidade. Valores altos: zonas de declive suaves, solos de erodibilidade elevada. Comprimento médio da encosta (Percurso médio sobre o terreno desde o limite da bacia até um curso de água) / Average overland flow length from the watershed limit : Percurso médio sobre o terreno até um curso de água / Average overland flow length: P P L P L 2 1 2D 1 d 4D d

41 Percurso médio Average overland flow length 41 Considere-se uma hipotética bacia hidrográfica quadrada, com um único curso de água: L Área = L 2 Comprimento da rede de drenagem / Length of the drainage network: L L Densidade de drenagem / Drainage density, D d = L/L 2 = 1/L Percurso médio desde o limite / Average overland flow length from the watershed limit = L/2 = 1/(2 D d ) Percurso médio / Average overland flow length = L/4 = 1/(4 D d )

42 Hierarquização da rede de drenagem Drainage network classification STRAHLER Relação de bifurcação / Bifurcation ratio R b N u u, u1 Nu 1 Varia geralmente entre 2 a Classificação de Strahler(1957) (ou de Horton-Strahler) 3 1 Exemplo: Relação de bifurcação média / Average bifurcarion ratio R R b b Ordem, u Nu Rel.Bifurc Média Geom 2.2 N N n1 n1 u n1 u1 u1 N ,5 2,0 2,0 10 2,2 1

43 Hierarquização da rede de drenagem Drainage network classification HORTON Critérios de identificação da linha de água principal Área da bacia Comprimento do curso de água; 3 Ângulo de confluência Classificação de Horton (1945) How to identify the main water course: Sub-basin area Length of the tributary Confluence angle

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50 Informação hidrológica geral relativa à bacia hidrográfica em estudo, obtida por consulta de mapas Semana 4

51 51 Informação hidrológica geral Precipitação anual média Temperatura anual média Escoamento anual médio (em volume e caudal) Fontes de dados: >> Atlas da Água >> Galeria de imagens GeoSNIRH: Podem seleccionar os temas, fazer zoom e inquirir o mapa interactivo Em alternativa descarregam as shp files e carreguem-nas no ACad Atlas do Ambiente: Precisam de descarregar as imagens (MrSID) e carregá-las no ACad

52 Parâmetro de caracterização de cheias Semana 4

53 53 Tempo de concentração Giandotti: t c 4 A 1,5 L 0,8 h m Kirpich: t c 0,95 L H 1,155 0,385 Temez: t c L 0,3 0,25 d m 0,76 t c Tempo de concentração (h) A Área da bacia hidrográfica (km2) L Comprimento do curso de água principal (km) h m Altura média da bacia hidrográfica (m) d m Declive do curso de água principal (-) H Diferença de cotas do talvegue do curso de água principal (m)

54 Apoio

55 Sobreimposição de ficheiros dwg e shp Overlay of dwg and shp datasets 55 O Atlas do Ambiente disponibiliza algumas cartas que são utilizadas nos trabalhos (geologia, solos, escoamento, etc.) / Check the Environment Atlas maps; Para obter as cartas do Atlas é necessário preencher um formulário simples / Fill the form and get the maps; As cartas estão em formato MrSid ou Shp / Use one the following formats: MrSid or Shp; O uso do solo (Projecto Corine Land Cover) é também disponibilizado em formato shp / Soil Use is also available in shp format.

56 Sobreimposição de ficheiros dwg e shp Overlay of dwg and shp datasets 56 Usando o ArcMap, é fácil sobrepor o limite da bacia (em formato dwg) sobre cartas (em shp); Use ArcMap to overlay the watershed over the maps. No Autocad gravar o ficheiro dwg em formato 2007 / Save the dwg as 2007 format (File >> Save as); No ArcMap adicionar o dwg e as cartas / Use ArcMap to overlay the watershed limit over the maps; File > Add Data Seleccionar o dwg e com o botão do lado esquerdo do rato fazer Zoom to layer