Cadeira de Hidrologia 1º Trabalho. Autores: Ana Ferreira, Nº Andreia Afonso, Nº Filipe Graça, Nº Joana Santos, Nº 10769

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1 Cadeira de Hidrologia Autores: Ana Ferreira, Nº Andreia Afonso, Nº Filipe Graça, Nº Joana Santos, Nº Monte de Caparica, Abril de 2004

2 Índice 1. INTRODUÇÃO CARACTERIZAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS Área de Drenagem Forma e coeficiente de compacidade CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA DE DRENAGEM Ordem dos Cursos de Água CARACTERÍSTICAS DE RELEVO Curva Hipsométrica Curva Hidrodinâmica Altura média Perfil Longitudinal Rectângulo equivalente Declive médio da linha de água e da bacia hidrográfica DESCRIÇÃO SUMÁRIA DA GEOLOGIA E DA VEGETAÇÃO BIBLIOGRAFIA

3 1. Introdução Pretende-se com este trabalho caracterizar uma bacia hidrográfica, relativamente às suas características fisiográficas no âmbito da cadeira de Hidrologia. Para escolher a bacia hidrográfica utilizou-se a carta militar (1:25000), do concelho de Arronches e delimitou-se a bacia hidrográfica do Ribeiro de o Mariares representada na Figura 1. O contorno da bacia é feito através da definição da linha de separação de águas, que faz a divisão das precipitações que caem na bacia das que caem nas bacias vizinhas. Esta linha segue pelas linhas de cumeada, em torno da bacia, passando pelos pontos de cota máxima entre bacias e apenas atravessa o curso de água na secção de referência. Figura 1- Bacia Hidrográfica escolhida (Escala 1:25000). 3

4 2. Caracterização da Bacia Hidrográfica Segundo o livro Lições de Hidrologia (Lencastre & Franco, 2003) a bacia hidrográfica é uma área definida topográficamente, drenada por um curso de água ou por um sistema interligado de cursos de água tal que todos os caudais efluentes sejam descarregados através de uma única saída, chamada secção de referência da bacia. De seguida procedeu-se à determinação das características fisiográficas da bacia hidrográfica, que são importantes para realizar o estudo do seu comportamento hidrológico. Estas características estão divididas em características geométricas (área de drenagem e forma), características do sistema de drenagem (ordem dos cursos de água), características de relevo (curva hipsométrica, curva hidrodinâmica, altitude média, perfil longitudinal, inclinação média do leito, declividade dos terrenos, rectângulo equivalente, índice de declive de Roche, Índice de declive global), geologia e vegetação Características Geométricas Área de Drenagem Considera-se a área de drenagem como a área plana limitada pelas linhas de separação topográficas e foi determinada através da utilização de um planímetro, nao carte à escala 1: Para um resultado mais preciso fizeram-se 3 medições, sendo a média de 6,746 km 2, cujos valores se apresentam na Tabela 1. Quadro 1 Valores da área medidos com o planímetro e respectiva média. Medição Área (km 2 ) 1 6, , ,756 Média 6, Forma e coeficiente de compacidade Qualitativamente, através da Figura 1, podemos ver que a bacia apresenta uma forma pouco alongada, e relativamente ramificada. Para efectuar uma descrição quantitativa podemos recorrer aos parâmetros coeficiente de compacidade e factor de forma (Lencastre & Franco, 2003). Factor de Compacidade ou Índice de Gravelius, K c Este factor e a relação entre o perímetro da bacia, P, e a circunferência de um círculo de igual área, A, de raio r. É uma factor adimensional e que varia com a forma da bacia, qualquer seja o seu tamanho. Se for igual à unidade significa que temos uma bacia circular, e será tanto maior quanto mais irregular for a bacia. Para medir o perímetro da bacia utilizou-se um curvímetro, e o valor médio observado foi de 11 km, após três medições de resultados iguais a 11 km. 4

5 A = r 2, r = (A/) K c = P/(2r), donde K c = 0,282 P/A, Substituindo, K c = 0,282 * P/A = 0,282 * 11/6,746 = 1,194 Uma vez que o valor é próximo da unidade podemos dizer que a bacia tem uma forma relativamente circular e poderá ter tendência para cheias, uma vez que as linhas de água apresentam-se bastante ramificadas e próximas umas das outras. Factor de de Forma, K f O factor de forma é a relação entre a largura média e o comprimento axial da bacia. O comprimento axial da bacia, L, é o comprimento do respectivo curso de água mais longo, desde a secção de referência até à cabeçeira mais distante da bacia. A largura média da bacia, l, é definida pela relação entre o comprimento, L, e a área da bacia, A (Lencastre & Franco, 2003): L = A/L, K f = A/L 2 Utilizou-se um curvímetro para medir o comprimento da linha de água principal, cujo valor observado foi de 5,25 Km. Na Figura 2 podemos observar a bacia hidrográfica em estudo, em que o curso de água principal se encontra representado a azul. 5

6 Figura 2- Bacia Hidrográfica e respectiva linha de água principal (Escala 1:25000). O factor de forma da bacia é de: K f = 6,746 / 5,25 2 = 1,28 Este factor permite-nos também avaliar se existe uma maior ou menor tendência para a ocorrência de cheias na bacia hidrográfica. Uma vez que o valor obtido é elevado, podemos dizer que esta bacia deverá ter tendência para ocorrência de cheias. Esta conclusão deve-se ao facto da bacia apresentar uma forma pouco alongada e um pouco larga, donde haverá maior probabilidade de ocorrência de chuvas intensas cobrindo simultaneamente toda a sua extensão, assim como a contibuição dos afluentes ser feita em seccções muito próximas, aproximando-se mais assim de uma bacia circular do que de uma bacia alongada (Lencastre & Franco, 2003). 6

7 2.2. Características do Sistema de Drenagem Ordem dos Cursos de Água A ordem dos cursos de água é uma classificação que permite avaliar o grau de ramificação existente na bacia hidrográfica. Existem dois tipos de classificação da ordem dos cursos de água duma bacia hidrográfica: a classificação de Horton e modificada por Strahler e a classificação decimal. Classificação de Horton Na classificação de Horton as linhas de água de primeira ordem são aquelas que não apresentam afluentes, ou seja as iniciais. Quando duas linhas de água de primeira ordem se juntam, dão uma linha de água de segunda ordem, assim como duas linhas de água de segunda ordem se juntam dão uma linha de água de terceira ordem. Donde duas linhas de água da mesma ordem n quando se juntam dão uma linha de água de ordem n+1. No caso de as linhas de água ao juntarem-se não terem a mesma ordem, a linha de água resultante terá a ordem de valor maior entre as linhas iniciais (Lencastre & Franco, 2003). A Figura 3 apresenta a classificação de Horton da ordem dos cursos de água para a bacia em estudo. A ordem da linha de água principal (a azul na figura) mostra a extensão da ramificação dos cursos de água da bacia, neste caso é de quarta ordem, donde a bacia é relativamente ramificada. 7

8 Figura 3- Ordem da linha de água principal utilizando a classificação de Horton (Escala 1:25000). Classificação decimal Na classificação decimal, que é bastante utilizada em Portugal, atribuiem-se códigos aos cursos de água da bacia. Considerando a linha de água principal o código atribuído é 101, estando virados para a foz, ou seja, para jusante, os cursos de água que estão na margem esquerda terão o código 101 mais números impares, contando de jusante para montante (por exemplo , ), enquanto que os da margem direita terão o código 101 mais números pares, contando de jusante para montante (por exemplo , ). Dentro destes cursos de água a regra é a mesma, por exemplo no curso de código , as linhas de água que estiverem na margem esquerda, quando virados para jusante, terão o código , , enquanto que os da margem direita terão o código , (à medida que se avança para montante). A Figura 4 apresenta classificação decimal da ordem dos cursos de água da bacia hidrográfica em estudo. 8

9 Figura 4- Ordem da linha de água principal utilizando a classificação decimal (Escala 1:25000) Características de Relevo Curva Hipsométrica A curva hipsométrica é um gráfico que representa a área da bacia que se encontra acima de cada cota, em referência ao nível do mar. Esta curva permite-nos saber para deteminada cota qual a área da bacia hidrográfica que está acima desta cota, em unidades de área (Km 2 ) ou em percentagem da área total. Consoante a densidade da bacia hidrográfica, definimos a diferença de curvas de nível para fazer a curva hipsométrica. Na bacia em estudo a cota mais baixa é de 260 m e a mais elevada é de 328 m. Para facilitar a determinação da curva considerou-se uma diferença entre curvas de nível de 20 m, sendo a cota correspondente a 100% da área da bacia (Z 100 ), ou seja a cota da secção de referência, de 260 m e a cota correspondente a 0% da área da bacia (Z 0 ) de 328 m. Após marcadas as curvas de nível necessárias (Figura 5), procedeu-se ás medições das áreas correspondentes com um planímetro. Na Figura 6, está apresentada a curva hipsométrica obtida, donde podemos concluir que 0,05% da área da bacia se 9

10 encontra acima dos 320 m (Z 0,05 =320 m), 36% acima dos 300 m (Z 36 =300 m) e 73% acima dos 280 m (Z 73 =280 m). Figura 5- Áreas utilizadas para a construção da curva hipsométrica (Escala 1:25000). Cota (m) Curva Hipsométrica Área (Km2) Figura 6- Curva Hipsométrica. 10

11 Curva Hidrodinâmica A curva hidrodinâmica relaciona, tal como a curva hipsométrica, áreas com cotas, mas considera as áreas das sub-bacias em cada confluência com a linha de água principal, a montante e a jusante das respectivas secções de referência que se encontram a determinada cota. Os pontos mínimos e máximos coincidem com os da curva hipsométrica, ou seja Z 0 =328 m e Z 100 =260 m. Para determinar os outros pontos definiram-se três secções de referência nos pontos logo a montante da confluência entre a linha de água principal e os afluentes e delimitaram-se as sub-bacias correspondentes (Figura 7). De seguida definiram-se outras três secções de referência, à mesma cota mas a jusante das respectivas confluências consideradas e delimitaram-se as sub-bacias. Foram depois medidas as áreas correspondentes com um planímetro, cujos valores se encontram no Quadro 2. O cálculo de determinação dos pontos da curva hidrodinâmica está apresentado no Quadro 3 e na Figura 8 encontra-se a curva hidrodinâmica obtida. Figura 7- Áreas utilizadas para a construção da curva hidrodinâmica (Escala 1:25000). 11

12 Quadro 2 Valores das áreas das sub-bacias medidas com o planímetro. Áreas km2 A1 1,6 A2 0,46 A3 0,23 A4 1,39 A5 0,78 A6 1,19 A7 1,01 Quadro 3 Cálculo dos pontos da curva hidrodinâmica.. Cota Áreas (m) Montante Jusante A7=1,01 A7+A1=2, A7+A6+A3=2,84 A7+A6+A3+A2=3,3 269 A7+A6+A3+A2+A4=4,69 A7+A6+A3+A2+A4+A6=5, ,746 6,746 Curva Hidrodinâmica Cota (m) Área (Km2) Figura 8- Curva Hidrodinâmica. A curva hidrodinâmica dá-nos uma ideia do potencial hidromotriz da bacia hidrográfica, uma vez que quanto maior for a área maior será o escoamento de superfície. Isto é, para uma dada altura de escoamento anual, calculada através da multiplicação da precipitação anual com o coeficiente de escoamento de superfície, quanto maior for a área maior vai ser o volume anual de escoamento superficial na bacia hidrográfica. Como nos pontos de confluência temos duas zonas, uma a montante e 12

13 outra a jusante, esta última tem uma área maior, ou seja a afluência é superior e logo o volume de escoamento será superior. Este facto é de grande importância por exemplo na escolha do local de uma barragem, visto que se for construída a jusante do ponto de confluência, o volume de água armazenado será muito maior do que se for construída a montante desta confluência Altura média A altura média da bacia hidrográfica é dada através da expressão 1 e a altitude média pela expressão 2 respectivamente: H = z z 1) 100 zi Ai 2) z = onde, A z i - média aritmética entre duas curvas de nível sucessivas A i - área entre duas curvas de nível consecutivas e A - área total A altitude média corresponde no gráfico da curva hipsométrica à altura de um rectângulo de área igual à área limitada pela curva hipsométrica e pelos eixos das coordenadas, e de comprimento igual à área da bacia. A altura média é definida de modo semelhante mas refere-se a cotas acima da secção em estudo e não às cotas do nível do mar (Lencastre & Franco, 2003). CÁLCULOS AUXILIARES: zi Ai z = A (270 1,769) + (290 2,515) + (310 2,458) = = 292,0 m 6,742 H = z z100 = 292,0-260 = 32,04 m A bacia hidrográfica em estudo tem 32,4 metros de altura média e uma altitude média de 292 m Perfil Longitudinal O perfil longitudinal da linha de água principal é dado pelo gráfico que relaciona a altitude (cotas em metros) e a distância à secção de referência. Para a construção do perfil longitudinal mediram-se as distâncias à secção de referência para as cotas 280 m, 300 m e 320 m (Figura 9). O perfil longitudinal da linha de água principal da bacia hidrográfica em estudo está apresentado a Figura

14 Figura 9- Curvas de nível utilizadas na construção do perfil longitudinal (Escala 1:25000). Perfil Longitudinal Cota (m) Distância à secção de referência (km) Figura 10- Perfil longitudinal (Escala 1:25000). 14

15 Rectângulo equivalente Consiste num rectângulo de comprimento L e e largura l e, de perímetro e área iguais aos da bacia, isto é, tal que: ( ) 2 Le + le = P L l = A e e Resolvendo este sistema de equações em relação a L e, e tendo em conta que, teremos: P K c = 0, 28 A 2 ( ) P Le = 0,89 K c A ,12 / K c l e = L e e 2 Então: ( Le + le) 2 = P le Le = A 2 ( Le + le) = 11 le Le = 6,746 6,746 le = Le 6, Le = 11 Le 13, Le = 11 Le 13,492 = 11 2Le Le 13,492 = 11Le 2Le 2 2Le 2 11Le + 13,492 = 0 Le = 3,65 Km Le = 1,85 Km Le = 3,65 Km = 3650 m 6,746 le = = 1,85 Km 3,65 Assim, os valores para a nossa bacia hidrográfica são: Le = 3,65 Km = 3650 m 6,746 le = = 1,85 Km 3,65 15

16 No rectângulo equivalente traçam-se as várias curvas de nível paralelas à respectiva largura, e distanciadas de tal maneira que as áreas parciais, delimitadas pelas curvas de nível no rectângulo, sejam proporcionais às áreas correspondentes na própria bacia (Lencastre & Franco, 2003) Declive médio da linha de água e da bacia hidrográfica (a) Declive médio da linha de água principal Z I = Z L = 5,25 máx min = 11,43 (b) Declive médio da bacia hidrográfica Para determinar o declive médio da bacia hidrográfica podemos utilizar dois índices. i) Índice de declive de Roche (I r ) O índice de Roche é o índice de declive médio para toda a bacia, entre a cota mais elevada, Z 0, e a mais baixa, Z 100 Z0(cota max.) Z = Le 100 Ir (cota mín.) Calculado o valor do rectângulo equivalente estamos nas condições de calcular qual o valor do índice de Roche. Z0 (cota max.) Z100(cota mín.) I r = I r = I r = 0,0164 Le 3650 ii) Índice de declive Global (I g ) O índice global é o índice de declive médio entre as altitudes correspondentes a 5% e 95% da área da bacia na curva hipsométrica e é dado por: I g = z5 95 z Le Uma vez calculado anteriormente o valor de L e (3650 m) vamos determinar qual o valor de z 5 e z 95. z 95 = 263, 6 m z 5 = 317,4 m z5 z95 317,4 263,6 Ig = Ig = Ig Le 3650 = 0,

17 O valor deste índice é sempre inferior ao do índice de declive de Roche, uma vez que não se considera no cálculo respectivo a parte mais elevada da bacia (Lencastre & Franco, 2003) Descrição Sumária da Geologia e da Vegetação É dificil encontrar referências sobre a bacia hidrográfica em estudo, sendo que as informações encontradas se referem à zona de Portalegre e Arronches em geral. Encontramos então nesta zona: Montados de Sobro e Azinho; Sobreiro; Choupo (árvore mais presente junto a ribeiras); Azinheira; Oliveiras; Castanheiro. Em zonas de clima mais quente e seco são as quercineas como o sobreiro (Quercus suber) e a azinheira (Quercus rotundifolia) que caracterizam a paisagem mediterrânica. O sobreiro aparece em zonas de solos ácidos onde ainda se faz sentir a influência atlântica. A azinheira, no entanto, vive em solos ácidos ou alcalinos, em condições de maior secura. O castanheiro, as árvores produtoras de frutos secos como a nogueira (Juglans regia) e a aveleira (Corylus avellana) encontram-se, também, bem adaptadas nesta região. Em relação à acidez a alcalinidade dos solos desta zona, o ph varia entre os 5,8 e 7,3. No que respeita a geologia, os solos encontrados neste local são luvissolos e cambissolos. 3. Bibliografia LENCASTRE, A. e FRANCO, F.M. Lições de Hidrologia, Fundação Armando Lencastre,