Bacia Hidrográfica Precipitação Infiltração Escoamento

Transcrição

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL Bacia Hidrográfica Precipitação Infiltração Escoamento Rávila Marques de Souza Mestranda em Engenharia do Meio Ambiente Setembro 2012

2 Bacia Hidrográfica Entende-se por bacia hidrográfica toda a área de captação natural da água da chuva que escoa superficialmente para um corpo de água ou seu contribuinte. Os limites da bacia hidrográfica são definidos pelo relevo, considerando-se como divisores de águas as áreas mais elevadas. O corpo de água principal, que dá o nome à bacia, recebe contribuição dos seus afluentes, sendo que cada um deles pode apresentar vários contribuintes menores.

3 Bacia Hidrográfica O Estado de Goiás é banhado por quatro bacias hidrográficas: a Bacia do Rio Paranaíba, a Bacia do Rio Tocantins, Bacia do Rio Araguaia e a Bacia do São Francisco.

4 Bacia Hidrográfica Bacia Hidrográfica do Rio Araguaia 25 % da área do Estado km 2 8 % da população do estado (aproximado) Bacia Hidrográfica do Rio Tocantins 30 % da área do Estado km 2 15 % da população do estado (aproximado) Bacia Hidrográfica do Rio Paranaíba 44 % da área do Estado km 2 75 % da população do estado (aproximado) Bacia Hidrográfica do Rio São Francisco 1 % da área do Estado km 2 1 % da população do estado (aproximado)

5 Bacia Hidrográfica Bacia Hidrográfica do Rio Paranaíba - Bacia Hidrográfica do Rio Meia Ponte

6 Bacia Hidrográfica Bacia Hidrográfica do Rio Meia Ponte A área de drenagem de Km², desde suas nascentes localizadas no município de Itauçu, até seu deságüe no rio Paranaíba. A Bacia Hidrográfica do Rio João Leite (766,8 km²). Responsável por grande parte do abastecimento urbano da cidade de Goiânia. Sua área territorial corresponde a 3,6% do Estado, onde estão inseridos 38 municípios e onde se concentra 48% da população goiana. É dividida em cinco sub-bacias:

7 Precipitação O regime hidrológico ou a produção de água de uma região (bacia hidrográfica) é determinado por fatores de natureza climática ou hidrometeorológica (precipitação, evaporação, temperatura, umidade do ar, vento, etc.). A água da atmosfera, que atinge a superfície da terra, na forma de chuva, granizo, neve, orvalho, neblina ou geada é denominada precipitação. A forma mais comum de precipitação é a chuva e é também a mais fácil de ser medida. Para que ocorra uma precipitação, a condição básica é a presença de vapor de água na atmosfera.

8 Precipitação O ar a 20º C pode conter uma quantidade máxima de vapor de, aproximadamente, 20 gramas por metro cúbico. Uma característica muito importante da concentração de saturação é que ela aumenta com o aumento da temperatura do ar. Assim, o ar mais quente pode conter mais vapor do que ar frio. Em certas condições, as gotas das nuvens crescem, atingindo (entre 0,5 e 2 mm), peso suficiente para vencer as correntes de ar que as sustentam. Nestas condições, a água das nuvens se precipita para a superfície da Terra, na forma de chuva. O ar úmido, mais leve, eleva-se e atinge camadas mais frias da atmosfera. Ao se resfriar, pode chegar ao ponto de saturação, transformando o vapor de água em pequenas gotículas líquidas espalhadas no ar livre em forma de aerosol, constituindo nuvens.

9 Precipitação Tipos de Precipitação 1. Convectiva: resulta quando uma massa de ar instável rapidamente se eleva na atmosfera a partir de uma área que se aqueceu. (pequena duração, intensidade elevada, atingindo áreas reduzidas) 2. Ciclônicas ou Frontais: ocorrem no encontro de massas de ar de características distintas (ar quente + ar frio). (longa duração e por atingirem grandes extensões) 3. Orográfica: é originada quando uma massa de ar úmido que se desloca, encontra uma barreira topográfica (serra, montanha, etc).

10 Precipitação Medida da Precipitação No Brasil a precipitação é convencionalmente medida por meio de aparelhos chamados de pluviômetros ou pluviógrafos. Existe ainda a possibilidade de se medir a precipitação por meio de radar (radares meteorológicos) ou imagens de satélite, mas os erros associados a esses métodos ainda são relativamente grandes. Pluviômetros Para se medir a quantidade de precipitação caída por unidade de superfície, durante um certo intervalo de tempo, utliza-se um pluviômetro. A medição exprime-se em milímetros de altura (mm) ou em litros por metro quadrado (l/m 2 ). A cada litro por metro quadrado corresponde a um milímetro de altura.

11 Precipitação Pluviômetros Experimento: Pluviômetro caseiro usando garrafa PET. Pluviômetro Ville de Paris

12 Precipitação Pluviógrafos Quando é necessária informação mais detalhada da precipitação, como sua distribuição temporal ou a variação das intensidades, usa-se o pluviógrafo. O pluviógrafo mais comum atualmente é o de cubas basculantes, em que a água recolhida é dirigida para um conjunto de duas cubas articuladas por um eixo central. Pluviógrafo Ilustração pluviógrafo.

13 Precipitação Radar Meteorológico A chuva também pode ser estimada utilizando radares meteorológicos. A medição de chuva por radar está baseada na emissão de pulsos de radiação eletromagnética que são refletidos pelas partículas de chuva na atmosfera, e na medição do da intensidade do sinal refletido. No Brasil são poucos os radares para uso meteorológico, com a exceção do Estado de São Paulo e Rio de Janeiro em que existem alguns em operação. Radar meteorológico CEMIG

14 Precipitação Satélite Também é possível fazer estimativas da precipitação a partir de imagens obtidas por sensores instalados em satélites. A temperatura do topo das nuvens, que pode ser estimada a partir de satélites, tem uma boa correlação com a precipitação (quanto mais quente a nuvem, mais água ela contém). GOES: O objetivo do GOES é monitorar as condições meteorológicas severas como furacões e tempestades. O GOES-12 está em 60 de longitude oeste e é dedicado ao monitoramento da América do Sul e oceanos adjacentes fornecendo imagens a cada 15 minutos.

15 INFILTRAÇÃO A infiltração é o fenômeno de penetração da água nas camadas de solo próximas à superfície do terreno, movendo-se para baixo, através de vazios, sob a ação da gravidade, até atingir uma camada suporte que a retém. À medida que água infiltra pela superfície, as camadas superiores do solo vão se umedecendo de cima para baixo, alterando gradativamente o perfil de um umidade.

16 INFILTRAÇÃO Processo de infiltração no solo Experimento: usando mangueiras transparentes para visualização do processo de infiltração. Durante a infiltração duas são as forças envolvidadas no estado energético da água do solo, são elas: potencial gravitacional e potencial matricial. Desta forma, a água situada na superfície do solo possui maior energia potencial por se encontrar em uma altura relativamente maior e sob pressão atmosférica, enquanto que a água dos poros do solo estão em uma altura menor (negativa, se o nível de referencia for a superfície) e geralmente sob uma pressão subatmosférica (sucção). Quando se faz um teste de infiltração e anota-se os valores de velocidade de infiltração em relação ao tempo, o gráfico apresenta uma curva exponencial descendente, atingindo um valor constante no final.

17 INFILTRAÇÃO Processo de infiltração no solo A parte superior da curva (área entre a o início do teste e o início do ponto onde a condutividade se estabiliza), é a velocidade de infiltração instantânea do solo em cada momento da medição. Vc é a velocidade constante na qual a água alcança após um determinado tempo de infiltração. Esta velocidade constante de infiltração é considerada como sendo a condutividade hidráulica saturada (Ks) do solo em estudo.

18 INFILTRAÇÃO Processo de infiltração no solo Percebe-se que durante um processo de infiltração ocorrem dois tipos de fluxo de água, o insaturado (no início do teste) e o saturado (final do teste, com velocidade de infiltração constante). Durante o fluxo insaturado, a água entra no solo com um gradiente hidráulico maior do que no saturado. (além do potencial gravitacional, o potencial mátrico é mais negativo, aumentando em muito o fluxo) Quando o potencial mátrico atinge valor zero, o único componente atuante é o potencial gravitacional e assim a velocidade de infiltração se torna aproximadamente constante o que equivale à condutividade hidráulica saturada.

19 INFILTRAÇÃO Regime de Infiltração O regime de infiltração de água no solo pode ser governado por dois fatores, são eles: quantidade de água adicionada e infiltrabilidade do solo. Quando o solo recebe uma quantidade de água abaixo da sua infiltrabilidade, o regime de infiltração é ditado pela quantidade de água que é fornecida ao solo. Se a quantidade de água aplicada estiver acima da infiltrabilidade final, em determinado instante (tempo que se atinge Ks) a água irá acumular na superfície do solo e por conseguinte escorrer superficialmente, causando diversos problemas, como erosão.

20 Tipos de Escoamento Escoamento superficial Escoamento sub-superficial Escoamento subterrâneo

21 Tipos de Escoamento Chuva, infiltração, escoamento superficial

22 Tipos de Escoamento Chuva, infiltração, escoamento superficial, escoamento sub-superficial escoamento subterrâneo Camada saturada

23 Tipos de Escoamento Depois da chuva: Escoamento sub-superficial e escoamento subterrâneo Camada saturada

24 Tipos de Escoamento O fluxo sub-superficial é o que se produz como resultado do fluxo da água no meio não saturado através do solo. O fluxo subterrâneo é o que se produz como resultado do fluxo saturado através dos estratos do solo ou rocha. O fluxo sub-superficial e o subterrâneo, sob certas condições, podem sair para a superfície, transformando-se em escoamento (vertente ou ainda fluir diretamente a um rio).

25 Tipos de Escoamento Estiagem: apenas escoamento subterrâneo Camada saturada

26 Tipos de Escoamento Estiagem: apenas escoamento subterrâneo Camada saturada

27 Tipos de Escoamento Estiagem: apenas escoamento subterrâneo Camada saturada

28 Tipos de Escoamento Estiagem muito longa = rio seca (Rios intermitentes) Camada saturada

29 Escoamento Geração de Escoamento Superficial Precipitação que atinge áreas impermeáveis; Precipitação intensa que atinge áreas de capacidade de infiltração limitada; Precipitação que atinge áreas saturadas.

30 Escoamento Escoamento Superficial Métodos de Estimativa do Escoamento Superficial Medição do Nível de Água É o mais preciso; Requer vários postos fluviométricos. Modelo Chuva-Vazão Réguas Linimétricas. Calibrado Não Calibrado Boa precisão; Métodos baseados na hidrógrafa ( Hidrograma Unitário). Média precisão; Métodos baseados no método racional. Fórmulas Empíricas

31 OBRIGADO PELA ATENÇÃO!! Rávila Marques de Souza