Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHA3308 - Hidrologia Ambiental Bacias Hidrográficas Mario Thadeu Leme de Barros Renato Carlos Zambon 1
exercício da aula anterior: balanço hídrico Q, P e E médios variam muito entre diferentes bacias... Ano P (mm) Q (m³/s) QL (mm) P/Pmed Q/Qmed S P (mm) S QL (mm) 1931 1626 15,1 756 1,25 1,30 1626 756 1932 1648 12,5 626 1,27 1,08 3274 1382 1933 970 7,7 385 0,74 0,66 4244 1767 1934 1424 13,1 656 1,09 1,13 5668 2423 1935 1717 13,3 666 1,32 1,15 7385 3089 1936 1267 10,7 536 0,97 0,92 8652 3624 1937 1406 14,8 741 1,08 1,28 10058 4365 1938 1398 12,9 646 1,07 1,11 11456 5011 1939 1137 8,8 441 0,87 0,76 12593 5451 1940 1243 11,3 566 0,95 0,98 13836 6017 1941 1186 9,1 456 0,91 0,79 15022 6472 1942 1115 13,1 656 0,86 1,13 16137 7128 1943 1031 9,4 471 0,79 0,81 17168 7599 1944 1077 10,4 521 0,83 0,90 18245 8119 1945 1294 11,6 581 0,99 1,00 19539 8700 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 P (mm) Q (mm) 1931 1933 1935 1937 1939 1941 1943 1945 Ano Pmédia = 1303 mm Qmédia = 580 mm => Emédia = 723 mm Qmédia = 45% da Pmédia 2
Q (mm) SQ (mm) exercício da aula anterior: balanço hídrico 800 700 600 10000 9000 8000 7000 6000 P Q E S y = 0.447x - 121.6 R² = 0.999 500 400 y = 0.367x + 101.9 R² = 0.582 5000 4000 3000 300 200 P Q E S 800 1200 1600 2000 P (mm) 2000 1000 0 0 5000 10000 15000 20000 SP (mm) P Q E S P Q E n n n n 0 0 3
Vamos ver na aula de hoje: O que é uma bacia hidrográfica. Como delimitar sua área. Quais as suas principais características. 4
Uma bacia hidrográfica é uma determinada área de terreno que drena água, partículas de solo e material dissolvido para um ponto de saída comum, situado ao longo de um rio, riacho ou ribeirão (Dunne e Leopold, 1978).... dentro de uma bacia hidrográfica, podem existir inúmeras sub-bacias. 5
talvegue principal cumeada, espigão, crista... talvegue secundário Exutório da Bacia 6
Delimitação de Bacias: O Divisor de Águas 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) => 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. 7
Rede de drenagem, cursos d água ou talvegues: perenes, intermitentes ou efêmeros 8
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Delimitação de Bacias Divisor Topográfico / Superficial x Divisor Geológico / Freático / Subterrâneo => possibilidade de escoamento subterrâneo com origem em bacias vizinhas... Pequenas Bacias ou Lençol Freático Alto Erros 10
Delimitação de Bacias 11
Delimitação de Bacias Utilizando plantas planialtimétricas 12
Delimitação de Bacias Utilizando imagens de satélite 13
row Delimitação de Bacias Utilizando modelo digital de terreno (DEM) Exemplo em 3-D e em planta de um DEM (digital elevation model) simples, composto por 12 linhas e 12 colunas 0 825 2 800 775 750 725 0 jen1_ele 4 6 4 2 8 0 2 4 6 col 8 10 10 8 6 row 10 0 2 4 6 8 10 col 740 760 780 800 820 740 760 780 800 820 jen1_ele Fonte : Comet2000 jen1_ele 14
Delimitação de Bacias Utilizando modelo digital de terreno (DEM) Os passos seguintes para definir a bacia são: a. Definir os rios b. Definir os trechos dos rios c. Definir as sub-bacias. 15
A bacia hidrográfica é adotada como o espaço da Gestão dos Recursos Hídricos (superficiais e subterrâneos) no Brasil: Bacias Federais e Estaduais 16
Características Físicas Importância: Comparação entre bacias hidrográficas Transferência de dados entre bacias vizinhas Projeção do comportamento da bacia no futuro Fórmulas empíricas (regionalização) 17
Algumas Características Físicas Área da Bacia Forma da Bacia Uso e tipo de solo Declividade dos terrenos Declividade dos cursos d água Ordem dos cursos d água Densidade de drenagem 18
Área da Bacia medida por planímetro (mecanicamente) calculada pelas coordenadas do polígono, (equação de Gauss) aproximação por composição de figuras geométricas calculada a partir de imagens digitalizadas em softwares como AutoCAD, ArcVIEW, Spring, Idrisi, Grass, Erdas, etc 19
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21 xn-1*yn Coord x Coord y xn*yn-1 Ponto 5.8 6.6 0 40.26 37.7 6.1 6.5 1 39 37.21 6 6.1 2 37.21 35.4 6.1 5.9 3 35.4 29.89 6 4.9 4 28.42 27 5.8 4.5 5 26.1 24.36 5.8 4.2 6 23.94 23.78 5.7 4.1 7 23.37 21.66 5.7 3.8 8 22.42 19.95 5.9 3.5 9 19.95 18.29 5.7 3.1 10 17.36 15.39 5.6 2.7 11 11.61 5.04 4.3 0.9 12 3.51 3.44 3.9 0.8 13 2.96 1.95 3.7 0.5 14 1.5 1.48 3 0.4 15 0.96 2.7 2.4 0.9 16 2.07 1.92 2.3 0.8 17 1.52 1.84 1.9 0.8 18 1.28 2.09 1.6 1.1 19 1.32 1.92 1.2 1.2 20 1.32 1.68 1.1 1.4 21 1.12 1.65 0.8 1.5 22 1.05 1.36 0.7 1.7 23 1.02 1.26 0.6 1.8 24 1.26 1.38 0.7 2.3 25 0.46 1.75 0.2 2.5 26 1.5 0.64 0.6 3.2 27 3.84 1.86 1.2 3.1 28 7.75 4.2 2.5 3.5 29 8.05 10.25 2.3 4.1 30 9.02 11.04 2.2 4.8 31 9.6 11 2 5 32 9 11 1.8 5.5 33 9.9 10.26 1.8 5.7 34 12.54 10.44 2.2 5.8 35 17.4 12.98 3 5.9 36 21.24 17.1 3.6 5.7 37 24.51 20.52 4.3 5.7 38 27.36 25.8 4.8 6 39 30 30.24 5 6.3 40 34.65 32 5.5 6.4 41 37.12 36.3 5.8 6.6 42 609.87 567.72 Soma = 21.075 Área = 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 3 2 4 5 7 6 8 9 11 10 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 223 24 25 26 27 28 29 30 3132 334 35 36 37 38 39 40 41 42 ponto "n" ) (ponto "0" 2 1 1 1 1 1 n i i i n i i i Y X Y X A
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Área da Bacia Influência nas vazões Vazão específica: vazão de contribuição por unidade de área (L/(s.km²)) Mínimas: bacias maiores tem vazões específicas mínimas normalmente maiores por efeito da complementariedade hidrológica de sub-bacias Médias: pouco efeito sobre as vazões específicas Máximas: em bacias maiores as vazões específicas máximas são normalmente atenuadas e os tempos de base maiores 23
Índices Empíricos : Forma da Bacia Fator de Compacidade (ou índice de Gravelius): relação entre o perímetro da bacia e o perímetro de um círculo de mesma área P P Kc 0, 28 2 r A 2 Kc>1, quanto mais irregular a bacia, maior o Kc e menor a tendência de produção de enchentes rápidas, com vazões de picos elevados P A 24
Índices Empíricos : Forma da Bacia Fator de Forma: Largura Média / Comprimento Axial Kf L L A / L L Quanto mais alongada a bacia, menor o Kf e menor a tendência de produção de enchentes rápidas com vazão de pico elevada A 2 L 25
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Uso do Solo Influência na infiltração e velocidade do escoamento Áreas de florestas: maior interceptação, folhas e galhos retardam o escoamento, raízes profundas e maior consumo de água das plantas Agricultura: redução da quantidade de matéria orgânica no solo, porosidade diminui, infiltração diminui, raízes mais superficiais e menor consumo de água das plantas Áreas urbanas: impermeabilização, pouca infiltração e grande velocidade do escoamento => grandes picos de cheias 28
Tipo do Solo Solo arenoso, menor escoamento superficial Solo argiloso, maior escoamento superficial Solo raso, maior escoamento superficial Solo profundo, menor escoamento superficial 29
Forma da rede de Drenagem 30
Curiosidade: Okavango, bacia e delta 31
Exemplo: principais bacias e sub-bacias do SIN 32
Tocantins (Tucuruí) 33
São Francisco (Xingó) 34
Paraná (Itaipu) 35
Exemplo: Itajaí 36
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Exemplo: Cabuçu de Baixo 38
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Declividade do Terreno 43
Declividade dos Rios H H S 1 H L L Elevação total / comprimento 44
Declividade dos Rios H H S 2 2A 2 L A L Considerando a área... 45
Declividade dos Rios H Si H S ( L i 2 3 ) Li S i Li L Declividade equivalente constante 46
Densidade de Drenagem Topografia: Plana = Rios longos e escassos Acidentada = Rios pequenos e numerosos Influência no escoamento, maior densidade = Menor tempo de concentração Maior vazão de pico de cheia 47
Índices: Densidade de Drenagem Densidade de cursos d água = nº de cursos d água por unidade de área Densidade de drenagem = comprimento total de cursos d água por unidade de área 48
Densidade de Drenagem Ordem dos Cursos D Água 1 1 2 2 2 1 1 1 1 3 2 1 3 49
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como fazer... Planta do IBGE Escala 1: 50000 (e outras fontes...) 51
Destaque da Rede de Drenagem 52
Localização de Pontos Altos e Cotados 53
Junção dos pontos altos e identificação do divisor 54
Destaque do rio principal e pontos de cruzamento das curvas de nível (20m) com o curso d água 55
C o t a ( m ) Perfil Longitudinal Ribeirão Santo Antônio - ( Caconde ) 1260 1160 1060 960 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Distância ( km) 56
57 D2 Integral D1 Cota (m) D (km) D' (cm) D (cm) 0 8 16 0 2250 880 7.775 15.55 0.45 8250 900 7.575 15.15 0.85 55750 920 6.625 13.25 2.75 66250 940 6.475 12.95 3.05 102250 960 6.075 12.15 3.85 116000 980 5.95 11.9 4.1 142000 1000 5.75 11.5 4.5 243250 1020 5.075 10.15 5.85 502500 1040 3.55 7.1 8.9 588000 1060 3.1 6.2 9.8 693000 1080 2.6 5.2 10.8 796500 1100 2.15 4.3 11.7 852750 1120 1.925 3.85 12.15 933750 1140 1.625 3.25 12.75 999000 1160 1.4 2.8 13.2 1115250 1180 1.025 2.05 13.95 1239000 1200 0.65 1.3 14.7 1265250 1220 0.575 1.15 14.85 1293000 1240 0.5 1 15 1332000 1260 0.4 0.8 15.2 1414000 1280 0.2 0.4 15.6 1500000 1300 0 0 16 ( m/km) 55.0000 i1= ( m/km) 46.8750 i2= Tabela para cálculo das declividades
C o t a ( m ) Perfil Longitudinal Ribeirão Santo Antônio - ( Caconde ) 1260 S 1= 55 m/km 1160 S 2= 47 m/km 1060 960 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Distância ( km) 58
próxima aula: prática Características Físicas de uma Bacia 59