HIDROLOGIA E RECURSOS HÍDRICOS. (2º semestre 2015/2016) Água é Vida... Água é Vida... Água é Vida... 1ª Aula

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1 HIDROLOGIA E RECURSOS HÍDRICOS Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico Água é Vida... A Hidrologia é a ciência que trata da distribuição da água na Terra, da sua ocorrência, circulação e distribuição, das suas propriedades químicas e físicas e da sua interacção com o ambiente, incluindo a relação com os seres vivos. Na sua componente de Hidrologia Aplicada (âmbito da disciplina) pode ser entendida como a ciência de carácter prático com o principal objectivo de servir de base ao planeamento e à gestão dos recursos hídricos e, mais globalmente, à actividade profissional do Engenheiro Civil. (2º semestre 205/206) ª Aula População em biliões Cenários de crescimento da população mundial até 2050 M.M.Portela (205/206) Século XXI When and where did the science of hydrology begin? It is difficult to answer, as the roots of modern hydrology lie deeply buried in antiquity The first hydrologic principles were extremely crude, but in the beginning man was primarily interested in controlling nature; and only later did he try to understand nature. M.M.Portela (205/206) Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico (cont.) Água é Vida... Água é Vida... Milhões de habitantes Usos da água (consumptivos e não consumptivos) Agrícola Doméstico e municipal Pecuário e piscícola Industrial Ecológico/ambiental Navegação Produção de energia Recreio e turismo Recepção de águas residuais Industriais 9% Urbanos 7% Outros 5% Agrícolas Industriais Urbanos Outros Usos da água (consumptivos e não consumptivos ) Agrícola Doméstico e municipal Pecuário e piscícola Industrial Ecológico/ambiental Navegação Produção de energia Recreio e turismo Recepção de águas residuais Agrícolas 79% Wikipedia, the free encyclopedia 0000 milhões de habitantes!!! Plano Nacional da Água, PNA, 2000 M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

2 Água é Vida... Reproduzido de Studart, T. M. C., 2005, Gestão de águas:novas visões e paradigmas. O PROBLEMA DA ÁGUA É MULTI FACETADO: SATISFAÇÃO DAS NECESSIDADES DE ÁGUA (depara-se com insuficiência de quantidade e de qualidade). ANTAGONISMO DOMÍNIO DO EXCESSO DE ÁGUA ( mas para intervir é necessário conhecer ) M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206) HIDROLOGIA E RECURSOS HÍDRICOS, MEC, 205/206, 2º SEMESTRE - Horário e docentes Horas/Dias 8:00-8:30 8:30-9:00 9:00-9:30 9:30-0:00 0:00-0:30 0:30-:00 :00-:30 :30-2:00 2:00-2:30 2:30-3:00 3:00-3:30 3:30-4:00 4:00-4:30 Segunda HRH T 030,0302 VA3 HRH T 0303, 0304, 0305, 0306 VA3 Terça HRH 0303 V.20.3 Quarta HRH T 0303, 0304, 0305, 0306 VA3 HRH T 030,0302 VA3 HRH L 030 V.20.3 HRH L 0302 V.20. Quinta Sexta HRH L 0303, 0304 V.20.3 HRH L 0305, 0306 V.20.3 HRH L 0302 V.20. HIDROLOGIA E RECURSOS HÍDRICOS, MEC, 205/206 - Calendário das aulas de Laboratório Semana Semana Fevereiro Março Abril Maio 2ªf ªf 3ªf ªf 4ªf ªf 5ªf ªf 6ªf ªf TURMAS DE LABORATÓRIO Sáb Sáb. Jorge Saldanha Matos (jm@civil.ist.utl.pt; ext. 244) Dom Dom. António Bento Franco (antonio.bento.franco@ist.utl.pt; ext. 258) Rui Ferreira (ruimferreira@ist.utl.pt; ext. 243) TURMAS TEÓRICAS Maria Manuela Portela (maria.manuela.portela@tecnico.ulisboa.pt; ext 242) º Trabalho Os trabalhos são Aulas: de 5 de Fevereiro a 27 de Maio de 205 2º Trabalho entregues no decurso da semana Férias da Páscoa: 2 a 26 de Março 3º Trabalho de início do trabalho Exames: 4 a 8 de Junho e de 25 de Junho a 2 de Julho 4º Trabalho seguinte Fim-de-semana, feriado ou férias M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

3 HIDROLOGIA E RECURSOS HÍDRICOS 202/203 Ciclo hidrológico Distribuição global da água Bacia hidrográfica e rede de drenagem Identificação de processos ocorrentes na bacia hidrográfica Retenção e detenção superficiais Precipitação. Medição e avaliação da distribuição Escoamento superficial. Medição de caudais e de alturas hidrométricas Curvas de vazão Equação do balanço hidrológico avaliação de disponibilidades Estatística de variáveis hidrológicas Cheias em rios. Avaliação de caudais de cheia e de cotas de inundação Modelos para análise de cheias ( hidrograma unitário) Propagação e amortecimento de cheias. Efeito das albufeiras Modelos de simulação da transformação da precipitação em escoamento Efeito da acção antrópica essencial à formação de base de um Mestre em Engenharia Civil e à integração em equipas multidisciplinares área de intervenção bastante individualizada... integra-se numa área de especialização... M.M.Portela (205/206) HIDROLOGIA E RECURSOS HÍDRICOS 202/203 Bibliografia de base:. Quintela, A.C., 996, Hidrologia e Recursos Hídricos, IST (disponível na página da disciplina). 2. Hipólito, J.R.; Carmo Vaz, 20, Hidrologia e Recursos Hídricos, Colecção: Ensino da Ciência e da Tecnologia. IST Press, Lisboa, 84 pp. 3. Naghettini, M., Portela, M.M., 20, Probabilidades e estatística aplicadas à hidrologia, IST, Lisboa, 94 pp. (disponível na página da disciplina). 4. Lencastre, A.; Franco M., 992. Lições de Hidrologia, Universidade Nova de Lisboa, Lisboa. M.M.Portela (205/206) HIDROLOGIA E RECURSOS HÍDRICOS 202/203 Bibliografia complementar:. Chow, Maidment e Mays, Applied Hydrology, McGraw-Hill 2. Chow, V.T. (964). Handbook of Applied Hydrology, McGrawHill, New York. 3. Linsley, Kohler e Paulhus, Hydrology for Engineers, McGraw-Hill 4. Vária(indicada na página da disciplina) Um pouco de sabedoria antiga... (todos usando o mesmo rio no mesmo barco) M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

4 Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico (cont.) CICLO HIDROLÓGICO: sequência fechada dos processos envolvidos no movimento contínuo da água entre a Terra e a atmosfera. Ao longo deste ciclo, a água EVAPORA-SE a partir dos oceanos e da superfície da Terra, entra na circulação atmosférica sob a forma de vapor, retorna à superfície como PRECIPITAÇÃO líquida ou sólida, é interceptada por obstáculos que a impedem de atingir o solo, produz ESCOAMENTO sobre o terreno, INFILTRA-SE para o interior solo, possibilita a RECARGA DOS AQUÍFEROS, concentra-se sob a forma de escoamento canalizado na rede fluvial que a encaminha para os oceanos de onde se evapora novamente. Circulação do vapor de água Precipitação Ramo aéreo Precipitação Evapotranspiração a partir dos Continentes Evaporação a partir dos oceanos O CICLO HIDROLÓGICO constitui uma IMENSA MÁQUINA accionada fundamentalmente pela ENERGIA SOLAR e com movimentos determinados pela GRAVIDADE, que, mediante um sistema contínuo de CIRCULAÇÃO, leva a cabo a RENOVAÇÃO DA ÁGUA DOCE, imprescindível à vida na terra. (Aquífero) Escoamento subterrâneo Camada impermeável Ramo terrestre Oceano M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206) Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico (cont.) PRINCIPAIS PROCESSOS ENVOLVIDOS NO CICLO HIDROLÓGICO - Transferência de água do globo terrestre para a atmosfera (evaporação, sublimação e transpiração das plantas e animais). - Condensação parcial do vapor de água da atmosfera (nuvens e nevoeiros) - Transporte do vapor de água pela circulação atmosférica. - Transferência de água da atmosfera para a superfície do globo (precipitação, orvalho, geada). - Retenção e escoamento na superfície dos continentes e no seu interior (rios, lagos, glaciares, aquíferos). Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico (cont.) A ÁGUA NO MUNDO ACTUAL: volumes de água expressos em percentagem da água precipitada sobre os continentes FORMAS DE ENERGIA PRESENTES - Energia radiante, de origem solar. - Energia geopotencial, gravítica. - Energia termodinâmica. M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

5 Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico (cont.) A ÁGUA NO MUNDO ACTUAL: volumes de água expressos em percentagem da água precipitada sobre os continentes Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico (cont.) A ÁGUA NO MUNDO ACTUAL: volumes de água expressos em percentagem da água precipitada sobre os continentes 424= =39+6 M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206) Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico (cont.) A ÁGUA NO MUNDO ACTUAL: volumes de água expressos em percentagem da água precipitada sobre os continentes Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico (cont.) A ÁGUA NO MUNDO ACTUAL: volumes de água expressos em percentagem da água precipitada sobre os continentes 00= = M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

6 Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico (cont.) A ÁGUA NO MUNDO ACTUAL: volumes de água expressos em percentagem da água precipitada sobre os continentes Água, recursos hídricos e hidrologia. Balanço anual médio da água da Terra Atmosfera 0,00% da água da Terra mm Evaporação e evapotranspiração mm 800 mm Precipitação 2,5% da água da Terra óptica quantitativa. Mas disponibilidade hídrica é quantidade com qualidade! Continentes 30% da área superficial total Escoamento 47 x 0 3 km mm mm, mmreferidos à superfície dos oceanos, e cerca de 36 mm, à superfície dos continentes Oceanos 70.8% Oceanos da área superficial total 96.5% da água da Terra V M.M.Portela (205/206) Nota: valores das grandezas hidrológicas apresentados em mm!! A H M.M.Portela (205/206) Água, recursos hídricos e hidrologia. Balanço anual médio da água da Terra (cont.) Água, recursos hídricos e hidrologia. Balanço anual médio da água da Terra (cont.) As grandezas hidrológicas nos diferentes intervalos de tempo a que se podem referir são expressas frequentemente em alturas de água uniformemente distribuídas sobre a projecção horizontal das áreas a que os volumes daquelas grandezas se referem mm Evaporação e evapotranspiração mm 800 mm Precipitação Atmosfera 0,00% da água da Terra A V P = V A O facto de se exprimir a generalidade das grandezas hidrológicas em termos das alturas de água que lhes correspondem tem a vantagem de oferecer uma avaliação física mais perceptível, tornando mais facilmente apreensível a informação transmitida P M.M.Portela (205/206) Nota: valores das grandezas hidrológicas apresentados em mm!! 2,5% da água da Terra Continentes 30% da área superficial total Escoamento 47 x 0 3 km mm mm, mmreferidos à superfície dos oceanos, e cerca de 36 mm, à superfície dos continentes Oceanos 70.8% Oceanos da área superficial total 96.5% da água da Terra A V H M.M.Portela (205/206)

7 Água, recursos hídricos e hidrologia. Balanço anual médio da água da Terra (cont.) Água, recursos hídricos e hidrologia. Balanço anual médio da água da Terra (cont.) mm Evaporação e evapotranspiração mm Nota: valores das grandezas hidrológicas apresentados em mm!! 800 mm 2,5% da água da Terra 70.8% Oceanos da área superficial total 96.5% da água da Terra Precipitação Atmosfera 0,00% da água da Terra Continentes 30% da área superficial total Escoamento 47 x 0 3 km mm mm, mmreferidos à superfície dos oceanos, e cerca de 36 mm, à superfície dos continentes Oceanos A V H M.M.Portela (205/206) Precipitação 458 x 0 3 km 3 a mm a - OCEANOS Volume = 338 x 0 6 km 3 Altura = 3703 m ATMOSFERA Volume = x 0 6 km 3 Altura = 25.2 mm (3) Evaporação 505 x 0 3 km 3 a mm a - Precipitação 9 x 0 3 km 3 a mm a - () () (2) (2) Evaporação 72 x 0 3 km 3 a mm a - CONTINENTES Volume = 48 x 0 6 km 3 Altura = 323 m () (2) Altura = 30 mm Altura = 36 mm () Escoamento (2) Volume = 47 x 0 3 km 3 Volume a dividir pela superfície: () Dos oceanos (aprox km 2 ) (2) Dos Continentes (aprox km 2 ) (3) Da Terra (aprox km 2 ) M.M.Portela (205/206) Encyclopedia of Desalination and Water Resources (DESWARE) Encyclopedia of Desalination and Water Resources (DESWARE) 2.5%!!!! 30%+69%=99%!!!! M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

8 Água, recursos hídricos e hidrologia. Balanço anual médio da água da Terra (cont.) Água, recursos hídricos e hidrologia. Balanço anual médio da água da Terra (cont.) Estimativa da distribuição da água na Terra e tempo médio de residência Reservatório Área Volume Fracção do Fracção da Tempo médio total água doce de residência (0 6 km 2 ) (0 6 km 3 ) (%) (%) (a) Oceanos Solo Sub-solo Doce Calotes polares e glaciares Lagos, mares interiores e pântanos Doce Rios (6 d) Biosfera ( horas a dias) Atmosfera (8 d) Total Doce Dingman, S. L. (994). Physical Hydrology, MacMillan, NY. 2 Cerca de 70.8% da superfície da Terra ( km²). Estimativa da distribuição da água na Terra e tempo médio de residência Reservatório Área Volume Fracção do Fracção da Tempo médio total água doce de residência (0 6 km 2 ) (0 6 km 3 ) (%) (%) (a) Oceanos Solo Sub-solo Doce Calotes polares e glaciares Lagos, mares interiores e pântanos Doce Rios (6 d) Biosfera ( horas a dias) Atmosfera (8 d) Total Doce Dingman, S. L. (994). Physical Hydrology, MacMillan, NY. 2 Cerca de 70.8% da superfície da Terra ( km²). = ~ 99%!!!! M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206) Água, recursos hídricos e hidrologia. Balanço anual médio da água da Terra (cont.) Água, recursos hídricos e hidrologia. Balanço anual médio da água da Terra (cont.) Estimativa da distribuição da água na Terra e tempo médio de residência Reservatório Área Volume Fracção do Fracção da Tempo médio total água doce de residência (0 6 km 2 ) (0 6 km 3 ) (%) (%) (a) Oceanos Solo Sub-solo Doce Calotes polares e glaciares Lagos, mares interiores e pântanos Doce Rios (6 d) Biosfera ( horas a dias) Atmosfera (8 d) Total Doce Dingman, S. L. (994). Physical Hydrology, MacMillan, NY. 2 Cerca de 70.8% da superfície da Terra ( km²). Tempo médio de renovação M.M.Portela (205/206) O HOMEM tem vindo a actuar nas diferentes fases do ciclo hidrológico, sendo causa de degradação progressiva da qualidade do recurso água sem que denote a percepção de que, embora a quantidade de tal recurso PERMANEÇA SENSIVELMENTE INALTERADA desde os primórdios da sua formação, a perda da sua QUALIDADE passou a impor SEVERAS RESTRIÇÕES UTILIZAÇÃO. Em vez de perceber o papel do ciclo hidrológico como sistema que assegura a RENOVAÇÃO DA ÁGUA DOCE e de entender e integrar a vulnerabilidade da sua dependência deste sistema como orientações únicas para a sua interacção com o recurso, o HOMEM APARENTA, ASSIM, PROSSEGUIR COMO SE A ÁGUA FOSSE INFINITAMENTE CAPAZ DE SE REGENERAR. M.M.Portela (205/206)

9 Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico (cont.) Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico (cont.) CICLO HIDROLÓGICO RECURSOS HÍDRICOS: ÁGUA EM MOVIMENTO NO CLICO HIDROLÓGICO QUE PODE SER UTILIZADA PELO HOMEM. RECURSOS HÍDRICOS POTENCIAIS - extracção máxima teoricamente possível da água do ciclo hidrológico. A RENOVABILIDA- DE DOS RECURSOS HÍDRICOS É A QUE DECORRE, A QUE É POSSIBILITADA, PELA NATUREZA FECHADA DO CICLO HIDROLÓGI- CO (em termos de conservação da quantidade, mas também e cada vez com mais ênfase da qualidade). Tipo de reservatório Oceanos Água subterrânea Calotes polares Glaciares em montanhas Lagos Pântanos Humidade do solo Rios Atmosfera Biosfera Tempo médio de residência (período de renovação) 2500 anos 400 anos 9700 anos 600 anos 7 anos 5 anos anos 6 dias 8 dias horas a dias M.M.Portela (205/206) UTILIZÁVEIS OU DISPONÍVEIS - podem ser aumentados à custa de intervenções no ciclo hidrológico - OBJECTO DAS ACÇÕES DE PLANEAMENTO e têm sempre associado uma GARANTIA DE FORNECIMENTO ou RISCO DE INSUFICIÊNCIA. ( toda a água que passa numa dada secção de um curso de água constitui o recurso potencial do qual só parte pode ser utilizada). M.M.Portela (205/206) Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico (cont.) o ciclo hidrológico constitui um agente dinâmico modelador da crusta terrestre pela erosão, transporte e sedimentação dos materiais arrancados e dissolvidos, contribuindo para modificar o ambiente. Além disso, condiciona toda a fisiografia da Terra, a paisagem, a forma e até mesmo a urbanística. É, portanto, um factor essencial do ambiente, Peixoto, 978/79, p. 87 Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico (cont.) ÁGUA NO MUNDO ACTUAL As INTERACÇÕES do Homem com a água podem ser TANTO MAIS NEFASTAS quanto a DISTRIBUIÇÃO DO RECURSO NA TERRA É MUITO IRREGULAR. A esta IRREGULARIDADE ESPACIAL, associa-se muito frequentemente uma IRREGULARIDADE NO TEMPO em que períodos com abundantes disponibilidades hídricas alternam de modo não determinístico com períodos com escassez de recursos. M.M.Portela (205/206) PRECIPITAÇÃO ANUAL MÉDIA NOS CONTINENTES M.M.Portela (205/206)

10 Água, recursos hídricos e hidrologia. Ciclo hidrológico (cont.) ÁGUA NO MUNDO ACTUAL Balanço hidrológico nos Continentes e em Portugal PRECIPITAÇÃO EVAPOTRANSPIRAÇÃO ESCOAMENTO (mm) (mm) (mm) EUROPA ÁSIA ÁFRICA A. DO NORTE A. DO SUL AUSTRÁLIA E OCEANIA ANTÁRTIDA Espanha PORTUGAL 000/ * (Gerir o recurso significa actuar ao nível do escoamento requerendo, como tal, a compreensão dos processos que conduzem a tal escoamento). ESCOAMENTO ANUAL MÉDIO NOS CONTINENTES ESCOA- MENTO EVAPOTRANS- PIRAÇÃO = + PRECIPI- TAÇÃO M.M.Portela (205/206) * Excluindo as afluências provenientes de Espanha que. M.M.Portela (205/206) Isolinhas da precipitação anual média ou isoietas anuais médias Quintela, 967, Atlas da Água (INAG) e Atlas do Ambiente (APA) Precipitação anual média (mm) Precipitação: de 400 mm a mais de 2800 mm Disponibilidades hídricas em Portugal Escoamento anual médio (mm) Escoamento: de 25 mm a mais de 2200 mm M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

11 Principais bacias hidrográficas de Portugal Continental Bacias hidrográficas internacionais Cerca de 46% da área total da Península Ibérica é ocupada por bacias hidrográficas partilhadas entre Portugal e Espanha. M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206) Área da bacia hidrográfica Rio Em km 2 Em percentagem Espanha Portugal Total Espanha Portugal Minho Lima Douro Tejo Guadiana Total CONVENÇÃO DE ALBUFEIRA (998 ) Cooperação para a Proteçãoe Uso Sustentável das Águas das Bacias Hidrográficas Luso-Espanholas sendo a área de Portugal Continental de cerca de 8905 km 2, conclui-se que cerca de 64% do território se localiza em bacias hidrográficas internacionais sendo a área de Portugal Continental de cerca de 8905 km 2, conclui-se que cerca de 64% do território se localiza em bacias hidrográficas internacionais M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

12 Barragem e albufeira de Alcântara: A 2ª maior de Espanha Armazenamento 362 hm3 Superfície da albufeira 0400 ha Tem grande influência no regime do Tejo em Portugal Barragens com impactos transfronteiriços, localizadas na fronteira ou perto da fronteira. M.M.Portela (205/206) Uma das maiores pontes romanas do mundo 6 m altura, 94 m comprimento. Construída em d.c. com os impostos cobrados em sete vilas lusitanas. Unia Cáceres a Coninbriga e tem estado continuamente em uso há perto de 2000 anos Barragens com impactos transfronteiriços, localizadas na fronteira ou perto da fronteira. M.M.Portela (205/206) Processos e factores do escoamento A análise dos problemas/intervenções em recursos hídricos é muito frequentemente efectuada com base numa unidade geográfica designada por BACIA HIDROGRÁFICA. Exercício A BACIA HIDROGRÁFICA relativa a uma dada secção de um curso de água secção de referência da bacia hidrográfica representa a área tal que o escoamento originado pela água nela precipitada se encaminha para a secção considerada do curso de água (CURSO DE ÁGUA + SECÇÃO DE REFERÊNCIA). Exercício extra M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

13 SECÇÃO DE REFERÊNCIA Linhas de cumeada Bacia hidrográfica da ribeira das Salvas em Quinta Grande M.M.Portela (205/206) Bacia hidrográfica da ribeira do Pinheiro em Silveira M.M.Portela (205/206) Bacia hidrográfica da ribeira do Pinheiro em Silveira Visualizar a rede de drenagem (montante, jusante) Identificar os vales e as cumeadas Bacias hidrográficas de um mesmo curso de água mas em diferentes secções (concavidades das curvas de nível) Identificar as linhas de maior declive M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

14 Do ponto de vista estritamente topográfico, a bacia hidrográfica é limitada por uma poligonal fechada constituída por sucessivos trechos de linhas de cumeada que separam a bacia hidrográfica das bacias que lhe são contíguas. De modo geral, assume-se que, para um dada secção da rede hidrográfica, SÃO COINCIDENTES AS BACIAS HIDROGRÁFICAS DEFINIDA TOPOGRA- FICAMENTE, que condiciona o escoamento superficial, e a referente ao ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO. Podem, no entanto, ser significativas as transferências de água entre bacias hidrográficas promovidas pelo escoamento subterrâneo. A consideração dos movimentos subterrâneos da água introduz necessariamente dificuldades acrescidas na análise dos processos hidrológicos. Aquíferos Em PORTUGAL CONTINEN- TAL é muito frequentemente possível equacionar o balanço de água em bacias hidrográficas apenas com base nas manifestações à superfície do terreno dos processos aí ocorrentes. Exceptuam-se, em especial, as BACIAS HIDRO- GRÁFICAS ALGARVIAS E AS LOCALIZADAS NO MACIÇO ESTREMENHO EM QUE A CIRCULAÇÃO SUBTERRÂNEA PODE SER SIGNIFICATIVA. Extracto permeável Extracto impermeável M.M.Portela (205/206) Ilha da Madeira M.M.Portela (205/206) Tendo por base a unidade morfológica constituída pela bacia hidrográfica, descreve-se o PROCESSO DE FORMAÇÃO DO ESCOAMENTO produzido por uma precipitação líquida, com intensidade constante e com início após um longo período de tempo sem precipitação. Retenção superficial (água que não se infiltra nem dá origem a escoamento superficial=água interceptada+água armazenada nas depressões+água que se evapora) - Detenção superficial (água do escoamento superficial em trânsito sobre o terreno) M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

15 Desde a superfície até à profundidade em que... evapotranspiração... Quantidade máxima de água retida igual à capacidade de retenção por forças de atracção molecular capacidade de campo. Água mantida por forças capilares, apresentandose os vazios completamente preenchidos por água Teor de água na zona da franja capilar igual ou superior ( ) à capacidade de campo Origem do escoamento que atravessa uma secção de um curso de água: ESCOAMENTO SUPERFICIAL ou À SUPERFÍCIE DO TERRENO que atinge a rede hidrográfica caminhando sobre a superfície; inclui a parcela da precipitação que incide directamente na rede. ESCOAMENTO SUBSUPERFICIAL ou HIPODÉRMICO que provém da água infiltrada que volta a aparecer à superfície sem ter atingido a zona de saturação. ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO que provém da água infiltrada que atingiu a zona de saturação. ESCOAMENTO SUPERFICIAL ESCOAMENTO HIPODÉRMICO Vazios completamente preenchidos por água à pressão hidrostática M.M.Portela (205/206) ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO M.M.Portela (205/206) ESCOAMENTO SUPERFICIAL: CESSA PRATICAMENTE COM O FIM DA PRECIPITAÇÃO. (... Por, de algum modo, influenciarem o escoamento... Valor, repartição, ocorrência... ) * ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO. ESCOAMENTO HIPODÉRMICO. * * ARMAZENA- MENTO NO LEITO Responsável pelo escoamento na rede hidrográfica em períodos sem precipitação. * M.M.Portela (205/206) CLIMÁTICOS FISIOGRÁFICOS Relativos à precipitação Condicionantes da evapotranspiração Geométricos Físicos Forma Intensidade Duração Distribuição Temperatura Radiação solar Vento Humidade do ar Pressão atmosférica Superfície evaporante Vegetação Área Forma Relevo Orientação Rede hidrográfica Geologia Solo Coberto vegetal Rede hidrográfica Espacial Temporal Espécie Distribuição Tipo Uso M.M.Portela (205/206)

16 (... por, de algum modo, influenciarem o escoamento... valor, repartição, ocorrência... ) CLIMÁTICOS RELATIVOS À PRECIPITAÇÃO Forma; intensidade; duração e distribuição no tempo e no espaço. RELATIVOS À EVAPOTRANSPIRAÇÃO Temperatura; radiação solar; vento; humidade do ar; pressão atmosférica; superfície evaporante; vegetação (espécie e distribuição). FISIOGRÁFICOS CARACTERÍSTICAS DA BACIA HIDROGRÁFICA GEOMÉTRICAS OU MORFOLÓGICAS FÍSICAS Área; forma; relevo; orientação; rede hidrográfica. Geologia; uso e tipo de solo; condições geológicas. CARACTERÍSTICAS DA REDE DE DRENAGEM Armazenamento; capacidade de transporte. M.M.Portela (205/206) EXEMPLO: INFLUÊNCIA DA FLORESTA FAVORECE a infiltração; a detenção superficial; as perdas de precipitação por intercepção; o armazenamento de água no solo por conduzir frequentemente a zonas de evaporação mais espessas. ATENUA OS CAUDAIS MÁXIMOS DE CHEIA e, havendo condições geológicas propícias, favorece o armazenamento nas reservas subterrâneas. Papel fundamental em termos da ESTABILIZAÇÃO DOS SOLOS EM ZONAS DECLIVOSAS. Medidas propostas por D. Manuel I na sequência da ocorrência de cheias em 53: Proibição de abertura de caminhos nas encostas. Obrigação da preservação do solo das encostas através da plantação de árvores e outra vegetação. Proibição da desarborização das encostas e de atear fogos nas matas, por conduzir ao arrastamento do solo, assoreamento dos rios, originando inundações dos campos agrícolas. Nomeação dos primeiros guarda-florestais e guarda-rios. EXEMPLO: INFLUÊNCIA DA URBANIZAÇÃO M.M.Portela (205/206) Forma Intensidade Relativos à Duração precipitação Espacial Distribuição Temporal CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS OU MORFOLÓGICAS DA BACIA HIDROGRÁFICA COM INFLUÊNCIA NO PROCESSO DE ESCOAMENTO CLIMÁTICOS Condicionantes da evapotranspiração Geométricos FISIOGRÁFICOS Físicos Exercício extra Temperatura Radiação solar Vento Humidade do ar Pressão atmosférica Superfície evaporante Vegetação Área Forma Relevo Orientação Rede hidrográfica Geologia Solo Coberto vegetal Rede hidrográfica Espécie Distribuição Tipo Uso FORMA: com influência sobretudo na génese ou formação de cheias Índice de compacidade de Gravelius P K c = = 0,282 2 π A P A (relação entre o perímetro adoçado da bacia hidrográfica e o perímetro de uma hipotética bacia com igual área, mas com forma circular perímetro adoçado porquê???) M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

17 CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS OU MORFOLÓGICAS DA BACIA HIDROGRÁFICA COM INFLUÊNCIA NO PROCESSO DE ESCOAMENTO RELEVO: com influência acentuada no movimento da água Curva hipsométrica ( para cada cota a área da bacia hidrográfica em valor absoluto ou em percentagem da área total localizada acima dessa cota) Z 4 =Z max Cota Área acima da cota Curva hipsométrica ( para cada cota a área da bacia hidrográfica em valor absoluto ou em percentagem da área total localizada acima dessa cota) Z4=Zmax A 4 A 3 A 2 A Z0=Zmin Z Z3 Z2 Cota Área acima da cota (m) (km 2 ) Z 4 A 4=0 Z 3 A 3 =A 4 +A 4 Z 2 A 2 =A 3 +A 3 Z A =A 2+A 2 Z 0 A 0=A +A Z med h med = A = Z n t i= 0 med 2 ( z + z ) i Z min i+ A ' i+ A 4 Z 3 (m) (km 2 ) Z 4 A 4 =0 Altitude e altura médias, Zmed e hmed A 3 Z 3 A 3 =A 4 +A 4 Altitude mínima, Zmin Z 2 A 2 =A 3 +A 3 A 2 Z 2 Z A =A 2 +A 2 A Z Z 0 A 0 =A +A Z 0 =Z min M.M.Portela (205/206) Eixos das abcissas com unidades ou adimensional (área em percentagem ou fracção) M.M.Portela (205/206) Curva hipsométrica ( para cada cota a área da bacia hidrográfica em valor absoluto ou em percentagem da área total localizada acima dessa cota) Z4=Zmax A 4 A 3 Z3 Cota Área acima da cota (m) (km 2 ) Z 4 A 4=0 Z med n t i= 0 ( z + z ) i+ ' i+ Z 3 A 3 =A 4 +A 4 Z2 A 2 Z 2 A 2 =A 3 +A 3 Z A A Z =A 2+A 2 Z Z0=Zmin 0 A 0=A +A hmed = Zmed Zmin Por simplificação. apenas algumas sensivelmente Altitude e altura equilibradas médias, Zmed e hmed curvas = A 2 curvas de nível. áreas de nível não equidistantes i A Altitude mínima, Zmin Z max Z 3 Z 2 Z Z min 0 A 3 A 2 A A 0=A t Z (m) Antigo Intermédio Z med h med Jovem CURVA HIPSOMÉTRICA Z4=Zmax A 4 Z3 A 3 Z2 A 2 A Z Z0=Zmin Eixos das abcissas com unidades ou adimensional (área em percentagem ou fracção) M.M.Portela (205/206) A/A t Eixo adimensional (área em fracção) M.M.Portela (205/206)

18 CARACTERÍSTICAS DA REDE DE DRENAGEM COM INFLUÊNCIA NO PROCESSO DE ESCOAMENTO REDE DE DRENAGEM: facilidade com que a água atinge a rede hidrográfica. REDE DE DRENAGEM: hierarquização da rede de drenagem Classificação de Stralher Cursos de água sem tributários são de ª ordem. Quando confluem dois cursos de água da mesma ordem, a ordem sobe. Caso contrário, prevalece a maior ordem. º ordem 2ª ordem 3ª ordem 4ª ordem M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206) REDE DE DRENAGEM: hierarquização da rede de drenagem REDE DE DRENAGEM: hierarquização da rede de drenagem Classificação de Stralher Número de cursos Ordem de água Razão de bifurcação média: R = n b N M.M.Portela (205/206) Classificação de Horton A ordem de um curso de água mantém-se desde a confluência à secção extrema de montante. Em confluências: Maior área Maior comprimento Menor ângulo º ordem 2ª ordem 3ª ordem 4ª ordem M.M.Portela (205/206)

19 REDE DE DRENAGEM: hierarquização da rede de drenagem CARACTERÍSTICAS DA REDE DE DRENAGEM COM INFLUÊNCIA NO PROCESSO DE ESCOAMENTO REDE DE DRENAGEM: índices Curso de água principal Densidade de drenagem ( km/km 2 < Dd < <00 km/km 2 efeito da escala do mapa ) D d = A L i Percurso médio sobre o terreno desde o limite da bacia até a um curso de água (km) P = L 2 D d Classificação de Stralher Classificação de Horton Percurso médio sobre o terreno até a um curso de água (km) P = PL = 2 4 D d M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206) CARACTERÍSTICAS DA REDE DE DRENAGEM COM INFLUÊNCIA NO PROCESSO DE ESCOAMENTO: REDE DE DRENAGEM Densidade de drenagem Dd = Li A Percurso médio sobre o terreno desde o limite da bacia até a um curso de água Percurso médio sobre o terreno até a um curso de água P = PL = 2 4 Dd P L = 2 Dd CARACTERÍSTICAS DA REDE DE DRENAGEM COM INFLUÊNCIA NO PROCESSO DE ESCOAMENTO: REDE DE DRENAGEM Densidade de drenagem This image cannot currently be displayed. Percurso médio sobre o terreno desde o limite da bacia até a um curso de água Percurso médio sobre o terreno até a um curso de água This image cannot currently be displayed. P L = 2 Dd 0.5 km 0.25 km km 0.5 km 0.25 km 0.25 km 0.5 km 0.25 km Depende da escala km 0.5 km topográfica 0.25 km 0.25 km 2 km 2 km km 2 Dd = 2 km /km ; PL = 0.25 km; P = 0.25 km km This image cannot currently be displayed. 2 Dd = km /km ; PL = 0.5 km; P = 0.25 km This image cannot currently be displayed. M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

20 CARACTERÍSTICAS DA REDE DE DRENAGEM COM INFLUÊNCIA NO PROCESSO DE ESCOAMENTO REDE DE DRENAGEM: perfil longitudinal de um curso de água Z 4 =Z max X 3 X 4 Z 3 Cota Distância (m) (km) Z 0 X 0 =0 Z X =X 0 +X Z 2 X 2 =X +X 2 Z 3 X 3 =X 2 +X 3 Z 4 X 4 =X 3 +X 4 CARACTERÍSTICAS DA REDE DE DRENAGEM COM INFLUÊNCIA NO PROCESSO DE ESCOAMENTO REDE DE DRENAGEM: declives característicos médio, equivalente, 0-85% X 2 Z 2 Z 4 Z 3 Z 2 X Z Z Z 0 Z 0 =Z min X 0 X X 2 X 3 X 4=L M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206) Z (m) CARACTERÍSTICAS DA REDE DE DRENAGEM COM INFLUÊNCIA NO PROCESSO DE ESCOAMENTO REDE DE DRENAGEM: declives característicos CARACTERÍSTICAS DA REDE DE DRENAGEM COM INFLUÊNCIA NO PROCESSO DE ESCOAMENTO REDE DE DRENAGEM: declives característicos Declive médio i med Z = max Z L min Z (m) Declive 0:85 Z (m) Zeq 0 L X (m) 2 n i= 0 Z (Z eq = (Z 2 ' i + Zi+ ) Xi+ eq + n = L = Declive equivalente i 0 (Z + Z i i+ ) X ' i+ Z Z min min ) L Z 85 Z L 0.85 L 0 L X (m) Z85 Z = 0.75 L 0 i0;85 0 L X (m) i eq = Z eq Z L min M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

21 Retoma slide 47. O volume total da água doce existente no globo terrestre é de cerca de 35x0 6 km 3. Desse volume, sensivelmente 30% reside em média 400 anos nos aquíferos subterrâneos e 0,006% reside em média 6 dias nos rios. Calcule o volume médio de renovação anual nos dois reservatórios e, com base no resultado obtido, refira de qual dos reservatórios se poderá utilizar de modo permanente maior quantidade de água. (R: volumes médios de renovação anual dos aquíferos subterrâneos e dos rios aprox e km 3 /ano, respectivamente). 2. O volume de água existente nos oceanos, que ocupam uma área superficial de 70% da superfície do globo terrestre, estima-se em cerca de 338x0 6 km 3. Sabendo que o coeficiente de dilatação térmica da água é cerca de 0,0005 K - e desprezando outros efeitos estime o aumento da profundidade média dos oceanos quando a sua temperatura se eleva uniformemente de ºC. Considere que o raio médio da Terra é 6370 km. (R: V esfera =4/3 π r 3 ; A esfera =4 π r 2. área da esfera; aumento da profundidade média: 0,56 m/ºc). 3. O escoamento anual médio dos continentes é cerca de 36 mm. Sabendo que a área dos continentes é 50x0 6 km 2 e que o escoamento do rio Amazonas corresponde a cerca de 2% do total, estime o caudal médio anual do referido rio em m 3 /s. (R: aprox m 3 /s. Comparar com o rio Tejo, aprox. 350 m 3 /s). M.M.Portela (205/206) Em Portugal Continental, com cerca de km 2 de área e habitantes, o abastecimento público de água é em média cerca de 200 l/hab/d. Estime em mm/a o volume anual de água abastecido.. (R: aprox. 8,2 mm/ano). 5. Em determinada bacia hidrográfica obtiveram-se os seguintes elementos para análise do relevo, z (m) A (km 2 ) 23,05 22,84 6,8 9,32 2,07 0,57 0, onde z representa a cota e A, a área de bacia 250 acima dessa cota. Calcule a altura média da bacia hidrográfica. 75 (R: altura e altitude médias de aprox e m). 6. Para o traçado do perfil longitudinal de determinado curso de água determinaram-se os seguintes pontos x (km) z (m) Cota 325 Cota onde x representa a distância à secção de 20 referência e z, a cota. Determine o declive 00 médio e o declive equivalente do curso de água. (R: dm=0.0457=.457%=4.57m/km; dequi=0.0096=0.96%=9.6m/km) Área (km 2 ) Distância (km) M.M.Portela (205/206) A área de determinada bacia hidrográfica é 02 km 2 e a soma dos desenvolvimentos de todos os seus cursos de água é 300 km, numa dada escala cartográfica. Estime o percurso médio de escoamento sobre o terreno até um curso de água (R: 85 m) Balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

22 Balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica (cont.) Balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica (cont.) O BALANÇO HIDROLÓGICO de uma bacia hidrográfica num dado intervalo de tempo cômputo dos ganhos e das perdas de água que os processos hidrológicos e eventualmente a acção humana provocam nessa bacia nesse intervalo de tempo - fundamental para equacionar o binómio NECESSIDADES /DISPONIBILIDADES. M.M.Portela (205/206) Durante um dado intervalo de tempo, o sistema BACIA HIDROGRÁFICA é alimentado pela PRECIPITAÇÃO e eventualmente pela água nele LANÇADA pela acção humana. Responde produzindo ESCOAMENTO, possibilitando a EVAPOTRANSPIRAÇÃO e, eventualmente, permitindo a EXTRACÇÃO de água pelo Homem. Consoante o intervalo de tempo em consideração, é possível que ao longo do mesmo se tenham alterado as QUANTIDADES DE ÁGUA ARMAZENADA na rede hidrográfica, retida à superfície, presente sob a forma de humidade do solo ou, finalmente, existente nas reservas subterrâneas. M.M.Portela (205/206) Balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica (cont.) Balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica (cont.) gerir o recurso. P = H + E + SP + S+ SU +EX - R EVENTUAL ACÇÃO HUMANA PRECIPITAÇÃO EVENTUAL ACÇÃO HUMANA EVAPOTRANS- PIRAÇÃO = + VARIAÇÃO DO ARMAZENAMENTO DE ÁGUA P precipitação sobre a bacia; ESCOAMENTO Entradas do sistema Saídas do sistema Variações de estado do sistema Equação do balanço hidrológico P = H + E + SP + S+ SU +EX - R = + M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

23 Balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica (cont.) Balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica (cont.) P = H + E + SP + S+ SU +EX - R P = H + E + SP + S+ SU +EX - R P H precipitação sobre a bacia; escoamento na secção de jusante da bacia; P H E precipitação sobre a bacia; escoamento na secção de jusante da bacia; evapotranspiração na bacia; = + = + M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206) Balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica (cont.) Balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica (cont.) P = H + E + SP + S+ SU +EX - R P = H + E + SP + S+ SU +EX - R P H E SP precipitação sobre a bacia; escoamento na secção de jusante da bacia; evapotranspiração na bacia; variação da quantidade de água de intercepção, de detenção superficial e de armazenamento nos leitos; P H E SP S precipitação sobre a bacia; escoamento na secção de jusante da bacia; evapotranspiração na bacia; variação da quantidade de água de intercepção, de detenção superficial e de armazenamento nos leitos; variação da quantidade de humidade do solo (água na zona não saturada); ( S: variação > 0 se corresponder ao aumento de água). ( S: variação > 0 se corresponder ao aumento de água). = + = + M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

24 Balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica (cont.) Balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica (cont.) P = H + E + SP + S+ SU +EX - R P = H + E + SP + S+ SU +EX - R P H E SP S SU precipitação sobre a bacia; escoamento na secção de jusante da bacia; evapotranspiração na bacia; variação da quantidade de água de intercepção, de detenção superficial e de armazenamento nos leitos; variação da quantidade de humidade do solo (água na zona não saturada); variação da quantidade de água das reservas subterrâneas; P H E SP S SU EX R precipitação sobre a bacia; escoamento na secção de jusante da bacia; evapotranspiração na bacia; variação da quantidade de água de intercepção, de detenção superficial e de armazenamento nos leitos; variação da quantidade de humidade do solo (água na zona não saturada); variação da quantidade de água das reservas subterrâneas; quantidade de água extraída da bacia pela acção humana; idem quantidade de água lançada. ( S: variação > 0 se corresponder ao aumento de água). ( S: variação > 0 se corresponder ao aumento de água). = + M.M.Portela (205/206) = + M.M.Portela (205/206) Se o intervalo de tempo a que se refere o balanço hidrológico for suficientemente grande para que possam ser desprezadas as variações dos vários tipos de armazenamento em face dos restantes termos, obtém-se: EVENTUAL ACÇÃO HUMANA Balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica (cont.) P = H + E + SP + S+ SU +EX - R P = H + E + EX - R Se, nestas circunstâncias, forem aproximadamente nulas as quantidades de água postas em jogo pela acção humana, obtém-se: EVENTUAL ACÇÃO HUMANA Balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica (cont.) P = H + E + SP + S+ SU +EX - R P = H + E PRECIPITAÇÃO EVENTUAL ACÇÃO HUMANA EVAPOTRANS- PIRAÇÃO = + VARIAÇÃO DO ARMAZENAMENTO DE ÁGUA PRECIPITAÇÃO EVENTUAL ACÇÃO HUMANA EVAPOTRANS- PIRAÇÃO = + VARIAÇÃO DO ARMAZENAMENTO DE ÁGUA ESCOAMENTO ESCOAMENTO Entradas do sistema Saídas do sistema Variações de estado do sistema Entradas do sistema Saídas do sistema Variações de estado do sistema M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206)

25 P = H + E + SP + S+ SU +EX - R Aproximadamente nulas as quantidades de água postas em jogo pela acção humana EX=0; R=0 Intervalo de tempo de suficientemente grande para as variações dos vários tipos de armazenamento sejam aproximadamente nulas SP =0; S=0; SU=0 INTERVALO DE TEMPO ADEQUADO: ANO HIDROLÓGICO, em Portugal, de de Outubro a 30 de Setembro. P = H + E (DÉFICE DE ESCOAMENTO D = P - H = E) P = H + E + SP + S+ SU +EX - R Aproximadamente nulas as quantidades de água postas em jogo pela acção humana EX=0; R=0 Intervalo de tempo de suficientemente grande para as variações dos vários tipos de armazenamento sejam aproximadamente nulas S P =0; S=0; S U =0 INTERVALO DE TEMPO ADEQUADO: ANO HIDROLÓGICO, em Portugal, de de Outubro a 30 de Setembro. P = H + E (DÉFICE DE ESCOAMENTO D = P - H = E) M.M.Portela (205/206) M.M.Portela (205/206) Séries de escoamentos mensais em anos hidrológicos sucessivos ( de Outubro a 30 de Setembro). Escoamento mensal (mm) Balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica (cont.) P = H + E Ano (entre 952/53 e 987/88) O sistema (bacia hidrográfica... alimentada... produzindo...) reinicia-se. Não existe memória entre anos hidrológicos consecutivos. M.M.Portela (205/206) A consideração do ANO HIDROLÓGICO : Simplifica a equação do balanço hidrológico. Permite considerar como independentes entre si as variáveis hidrológicas referidas ao ano hidrológico. M.M.Portela (205/206)

26 Numa bacia hidrográfica com 00 km 2 de área, para a qual são transferidos de uma bacia vizinha cerca de 8 hm 3 por mês, a precipitação e o escoamento em determinado ano hidrológico foram de 000 mm e 300 mm, respectivamente. Estime em mm o valor da evapotranspiração real nesse ano. Justifique. (R: 660 mm). Pretende-se transferir água de uma bacia hidrográfica em regime natural e com 00 km 2 de área para uma bacia vizinha. Sabendo que a precipitação e a evapotranspiração real anuais médias na bacia de origem são respectivamente de 000 mm e 700 mm, estime o máximo caudal médio transferível em m 3 /s. Justifique. (R: aprox m 3 /s). Os valores anuais médios da precipitação e do défice do escoamento numa bacia hidrográfica com a área de 40 km 2 foram estimados em 500 e 850 mm, respectivamente. Determine o caudal anual médio na secção de referência da referida bacia em m 3 /s. (R: aprox m 3 /s). Exercício extra M.M.Portela (205/206)