HIDROLOGIA Prof. Antover Panazzolo Sarmento

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1 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS REGIONAL CATALÃO ENGENHARIA CIVIL - HIDROLOGIA HIDROLOGIA Prof. Antover Panazzolo Sarmento

2 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS REGIONAL CATALÃO ENGENHARIA CIVIL - HIDROLOGIA INTERCEPTAÇÃO

3 Conceitos: Interceptação Retenção de parte da precipitação acima da superfície do solo; Devido a vegetação ou outra forma de obstrução ao escoamento, como depressões do solo; Retorna para a atmosfera por evaporação. 3

4 Conceitos: Interceptação 4

5 Conceitos: Interceptação 5

6 Interceptação: conceitos interfere no balanço hídrico da bacia hidrográfica: funciona como um reservatório que armazena uma parcela da precipitação para consumo; Tende a reduzir a vazão média e a variação da vazão ao longo do ano, retardando e reduzindo o pico das cheias. Q (vazão) = P (precipitação) ET (evapotranspiração) Para a mesma precipitação a vazão altera em função da evapotranspiração. A vegetação aumenta a ET devido a Interceptação. Quando é retirada, a vazão aumenta. 6

7 INTERCEPTAÇÃO Inicia a chuva; a água molha a superfície das folhas e armazena devido às concavidades e a tensão superficial, retendo certa lâmina precipitada; Se continuar (a chuva) a capacidade de interceptação é ultrapassada; Toda a água que chega às folhas e caules escoa; Evaporação (simultânea à interceptação) à partir das folhas úmidas; O vento acelera o processo de evaporação, aumentando as perdas por interceptação. Se for muito intenso (o vento), pode provocar reprecipitação A precipitação atinge o solo: (a) atravessando a vegetação (em média 85% da precipitação inicidente); (b) através dos troncos (1 a 15% precipitação). 7

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9 Interceptação Vegetal: função de Condições Climáticas Período do ano Vegetação Características da precipitação Tipo Densidade Intensidade Volume precipitado Chuva antecedente 9

10 Interceptação A interceptação depende de modo geral: Intensidade da chuva Maior intensidade, menor interceptação. Área vegetada ou urbanizada (A v ) Maior a área A v, maior o volume da interceptação. Característica da vegetação Maior o tamanho das folhas, maior a capacidade de armazenamento O volume interceptado retorna para a atmosfera por evaporação, após a ocorrência da chuva. 10

11 Interceptação Vegetal Tipo e densidade de vegetação - caracteriza a quantidade de gotas que cada folha pode reter; - a densidade de folhas pode indicar o volume retido numa superfície de bacia; - as folhas geralmente interceptam a maior parte da precipitação, mas a disposição dos troncos contribui significativamente 11

12 Interceptação Vegetal Tipo e densidade de vegetação Espécie e espaçamento 12

13 Interceptação Vegetal Tipo e densidade de vegetação 13

14 Interceptação Vegetal Tipo e densidade de vegetação -sazonalidade -a época do ano pode caracterizar alguns tipos de cultivos que apresentam as diferentes fases de crescimento e colheita 14

15 Interceptação Vegetal Características da Precipitação intensidade, volume precipitado e chuva antecedente Pequenos volumes (0,3 mm) todo o volume é retido Precipitações superiores a 1 mm: de 10 a 40% pode ficar retido intensidade interceptação (para um mesmo volume precipitado) Precipitações precedidas por 24h de período seco produzem curva de precipitação-interceptação diferente de ocorrências precedidas por condições úmidas 15

16 Interceptação Vegetal Características da Precipitação as perdas por interceptação vegetal podem chegar até a 25% da precipitação anual Em regiões úmidas e com florestas (P anual ~2000mm), a interceptação anual pode chegar a 250mm As depressões do solo ou a baixa capacidade de drenagem podem provocar o armazenamento de grandes volumes de água a Q da bacia. No rio Paraguai observa-se em alguns trechos que a Q média diminui para jusante devido ao aumento das áreas de inundação que represam parte do volume a montante. 16

17 Relação Interceptação x total interceptado 17

18 Quantificação: Equação de continuidade do sistema de interceptação P Pi=P-T-C T C 18

19 Quantificação: Medição das variáveis Precipitação: postos em clareiras, topo das árvores Há alta correlação entre a precipitação das clareiras e a do topo das árvores Precipitação que atravessa as árvores é necessário utilizar cerca de 10 vezes mais equipamentos para a medição da precipitação que atravessa a vegetação do que para a precipitação total Escoamento pelos troncos: apresenta uma parcela pequena do total precipitado (de 1 a 15%) em muitos casos está dentro da faixa de erros de amostragem das outras variáveis. A medição só é viável para vegetação com tronco de magnitude razoável 19

20 Crawford e Linsley (1966) utilizaram este critério no modelo Stanford IV e sugeriram os valores da tabela a seguir para a capacidade máxima do reservatório de interceptação em função da cobertura vegetal Cobertura Capacidade máxima (mm) Campo, prado 2,50 Floresta ou mato 3,75 Floresta ou mato denso 5,00 20

21 Armazenamento nas depressões Linsley et al. (1949) utilizou a seguinte expressão empírica para retratar o volume retido pelas depressões do solo após o início da precipitação Onde: Vd=volume retido Sd=capacidade máxima Pe=precipitação efetiva K=coeficiente equivalente a 1/Sd Vd=Sd (1-e -k.pe ) admite-se que no início da precipitação as depressões estão vazias e para gerar escoamento superficial é necessário que as depressões estejam preenchidas. São aproximações do comportamento real já que o escoamento superficial ocorre sem que as depressões sejam todas preenchidas Hickis (1944) indicou valores de 0,10 polegadas para solos argilosos e 0,20 polegadas para solos arenosos. Viessman (1967)apresentou uma relação entre capacidade das depressões e declividade do solo obtida com base em quatro pequenas bacias impermeáveis, indicando uma grande correlação entre as variáveis 21

22 Armazenamento em escoamento superficial de pequenas bacias 22

23 Impactos Antrópicos que afetam a interceptação Classificação Mudança da superfície O uso da superfície Método de alteração Tipo 1. desmatamento 2. reflorestamento 3. impermeabilização 1. Urbanização 2. reflorestamento para exploração sistemática 3. desmatamento : extração de madeira, cultura de subsistência; culturas anuais; culturas permanentes 1. queimada 2. manual 3. equipamentos 23

24 Alterações da precipitação com o desmatamento flutuações da temperatura tensão de vapor das superfícies das áreas desmatadas; volume evaporado do escoamento umidade das camadas profundas do solo; O efeito do desmatamento pode variar com a escala e com as condições de funcionamento da atmosfera 24

25 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS REGIONAL CATALÃO ENGENHARIA CIVIL - HIDROLOGIA INFILTRAÇÃO

26 Infiltração Passagem da água através da superfície do solo. Importante para: crescimento da vegetação abastecimento dos aquíferos (mantém vazão dos rios durante as estiagens) reduzir escoamento superficial, cheias, erosão 26

27 Infiltração Processos difíceis de quantificar; Física não muito complicada, mas fortemente dependente da variabilidade espacial das propriedades do solo; Estimativas por equações empíricas ajustadas para reproduzir dados medidos no campo. 27

28 Infiltração É um fenômeno que depende: Da água disponível para infiltrar Da natureza do solo Do estado da superfície Das quantidades de água e ar, inicialmente presentes no solo 28

29 Infiltração O processo de infiltração define a entrada de água no solo; Já o movimento da água dentro do perfil é comumente referido como percolação. 29

30 Infiltração Enquanto há aporte de água, o perfil de umidade tende à saturação em toda a profundidade, sendo a superfície, naturalmente, o primeiro nível a saturar. Quando o aporte de água à superfície cessa (precipitação para), isto é, deixa de haver infiltração, a umidade no interior do solo se redistribui, evoluindo para um perfil de umidade inverso, com menores teores de umidade próximo à superfície e maiores nas camadas mais profundas. 30

31 Infiltração A infiltração da água no solo pode ser considerada como sendo a sequência das três seguintes fases: A entrada da água pela superfície; A percolação da água através do perfil do solo; A relação da capacidade de armazenamento da água no solo. 31

32 Capacidade de infiltração (ou taxa de infiltração) Capacidade de infiltração é a quantidade máxima de água que um solo em determinadas condições pode absorver. Ela varia no decorrer da chuva. Se uma precipitação atinge o solo com a uma intensidade menor que a capacidade de infiltração toda a água penetra no solo, provocando uma progressiva diminuição da própria capacidade de infiltração, já que o solo está se umedecendo. 32

33 TAXA E CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO Capacidade de infiltração e taxa de infiltração tp = tempo de encharcamento Esc. Superficial Capacidade de Infiltração Prec. Vol. Infiltrado TEMPO 33

34 Infiltração Quando cessa a infiltração, parte da água no interior do solo propaga-se para camadas mais profundas no solo e parte é transferida para a atmosfera por evaporação direta ou por transpiração dos vegetais. Esse processo faz com que o solo vá recuperando sua capacidade de infiltração, tendendo a um limite superior à medida que as camadas superiores do solo vão se tornando mais secas. 34

35 Fatores que influenciam na infiltração Permeabilidade do solo: a presença de argila no solo diminui sua porosidade, não permitindo uma grande infiltração. 35

36 Fatores que influenciam na infiltração Inclinação do terreno: em declividades acentuadas a água corre mais rapidamente, diminuindo o tempo de infiltração. 36

37 Fatores que influenciam na infiltração Cobertura vegetal: Um solo coberto por vegetação é mais permeável do que um solo desmatado. 37

38 Fatores que influenciam na infiltração Tipo de chuva: Chuvas intensas saturam rapidamente o solo, ao passo que chuvas finas e demoradas têm mais tempo para se infiltrarem. 38

39 Fatores que influenciam na infiltração Umidade do Solo: Por exemplo em um solo mais úmido a infiltração é menor do que um solo mais seco. Temperatura: Escoamento no solo é laminar em função da viscosidade da água. Quanto maior a temperatura maior a infiltração de água no solo 39

40 Água no solo O solo é uma mistura de materiais sólidos, líquidos e gasosos. Na mistura também encontram-se muitos organismos vivos (bactérias, fungos, raízes, insetos, vermes) 40

41 Água subterrânea Refere-se a água contida na zona de saturação. Esta água subsuperficial constitui a maior reserva de água doce disponivel. 41

42 Parte sólida do solo Normalmente analisada do ponto de vista do diâmetro das partículas que compõe o solo: Diâmetro (mm) Classe 0,0002 a 0,002 Argila 0,002 a 0,02 Silte 0,02 a 0,2 Areia fina 0,2 a 2,0 Areia grossa 42

43 Textura do solo 43

44 Porosidade e umidade do solo v = Va Vt Relação entre volume de vazios e volume total do solo Poros são ocupados por ar e água Conteúdo de umidade do solo: - Máximo conteúdo de umidade é igual à porosidade. - Neste caso o solo está SATURADO de água. 44

45 Umidade do solo Umidade do solo varia ao longo do tempo. Para retirar a umidade do solo: Por gravidade Por sucção 45

46 Umidade do solo Saturação: condição em que todos os poros estão ocupados por água; Capacidade de campo: Conteúdo de umidade no solo sujeito à força da gravidade; kpa Ponto de murcha permanente: umidade do solo para a qual as plantas não conseguem mais retirar água e morrem 46

47 Medição da umidade do solo Método gravimétrico: Coleta a amostra e pesa; Seca a amostra e pesa; TDR (Time domain reflectometry) - Existe uma relação entre o conteúdo de umidade e a constante dielétrica do solo; - Mede o tempo de transmissão de um pulso eletromagnético através do solo, entre um par de placas metálicas colocadas no solo; - Permite medições contínuas e não destrutivas Outros (nuclear, sensoriamento remoto ) 47

48 Condutividade de água em condição de saturação Solo arenoso: 23,5 cm/hora Solo siltoso: 1,32 cm/hora Solo argiloso: 0,06 cm/hora 48

49 Infiltração de água em solos Inicialmente não saturados Preenchimento dos poros garante alta taxa de infiltração A medida que o solo vai sendo umedecido, a taxa de infiltração diminui Equações empíricas 49

50 Equação de Horton f = fc + ( fo fc ) e k t k = f o F c f c f = taxa de infiltração (mm/hora) fc = taxa de infiltração em condição de saturação (mm/hora) fo = taxa de infiltração inicial (mm/hora) t = tempo (minutos) Fc = somatório de fci 50

51 Infiltração conforme o tipo de solo 51

52 Medição da Infiltração Anéis concêntricos 52