Hidrologia Ciclo Hidrológico Benedito C. Silva IRN / UNIFEI

Ciclo hidrológico Fenômeno global de circulação fechada da água entre a superfície terrestre e a atmosfera, impulsionado pela energia solar associada à gravidade e à rotação terrestre.

Um pouco de história Rei Salomão 1000 anos AC (segundo Bíblia): All rivers flow into the sea, yet the sea is never full. To the place the streams come from, there they return again. Gregos: Primeiros registros de pensamentos sobre a origem das águas dos rios (500 AC) Gregos: Água dos rios é a água do mar que vem das profundezas da terra. Romanos: Muitas obras hidráulicas mas continuam adotando o pensamento grego sobre o ciclo hidrológico Possível causa: clima da região do mediterrâneo. Idade média: Idéias dos gregos perduraram até +/- século XVI Renascimento: papel fundamental da chuva!!

Bernard Palissy Livro (1580) em forma de diálogo entre dois personagens: “Teoria” e “Prática” “Teoria” argumentava em favor da idéia dos gregos “Prática” argumentava com base na observação, dizendo que a água dos rios vinha da chuva e do derretimento da neve

Depois de Palissy Ainda apoiando as idéias erradas dos gregos: Kepler; Descartes O ciclo hidrológico começou a ficar mais claro durante os séculos XVII e XVIII, com o advento da ciência experimental, e das medições. Muitos aspectos ainda permanecem obscuros: papel das florestas; CO2; aerossóis; interação oceanos e atmosfera

Fases do ciclo hidrológico

Bacia Hidrográfica

Bacia Hidrográfica Uma região em que a chuva ocorrida em qualquer ponto drena para a mesma seção transversal do curso-d’água. Área de captação natural das precipitações, que faz convergir os escoamentos para um único ponto de saída: o exutório. Para definir uma bacia: Curso d’água Seção transversal de referência (exutório) Informações de topografia

Definição de bacia Diferenciar áreas que contribuem para um ponto

Fontes de dados de topografia

Seção de referência, ou exutório

Divisor não corta drenagem exceto no exutório. Divisor passa pela região mais elevada da bacia, mas não necessariamente pelos pontos mais altos.

Bacias hidrográficas são compostas por sub-bacias hidrograficas Bacias hidrográficas são compostas por sub-bacias hidrograficas. Cada sub-bacia é uma bacia hidrográfica que pode ser subdividida em sub- bacias, etc. A bacia do rib. José Pereira é uma sub-bacia do rio Sapucaí, que por sua vez é uma sub-bacia do rio Grande, que ...

Sub - bacia

Divisor de águas

Características da bacia hidrográfica Área de drenagem Comprimento Declividade Curva hipsométrica Forma Cobertura vegetal e uso do solo ……

Área da bacia hidrográfica Característica mais importante da bacia Reflete o volume total de água que pode ser gerado potencialmente na bacia Bacia impermeável e chuva constante: Q = P . A Se A = 60 km2 (60 milhões de m2) e P = 10 mm/hora (2,7 . 10-6 m/s) Q = 166 m3/s

Área da bacia hidrográfica Uma vez definidos os contornos (divisor), a área pode ser calculada por uma integral numérica (SIG) ou por métodos manuais (planímetro, contagem, pesagem).

Comprimento Comprimento da bacia Comprimento do rio principal

Comprimento Comprimento da bacia Comprimento do rio principal

Comprimento Os comprimentos da bacia e do rio principal são importantes para a estimativa do tempo que a água leva para percorrer a bacia.

Declividade Diferença de altitude entre o início e o fim da drenagem dividida pelo comprimento da drenagem. Tem relação com a velocidade com a qual ocorre o escoamento.

Comprimento drenagem = 7 km Declividade = 0,04 m/m ou 40 m por km Ponto mais baixo: 20 m Ponto mais alto: 300 m Comprimento drenagem = 7 km Declividade = 0,04 m/m ou 40 m por km

Perfil longitudinal Perfil típico: alto médio baixo Distância ao longo do rio principal Altitude do leito Valores típicos: Baixa declividade: alguns cm por km Alta declividade: alguns m por km

Curva hipsométrica Descrição da relação entre área de contribuição e altitude. Altitude (m) 890 350 Fração da área 0 0,25 0,5 0,75 1,0

Índice de conformação ou fator de forma I = A / L2 L I alto: cheias mais rápidas I baixo: cheias mais lentas

Índice de compacidade Relação entre o perímetro da bacia e o perímetro que a bacia teria se fosse circular K = 0,28 P / A0.5 mede mais ou menos a mesma coisa que o fator de forma

Exemplos Alongadas São Francisco Outras: Tietê, Paranapanema, Tocantins

Exemplos Circular Taquari Antas RS Rio Itajaí SC

Cobertura vegetal Florestas: maior interceptação; maior profundidade de raízes. Maior interceptação = escoamento demora mais a ocorrer Maior profundidade de raízes = água consumida pela evapotranspiração pode ser retirada de maiores profundidades do solo

Uso do solo Substituição de floresta por pastagem/lavoura Urbanização: telhados, ruas, passeios, estacionamentos e até pátios de casas Modificação dos caminhos da água Aumento da velocidade do escoamento (leito natural rugoso x leito artificial com revestimento liso) Encurtamento das distâncias até a rede de drenagem (exemplo: telhado com calha)

Uso do solo Agricultura = compactação do solo Redução da quantidade de matéria orgânica no solo Porosidade diminui Capacidade de infiltração diminui Raízes mais superficiais: Consumo de água das plantas diminui

Tipos de solos Solos arenosos = menos escoamento superficial Solos argilosos = mais escoamento superficial Solos rasos = mais escoamento superficial Solos profundos = menos escoamento superficial

Geologia Rochas do sub-solo afetam o comportamento da bacia hidrográfica Rochas porosas tem a propriedade de armazenar grandes quantidades de água (rochas sedimentares – arenito) Rochas magmáticas tem pouca porosidade e armazenam pouca água, exceto quando são muito fraturadas. Bacias com depósitos calcáreos tem grandes cavidades no sub-solo onde a água é armazenada.

Partes da Bacia Vertentes Rede de drenagem Escoamento superficial difuso Não há canais definidos Escoamento sub-superficial e subterrâneo Rede de drenagem Escoamento superficial Canais bem definidos

Rede de drenagem Densidade da rede de drenagem Controlada pela Geologia e pelo Clima Forma da rede de drenagem Controlada pela geologia

Bacias hidrográficas e SIG SIG são Sistemas de Informação Geográfica Equivalem a sistemas CAD para a hidrologia Além de CAD são bancos de dados e permitem análises dos dados

Representações do relevo no computador Isolinhas = curvas de nível Matriciais = modelos digitais de elevação (MDE) TIN = Triangular irregular network

Exemplo de MDE: SRTM

O que pode ser obtido do MDE Direção de escoamento Rios principais (rede de drenagem) Definição de bacias e sub-bacias Área das bacias Declividade das bacias Etc.

Rede de drenagem e sub-bacias