CICLO HIDROLÓGICO CICLO HIDROLÓGICO CARACTERIZAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS

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1 CICLO HIDROLÓGICO CARACTERIZAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS José Antonio Tosta dos Reis Departamento de Engenharia Ambiental Universidade Federal do Espírito Santo CICLO HIDROLÓGICO 1

2 Ciclo hidrológico médio anual da Terra (Adaptado de Shiklomanov, 1998; In: Lima, 2000) O ciclo hidrológico é um sistema fechado, responsável pelo movimento de enormes quantidades de água ao redor do mundo; Parte desse movimento é rápido: em média, uma gota de água permanece aproximadamente 16 dias em um rio e cerca de 8 dias na atmosfera; Parte é lenta, pois a água pode demorar milhares de anos para atravessar um aqüífero profundo. 2

3 BACIA HIDROGRÁFICA É a área definida topograficamente, drenada por um curso d água ou um sistema conectado de cursos d água, tal que toda vazão efluente seja descarregada por uma simples saída. (Viessman et al, 1972) DELIMITAÇÃO DE BACIAS Informações de topografia: Identificar para onde escoa a água sobre o relevo usando como base as curvas de nível: A água escoa na direção da maior declividade, o escoamento é ortogonal às curvas de nível. Diferenciar as áreas que contribuem para um ponto no curso d água (seção transversal de referência ou exutório) significa definir o divisor (cumeada, espigão, crista) O divisor não corta a drenagem exceto no exutório e passa pelas regiões mais elevadas da bacia, mas podem existir pontos internos mais altos. 3

4 A Bacia Hidrográfica é necessariamente contornada por um divisor, assim designada por ser a linha de separação que divide as precipitações que caem em bacias vizinhas e que encaminha o escoamento superficial resultante para um ou outro sistema fluvial. O divisor segue uma linha rígida em torno da bacia, atravessando o curso d água somente no ponto de saída. O divisor une os pontos de máxima cota entre bacias, o que não impede que no interior de uma bacia existam picos isolados com cota superior a qualquer ponto do divisor. 4

5 DIVISORES DE ÁGUAS Divisor Superficial (Topográfico) Divisor Subterrâneo (Freático) ftp://geoftp.ibge.gov.br/mapas/topograficos/topo50/pdf/ 5

6 DELIMITAÇÃO UTILIZANDO CARTAS DO IBGE Exutório ou Foz

7 Exutório ou Foz CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BACIA DE DRENAGEM Importância Comparação entre bacias Transferência de dados entre bacias vizinhas Projeção de futuro comportamento da bacia Regionalização 7

8 ÁREA DE DRENAGEM DA BACIA Determinação Medida por planímetro Aproximação por composição de figuras geométricas Calculada a partir de imagens digitalizadas em softwares como AutoCAD, ArcVIEW, Spring,Idrisi, Grass, Erdas, etc Escala normalmente usada 1: FORMA DA BACIA A forma da bacia influencia: Tempo de concentração Vazão máxima do hidrograma de cheia (vazão x tempo) Tempo de base do escoamento superficial Tempo de Concentração: Tempo que leva a água para percorrer a distância entre o ponto mais remoto da área e o exultório. COEFICIENTE DE COMPACIDADE (K C ) P k c = C k c = 0,28 P: Perímetro C: Comprimento da circunferência de um círculo de área igual à da bacia hidrográfica K C : parâmetro adimensional Quanto maior o K C, mais irregular é a bacia K C = 1, bacia circular (teórico) P A Bacia mais sujeita a enchente 8

9 ÍNDICE DE CONFORMAÇÃO (F C ) Compara a área da bacia à área do quadrado de lado igual ao comprimento axial da bacia: Similar ao fator de forma (F F ) A F c = 2 L FATOR DE FORMA (F F ) F F = Largura média da bacia Comprimento axial da bacia B = L 1 B = n n 1 B i Quanto menor o F F, menos sujeita a enchentes será a bacia 9

10 ÍNDICES DE FORMA PARA DIFERENTES TIPOS DE BACIA Fator de Forma (FF) Coeficiente de Compacidade (KC) Índice de Conformação (FC) SISTEMA DE DRENAGEM Reflete o grau de ramificação da rede de drenagem de uma bacia Topografia: Plana: rios longos e escassos Acidentada: rios pequenos e numerosos Influência: Maior densidade: menor tempo de concentração Maior densidade: maior vazão de pico de cheia 10

11 Ordem dos Cursos d água (Classificação de Strahler) Forma da rede de Drenagem 11

12 Densidade de Drenagem (D d ) D d = 0,5 km/km 2 (Bacias com drenagem pobre) D d 3,5km/km 2 (Bacias bem drenadas), Villela e Mattos (1975) Comprimento total dos cursos d'água D d = = Área total da bacia L A Densidade dos Cursos D Água (D S ) D Número de cursos d' água = Área total da bacia S = NS A RELEVO DA BACIA Influencia fatores meteorológicos e hidrológicos Velocidade do escoamento superficial = f (declividade do terreno) Temperatura, precipitação, evaporação = f (altitude da bacia) Declividade da bacia Declividade Velocidade do escoamento superficial Variação das vazões instantâneas 12

13 Curva de distribuição de declividades de uma bacia Análise de freqüência das declividades de uma bacia hidrográfica

14 Análise de freqüência das declividades de uma bacia hidrográfica , , , , , , , , , , , Fonte: ZAVOUDAKIS e TULLI, % (Relevo plano) 3-8 % (Relevo suavemente ondulado) 8-20 % (Relevo ondulado) % (Relevo fortemente ondulado) Declividade % (Relevo montanhoso) > 75 % (Relevo fortemente montanhoso) m , Mapa de declividades da sub-bacia do Córrego Santa Izabel, Braço Norte da bacia do Rio Jucu, Domingos Martins, ES. (classificação segundo a EMBRAPA) 14

15 Curva Hipsométrica Representação gráfica do relevo médio da bacia Representa o estudo da variação da elevação dos vários terrenos da bacia em relação ao nível médio do mar 15

16 329722, , , , , , , , , Hipsometria m m m m m m , m m m , Fonte: ZAVOUDAKIS e TULLI, , m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m - m Hidrografia m Mapa de Hipsometria da sub-bacia do Córrego Santa Izabel, Braço Norte da bacia do Rio Jucu, Domingos Martins (ES) BALANÇO HÍDRICO O balanço entre entradas e saídas de água em uma bacia hidrográfica dv dt = I O V = volume de água no interior de um volume de controle I = taxa de entrada de água O = taxa de saída de água Em intervalos de tempo longos, como um ano ou mais, a variação de armazenamento pode ser considerado desprezível caso se considere apenas as condições médias anuais, e a equação pode ser reescrita em unidades de mm/ano. 16

17 Considerando a bacia hidrográfica como volume de controle Bacia Hidrográfica pode ser definida como uma área drenada por uma ou mais cursos d água, cujas águas nela precipitadas se dirigem para uma única seção, em seu ponto mais baixo, denominada foz. A principal entrada de água de uma bacia é a Precipitação A saída de água da bacia pode ocorrer por: Evapotranspiração (evaporação e transpiração) Escoamento (superficial e subterrâneo) Estas variáveis podem ser medidas com diferentes graus de precisão. 17

18 Balanço hídrico em bacias hidrográficas Para qualquer volume de controle, em estado permanente (vazão constante), uma equação geral de balanço hídrico pode ser escrita: dv dt = I O Q = constante dv = dt zero dv dt = p ESUPERFICIAL ESUBTERRÂNE O E p ESUPERFICIA L ESUBTERRÂNEO - E = 0 E SUPERFICIAL = taxa de escoamento superficial; E SUBTERRÂNEO = taxa de escoamento subterrâneo; E = taxa de evapotranspiração. Balanço hídrico em bacias hidrográficas p ESUPERFICIA L ESUBTERRÂNEO - E = 0 Em longo prazo e considerando desprezível a taxa de escoamento subterrâneo, quando comparada às demais grandezas, tem-se que: p ESUPERFICIA L - E = 0 p Esc - E = 0 p = Esc + E onde P = é a precipitação em mm/ano; Esc = é o escoamento em mm/ano; E = é a evapotranspiração em mm/ano. p = Q + E 18

19 Balanço hídrico de algumas regiões hidrográficas do Brasil Região Área Chuva Vazão Evapo Chuva Vazão Evapo Vazão transp. transp. % km 2 m 3 /s m 3 /s m 3 /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 Parcial (1) Do Japaratuba (SE) ao Pardo (BA) (1) Do Jequitinhonha (MG/BA) ao Paraíba do Sul ( SP/MG/RJ) 19