ULA 2 CICLO HIDROLÓGICO BALANÇO HÍDRICO 2.1. O CICLO HIDROLÓGICO: ALVO DOS ESTUDOS HIDROLÓGICOS O ciclo hidrológico é o processo cíclico e contínuo de transporte das águas da Terra, interligando atmosfera, continentes e oceanos. Trata-se de um processo complexo, que tem como fonte de energia o Sol, contendo muitos subciclos. Como praticamente todo o abastecimento de água doce é resultante da precipitação proveniente da evaporação das águas marítimas, o ciclo hidrológico pode ser entendido basicamente como o processo de transferência da água dos mares para os continentes e seu retorno aos mares, conforme indicações da Figura 2.1. O vapor d água que tem origem na evaporação das águas dos mares é transportado para os continentes pelo movimento das massas de ar. Se o vapor for resfriado até o seu ponto de orvalho, ele se condensa na forma de pequenas gotas visíveis, vindo a constituir as nuvens, as quais, sob condições meteorológicas favoráveis, avolumamse e, sob a ação da gravidade, e precipitam-se. À medida que as chuvas caem, parte delas é interceptada pela vegetação e evaporada. Parte da precipitação que atinge a superfície do solo é devolvida para a atmosfera por evaporação, a partir das superfícies líquidas, do solo e da vegetação, e da transpiração dos seres vivos. O restante retorna aos mares por vias superficiais, subsuperficiais e subterrâneas.
2 Figura 2.1. Ciclo Hidrológico (Chaudhry, 2000). 2.2. BALANÇO HÍDRICO/EQUAÇÃO FUNDAMENTAL As transformações do ciclo hidrológico ocorridas dentro de regiões de interesse pré-estabelecidas podem ser contabilizadas através da equação do balanço hídrico, também denominada balanço de massa, ou equação fundamental, que pode ser expressa na forma: V = Q e Q s (2.1) sendo: V = variação de armazenamento hídrico Q e = afluência hídrica Q s = efluência hídrica As componentes do ciclo hidrológico a serem representadas na equação de balanço hídrico dependem dos limites estabelecidos, da mesma forma que as grandezas representativas de tais componentes devem ser empregadas em unidades compatíveis, sejam elas volumétricas, de descarga, ou lâminas.
3 Considerando-se o balanço hídrico das águas superficiais e subterrâneas, temse: V = P ( E + T + G + Q) (2.2) sendo: V = variação do armazenamento P = precipitação E = evaporação T = evapotranspiração G= fluxo subterrâneo da bacia Q= escoamento superficial Levando-se em conta somente as águas superficiais: V = P ( E + T + I + Q) (2.3) sendo I = infiltração. Assumindo-se ainda V =0, a equação (2.3) reduz-se a: Q = P L (2.4) onde: L = perdas (E+T+I) A equação (2.4) constitui a base de muitos métodos práticos de avaliação do escoamento superficial. A bacia hidrográfica é a área de drenagem de um ponto de descarga de um curso d água, também denominado exutório, do qual ela é tributária. Delimitada com base na topografia, coleta a água de chuva que, escoando superficialmente, atinge a referida seção. O termo bacia hidrográfica é usado indistintamente para pequenas ou grandes áreas de drenagem, ao tratarem-se de áreas de drenagem de córregos ou grandes rios, respectivamente.
4 As bacias hidrográficas constituem contornos territoriais adequados aos estudos hidrológicos, em particular de balanço hídrico, pois sobre tais áreas é possível um maior controle sobre as componentes do ciclo hidrológico, como o escoamento superficial, muito embora o escoamento subterrâneo possa promover transferências hídricas entre bacias vizinhas. 2.3. MÉTODOS DE ESTUDOS HIDROLÓGICOS A hidrologia baseia-se, essencialmente, em elementos observados e medidos no campo; o que mostra a importância da fase correspondente à coleta de dados. De um modo geral os estudos hidrológicos baseiam-se na quase repetição dos regimes de precipitação e de escoamento dos rios, ao longo do tempo. Isto é, ainda que uma sucessão histórica de eventos (vazão ou precipitação), contatada no passado, não se repita exatamente para o futuro, suas grandes linhas mantêm-se aproximadamente as mesmas. Em suma, os projetos de obras futuras são elaborados com base em elementos do passado, considerando-se ou não a probabilidade de se verificarem alterações com relação ao passado. Ultimamente, vem se utilizando dois métodos de estudo, de acordo com os processos analíticos utilizados: a) Hidrologia Paramétrica ou Determinística b) Hidrologia Estocástica Hidrologia Paramétrica: Usos de dados climáticos e parâmetros físicos das bacias hidrográficas Hidrologia Estocástica; Manipulação das características estatísticas das variáveis hidrológicas. 2.4 - A HIDROLOGIA NA ENGENHARIA A hidrologia é a ciência da Terra que estuda a ocorrência, circulação e distribuição das águas, bem como as suas propriedades físicas e químicas e suas relações com os seres vivos. Divide-se em dois grandes grupos: a hidrologia das águas superficiais e a hidrologia subterrânea, sendo que o primeiro inclui:
5 climatologia, meteorologia, geologia, geomorfologia, sedimentologia, geografia e oceanografia. A Engenharia Hidrológica e de Recursos Hídricos, por sua vez, é ciência da Terra aplicada, uma vez que se utiliza dos princípios hidrológicos na solução de problemas de engenharia, decorrentes da necessidade de explotação dos recursos hídricos terrestres. Em outras palavras, a engenharia hidrológica visa estabelecer relações, definindo a variabilidade espaço-temporal da água, com vistas à avaliação dos riscos envolvidos nas atividades de dimensionamento e operação de sistemas de aproveitamento e controle das águas naturais. 2.4.1 - APLICAÇÕES a) Escolha de fontes de abastecimento b) Projeto e construção de obras hidráulicas 1) Fixação das dimensões de obras de arte, como: pontes, bueiros, etc... 2) Projeto de barragens: dimensionamento do extravasor. 3) Estabelecimento do método de construção c) Irrigação: escolha do manancial, evaporação e transpiração d) Drenagem: alimentação e escoamento do lençol, bacia contribuinte, etc... e) Regularização de cursos d água e controle de inundações: variações de vazão, Qmáx, áreas de inundação, etc... f) Controle de poluição. g) Controle de erosão h) Navegação i) Aproveitamento hidrelétrico: previsões de vazões máximas, médias e mínimas para estudo econômico e o dimensionamento das instalações das estruturas, volume armazenado, perdas por evaporação e infiltração, etc... j) Operação de sistemas hidráulicos complexos k) Recreação e preservação do meio-ambiente l) Preservação e desenvolvimento da vida aquática.
6 2.5. BIBLIOGRAFIA Chaudhry, F.H. (2000). Aproveitamento de Recursos Hídricos. In: Castellano, G. e Chaudhry, F. H. eds. Desenvolvimento Sustentável...(no prelo). Dunne e Leopold (1995). Water in Environmental Planning. Freeman and Company, United States of America, 818p. Ometo, J.C.; Vila Nova, N.A. (1989). Curso de Agrometeorologia (Apostila), ESALQ. Ponce, V. M. (1989). Engineering Hydrology-Principles and Practice. Prentice Hall Inc., New Jersey, 640p. Righetto, A. M. (1998). Hidrologia e Recursos Hídricos. EESC/USP, São Carlos, 840p.