26/10/2017. precipitação líquida constituída por gotas com diâmetro inferior a 0,5 mm, apresentando baixa intensidade (< 1 mm h -1 )

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1 Disciplina: HIDROLOGIA E MANEJO E CONSERVAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS Professor: João Paulo Bestete de Oliveira DEFINIÇÃO: Água proveniente da condensação do vapor d água da atmosfera, depositada na superfície terrestre. FORMAS: Garoa Chuva Saraiva Granizo Neve Orvalho Geada precipitação líquida constituída por gotas com diâmetro inferior a 0,5 mm, apresentando baixa intensidade (< 1 mm h -1 ) Precipitação na forma líquida, todavia as gotas apresentam diâmetro superior a 0,5 mm 1,0 precipitação sob forma de pedras de gelo de pequeno diâmetro (< 5 mm) precipitação sob forma de pedras de gelo de grande diâmetro (> 5 mm) 1

2 precipitação de cristais de gelo a partir do vapor de água quando a temperatura do ar é inferior a 0ºC precipitação sob a forma de vapor d água, ocorre condensação do vapor em superfícies sólidas que se resfriam durante a noite (folhas, por exemplo) precipitação sob a forma de vapor d água, formamse cristais de gelo em superfícies que se resfriam à noite IMPORTÂNCIA: ligação entre fases atmosférica e terrestre do ciclo hidrológico entrada (input) do sistema hidrológico única forma de entrada de água em uma bacia hidrográfica fonte primária da água para o uso do homem problemas em BH s são em sua grande maioria conseqüência de chuvas de grande intensidade ou volume e da ausência de chuva em longos períodos de estiagem Enchentes Danos a obras hidráulicas 2

3 Prejuízos agroflorestais Redução de vazão Redução de nível de reservatórios Prejuízos à produção vegetal Redução de vazão Redução de nível de reservatórios Prejuízos à produção vegetal Promovem aumento da infiltração Favorecem recarga de aqüíferos Podem causar problemas à agricultura e à conservação do solo A precipitação é um processo aleatório que não permite uma previsão determinística com grande antecedência. O tratamento dos dados de precipitação para a grande maioria dos problemas hidrológicos é estatístico. 3

4 ATMOSFERA: Camada gasosa que envolve a terra, constituída por uma mistura complexa de gases que variam em função do tempo e da situação geográfica AR NATURAL AR SECO VAPOR D ÁGUA PARTÍCULAS SÓLIDAS EM SUSPENSÃO NITROGÊNIO + OXIGÊNIO = 99% ARGÔNIO = 0,93% AR SECO CO 2 = 0,03% OUTROS (Ozônio, Hidrogênio, Hélio, Neônio, etc.) VARIA DE 0 a 4% VAPOR D ÁGUA 0% - REGIÕES DESÉRTICAS 4% - FLORESTAS TROPICAIS PARTÍCULAS SÓLIDAS SAIS DE ORIGEM ORGÂNICA E (Partículas minúsculas de várias INORGÂNICA origens, com diâmetro variando EXPLOSÕES VULCÂNICAS de 0,01 a 1 micron) COMBUSTÃO DE GÁS, CARVÃO E (Núcleos de Condensação) PETRÓLEO AR NATURAL AR SECO VAPOR D ÁGUA PARTÍCULAS SÓLIDAS EM SUSPENSÃO Núcleos de condensação mais ativos: - partículas de sal procedentes do mar - cristais de gelo -produtos de combustão contendo ácidos nítrico e sulfúrico (comum em regiões industriais) NITROGÊNIO + OXIGÊNIO = 99% ARGÔNIO = 0,93% AR SECO CO 2 = 0,03% OUTROS (Ozônio, Hidrogênio, Hélio, Neônio, etc.) VARIA DE 0 a 4% VAPOR D ÁGUA 0% - REGIÕES DESÉRTICAS 4% - FLORESTAS TROPICAIS PARTÍCULAS SÓLIDAS SAIS DE ORIGEM ORGÂNICA E (Partículas minúsculas de várias INORGÂNICA origens, com diâmetro variando EXPLOSÕES VULCÂNICAS de 0,01 a 1 micron) COMBUSTÃO DE GÁS, CARVÃO E (Núcleos de Condensação) PETRÓLEO Elementos necessários: Umidade Resfriamento do vapor (expansão adiabática) ~ 1 o C a cada 100 m Condensação do vapor (gotículas com 0,01 a 0,03 mm) Presença de núcleos higroscópicos (origens argilosas, orgânicas (polén), químicas e sais marinhos) Crescimento de gotículas (coalescência e difusão de vapor) Chuva: diâmetros de gotas entre 0,5 a 2,0 mm FAMÍLIA DE NUVENS E ALTURA Nuvens altas (acima de 6000 m) TIPOS BÁSICOS DE NUVENS TIPO DE NUVEM Cirrus (Ci) Cirrocumulus (Cc) Cirrostratus (Cs) CARACTERÍSTICAS Nuvens finas, delicadas, fibrosas, formadas de cristais de gelo. Nuvens finas, brancas, de cristais de gelo, na forma de ondas ou massas globulares em linhas. É a menos comum das nuvens altas. Camada fina de nuvens brancas de cristais de gelo que podem dar ao céu um aspecto leitoso. As vezes produz halos em torno do Sol ou da Lua. 4

5 FAMÍLIA DE NUVENS E ALTURA Nuvens médias ( m) TIPOS BÁSICOS DE NUVENS TIPO DE NUVEM Altocumulus (Ac) Altostratus (As) CARACTERÍSTICAS Nuvens brancas a cinzas constituídas de glóbulos separados ou ondas. Camada uniforme branca ou cinza, que pode produzir precipitação muito leve. TIPOS BÁSICOS DE NUVENS FAMÍLIA DE NUVENS TIPO DE NUVEM CARACTERÍSTICAS E ALTURA Nuvens baixas (abaixo de 2000 m) Stratus (St) Stratocumulus (Sc) Nimbostratus (Ns) Camada baixa, uniforme, cinza, parecida com nevoeiro, mas não baseada sobre o solo. Pode produzir chuvisco. Nuvens cinzas em rolos ou formas globulares, que formam uma camada. Camada amorfa de nuvens cinza escuro. Uma das mais associadas à precipitação. TIPOS BÁSICOS DE NUVENS FAMÍLIA DE NUVENS E ALTURA Nuvens com desenvolvimento vertical TIPO DE NUVEM Cumulus (Cu) Cumulonimbus (Cb) CARACTERÍSTICAS Nuvens densas, com contornos salientes, ondulados e bases freqüentemente planas, com extensão vertical pequena ou moderada. Podem ocorrer isoladamente ou dispostas próximas umas das outras. Nuvens altas, algumas vezes espalhadas no topo de modo a formar uma "bigorna". Associadas com chuvas fortes, raios, granizo e tornados. Observação: Nimbostratus e Cumulonimbus são as nuvens responsáveis pela maior parte da precipitação. Classificadas de acordo com os diferentes processos pelos quais ocorre ascensão das massas de ar em: a) Frontais ou ciclônicas b) Orográficas ou chuvas de relevo c) Convectivas ou chuvas de verão 5

6 encontro de duas grandes massas de ar de diferentes temperaturas e umidades centenas de km 2 de extensão movimentam-se de forma lenta longa duração, intensidade baixa a média podem ficar estacionárias provocando enchentes em pequenas BH Originada do encontro de massas de ar com diferentes características de temperatura e umidade. Dependendo do tipo de massa que avança sobre a outra, as frentes podem ser denominadas basicamente de frias e quentes. Nesse processo ocorre a convecção forçada, com a massa de ar quente e úmida se sobrepondo à massa fria eseca.comamassadearquente e úmida se elevando, ocorre o processo de resfriamento adiabático, com condensação e posterior precipitação. Características das chuvas frontais Chuva Frontal Distribuição: generalizada na região Intensidade: fraca a moderada, dependendo do tipo de frente Predominância: sem horário predominante Duração: média a longa (horas a dias), dependendo da velocidade de deslocamento da frente. formadas por influência do relevo pequena intensidade e grande duração cobrem pequenas áreas sombra pluviométrica Chuva Orográfica Ocorrem em regiões onde barreiras orográficas forçam a elevação do ar úmido, provocando convecção forçada, resultando em resfriamento adiabático e em chuva na face a barlavento. Na face a sotavento, ocorre a sombra de chuva, ou seja, ausência de chuvas devido ao efeito orográfico. Exemplo do efeito orográfico na Serra do Mar, no Estado de São Paulo Santos P = 2153 mm/ano Cubatão P = 2530 mm/ano Serra a 350m P = 3151mm/ano Serra a 500m P = 3387 mm/ano Serra a 850m P = 3874 mm/ano S.C. do Sul P= 1289mm/ano aquecimento de massas de ar úmido em contato direto com a superfície quente brusca ascensão alta intensidade curta duração áreas pequenas regiões equatoriais 6

7 Chuva Convectiva Originada do processo de convecção livre, em que ocorre resfriamento adiabático, formando-se nuvens de grande desenvolvimento vertical. Características das chuvas convectivas Distribuição: localizada, com grande variabilidade espacial Intensidade: moderada a forte, dependendo do desenvolvimento vertical da nuvem Predominância: no período da tarde/início da noite Duração: curta a média (minutos a horas) Lâmina precipitada Duração da precipitação Intensidade de precipitação Período de retorno e freqüência de probabilidade Distribuição espacial e temporal Altura pluviométrica ou total precipitado. espessura média da lâmina de água precipitada que recobriria a região atingida pela precipitação admitindo-se que essa água não se infiltrasse, não se evaporasse, nem se escoasse para fora dos limites da região. Período de tempo durante o qual a chuva cai. Unidade minuto ou hora Unidade mm 1mm=1L.m -2 =10m³.ha -1 Lâmina total precipitada por unidade de tempo. P i p t Unidade mm/hora ou mm/minuto. ip Padrão Aleatório (Real) ip Medida do Pluviômetro Apresenta grande variabilidade temporal, mas, para análise dos processos hidrológicos, geralmente são definidos intervalos de tempo nos quais é considerada constante. 1 hora t 1 hora t 7

8 Tempo de recorrência número médio de anos durante o qual esperase que a precipitação analisada seja igualada ou superada Frequência número de vezes que determinado evento é igualado ou superado em um ano Chuva crítica para Alegre i p >= 10 mm. h -1 Contagem média de chuvas superiores à chuva crítica ocorridas anualmente: 20 chuvas. Frequência de chuvas iguais ou superiores à crítica (f): 20 vezes/ano Período de retorno da chuva crítica: 1/20 = 0,05 anos A chuva igual ou superior à crítica ocorre, em média, a cada o,05 anos Chuva crítica para Alegre i p >= 100 mm. h -1 Contagem chuvas superiores à chuva crítica ocorridas anualmente: nos últimos 30 anos ocorreram 5. Frequência de chuvas iguais ou superiores à crítica (f): Período de retorno (T) da chuva crítica: Chuva crítica para Alegre i p >= 100 mm. h -1 Contagem chuvas superiores à chuva crítica ocorridas anualmente: nos últimos 30 anos ocorreram 5. Freqüência de chuvas iguais ou superiores à crítica (F): 5 vezes/30 anos = 0,17 vezes por ano Período de retorno da chuva crítica: 1/0,17 = 6 anos A chuva igual ou superior à crítica ocorre, em média, a cada 6 anos É mais fácil exprimir (entender) a chuva em termos de sua freqüência (F) ou de seu período de retorno (T)? Espacial Temporal Influenciada por: Latitude; Distância do mar ou outras fontes de umidade; Altitude; Orientação das encostas; e Vegetação. constitui-se numa das características inerentes às precipitações sendo influenciada pelo relevo. representada pelas isoietas. Não confundir com interpolação. 8

9 Variabilidade Espacial das Chuvas As figuras mostram a variabilidade espacial das chuvas em três dias consecutivos. Observe as chuvas causadas por um sistema frontal avançando da Argentina para o Brasil. Na escala diária, a variabilidade espacial depende dos sistemas meteorológicos que atuam na região. Esses sistemas são em suma a resultante da interação dos fatores determinantes do clima nas três escalas estudadas. Variação Espacial e Temporal das Precipitações são inerentes ao clima predominante nas diferentes regiões do planeta representada por hietogramas Chuva (mm/mês) 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 Variabilidade Temporal das Chuvas no Brasil João Pessoa, PB Brasília, DF 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 Chuva (mm/mês) 100,0 50,0 Variabilidade Espacial e Temporal das Chuvas 0,0 0,0 J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D Dependendo da região do país, as chuvas se distribuem diferentemente ao longo do ano. Novamente, isso é conseqüência da interação dos diversos fatores determinantes do clima. Em João Pessoa, PB, a estação chuvosa se concentra no meio do ano, enquanto que em Brasília essa estação se dá entre o final e o início do ano. Por outro lado, em Bagé, RS, as chuvas sedistribuem regularmente ao longo detodooano. Chuva (mm/mês) 400,0 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 Bagé,RS A variabilidade espacial das chuvas na escala diária, gera também a variabilidade espacial na escala mensal, que por sua vez gera tal variabilidade na escala anual. Essa variabilidade ao longo do tempo é denominada variabilidade temporal. J F M A M J J A S O N D 9

10 A aquisição de dados de chuva de boa qualidade é bastante difícil, apesar da medição e dos aparelhos serem simples. É muito raro encontrar um série de dados confiável. Basicamente existem duas maneiras de medir a chuva: pontualmente, com pluviômetros ou pluviógrafos; e espacialmente, com radares. INSTALAÇÃO: - Existem várias normas de instalação, apesar das tentativas de homogeneização internacional realizadas pela OMM. - A interceptação da chuva deve ser feita a uma altura média acima da superfície do solo entre 1 e 1,5 m. - Aparelho deve ficar longe de qualquer obstáculo que possa prejudicar a medição. - A área de coleta não é padronizada. Encontram-se áreas de 100, 200, 314, 400 ou 1000 cm 2. Ville de Paris (A = 400 cm 2 ) KCCI (A = 176 cm 2 ) SR (A = 15 cm 2 ) - Existem provetas calibradas diretamente em milímetros para medir o volume de água coletado no pluviômetro. - Norma internacional: o acúmulo das precipitações em 24 horas, observadas antes do meio-dia, é atribuído ao dia anterior Os pluviômetros são instrumentos normalmente operados em estações meteorológicas convencionais ou miniestações termo-pluviométricas. O pluviômetro padrão utilizado na rede de postos do Brasil é o Ville de Paris (foto da esquerda). Outros tipos de pluviômetro (fotos do centro e da direita) são comercializados ao um custo menor e tem por finalidade monitorar as chuvas em propriedades agrícolas. Adurabilidade desses pluviômetros esua precisão, em função da menor área de captação, são menores do que a dos pluviômetros padrões.aáreadecaptaçãomínima recomendável é de 100 cm 2. Pluviógrafo Os pluviógrafos são dotados de um sistema de registro diário, no qual um diagrama (pluviograma) é instalado. Ele registra a chuva acumulada em 24h e o horário da chuva. São equipamentos usados nas estaçõesmeteorológicas convencionais Mede variação temporal da lâmina precipitada O pluviograma acima mostra uma chuva ocorrida no dia 11/03/1999, em que foi registrado cerca de 76mm em 5h. A chuva se concentrou entre 20h do dia 10/03 e 1h do dia 11/03. A intensidade máxima foi observada entre 20:30 e 21:30, com cerca de 53mm/h. 10

11 Precipitações (mm) Tempo (horas) Bertoni, J.C.; Tucci, C.E.M. Precipitação. In: Tucci, C.E.M. Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre: Ed. Universidade / ABRH, p Chevallier, P. Aquisição e processamento de dados. In: Tucci, C.E.M. Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre: Ed. Universidade / ABRH, p Clarke, R.T. Hidrologia estatística. In: Tucci, C.E.M. Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre: Ed. Universidade / ABRH, p Freitas, A.J. et al. Equações de chuvas intensas no Estado de Minas Gerais. Belo Horizonte: COPASA, p. Lanna, A.E. Elementos de estatística e probabilidade. In: Tucci, C.E.M. Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre: Ed. Universidade / ABRH, p Lima, W.P. Hidrologia florestal aplicada ao manejo de bacias hidrográficas. Piracicaba: ESALq, p. Pereira, A.R.; Angelocci, L.R.; Sentelhas, P.C. Agrometeorologia: fundamentos e aplicações práticas. Porto Alegre: Agropecuária, p. Pinto, N.L.S.; Holtz, A.C.T.; Martins, J.A.; Gomide, F.L. Hidrologia Básica. São Paulo: Edgard Blucher, p. Pruski, F.F. et al. Hidros: dimensionamento de sistemas hidroagrícolas. Viçosa: Ed. UFV, p. 11