Hidrologia. Introdução e Ciclo Hidrológico. Algumas manchetes com algo em comum

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1 IPH Hidrologia Introdução e Ciclo Hidrológico Walter Collischonn IPH - UFRGS Algumas manchetes com algo em comum Estiagem no Sul do Brasil ameaça envio de energia à Argentina Chuvas de março e abril afastam risco de racionamento de energia, dizem especialistas Seca australiana agrava crise global de produção de arroz Fundação investiga mortandade de peixes no RS Eucaliptos: as árvores da sede Introdução e Ciclo Hidrológico Abril 2008 Hidrologia é a ciência que estuda a água sobre a Terra; sua quantidade, distribuição, circulação, características químicas e físicas, e sua relação com o meio ambiente e com os seres vivos. Ven Te Chow

2 O que é Hidrologia? É uma ciência da Terra. De forma bem simplificada pode-se dizer que a hidrologia tenta responder à pergunta: O que acontece com a água da chuva? Hidrologia e Engenharia Hidrológica O que é Engenharia Hidrológica? Engenharia Hidrológica CONCEITO: É uma ciência aplicada. Utiliza princípios hidrológicos na solução de problemas de Engenharia relacionados à exploração dos recursos hídricos. Subdivisões: Hidrogeologia, Hidrologia de Superfície, Hidrologia Estatística etc. *Adaptado de Zahed e Porto (USP) Relacionada aos usos da água Abastecimento Navegação Irrigação Diluição de poluentes Manutenção dos ecossistemas Pesca Turismo Recreação Geração de energia elétrica

3 Engenharia Hidrológica Relacionada ao manejo da água Controle de cheias Proteção contra enchentes Drenagem urbana Proteção/restauração de recursos biológicos Erosão e assoreamento Tratamento de esgotos Gestão de águas Usos da água no mundo No ano 2000 o mundo todo usou duas vezes mais água do que em O volume de água doce na superfície da terra é relativamente fixo. De certa forma, à medida que a população cresce e as aspirações dos indivíduos aumentam, há uma maior possibilidade de escassez de água no mundo. O Brasil é um dos países mais ricos em água, embora existam problemas diversos. Abastecimento de água Abastecimento de água ETA Moinhos de Vento Estima-se em 200 litros por habitante por dia o consumo de água no Brasil. Até chegar às residências, boa parte da água é perdida em vazamentos dos sistemas de distribuição. A água dos vazamentos infiltra e fica armazenada no solo ou no subsolo. Eventualmente retorna aos rios. Aproximadamente 80% da água que chega a uma residência retorna como esgoto cloacal. Estima-se em 200 litros por habitante por dia o consumo de água no Brasil. Cidades como Barcelona estão importando água para abastecimento usando navios.

4 Irrigação Irrigação Irrigação (métodos): Irrigação: maior uso mundial melhor produtividade menos riscos climáticos inundação (arroz) aspersão (pivôs centrais) gotejamento Irrigação: algumas dificuldades usar água em regiões secas transferir água conflitos com outros usos Irrigação água na agricultura Irrigação: transporte de água em sistemas de canais - transposição Exemplos Irrigação (métodos): Estimativas de consumo de água para diferentes produtos. inundação (arroz) aspersão (pivôs centrais) gotejamento

5 Uso industrial Lançamento e tratamento de esgotos Refrigeração Vapor Processos Produto Limpeza Pesca Pesca Pesca subsistência artesanal comunidades nativas Pesca esportiva turismo recreação serviços

6 Navegação Navegação IPH Introdução Navegação: vantagens maior capacidade de carga mais barata para determinadas cargas ($ por Kg relativamente baixo) como minério, grãos, madeira Navegação Navegação Navegação no Brasil Navegação EUA RS (Lagoa, Jacuí e Taquari) SP (Tietê e Paraná) MT e MS (Paraguai) AM e RO (rio Madeira) rio Amazonas Araguaia? Tocantins? questões ambientais

7 Navegação Recreação IPH Introdução Eclusa rio Taquari Controle de cheias Controle de cheias Diques de proteção contra cheias Diques de proteção contra cheias

8 Controle de cheias Controle de cheias IPH Introdução Trauma de Porto Alegre cheia de 1941 Diques de proteção contra cheias Turismo Sedimentos Praia do rio Araguaia

9 Sedimentos Manutenção de ecossistemas Manutenção de ecossistemas Geração de energia Rio dos Sinos mortandade de peixes 2007?

10 Geração de energia Geração de energia Geração de energia Algumas perguntas típicas: 1) Qual é a vazão máxima provável em um local proposto para uma barragem? 2) Qual é a disponibilidade de água de um rio e como ela poderá variar entre estações e de um ano a outro? 3) Qual é a vazão mínima de um rio que é igualada ou superada 90 % do tempo? *Adaptado de Zahed e Porto (USP)

11 Algumas perguntas típicas: Algumas perguntas novas: 4) Qual é o volume de um reservatório necessário para garantir uma determinada vazão a jusante? 5) Qual é o tamanho adequado de um reservatório de armazenamento para limitar as inundações a jusante a um nível pré-estabelecido? 6) Qual deve ser a capacidade de um canal ou de um bueiro para evitar inundações em determinadas áreas? 7) Qual é vazão necessária para manter uma determinada espécie ou um ecossistema em um rio? 8) Como as mudanças de regime hidrológico decorrentes das atividades humanas podem afetar as variáveis físicas de que dependem os ecossistemas? *Adaptado de Zahed e Porto (USP) Algumas perguntas Energia: Algumas perguntas mais 9) Qual será a disponibilidade de água para geração de energia durante o próximo período de estiagem? 12) Considerando que a quantidade de água em uma bacia é muito reduzida, quais devem ser os usos prioritários? 10) Considerando que não haverá água suficiente para gerar energia durante o próximo ano, quando devem ser ligadas as usinas termoelétricas? 11) Qual deve ser a potência do gerador e da turbina que deverão ser instalados em uma nova usina hidrelétrica?

12 Algumas perguntas mais 13) Como as mudanças climáticas poderão afetar a hidrologia? 14) Como a urbanização afeta as vazões máximas? 15) Qual é o efeito do desmatamento sobre a vazão dos rios? 16) Qual é o efeito da plantação de eucaliptos sobre a vazão dos rios? Usos consuntivos e não consuntivos Uso consuntivo Abastecimento urbano Abastecimento industrial Irrigação Dessedentação animal Uso não consuntivo Geração de energia elétrica Navegação Recreação Manejo ambiental Coleta, remoção e transformação de poluentes Manejo de qualidade ambiental Proteção/restauração de recursos biológicos Hidrologia e Engenharia Elétrica Principais países produtores de energia hidrelétrica: Geração de energia elétrica Térmica e Hidrelétrica Os dois tipos utilizam muita água Geração de energia elétrica por usinas hidrelétricas é muito mais barato do que geração de energia por usinas térmicas porque o combustível é mais barato, embora o custo de implantação de uma usina hidrelétrica seja maior e o custo do transporte da energia seja maior. País Capacidade instalada (MW) Produção (GW.horas.ano -1 ) Fração da energia elétrica produzida no país (%) Estados Unidos Canadá China Brasil Rússia Noruega França Japão Índia Suécia Total 10 países Total mundial

13 Principais países produtores de energia hidrelétrica: Hidrologia e Engenharia Elétrica Observar que o Brasil é o quarto país do mundo em capacidade instalada, mas o terceiro em produção. País Capacidade instalada (MW) Produção (GW.horas.ano -1 ) Fração da energia elétrica produzida no país (%) Estados Unidos Canadá China Brasil A potência de uma usina hidrelétrica é proporcional ao produto da descarga vezes a queda. Observar que o Brasil e a Noruega são os países com maior dependência da energia hidrelétrica no total de energia elétrica produzida. Rússia Noruega França Japão Índia Suécia Total 10 países Total mundial Causas: pouco carvão; falta de desenvolvimento da energia nuclear; disponibilidade de água; rios grandes e variações topográficas grandes (quedas). A queda é definida pela topografia e pelas características da barragem. A descarga (vazão) é resultado dos processos de transformação da chuva em vazão que ocorrem na bacia hidrográfica. Hidrologia e Engenharia Elétrica Variabilidade da vazão: Hidrologia e Hidrelétricas: Vazão de projeto das turbinas. Vazão de projeto do vertedor. Vazão de projeto para desvio do rio durante a construção. Variabilidade sazonal e interanual da vazão. Operação de sistemas de usinas interligadas.

14 Tópicos: Ciclo hidrológico Bacia hidrográfica Precipitação formação tipos variação espacial e temporal Escoamento superficial geração fatores que afetam Análise do hidrograma Vazões médias, mínimas e máximas Capacidade de infiltração nos solos Noções de águas subterrâneas Evapotranspiração Balanço hídrico Curva de permanência de vazões Técnicas de medição de variáveis hidrológicas Regularização de vazões Amortecimento de cheias em reservatórios Impactos da urbanização de uma bacia

15 Bibliografia: Material na internet: Apostila Disciplina Apresentações slides (no mesmo local) Bibliografia SANCHEZ, Júlio. Fundamentos de Hidrologia. Apostila. IPH-UFRGS, p. TUCCI, Carlos E.M. (Org.). Hidrologia. Ciências e aplicação. Porto Alegre: Ed. da Universidade: ABRH: EDUSP, p. Exercícios e resultados das provas (no mesmo local) Bibliografia em português ESTEVES, F. A Fundamentos de limnologia. Interciência, Rio de Janeiro. 602pp. GARCEZ, L. N Hidrologia. Edgard Blücher. São Paulo, 249 p. GOLDENFUM, J Notas básicas de hidrologia aplicada à hidreletricidade. Apostila de disciplina IPH pp. PINTO, Nelson L. de Souza, HOLTZ, Antônio Carlos Tatit, MARTINS, José Augusto, GOMIDE, Francisco Luiz Sibut Hidrologia Básica. São Paulo: Edgard Blücher, 278p. PORTO, R. L. L. (organizador) 1991 Hidrologia Ambiental. EDUSP ABRH São Paulo. 411pp. RIGHETTO, A. M Hidrologia e Recursos Hídricos. EESC/USP. São Carlos, 840pp. SANCHEZ, Júlio. Fundamentos de Hidrologia. Apostila. IPH-UFRGS, p. SILVEIRA, A. L. L Hidrologia I. Apostila do Curso IPH 104. IPH UFRGS Porto Alegre 63pp. TUCCI, Carlos E.M. (Org.). Hidrologia. Ciência e aplicação. Porto Alegre: Ed. da Universidade: ABRH: EDUSP, p. VILLELA, Swami M., MATTOS, Arthur. Hidrologia aplicada. São Paulo: McGraw-Hill, p. WISLER, C. O. e BRATTER, E.F. Hidrologia. Ao Livro Técnico. Rio de Janeiro, p. NAGHETTINI, M.; PINTO, E. J. A Hidrologia Estatística. CPRM Belo Horizonte. 552p. PORTO, R. M Hidráulica Básica. EESC/USP. São Carlos, 519 pp. os livros em negrito estão disponíveis em grande número na biblioteca do IPH Bibliografia em inglês CHOW, V. T. Handbook of Applied Hydrology. McGraw-Hill. New York, n.p. DINGMAN, S. L Physical Hydrology. Prentice Hall, Upper Saddle River, 646pp. HORNBERGER, G. M.; Raffensperger, J. P.; Wiberg, P. L.; Eshleman, K. N Elements of Physical Hydrology. Johns Hopkins University Press. Baltimore. LINSLEY, R. K.; KOHLER, M. A.; PAULHUS, J. L. H Hydrology for Engineers. McGraw-Hill. MAIDMENT, D Handbook of hydrology. McGraw-Hill New York MANNING, J. C Apllied principles of hydrology. Prentice Hall. New Jersey. McCUEN, R. H Hydrologic analysis and Design. Prentice Hall, New Jersey. 867pp. PONCE, V. M Engineering Hydrology: Principles and practices. Prentice Hall. New Jersey. WARD, A. D.; TRIMBLE, S. W Environmental Hydrology. Lewis, Boca Raton. 475pp. WISLER, C. O. e BRATTER, E.F. Hidrologia. Ao Livro Técnico. Rio de Janeiro, p. WURBS, R. A.; JAMES, W. P Water Resources Engineering. Prentice Hall, Upper Saddle River. 828pp. BRUTSAERT, W Hydrology: An Introduction. Cambridge, New York, 605pp. DAVIE, T Fundamentals of Hydrology. Routledge, New York, 169pp. os livros em negrito estão disponíveis em grande número na biblioteca do IPH

16 Material da disciplina na Internet Apostila Entre em Graduação; depois em IPH Engenharia Ambiental ou diretamente em Apostila Outras informações

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