UNIVERSIDADE EDUARDO MONDLANE Curso de Engenharia Civil. HIDROLOGIA Capítulo 1 Introdução à hidrologia

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1 UNIVERSIDADE EDUARDO MONDLANE Curso de Engenharia Civil HIDROLOGIA Capítulo 1 Introdução à hidrologia 1

2 Objecto da Hidrologia A hidrologia trata da ocorrência, circulação e distribuição da água na Terra, das suas propriedades físicas e químicas, da sua interacção com o meio (WMO 1982). Hidrologia da engenharia (Engineering hydrology) enfoque na aplicação da ciência na solução de problemas de engenharia. Objecto de estudo o ciclo hidrológico. Objectivos conhecimento do ramo terrestre do ciclo hidrológico, aplicação a problemas de engenharia. Ferramentas análise estatística, modelos matemáticos. 2

3 Evolução da ciência da hidrologia Antiguidade Oriental Egipto Mesopotâmia (Código de Hamurabi) China nilómetros 3

4 Evolução da ciência da hidrologia Antiguidade Clássica (Grécia e Roma) Primeiras tentativas de explicação da origem e ocorrência da água pelos filósofos gregos. Anaxágoras (grego), Vitruvius (romano). 4

5 Evolução da ciência da hidrologia Renascimento Leonardo da Vinci, Palissy. Secs XVII e XVIII Perrault: escoamento no Sena explicado a partir da precipitação; Mariotte: origem das fontes e rios, medição de caudal; Halley: evaporação dos mares suficiente para justificar a precipitação e o escoamento. Pitot (medição de caudal), Euler (pressão no escoamento), Bernoulli (conservação da energia), Chézy (fórmula de cálculo do caudal), Darcy (velocidade no escoamento em meio poroso). 5

6 Halley Bernouilli Chézy Darcy Medição de velocidade com tubo de Pitot 6

7 Evolução da ciência da hidrologia Sec XIX hidrologia quantitativa Medição de variáveis hidrológicas: pluviógrafos (precipitação), tubo de Pitot (velocidade), medidor Venturi (caudal); registo sistemáticos das medições. Conceptualização teórica: perfis de velocidade em canais; equação de Manning para o cálculo de caudais; fórmula racional; teoria do escoamento em meios porosos; princípios determinantes da evaporação; e a fórmula de Hagen-Poiseuille para o escoamento laminar. Primeiro Manual de Hidrologia (N. Beardmore, 1862). 7

8 Evolução da ciência da hidrologia Sec XX hidrologia quantitativa Período do empirismo ( ): abundância de fórmulas empíricas, criação da IAHS. Período da racionalização ( ): teorias fundamentais da hidrologia moderna hidrograma unitário, infiltração, escoamento em meio poroso em regime variável, transporte de sedimentos, análise estatística de extremos. Período da teorização ( ): conceitos modernos de mecânica de fluidos e termodinâmica, utilização intensa de computadores e GIS. 8

9 Reservas hídricas na Terra 9

10 Reservas hídricas na Terra Volume (10 3 km 3 ) Volume de água total (%) Volume de água doce (%) Oceanos e mares Lagos: doce salgados Pântanos Rios Humidade do solo Água subterrânea: doce salgada Gelo e neve Calotes polares Água na atmosfera Água biológica 1,338, ,530 12, , TOTAL DE ÁGUA ÁGUA DOCE 1,385,985 35,

11 Reservas hídricas na Terra Cerca de 97,5% é água salgada. Cerca de 1,7% está nas calotes polares. Maior parte da água subterrânea situada a grandes profundidades. Apenas cerca de 0,3% está facilmente disponível para utilização. 11

12 Tempo de residência O tempo de residência é o tempo médio que uma gota de água permanece numa certa reserva de água antes de passar para uma outra reserva. Obtem-se dividindo o volume da reserva pelo volume médio do correspondente fluxo de renovação. 12

13 Tempo de residência Oceanos e mares Lagos e pântanos Rios Humidade do solo Água subterrânea Gelo e neve (permafrost) Calotes polares Água na atmosfera Volume (10 3 km 3 ) ,9 2,1 16, , ,5 12,9 Tempo de residência a 17 a 16 d 1 a a a a 8 d 13

14 Tempo de residência Se se considerarem os tempos de residência, a importância dos rios e da atmosfera (precipitação) aumenta muito em comparação com a água subterrânea. Tempo de residência também é importante para estudos de poluição do meio hídrico. 14

15 Recursos hídricos renováveis Continente Área (10 6 km 2 ) Recursos hídricos renováveis (km 3 /a) África 30, América do Norte 24, América do Sul 17, Ásia 43, Europa 10, Oceânia 8, Total 135,

16 Escoamentos anuais médios dos continentes 800 Escoamento anual médio (mm/a) África América do Norte América do Sul Ásia Europa Oceânia Total 16

17 Escoamento anual médio de Moçambique Gerado no país 100 km 3 /a, 128 mm/a. Dos países vizinhos 116 km 3 /a, 149 mm/a. Total 216 km 3 /a, 277 mm/a. Distribuição geográfica no território é muito heterogénea. 17

18 Distribuição do escoamento anual médio por regiões hidrográficas Região Área (km 2 ) Escoamento gerado no país (km 3 /a) Escoamento proveniente dos países vizinhos (km 3 /a) Norte ,9 10,0 Centro-Norte ,2 0 Zambeze ,0 88,0 Centro ,4 1,2 Sul ,8 17,0 Total ,3 116,2 18

19 Utilizações da água Quatro grandes grupos de utilizações: utilizações para fins indispensáveis à vida e à saúde e bem-estar das pessoas, como beber, cozinhar, higiene pessoal e outros consumos domésticos; utilizações de consumo público: escolas, hospitais, comércio e serviços, bombeiros, jardins, lavagem de ruas e outros serviços urbanos; utilizações para fins económicos, ou seja, a água que é utilizada como factor no processo produtivo; utilizações ligadas à conservação ambiental. 19

20 Utilizações da água 20

21 Consumos anuais por região hidrográfica (2000) Região Doméstico (hm 3 /a) Industrial (hm 3 /a) Irrigação (hm 3 /a) Total (hm 3 /a) Total (mm/a) Sul ,0 Centro ,1 Zambeze ,6 Centro-Norte ,6 Norte ,5 Total ,1 21

22 Impactos de alterações climáticas Clima da Terra alterações dramáticas ao longo de milhões de anos. Nos tempos geológicos mais recentes: períodos glaciares de cerca de 100 mil anos intercalados por períodos interglaciares de cerca de 10 mil anos. Estamos actualmente num período interglaciar. Clima nunca foi estacionário neste período interglaciar: óptimo climatérico (+2 ºC) há cerca de 8 mil anos, Período Quente Medieval entre os séculos X e XIV na Europa, Pequena Idade do Gelo entre 1500 e

23 Impacto de alterações climáticas Nos últimos 30 anos reforço da tendência do aumento da temperatura média do planeta. IPCC considera o efeito antropogénico (emissão de gases com efeito de estufa) como principal factor. Possíveis consequências na disponibilidade dos recursos hídricos: decréscimo da precipitação nas regiões tropicais, maior frequência de precipitações extremas. Possível aumento das necessidades de irrigação. 23