Processos Hidrológicos CST 318 / SER 456 Tema 1 – Introdução ANO 2015

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1 Processos Hidrológicos CST 318 / SER 456 Tema 1 – Introdução ANO 2015
Camilo Daleles Rennó Laura De Simone Borma

2 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

3 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

4 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

5 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...

6 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

7 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 m3 Fluxos m3/ano

8 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

9 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

10 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

11 Componentes do Ciclo Hidrológico
chuva Rocha

12 Componentes do Ciclo Hidrológico
chuva evaporação Rocha

13 Componentes do Ciclo Hidrológico
chuva infiltração Rocha

14 Componentes do Ciclo Hidrológico
chuva escoamento superficial Rocha

15 Componentes do Ciclo Hidrológico
Zona de Saturação lençol freático Rocha

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

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

18 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

19 Modelando um problema...

20 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 ?

21 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

22 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

23 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 <<

24 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?

25 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?

26 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)

27 Modelagem Hidrológica