UNIVERSIDADE EDUARDO MONDLANE Curso de Engenharia Civil. HIDROLOGIA Capítulo 3 Caracterização de uma bacia hidrográfica

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1 UNIVERSIDADE EDUARDO MONDLANE Curso de Engenharia Civil HIDROLOGIA Capítulo 3 Caracterização de uma bacia hidrográfica 1

2 Definição de bacia hidrográfica Bacia hidrográfica de um rio em determinada secção transversal desse rio (secção de referência) lugar geométrico dos pontos a partir dos quais o percurso superficial de uma gota de água passa na referida secção transversal. Limite desse lugar geométrico = limite da bacia hidrográfica, linha de separação de águas ou divisor de águas. Bacia hidrográfica de um lago não drenado por nenhum curso de água lugar geométrico dos pontos a partir dos quais o percurso superficial de uma gota de água se dirige à linha de margem do lago, inclui a superfície do lago. 2

3 Limites da bacia 3

4 Bacia hidrográfica exorreica e endorreica Ponto alto, cume B Linha de nível Curso de água Secção de referência Limite de bacia hidrográfica B Lago A A 4

5 Balanço hídrico numa bacia hidrográfica Bacia exorreica única entrada de água precipitação; únicas saídas de água evaporação e evapotranspiração + escoamento através da secção de referência da bacia hidrográfica. Bacia endorreica única entrada de água precipitação; única saída de água evaporação e evapotranspiração. Escoamento subterrâneo a entrar ou a sair da bacia é desprezável. 5

6 Bacia exorreica e endorreica A grande maioria das bacias hidrográficas são exorreicas. Normalmente os lagos drenam para um rio. Exemplo: Lago Niassa drena através do rio Chire, afluente do rio Zambeze. Na África Austral, a mais conhecida bacia endorreica é a do rio Okavango que termina num grande delta interior. 6

7 Delimitação duma bacia hidrográfica 7

8 Gestão dos recursos hídricos Bacia hidrográfica unidade mais conveniente para a gestão dos recursos hídricos, é onde se verificam as relações mais estreitas entre: recursos hídricos numa secção de um curso de água e recursos hídricos noutra secção a jusante da primeira; recursos de água superficiais e de águas subterrâneas; consumos de água e rejeição de efluentes a montante e disponibilidades de água a jusante, em termos de quantidade e qualidade; 8

9 Gestão dos recursos hídricos modificações na ocupação do solo ou obras hidráulicas no rio e nas margens e consequentes modificações morfológicas ou das características do escoamento a montante e a jusante. Difícil de materializar se os limites da bacia hidrográfica não coincidem com os limites administrativos do país ou quando bacias são partilhadas por dois ou mais países. Institucionalização da gestão de recursos hídricos com base em regiões constituídas por uma bacia ou um conjunto de bacias hidrográficas contíguas; cinco ARAs em Moçambique (Lei de Águas, 1991). 9

10 10 Principais bacias hidrográficas Rovuma Messalo Lúrio Ligonha Licungo Zambeze Pungoé Búzi Save Limpopo Incomáti Umbelúzi Maputo Total em Moçam. Bacias Áreas (km²)

11 Linha de separação freática Os limites das bacias hidrográficas são estabelecidos seguindo a linha de cumeada. 11

12 Características fisiográficas Comportamento hidrológico da bacia depende de características climáticas e de características fisiográficas. Características fisiográficas Geométricas; Sistema de drenagem; Relevo; Geologia, solos, vegetação, uso do solo. 12

13 Características geométricas Área Perímetro Índice de Gravelius Factor de forma Rectângulo equivalente Índice de alongamento 13

14 Área, perímetro, índice de Gravelius Área de drenagem área da projecção sobre um plano horizontal da superfície da bacia de drenagem. Perímetro perímetro da projecção sobre um plano horizontal da superfície da bacia de drenagem. Índice de compacidade ou de Gravelius P 0, 282 P K c= = A A 2 14

15 Índice de Gravelius Valores de K c : 1,41 / 1,20 / 1,13 / 1,51 Kc mais próximo da unidade pode, em igualdade de outros factores, indicar uma maior tendência para pontas de cheia mais altas nessa bacia. 15

16 Factor de forma e rectângulo equivalente Factor de forma: para outros factores iguais, bacias com K f baixos terão tendência para cheias com pontas menores do que bacias com K f elevados. l = A/L K f =l/l = A/L 2 Rectângulo equivalente área e perímetro iguais aos da bacia. L e = P P 16 - A 2 P P 2 le = - - A P 16A

17 Rectângulo equivalente Rectângulo equivalente da bacia do rio Malema A = 2600 km² P = 342 km L e = 154 km l e = 17 km Área da bacia entre as cotas 700 e 800 m: A e 20 km X l,

18 Índice de alongamento Índice de alongamento: valores de K L próximos de 1 dão uma indicação preliminar de maior propensão para cheias, valores superiores a 2 indicam uma menor tendência para cheias. K L = L e /l e Verifica-se com boa aproximação para o índice de Gravelius L e K c 1 0,1 l e 18

19 Características do sistema de drenagem Constância do escoamento Ordem dos cursos de água Densidade de drenagem Percurso sobre o terreno 19

20 Constância do escoamento Classificação dos rios quanto à constância do escoamento: perenes em condições naturais, têm sempre água; intermitentes em condições naturais, têm água durante a época húmida e secam na estiagem; efémeros apenas têm água durante e imediatamente a seguir aos períodos de precipitação. Condições naturais: consumos podem reduzir muito os caudais de estiagem; barragens originam caudais de estiagem superiores aos naturais. 20

21 Ordem dos cursos de água Ordem dos cursos de água classificação para caracterizar o grau de ramificação da rede hidrográfica da bacia, determinada a partir dum mapa. Critério de Horton confluência de duas linhas de água de ordem 1 origina a jusante uma linha de água de ordem 2; genericamente, confluência de duas linhas de água de ordem n gera a jusante uma linha de água de ordem n+1; processo inicia-se com as linhas de água mais pequenas, que não recebem afluentes, e progride de montante para jusante, até à secção de referência da bacia. 21

22 Ordem dos cursos de água Critério de Horton (cont.) Após definição do rio principal, a mesma ordem é atribuída a toda a extensão do rio até à nascente. Para determinar, em cada secção de confluência, qual o curso do rio principal para montante: Escolhe-se a linha de água, a montante da confluência, que faz o menor ângulo com o rio principal. Se ambas as linhas de água a montante da confluência fazem aproximadamente o mesmo ângulo com o rio principal, escolhese a de maior comprimento. Se ambas as linhas de água têm o mesmo comprimento, escolhese a linha de água com maior área de drenagem. Actualmente, usam-se os critérios por ordem inversa. 22

23 Ordem dos cursos de água Critério de Strahler simplificação do critério de Horton, eliminando a definição do rio principal até à nascente 23

24 Indicadores de Horton Razão de bifurcação, R bn razão entre o número de linhas de água de ordem n, N n, e o número de linhas de água de ordem n + 1, N n + 1. Razão de bifurcação média, R b média geométrica dos valores de R bn. Se k é a ordem do curso de água mais a jusante, R k 1 b N 1 Razão dos comprimentos, R L razão entre o comprimento médio das linhas de água de ordem i e o comprimento médio das linhas de água de ordem i 1. 24

25 Indicadores de Horton Razão das áreas, R A razão entre a área média das sub-bacias das linhas de água de ordem i e a área média das sub-bacias das linhas de água de ordem i 1. Razão dos declives, R S razão entre o declive médio das linhas de água de ordem i e o declive médio das linhas de água de ordem i+1. 25

26 Relações de Horton Mantêm-se relativamente constantes na bacia. Relação do número de linhas de água relaciona o número de linhas de água de ordem i, N i, com a razão de bifurcação média e com a ordem do rio, k: N i = R b k-i. Relação dos comprimentos relaciona o comprimento médio das linhas de água de ordem i, L i, com a razão dos comprimentos, R L, e com o comprimento médio das linhas de água de ordem 1, L 1 : L i = L 1 R L i-1. 26

27 Relações de Horton Relação das áreas relaciona a área média das sub-bacias das linhas de água de ordem i, A i, com a razão das áreas, R A, e a área média das sub-bacias das linhas de água de ordem 1, A 1 : A i = A 1 R A i-1. Relação dos declives dos rios relação do declive médio das linhas de água de ordem i, S i, com a razão dos declives, R S, e com o declive médio das linhas de água de ordem 1, S 1 : S i = S 1 R S 1-i. 27

28 Densidade de drenagem e percurso médio sobre o terreno Densidade de drenagem = i l A i Percurso médio sobre o terreno L p 1 2 λ alto, L p baixo propensão para cheias 28

29 Características do relevo Curva hipsométrica Altitude média, altura média Perfil e declives do leito Declive médio da bacia Índices de declive Curva hidrodinâmica Coeficientes de massividade e orográfico 29

30 Características do relevo Curva hipsométrica curva A (z), A área da bacia acima da altitude z, em km 2 ou % da área total da bacia, obtida a partir da carta hipsométrica. The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. 30

31 Carta hipsométrica 31

32 Altitude e altura médias Altitude média Z = 0 A total A z total da Altura média H = 0 A total A h total da H Z z

33 Perfil do rio e declives do leito Perfil do rio representação gráfica da função z (L), z cota duma dada secção do rio, L respectiva distância à secção de referência (foz do rio ou secção de confluência). Declives do leito Declive médio Declive 10;85 Declive equivalente 33

34 Declives do leito 34

35 Declive médio da bacia Método de Alvord carta com curvas de nível espaçadas de D. D Ln in = = D d n Ln L A n n I = An i An n = D L A n n = D L A 35

36 Índices de declive Obtidos a partir do rectângulo equivalente. Índice de declive médio I Índice de Roche I Índice de declive global p = Z i = max L I e g Z Z i min - Z X i = Z i Z Le 95 36

37 Curva hidrodinâmica A curva hidrodinâmica representa as possibilidades energéticas da bacia, En = 2,722 V h MWh (V - hm 3, h - m). 37

38 Curva hidrodinâmica 38

39 Coeficientes de massividade e orográfico Coeficiente de massividade quociente entre a altura média da bacia, em metros, e a sua área, em km 2. Coeficiente orográfico produto da altura média pelo coeficiente de massividade. Coeficiente orográfico > 6 relevo acentuado. 39

40 Outras características relevantes Geologia Solos Cobertura vegetal Uso do solo 40

41 Geologia Existência de formações permeáveis; aquíferos como são alimentados, interacção com rios e lagos. 41

42 Solos Influenciam a infiltração e a recarga de aquíferos. Geologia e solos estão estreitamente relacionados com erosão superficial. 42

43 Cobertura vegetal Aumenta a intercepção, reduz e retarda o escoamento superficial; reduz a erosão devido à chuva. 43

44 Uso do solo Florestas e matas garantem maior infiltração, menor velocidade de escoamento superficial e menor erosão que terrenos cultivados. O tipo de vegetação influencia a evapotranspiração. A substituição do coberto vegetal original por floresta plantada (pinheiro, eucalipto) aumenta a evapotranspiração, reduz o escoamento subterrâneo e o escoamento superficial. 44

45 Uso do solo Urbanização tem um enorme impacto na hidrologia da área: Substitui áreas permeáveis por áreas impermeáveis. Reduz a infiltração e a retenção superficial. Aumenta o volume do escoamento superficial. Reduz a resistência ao escoamento, faz com que a ponta de cheia ocorre mais rapidamente. Piora a qualidade da água que escorre superficialmente. 45

46 Impacto da urbanização 46

47 Efeito da urbanização na hidrologia 47

48 Efeito da urbanização 48