Ciclo Hidrológico Ciclo Hidrológico

Disciplina: Hidrologia Prof. Fabio B. Tonin

Ciclo Hidrológico

• Considerações gerais da Hidrologia • Importancia da água e sua quantidade mundial • Balanço hidrológico • Balanço hídrico global • Balanço hídrico continental • Balanço hídrico de bacias hidrográficas • Conceitos e aplicações do balanço hídrico

Considerações gerais

• A água na Terra, que constitui a hidrosfera, está distribuída em 3 reservatórios principais: – oceanos – continentes – atmosfera

Considerações gerais

• Entre estes reservatórios existe uma circulação contínua: – Ciclo de Água ou Ciclo Hidrológico

• Esta circulação contínua é responsável pela

renovação da água no planeta.

Considerações gerais

• Ciclo Hidrológico é compreendido como:

Processos físicos que controlam a distribuição e o movimento da água.

Considerações gerais

O ciclo Hidrológico pode ser dividido e 7 etapas: • Precipitação (P) • Interceptação (S) • Infiltração (I) • Escoamento superficial (R) • Escoamento subterrâneo (G) • Transpiração (T) • Evaporação e Evapotranspiração (E)

Precipitação

• A precipitação é considerado como o ponto inicial do ciclo Hidrológico (sua forma frequente é a chuva)

Quando é que ocorre a chuva?

– Quando o vapor de água na atmosfera se aglutina, formando microgotículas até terem o peso suficiente para precipitar em forma de chuvas, neve ou granizo.

Precipitação

A precipitação pode cair: – diretamente sobre um reservatório de água; – diretamente sobre um corpo de terra; – sobre uma área com vegetação; – ou deslocar-se sobre o solo, até o curso de água e infiltrar-se.

Interceptação

• Este processo consiste na retenção da água na vegetação até ser evaporada ou alcançar o solo;

• Após atingir o solo a água começa a infiltrar no solo ou deslocar-se sobre ele...

Infiltração

• Ocorre quando a intensidade da precipitação não excede a capacidade de infiltração do solo ou seja enquanto a superfície do solo não estiver saturado;

• Quando a capacidade de retenção de água no solo for excedida ou a superfície do solo estiver saturada tem-se o escoamento superficial ...

Escoamento superficial

• É condição excessiva da capacidade de retenção da vegetação ou da superfície do solo no estado de saturação.

• A água, impulsionada pela gravidade para cotas mais baixas, forma pequenos filetes que tendem a unir-se e formar cursos de água que continuam fluindo até encontrar riachos que formarão rios, de porte cada vez maior, até atingir um lago ou o oceano.

Escoamento subterrâneo

• O escoamento subterrâneo, acontece quando a porção de precipitação infiltrada percola até os aquíferos (húmidos, aquosos) subterrâneos (zona saturada) escoando de forma de bastante lenta.

• Quando o escoamento da água infiltrada, ocorre na zona de aeração do solo (camada insaturada) até aparecer como escoamento superficial e que é chamado escoamento de base.

Escoamento subterrâneo

• Este escoamento mantêm a vazão de base dos rios em períodos de estiagens.

• Parte desta água armazenada no solo é consumida pela vegetação, voltando em seguida á atmosfera pelas folhas das plantas em um processo chamado transpiração .

Transpiração

• É o processo que ocorre através da água acumulada no solo e absorvida pela vegetação, voltando em seguida á atmosfera através das folhas da planta.

Evaporação

• Evaporação é o fenômeno de se inicia antes da chuva tocar ao solo, após a formação da precipitação.

• A evaporação ainda ocorre diretamente do solo desprovido de vegetação.

• Nos lagos, mares e oceanos, rios e outros corpos de água a evaporação devolve a água à atmosfera, completando o ciclo hidrológico, estando, outra vez disponível para ser precipitada.

Ciclo Hidrológico

Importância da água e sua quantidade mundial

• A água é um dos recursos mais importante da terra.

• A água ocorre em três (3) estados da matéria: – sólida (gelo) – líquida (água natural) – gasosa (vapor)

Importância da água e sua quantidade mundial A água é ... • ...um elemento essencial da fotossíntese das plantas – é

um constituintes dos organismos.

• ...um solvente para os nutrientes do solo.

• ...uma necessidade, vital no corpo humano (o ar seco extrai de 1 á 2 kg de água, diariamente no corpo humano)

Importância da água e sua quantidade mundial

A água é ...

• ...um condutor.

• ...um meio de transporte (águas residuais, canais de

drenagem e navegação;

• ...o mais importante regularizador da energia no balanço energético a terra;

Tabela da estimativa da quantidade de água mundial

Fonte Volume (km³) Volume (%)

Oceanos 1.348.000.000 92,39%

Gelo polar, geleiras, icebergs

227.000.000 2,01%

Água subterrânea, umidade do solo

8.062.000 0,58%

Lagos e rios 225.000 0,02%

Atmosfera 13.000 0,001%

Soma 1.384.120.000 100,00%

Água potável 36.020.000 4,50%

Quantidade de água potável disponível para uso na superfície da terra

Fonte Percentagem do volume (%)

Capa de gelo polar, icebergs, geleiras 77,23

Água subterrânea (até 800m de profundidade) 9,86

Água subterrânea (800 a 4000m) 12,35

Umidade do solo 0,17

Lagos (água potável) 0,35

Rios 0,003

Minerais hidratados 0,001

Plantas, animais, seres humanos 0,003

Atmosfera 0,04

Soma 100,00

Balanço hidrológico

É o resultado da quantidade de água que entra e sai de

uma certa porção do solo em um determinado intervalo de tempo.

Balanço hidrológico

Representa o equilíbrio de forma matemática para que

se possa ser considerado em obras de engenharia, planejamento de áreas de uso agrícola e florestal, vias fluviais, etc.

Balanço hidrológico

Pode ser divido em: • Balanço Hídrico Global • Balanço Hídrico Continental • Balanço Hídrico de Bacias Hidrográficas

Balanço hidrico global A sequencia de processos das fases do ciclo hidrológico

que é constituído por um conjunto de fases, representam os diferentes caminhos através dos quais a água circula na natureza

Esta circulação ocorre em 3 (três) partes do sistema terra: • a atmosfera • a hidrosfera • a litosfera

Balanço hidrico global

• A água da atmosfera constitui precipitação.

• A precipitação media global é aproximadamente 940 mm/ano.

• Cerca de 70% da precipitação, retorna á atmosfera pela evaporização.

Balanço hidrico global

• Numa determinada área, a quantidade de água envolvida em cada fase do ciclo hidrológico e avaliada através duma equação do balanço hídrico:

I - O = DS I = fluxos positivos (entrada de água) O = fluxos negativos (saída de água) DS = variação no armazenamento

Balanço hidrico continental

continentes (mm)

África 670.510.160

Ásia 610.390.220

Austrália 470.410.600

Europa 600.360.240

América - do Norte 670.400.270

América - do Sul 1.350.860.490

O balanço hídrico dos continentes esta expresso:

• A Austrália é o continente mais pobre nesse sentido. • A América do Sul é o continente mais rico em recursos

hídricos – em termos de disponibilidade de água superficial (deflúvio)

Balanço hidrico continental

• Qualquer ponto da superfície faz parte de uma bacia

hidrográfica.

• Desde os menores vales até as grandes bacias sempre existe uma discreta área de terreno que capta a água da chuva, perde a água por evaporização e produz o restante através de escoamento superficial.

• Esta complexidade é o que chamamos balanço hídrico das bacias hidrográficas.

Balanço Hídrico de Bacias Hidrográficas

Bacia Hidrográfica Bacia Hidrográfica

Disciplina: Hidrologia Prof. Fabio B. Tonin

Bacia Hidrográfica • (Silveira, 2004)

É um sistema físico onde a entrada é o volume de

água precipitada e a saída é o volume de água escoado pelo exutório.

Consideram-se perdas intermediárias os volumes

evaporados, transpirados e os infiltrados profundamente.

Bacia Hidrográfica • (Lima, 1994)

É um sistema geomorfológico aberto que recebe

energia através de agentes climáticos e perde energia através do deflúvio.

A bacia hidrográfica como sistema aberto pode ser descrita em termos de

variáveis independentes, oscilando em torno de um padrão e dessa forma uma bacia quando não perturbada por ações antrópicas, encontra-se em equilíbrio dinâmico.

Bacia Hidrográfica É a área definida topograficamente, drenada

por um curso d’água ou um sistema conectado de cursos d’água, de modo que toda a vazão efluente seja descarregada

através de uma saída simples.

Bacia Hidrográfica Constitui-se no sistema físico ou área coletora

da água da precipitação, que a faz convergir para uma única seção de saída, denominada

exutória, foz ou desembocadura.

Balanço hidrico

• Numa determinada área, a quantidade de água envolvida em cada fase do ciclo hidrológico é avaliada através da equação do balanço hídrico:

I - O = DS I = fluxos positivos (entrada de água) O = fluxos negativos (saída de água) DS = variação no armazenamento

Bacia: e o balanço hídrico

• Nas aplicações da equação do balanço hídrico em que o volume de controle é a bacia hidrográfica, o volume da água precipitada corresponde à quantidade de entrada, enquanto a quantidade de saída é dada pela soma do volume de água escoado pela seção exutória com os volumes correspondentes às perdas intermediárias, decorrentes da evaporação e transpiração.

Bacia: e o balanço hídrico

• Ainda, dependendo da aplicação que se faz, as quantidades infiltradas profundamente podem ser tratadas como perdas (saídas) ou incorporadas no termo de armazenamento.

Considerações gerais

Considerações gerais

Considerações gerais

Considerações gerais

Horton - Strahler

Bacia: divisores

• Geológico: – Referente as estruturas

• Freático:

– Que divide o curso das águas subterrâneas

• Topográfico:

– Referente ao relevo do local

Bacia: divisores

Bacias: divisores

Bacia Hidrográfica (possui divisor topográfico)

X Bacia Hidrogeológica

(possui divisor freático) OBS: A bacia hidrogeológica pode eventualmente identificar-se com a bacia hidrográfica.

Bacia: quanto ao abastecimento

• Perenes: – Possuem água o tempo todo – Os rios recebem água dos reservatórios subterrâneos

• Intermitentes:

– Escoam nas chuvas, mas secam nas estiagem – Apresentam escoamento superficial e subterrâneo

• Efêmeros:

– Escoam durante as chuvas – Somente escoamento superficial

Bacia: quanto ao regime

• Pluvial: – Rios formados à partir das precipitações (chuvas)

• Nival:

– Rios formados pelo derretimento de geleiras

• Misto:

– Rios formados pelo regime pluvial e nival simultaneamente – (única no Brasil é a Bacia amazônica)

Bacia: quanto ao relevo

• Bacia de Planalto:

– Rios de bacias de planalto são utilizadas para gerar energia

• Bacia de Planície: – Rios de bacias de planície são utilizadas para navegação – No Brasil apenas duas:

• Planície Amazônica – Bacia Amazônica • Planície do Pantanal – Bacia do Paraguai

definições

• Planaltos: Também chamados de platôs, são áreas de altitudes variadas e

limitadas, em um de seus lados, por superfície rebaixada. Os planaltos são originários das erosões provocadas por água ou vento. Os cumes dos planaltos são ligeiramente nivelados.

• Planície: É uma área geográfica caracterizada por superfície relativamente

plana (pouca ou nenhuma variação de altitude). São encontradas, na maioria das vezes, em regiões de baixas altitudes. As planícies são formadas por rochas sedimentares. Nestas áreas, ocorre o acúmulo de sedimentos.

Bacia: quanto a forma

• Circular:

• Elípitca:

• Radial ou ramificada:

Forma da Bacia

• Bacia Circular: – Toda água escoada tende a alcançar a saída (exutório) da bacia ao mesmo tempo.

Forma da Bacia

• Bacia Elíptica: – escoamento distribuído ao longo do tempo – enchente menor

Forma da Bacia

• Bacia Radial ou Ramificada: – conjunto de sub-bacias – nas cheias crescem – estacionam ou diminuem à medida que se fizer sentir as contribuições das sub-bacias.

Bacia: quanto a drenagem • Endorréica:

– Quando o rio corre para dentro do continente – Acaba em uma depressão podendo originar lagos

• Exorréica: – Quando o rio corre para fora do continente – Todas bacias brasileiras

• Arréica: – O rio não possui uma direção certa – (desaparece por evaporação ou por infiltração)

• Criptorréica: – Caracterizada por rios subterrâneos – (grutas)

Bacias: quanto a foz

• Estuária: – Deságua em um único braço, simples

• Delta:

– Deságua em vários braços, ramificada

• Mista:

– Ocorre das duas formas – única no Brasil é a Bacia Amazônica

Bacias brasileiras

Bacia Amazônica • Localizada na região norte do Brasil, é a maior bacia hidrográfica do

mundo, possuindo 7 milhões de quilômetros quadrados de extensão (4 milhões em território brasileiro).

• O rio principal desta bacia é o Amazonas que nasce no Peru e depois percorre o território brasileiro.

• Possuí cerca de 23 mil quilômetros de rios navegáveis.

• Fazem parte desta bacia diversos afluentes do rio Amazonas como, por exemplo, rio Negro, Solimões, Branco, Juruá, Xingu, Japurá, entre outros.

Bacia Hidrográfica: coeficientes

Bacia Hidrográfica: coeficientes

Disciplina: Hidrologia Prof. Fabio B. Tonin

Área

• A área de drenagem da bacia hidrográfica ou, simplesmente, área da bacia hidrográfica (A), é a área plana (projetada sobre o plano horizontal) limitada pelos divisores topográficos da bacia.

Área • A área de drenagem é um dado fundamental para

definir a potencialidade hídrica de uma bacia hidrográfica.

• A multiplicação dessa área pela altura da lâmina d’água precipitada define o volume recebido pela bacia.

• A área da bacia hidrográfica constitui-se, ainda, em elemento básico para o cálculo de outras características físicas da bacia.

Área • Ás áreas de grandes bacias são normalmente

medidas em quilômetros quadrados, enquanto bacia menores costumam ser medidas em hectares.

1 km² = 106 m² 1 ha = 104 m²

100 ha = 1 km²

Forma

• A importância da forma da bacia, particularmente para fins de inundação, está associada ao conceito de tempo de concentração (tc).

Tempo de concentração = tc

• É o tempo contado a partir do início da precipitação, necessário para que toda a bacia contribua para a vazão na seção de saída (ou para a vazão na seção em estudo).

Tempo de concentração = tc

• Corresponde ao tempo que a partícula de água de chuva que cai no ponto mais remoto da bacia leva para (escoando superficialmente) atingir a seção em estudo.

• Alguns índices de forma têm sido utilizados para

caracterizar as bacias hidrográficas, como: a) coeficiente de compacidade b) fator de forma

Índices de Forma

a) coeficiente de compacidade

• coeficiente de compacidade = kc

• É um índice que informa a susceptibilidade da ocorrência de inundações nas partes baixas da bacia.

a) coeficiente de compacidade

• É definido pela relação entre o perímetro da bacia e a circunferência do círculo de área igual à da bacia. – A = área da bacia (km²) – P = perímetro (km)

a) coeficiente de compacidade

• É sempre um número superior à 1, uma vez que o círculo é a figura geométrica de menor perímetro para uma dada área A.

• Bacias que apresentam este coeficiente próximo de 1 são mais compactas, tendem a concentrar o escoamento e são mais susceptíveis a inundações.

b) fator de forma

• Fator de forma = kf

• O fator de forma de uma bacia hidrográfica é

definido pela relação entre a largura média da bacia e o seu comprimento axial.

b) fator de forma

• O comprimento axial da bacia hidrográfica (L) é igual ao comprimento do curso d’água principal mais a distância da sua nascente ao divisor topográfico.

• A largura média da bacia () é obtida dividindo-se a área da bacia pelo seu comprimento axial:

b) fator de forma

• Para cálculo do fator de forma temos:

• Bacias alongadas apresentam pequenos valores do fator de forma e são menos susceptíveis às inundações, uma vez que se torna menos provável que uma chuva intensa cubra toda a sua extensão.

b) fator de forma