Ciclo Hidrológico - Balanço Hídrico

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Osvaldo Lopes Mascarenhas
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1 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHD Hidrologia Aplicada Ciclo Hidrológico - Balanço Hídrico Prof. Dr. Kamel Zahed Filho 2011 Prof. Dr. Arisvaldo Vieira Méllo Jr.

2 Forma de Ícone: O Ciclo Hidrológico

3 Forma Pictórica O Ciclo Hidrológico CONDENSAÇÃO PRECIPITAÇÃO GLACIAÇÃO TRANSPIRAÇÃO EVAPORAÇÃO EVAPORAÇÃO ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO ESCOAMENTO SUPERFICIAL

4 Forma Sistêmica O Ciclo Hidrológico

5 História da Hidrologia Marcos Vitruvius Pollio ( 100 AC) Conceitos próximos aos atuais Da Vinci e Bernard Palissy - Século XV Perrault ( ) e Mariotte Vazão do Rio Sena = 16 % da precipitação Hidrologia Quantitativa Década de 1930 ( Sherman -1932; Horton ; Theiss- 1935) Computadores + Modelos Conceituais chuva x vazão Década de 1950

6 Ciclo Hidrológico Fenômeno global de circulação da água entre a superfície terrestre e a atmosfera, impulsionado fundamentalmente pela energia solar, associada à gravidade e à rotação da Terra.

7 Fluxos e Reservas Globais de Água Reservas Globais 10^15 m3% do Total Oceanos ,57 Geleiras 25 1,81 Água Subterrânea 8,4 0,61 Rios e Lagos 0,2 0,014 Atmosfera 0,013 9,40E-04 Biosfera 0,0006 4,30E-05 TOTAL 1383,6

8 Oceanos - 97,57% Rios e Lagos - 0,014% Geleiras - 1,81% Fluxos e Reservas Globais de Água Atmosfera - 0,00094% Águas Subterrâneas - 0,61% Biosfera - 0,000043%

9 Produção Hídrica de Superfície Mundial Região Vazão Média Participação (m3/s) (%) América do Sul ,1 América do Norte ,0 África ,0 Europa ,0 Antártida ,0 Oceania ,5 Austrália/Tasmânia ,8 Ásia ,6 BRASIL ,3 Total ,0

10 Disponibilidade de Água Per Capita (m 3 /ano) África América Latina Ásia OCDE Mundo

11 Consumos de Água na Produção litros de água 1 kg de bife 140 litros de água 1 xícara de café 1350 litros de água 1 kg de trigo 900 litros de água 1 kg de milho 1000 litros de água 1 litro de leite 3000 litros de água 1 kg de arroz

12 Balanço Demanda x Disponibilidade Para se avaliar se uma região pode atender às diversas demandas (abastecimento, irrigação, uso industrial...), é necessário comparar esses valores de demanda com a disponibilidade de fornecimento. Para isso, vamos avaliar a quantidade de água de cada fase do Ciclo Hidrológico.

13 Conteúdo virtual de água nos alimentos mais consumidos Alimento Água virtual (m 3 kg- 1 ) Alimento Água virtual (m 3 kg- 1 )

14 Ciclo Hidrológico em Números

15 Ciclo Hidrológico em Números

16 Balanço Hídrico das Regiões Hidrográficas Brasileiras Região Área Chuva Vazão Evapo Chuva Vazão Evapo Vazão transp. transp. % km2 m3/s m3/s m3/s mm mm mm Chuva Amazonas - Total Amazonas- Brasil Tocantins Atlântico Norte Atlântico Nordeste São Francisco Atlântico Leste (1) Atlântico Leste (2) Paraná Paraguai Uruguai Atlântico - Sul Brasil - Amazonas Total Brasil - Amazonas Parcia (1) Do Japaratuba (SE) ao Pardo (BA) (1) Do Jequitinhonha (MG/BA) ao Paraíba do Sul ( SP/MG/RJ)

17 CONVERSÃO DE UNIDADES A altura de chuva equivale à altura da lâmina d água que seria obtida se o volume de água de uma chuva fosse distribuído por uma lâmina uniforme sobre uma bacia hidrográfica. Se, em um período de um ano, houve uma chuva acumula de P mm, sobre uma bacia hidrográfica com A km 2 de área, então o volume precipitado em um ano foi de: P(mm) * 10-3 (m/mm) * A(km 2 ) * 10 6 (m 2 /km 2 ) A vazão equivalente a este volume seria dada por: Vazão = Volume/ 1ano P( m 3 / s) = 3 P( mm)*10 ( m / mm)* A( km 365* 24*3600( seg 2 6 )*10 ( m / ano) 2 / km 2 )

18 Disponibilidade hídrica per capita nas grandes bacias brasileiras. Bacia hidrográfica Área km² % População 1991 % Densidade hab/km² Vazão m³/s Disponibilidade m³/dia/hab 1 Amazonas (1) , Tocantins , A Atlântico Norte , B Atlântico Nordeste , São Francisco , A Atlântico Leste , B Atlântico Leste , A Paraguai (1) , B Paraná , Uruguai (1) , Atlântico Sudeste , Brasil , (1) - Somente a área situada no território brasileiro. Fonte: Aspectos de sustentabilidade e vulnerabilidade dos recursos hídricos - Benevides, V.F. de Sá e Beekman, Gertjan B. - XI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Recife, 1995.

19 Balanço hídrico das grandes bacias hidrográficas brasileiras. Bacia hidrográfica Área P Q q E Escoamento Nº Denominação km² mm/ano m³/s l/s/km² mm/ano superficial % 1 Amazonas total , Tocantins , A Atlântico Sul Norte , B Atlântico Sul Nordeste , São Francisco , A Atlântico Leste , B Atlântico Leste , A Paraná , B Paraguai , Uruguai , Atlântico Sudeste , Brasil com Amazonas , Brasil ,8 Amazonas Cabeceiras ,2 Amazonas Brasileiro ,8 P= ; Q = ; q = ; E. Fonte: Mapa Disponibilidade Hídrica no Brasil - MME/DNAEE/CGRH Observações: Atlântico Norte: do rio Oiapoque à bacia do rio Araguari. Atlântico Nordeste: da bacia do rio Capim (PA) até bacia do rio Coruripe (AL). Atlântico Leste 1: da bacia do rio Japaratuba (SE) até a bacia do rio Pardo (BA). Atlântico Leste 2: da bacia do rio Jequetinhonha até a bacia do rio Paraíba do Sul. Atlântico Sudeste: da bacia do ribeirão Grande (SP) até ao rio Jaguarão (RS). Bacias dos rios Paraguai, Paraná e Uruguai: partes das bacias no território brasileiro.

20 Disponibilidade Hídrica em m 3 /ano/habitante Fontes : 1- Les politiques de l eau en Europe, Bernard Barraque - Edition La Découverte - Paris, 1995 País Valor País Valor Estado Valor m3/hab/ano americano m3/hab/ano brasileiro m3/hab/ano Abundância Finlândia Suriname Rondônia > Suécia Guyana Acre Canada Amazonas Belize Roraima Panama Pará Bolivia Amapá Venezuela Tocantins Nicaragua Rio Grande Sul Chile Mato Grosso Sul Brazil Mato Grosso Colombia Goiás Colombia Ecuador Costa Rica Muito rico Irlanda Argentina Maranhão > Luxemburgo Paraguay Minas Gerais Áustria Uruguay Paraná Guatemala Santa Catarina Rico Países Baixos Honduras Piauí > Portugal United States Espírito Santo Grécia Situação correta França Trinidad and Tobago Bahia > Itália Mexico São Paulo Espanha Jamaica El Salvador Cuba Pobres Reino Unido Peru Ceará < Alemanha Rio Grande do Norte Bélgica Alagoas Sergipe Rio de Janeiro Distrito Federal Situação crítica Haiti Paraíba < Pernambuco Disponibilidads Hídricas per capita no Brasil - Comissão de Gestão da ABRH

21 Disponibilidades Hídricas per Capita dos Estados Brasileiros (m 3 /ano/habitante) ABUNDANTE MUITO RICO m3/ano/habitante RICO CORRETA POBRE CRÍTICA 0 14 Roraima 13 Amazonas 16 Amapá 12 Acre 15 Pará 51 Mato Grosso 16 Tocantins 11 Rondônia 50 Mato Grosso do Sul 52 Goias 43 Rio Grande do Sul 21 Maranhão 41 Parana 42 Santa Catarina 31 Minas Gerais 22 Piauí 32 Espirito Santo 34 São Paulo 29 Bahia 33 Rio de Janeiro 23 Ceará 28 Sergipe 24 Rio Grande do Norte 53 Distrito Federal 27 Alagoas 25 Paraíba 26 Pernambuco Estado brasileiro

22 Disponibilidade Hídrica Social (Rebouças, 1994) Censo IBGE 1991 Disponibilidade hídrica social na RMSP 170 m 3 / hab. /ano

23 Balanço Hídrico de uma Bacia Hidrográfica Limite da Bacia E P Lençol Freático em t =1 Infiltração Q Lençol Freático em t =0 ΔS Substrato Impermeável

24 Balanço Hídrico de uma Bacia Hidrográfica P = Q + E ± ΔS onde : P = Precipitação Q = Vazão E = Evapotranspiração ΔS = Armazenamento Subterrâneo

25 Dados da Bacia do Guarapiranga Dados da Bacia do Guarapiranga ( área = 630 km2) Ano Vazão Precipitação Vazão/ Precipitação/ Vazão Precipitação mm mm Vazão Med PrecMed Acumulada Acumulada Média

26 Comportamento Vazão x Chuva Vazão mm Precipitação mm

27 Comportamento Vazão x Chuva (Adimensional) Vazão/ Vazão Med Precipitação/ PrecMed

28 Correlação Vazão x Chuva Vazão x Precipitação 1200 Vazão Média Anual (mm) y = x R 2 = Precipitação Total Anual (mm)

29 Balanço Hídrico de uma Bacia P = Q + E ± ΔS Crescem Tende a 0

30 Correlação Vazão x Chuva Vazão Acumulada x Precipitação Acumulada Vazão Média Anual Acumulada (mm) y = x R 2 = Precipitação Total Anual Acumulada (mm)

31 Eu que sei prever a trajetória dos astros, nada sei dizer sobre o movimento de uma pequena gota de água Galileo Galilei

32 FIM

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