Processos Hidrológicos CST 318 / SER 456 Tema 1 – Introdução ANO 2015 Camilo Daleles Rennó Laura De Simone Borma http://www.dpi.inpe.br/~camilo/prochidr/

Aulas 1 – Introdução - Camilo 2 – Precipitação/Interceptação - Laura 3 – Evapotranspiração e transpiração - Laura PROVA (14/07/2015) 4 – Fundamentos de física do solo - Camilo 5 – Água no solo: conteúdo e potencial - Camilo 6 – Armazenamento e distribuição da água no solo - Camilo 7 – Hidrologia de vertentes – escoamento superficial – Camilo PROVA? 8 – Hidrometria – vazão - Laura 9 – Métodos estatísticos aplicados à Hidrologia – Camilo 10 – Ecohidrologia - Laura EXERCÍCIO

Hidrologia Definição: é a ciência que estuda a distribuição, circulação e comportamento da água no sistema terrestre. Também estuda suas propriedades físico-químicas e sua interação com o meio ambiente (biótico e abiótico). Hidrometeorologia – estudo da água na atmosfera Oceanografia – estudo dos oceanos Limnologia – estudo de águas interiores (lagos e reservatórios) Fluviologia – estudo de rios e cursos d’água Glaciologia - estudo da água na forma de neve e gelo Hidrogeologia – estudo das águas subterrâneas

Hidrologia e Processos Hidrológicos Aplicações Planejamento, construção e operação de projetos de aproveitamento de recursos hídricos (usinas hidrelétricas, controle de cheias, abastecimento de água, navegação, irrigação, etc.) Entendimento dos impactos das mudanças no uso e ocupação da terra Entendimento dos impactos das mudanças climáticas Alertas de eventos extremos Ecohidrologia Ferramentas Observações - medições in situ e a partir de sensores remotos Modelagem hidrológica – várias escalas de entendimento e previsão dos processos

Multidisciplinaridade da Hidrologia Precipitação e evaporação - Meteorologia Infiltração e percolação - Ciência dos Solos Água subterrânea - Geologia Escoamento superficial - Geomorfologia Vazão de rios – Mecânica de Fluidos Qualidade de água – Química/Biologia Abastecimento/Saneamento – Engenharia Civil Energia, Irrigação, Navegação, etc...

O Ciclo Hidrológico O ciclo hidrológico é um fenômeno global de circulação da água em suas 3 fases: gasosa (vapor), líquida (chuva e escoamento) e sólida (gelo e neve). É um sistema fechado apenas em nível global. Atmosfera Continente Oceano ênfase do curso

O Ciclo Hidrológico Global Ciclo Global da Água Transporte de vapor Nuvens Precipitação Transpiração Evaporação Descarga de Rios Percolação Fluxo de água subterrânea Oceano Gelo e Neve Água subterrânea Estoque 1012 m3 Fluxos 1012 m3/ano http://www.bom.gov.au/info/climate/change/gallery/8.shtml

Distribuição da Água no Mundo Geleira e Calotas Polares 68,7% Água no Solo 30,1% Água na Superfície e outros 1,2% Água Doce Rios 0,49% “Brejos” 2,6% Água Doce Superficial Lagos 20,9% Gelo subterrâneo e Pergelissolo (Permafrost) 69% Umidade do Solo 3,8% Atmosfera 3,0% Organismos Vivos 0,26% Água Salgada (oceano) 97,0% Doce 2,5% Total Águas Salinas (outros) 0,9% Fonte: Shiklomanov, I. "World fresh water resources" in Gleick, P.H. (editor) Water in Crisis: a gudie to the Worls´s Fresh Water Resources. 1993 http://water.usgs.gov/edu/earthwherewater.html

Distribuição da Água no Mundo Toda a água do mundo: ~1400 km diâmetro Água doce no solo, lagos, áreas alagáveis e rios: ~270 km diâmetro Água doce em lagos e rios: ~ 56 km - diâmetro http://water.usgs.gov/edu/earthwherewater.html

Níveis de Detalhamento Escala Local (Pontual) Interações entre a matriz de solo e os macroporos Processos unidimensionais Escala de Vertente Mecanismos de geração de escoamento direto e de base Processos bidimensionais Escala de Bacia Hidrográfica Variação espacial e temporal de processos – recarga Processos tridimensionais http://www.ib.usp.br/ecologia/ecossistema_print.htm

Componentes do Ciclo Hidrológico chuva Rocha

Componentes do Ciclo Hidrológico chuva evaporação Rocha

Componentes do Ciclo Hidrológico chuva infiltração Rocha

Componentes do Ciclo Hidrológico chuva escoamento superficial Rocha

Componentes do Ciclo Hidrológico Zona de Saturação lençol freático Rocha

Componentes do Ciclo Hidrológico chuva evaporação (interceptação) escoamento superficial infiltração Zona de Aeração (não saturada) percolação lençol freático Zona de Saturação rocha

Componentes do Ciclo Hidrológico gás carbônico fotossíntese água gás carbônico água estômato

Componentes do Ciclo Hidrológico chuva transpiração evaporação (interceptação) evapotranspiração evaporação escoamento superficial infiltração Zona de Aeração (não saturada) Zona de Raízes percolação fluxo ascendente lençol freático Zona de Saturação Fluxo de base rocha

Modelando um problema...

Modelo de Balanço de Água no Solo Modelagem O que é um modelo? É uma representação conceitual/matemática de um fenômeno Tipicamente o modelo irá tratar apenas de alguns aspectos do fenômeno estudado Modelo de Balanço de Água no Solo V = E - S tempo t E S V tempo t+1 ?

Modelo de Balanço de Água no Solo Modelagem O que é um modelo? É uma representação conceitual/matemática de um fenômeno Tipicamente o modelo irá tratar apenas de alguns aspectos do fenômeno estudado Modelo de Balanço de Água no Solo Vt+1 = Vt + Et+1 – St+1 tempo t tempo t+1

Equação do balanço hídrico ΔS = P - ET - D P – precipitação ET – evapotranspiração D – deflúvio ΔS – variação do armazenamento (superficial e/ou subterrâneo) Equação do balanço hídrico – coloca em evidência as variáveis hidrológicas e meteorológicas mais importantes, as quais são passíveis de medição

Modelagem Hidrológica processos ambientais fenômenos tridimensionais e dinâmicos variações contínuas no espaço e no tempo comportamentos não lineares componentes aleatórios múltiplas escalas de tempo e espaço Como representar estes processos? >> simplificação <<

Modelo de Balanço de Água no Solo Modelagem Dois modelos de um mesmo fenômeno deveriam ser iguais? Não necessariamente Cada modelo pode ter um objetivo diferente ou ainda ter diferenças conceituais ou de implementação decorrentes de decisões tomadas durante o desenvolvimento do modelo Modelo de Balanço de Água no Solo chuva quanto? para onde? em quanto tempo?

Modelagem Quais as etapas da modelagem? O modelo é bom? Caracterizar o sistema na qual o fenômeno se insere Fazer algumas suposições sobre como os vários componentes funcionam e interagem entre si Traduzir tudo em equações/procedimentos e num programa de simulação Determinar os valores de cada parâmetro (medidas reais, valores de referência ou calibração) Fazer a validação O modelo é bom? Explica observações passadas? Foi bem calibrado? Prediz observações futuras? Foi validado? É generalizável? É robusto? Pode ser aplicado em outros lugares/períodos? Consegue estimar a incerteza dos resultados? Os resultados são confiáveis? É simples? Necessita poucos dados de entrada? É fácil de usar? Tem interface amigável?

Modelagem Hidrológica Classificação determinístico ou estocástico modelo X Y modelo Y X modelo X Y baseado em processos ou empírico * contínuo ou discreto (no tempo) t concentrado ou distribuído (no espaço) estático ou dinâmico Xt+1 = f(Xt)

Modelagem Hidrológica http://forumirrigacao.blogspot.com.br/2012/07/agricultura-irrigada-sustentavel-e-o.html