Curso de Hidrogeografia

Curso de Hidrogeografia

2014/1Prof.: José [email protected]

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Hidrogeografia1. Planejamento do Curso

Un.1 - Introdução à Hidrogeografia - Importância natural, social e ambiental da água; Definições de Hidrologia e Hidrogeografia; Água-recurso e água-risco; Ocorrência e demandas; Consumo e perdas.

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Un.2 – Ciclo hidrológico – A água na Natureza; Ciclo Hidrológico; Ciclo do uso da água; Ciclo de contaminação


Un.3 – Bacia Hidrográfica – Definição e importância natural, social e ambiental das bacias (bacia como unidade espacial); Elementos morfológicos, Regiões hidrográficas brasileiras; Classificação dos cursos hídricos e padrões de drenagem; Hierarquia fluvial; Cálculos e análises morfométricas; Medição de variáveis.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Un.4 – Precipitação, Interceptação e Evaporação – Definições

de precipitação, nuvem; Mecanismos de precipitação, tipos de nuvem e tipos de chuva; Medição do volume de chuva; Definição de interceptação; Interceptação vegetal e controle de erosão; Definições de Evaporação e Evapotranspiração; Processo de evaporação e suas variáveis; Processo de evapotranspiração e suas variáveis (ETR e ETP);


Un.5 – Infiltração e águas subterrâneas – Definição, fases, fatores, grandezas; Determinação, armazenamento no solo; Distribuição das águas subterrâneas; Zonas e armazenadores de água subterrânea; Aquíferos; Nascentes.

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Un. 6 – Escoamento – Conceito e ciclo de escoamento; Escoamento superficial; Componentes e fatores do escoamento superficial; Medidas de nível, velocidade, fluxo, materiais sólidos e em suspensão

Hidrogeografia1. Planejamento do Curso Un.7 – Qualidade da água e aproveitamento dos recursos

– Classificação de demandas de água doce; poluição, biodegradação, eutrofização e contaminação por consumo; Parâmetros e padrões de qualidade (OD e DBO)

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hídricos – Legislação (SNGRH, Código de Águas); Comitês de Bacia, Comitês de Bacia do Paraíba do Sul (CBH-PS)

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Un.9 – Geografia Política da Água – Distribuição política

da água, Crise e estresse hídrico, Água na Ordem Ambiental Mundial; Direito à Água e Formas de acesso.

Hidrogeografia Bibliografia do curso• MACHADO, P.; TORRES, F. Introdução à

Hidrogeografia. Cengage Learning, 2013;• RASCÓN, L. Principios de Hidrogeografía. UNAM, 2005;• TUCCI, C. Hidrologia: Ciência e Aplicação. Coleção

ABRH de Recursos Hídricos, Porto Alegre, 1993.

Referências complementares• VEYRET, Y. Os Riscos. Contexto, 2007.• RIBEIRO, W. Geografia Política da Água. Annablume,

2008;• RODRIGUEZ, J. et al. Geoecologia das Paisagens. UFC,

2007.• LEFF, E. Epistemologia Ambiental. Cortez, 2000.

Introdução à Hidrogeografia• Importância da água (natural, social e

ambiental) Essencialidade Bem natural dotado de valor econômico (Lei

9433/97, Lei das Águas) Água e Urbanização Recurso estratégico

Introdução à Hidrogeografia• Água-recurso (elemento natural com valor

econômico agregado) *History of stuff*• Recursos hídricos: manejo sustentável e gestão

integrada

• Água-risco (crescimento desordenado, ocupação de margens e mananciais, risco de inundações e movimentos de massa)

• Noção de risco

Introdução à Hidrogeografia• “A problemática da água é questão de realocar a

mesma no espaço” (TUCCI, 1993).

• Impactos da realocação são compreendidos na Hidrogeografia;

• Definição de Hidrologia: é a ciência que trata da água na Terra, sua ocorrência, circulação e distribuição, suas propriedades físicas e químicas, e sua reação com o meio ambiente, incluindo sua relação com os seres vivos. O domínio da Hidrologia abraça toda a História da existência da água na Terra. (Handbook of Hydrology. USA, 1993. P. 1.1. Tradução nossa.)

Introdução à Hidrogeografia• Por ser muito ampla, é difícil pensar numa ciência que

não esteja incluída nessa definição. A Botânica, ao estudar o transporte de água através dos vegetais ou a Medicina, ao estudar a água no corpo humano, fariam parte da Hidrologia. Na prática, a definição de Hidrologia é:

Definição 2: A Hidrologia estuda as fases do ciclo hidrológico, descrevendo seu passado e tentando prever seu futuro.

Introdução à Hidrogeografia Demandas sociais pela Hidrologia (TUCCI, 1993):

• ocupação não planejada das bacias hidrográficas;• incremento significativo da utilização da água e

resultante impacto sobre o meio ambiente;• poluição dos recursos hídricos;• Riscos e catástrofes decorrentes da poluição e das

enchentes e movimentos rápidos de massa causados pela saturação do solo;

• estresse hídrico, entre outros.

Introdução à Hidrogeografia Hidrologia - ciência interdisciplinar***. Seus

subcampos:• Meteorologia e Hidrometeorologia – estudo da água

atmosférica.• Oceanografia – estudo dos oceanos.• Hidrografia – estudo das águas superficiais.• Potamologia – estudo dos rios.• Limnologia – estudo dos lagos e reservatórios.• Hidrogeologia – estudo das águas subterrâneas.• Glaciologia – estudo da água em estado sólido;• HIDROGEOGRAFIA!

Introdução à Hidrogeografia Críticas à interdisciplinaridade (LEFF, 2000);•A epistemologia ambiental emerge e se inscreve como uma abordagem crítica à interdisciplinaridade. (p. 32)

•Se a ciência [...] terminou fracionando o conhecimento, as “ciências ambientais”, guiadas por um método interdisciplinar, estavam convocadas à missão de alcançar um nova retotalização do conhecimento. (p.32)

•A epistemologia ambiental questiona o caráter técnico e pragmático do projeto interdisciplinar, deixando ver as condições de uma interdisciplinaridade teórica, isto é, a conjunção dos objetos de duas ou mais ciências. (p. 33)

Introdução à Hidrogeografia• Definição de Hidrogeografia – “Hidrogeografia é o

subcampo de interface entre a Hidrologia e a Geografia que relaciona água (recurso e risco), meio ambiente e sociedade” (PIMENTA, 2011).

• A distribuição dos fenômenos hidrológicos no espaço, as consequências desta distribuição para o meio ambiente e para a sociedade, e as relações entre os diferentes fenômenos hidrológicos, e entre estes e o homem, são o objeto de estudo da Hidrogeografia. (atendendo os princípios básicos da ciência geográfica, no tocante à água).

Introdução à Hidrogeografia• Incipiência epistemológica da Hirdrogeografia

• Hidrologia tendendo à Engenharia Hidráulica (* Bachelard*)

• o principal papel do hidrogeógrafo é concatenar uma idéia geral da função da água num dado recorte territorial.

Introdução à Hidrogeografia• Academicamente, a interdisciplinaridade

Hidrologia/Geografia é muito variável de um país para o outro (KELLER, 1975); nos Estados Unidos e Europa Ocidental incluem

hidrologia nos seus planos somente em forma de aulas e exercícios ocasionais. Um número muito maior de problemas hidrológicos é estudado sob nomenclaturas distintas.

No Norte e no Leste Europeu, como também no Japão, geógrafos estão mais preocupados extensivamente com a Hidrologia Geral. Nestes centros se estuda minuciosamente a hidrografia.

Introdução à Hidrogeografia• Para os estudos geográficos não só interessa a

presença atual de água, mas também as maneiras pelas quais a água ajudou a moldar a superfície da terra no curso do tempo. A Geografia também considera a água como o elemento que exerce a maior influência sobre a ecologia e como um fator-chave no estabelecimento de indústrias, agricultura e de ocupações humanas em geral (KELLER, R. et al. La Enseñanza de la Hidrología, 1975, p. 25).

A ÁGUA E O DESENVOLVIMENTO

A água sempre desempenhou um papel fundamental na história da humanidade. Entretanto, não se tinha a percepção da importância da água, uma vez que sua qualidade e quantidade eram adequadas às necessidades da época.

Como as fontes hídricas não eram desenvolvidas no limite de sua possibilidades, havia pouco interesse em se obter dados e conhecimento a respeito de suas capacidades máximas, e assim a Hidrologia, como ciência, pouco se desenvolveu.

Hoje, o cenário é outro. Segundo a ONU, o consumo mundial de água doce dobrou nos últimos 50 anos e corresponde, atualmente, à metade de todos os recursos hídricos acessíveis.

Explorar tais recursos foi o motor do desenvolvimento econômico de muitos países. Porém, a competição por água entre setores produtivos vem degradando as fontes naturais. O ciclo natural da água tem sido amplamente interrompido ou alterado, principalmente em áreas urbanizadas.

A Hidrologia ressurge como ferramenta indispensável para gestão das águas. Só ela pode avaliar como e quanto o ciclo hidrológico pode ser modificado pelas atividades humanas.

No passado, o desconhecimento da Hidrologia afetava pequenas parcelas da população. Hoje, o entendimento é de que a prosperidade da humanidade depende da disponibilidade de água potável. A cada ano, nascem milhões de consumidores e não é criada, sequer, uma gota d’água a mais no planeta.

Os múltiplos usos e usuários disputando água e a perspectiva de demandas ainda maiores no futuro indicam que diversos profissionais necessitam ter conhecimentos de Hidrologia.

Somente assim os tomadores de decisão poderão avaliar as vantagens e desvantagens de cada alteração proposta no ciclo hidrológico.

Exemplos da falta de conhecimentos de Hidrologia na sociedade moderna:

1.Construção nas planícies aluviais de rios 2.Reservatórios superdimensionados 3.Problemas de drenagem urbana 4.Construção e reservatórios pouco profundos em regiões com altas taxas de evaporação 5.Perfuração de poços secos em regiões cristalinas 6.Problemas de salinização de solos em projetos de irrigação em regiões áridas e semi-áridas

Histórico da Hidrologia

Os primeiros estudos hidrológicos de que se tem registro tinham objetivos bastante práticos.

Há 4000 anos, foi instalado no rio Nilo um nilômetro (escala para leitura do nível do rio Nilo). O imposto a ser cobrado durante o ano dependia do nível de água do rio Nilo.

A primeira referência à medição de chuva data de cerca de 2000 anos, na Índia. Também nesse caso, o total precipitado no ano servia como base para cálculo de impostos.

Os gregos foram os primeiros que estudaram seriamente a Hidrologia, com Aristóteles sugerindo que os rios eram alimentados pelas chuvas. Sua maior dificuldade eram explicar a origem da água subterrânea.

Somente por volta de 1500, com Leonardo da Vinci, a idéia da alimentação dos rios pela precipitação começou a ser aceita.

No entanto, foi apenas em 1694 que Perrault, através de medidas pluviométricas na bacia do rio Sena, demonstrou, quantitativamente, que o volume precipitado ao longo do ano era suficiente para manter o volume escoado.

Mariotte, em 1686, mediu a velocidade do rio Sena e com as medidas da seção transversal do canal, conseguiu medir a sua vazão.

O astrônomo inglês Halley, em 1693, mediu a taxa de evaporação do mar Mediterrâneo e demonstrou que a quantidade evaporada era suficiente para garantir a vazão dos rios que desembocavam na região.

Na história recente da hidrologia pode-se observar grandes avanços a partir de 1930, quando agências governamentais de países desenvolvidos começaram a desenvolver seus próprios programas de pesquisas hidrológicas.

Em 1958, Gumbel lança as bases da moderna hidrologia estocástica. A partir da década de 1970, a Hidrologia passa a contar com os avanços computacionais, que levaram ao desenvolvimento de modelos de simulação.

Introdução à Hidrogeografia Ocorrência e demandas

• A quantidade de água do planeta é praticamente invariável...

• Se toda água da Terra fosse armazenada num recipiente de 5 litros, a água doce disponível (rios e lagos) não encheria uma colher de chá.

Introdução à Hidrogeografia

Em 2025, 3 bilhões de pessoas (1 bilhão na África) estarão vivendo em países com escassez de recursos hídricos (Christofidis, 2002).

40% do total é perdido por evaporação e despedício.


• Qtde. mínima p/ uso doméstico: 50 l/hab/dia• Valor de referência no Brasil: 150 l/hab/dia• Países mais pobres: 25 l/hab/dia• Qtde. mínima p/ todos os usos: 4500 l/hab/dia

Projeções da ONU indicam que se a tendência continuar, em 2050 mais de 45% da população estará vivendo em países que não poderão garantir a cota mínima de 50 l/hab/dia.

Ciclo Hidrológico

Ciclo Hidrológico• Histórico do Ciclo Hidrológico

• Circulação e transformação da água na Natureza ocorre na Geosfera, sendo o principal fluxo entre as quatro esferas componentes: Atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera.

Ciclo Hidrológico• Etapas principais do Ciclo Hidrológico:

1.Evaporação: passagem da água em estado líquido para vapor, em razão da energia térmica do Sol.

Agentes fundamentais: água e calor.EVAPORAÇÃO + TRANSPIRAÇÃO =

EVAPOTRANSPIRAÇÃO

2.Condensação: Vapor transformado em água líquida. Resulta normalmente do resfriamento do ar úmido, do aumento do vapor d’água ou ainda do encontro com outra massa de ar mais fria.

Ciclo Hidrológico3. Precipitação: é o processo pelo qual a água

condensada na atmosfera atinge a superfície.Nuvens = pequenas gotículas de água suspensas.Forças ascendentes > descendentes = suspensãoForças ascendentes < descendentes = precipitação

4. Interceptação: porção da precipitação que não chega a atingir a superfície, excluída a parte que se evapora durante a queda.

Depende da eficiência da espécie e da densidade da cobertura vegetal.

Fator importante no controle de erosão do solo.

Ciclo Hidrológico5. Infiltração: parcela da precipitação que se infiltra

nos vazios do solo, por percolação. Contribui para a recarga das reservas freáticas.

6. Escoamentos: parcela da água precipitada que flui sobre os terrenos, sob a ação da gravidade, buscando rios, lagos e oceanos. Neste trajeto podem ocorrer infiltração e evaporação. Promove erosão.

PRECIPITAÇÃO > INFILTRAÇÃO = ESCOAMENTO SUPERFICIAL

Ciclo Hidrológico6. Escoamentos (Cont.): Já o escoamento

subsuperficial, mais lento que o superficial, ocorre no contato entre subsuperfícies que apresentem diferentes níveis de saturação ou descontinuidade estrutural. Tal escoamento se dá na direção de pontos mais baixos e retornam ao corpos hídricos.

Pode causar movimentos de massa.

Ciclo Hidrológico

Ciclo Hidrológico• O ciclo hidrológico numa bacia qualquer pode ser

expresso por essa equação:

P = Etp + R +I, onde

P = Precipitação (chuva, neblina, neve), em mm/ano;Etp = Evapotranspiração, em mm/ano;R = escoamento superficial, em mm/ano;I = Infiltração, em mm/ano.

Ciclo Hidrológico

O volume de água que escoa dos continentes para o oceano (44.800 Km3) é igual ao volume que retorna dos oceanos para os continentes (44.800 Km3), fechando o ciclo.

Ciclo Hidrológico• Balanços hídricos continentais

Ciclo Hidrológico Ciclo do uso da água

• A humanidade tem agido e modificado substancialmente o ciclo hidrológico.

Ações diretas: barragens, aquedutos, sistemas de abastecimento e drenagem, etc...

Ações indiretas: desmatamento, impermeabilização de superfícies, etc...

• “Ciclo do uso da água” (Von Sperling, 1996): termo que embute a ideia da utilização e transformação da água pela sociedade.

Ciclo Hidrológico

Ciclo Hidrológico Ciclo de contaminação

• As transformações negativas vistas no slide anterior promovem o ciclo de contaminação da água (TUCCI e BERTONI, 2003);

• O aumento da urbanização, o uso de químicos na agricultura e o processo industrial de forma geral geram efluentes que retornam aos corpos hídricos;

• Essas modificações negativas na qualidade da água podem levar ao que os autores citados chamam de escassez qualitativa.

Bacias Hidrográficas• Tem sido adotada como em muitos países e em muitas

áreas de pesquisa científica como unidade físico-territorial de planejamento, gestão, gerenciamento, manejo, etc...

• “Os limites da cerca foram, então, substituídos pelos limites naturais, representados pelos divisores de águas” (BOTELHO e SILVA, 2007)

• Embora exista semelhança nos diferentes conceitos de bacia hidrográfica, o mesmo não ocorre sobre suas subdivisões, sub-bacia e microbacia, aparecendo abordagens que vão do físico ao ecológico.

Bacias Hidrográficas• A Geografia, especialmente a Geografia Física, está

familiarizada com a bacia hidrográfica como unidade espacial desde os anos de 1960 (Chorley), mas já era bastante considerada por Horton (1945) e Strahler (1952);

• Também chamada de bacia fluvial ou bacia de drenagem, a bacia hidrográfica é uma região hidrológica definida como uma área da superfície terrestre que drena água, sedimentos e materiais dissolvidos para uma saída comum, num determinado ponto do canal fluvial (COELHO NETTO, 2007). O QUE ESTÁ FALTANDO?????

Bacias Hidrográficas• Definição SISTÊMICA: “Sistema que compreende um

volume de materiais , sólidos ou líquidos, delimitados interna e externamente por todos os processos que, a partir do fornecimento de água pela atmosfera, interferem no fluxo de matéria e de energia de uma rede de canais fluviais” (ADAMI, 2005);

• Desta forma, a noção de bacia hidrográfica obriga naturalmente a existência de cabeceiras ou nascentes, divisores de águas, cursos d’água principais, afluentes, subafluentes, etc...

Bacias Hidrográficas

Bacias Hidrográficas• As bacias hidrográficas variam muito de tamanho,

desde uma pequena bacia de um córrego de 1ª ordem até a bacia Amazônica, com mais de 6 milhões de km2, e por esta razão, os estudos e intervenções de planejamento e gestão adotam diferentes áreas de abrangência (sub-bacias, microbacias, minibacias ou bacias de cabeceira);

• Sub-bacias transmite uma ideia de hierarquia, de subordinação morfológica, processual e estrutural dentro de uma determinada malha hídrica, independentemente do seu tamanho.

Bacias Hidrográficas• Já o termo microbacia expressa uma ideia de

tamanho, de dimensão, difícil de estabelecer e por isso bastante criticado (conceito de escala), pois bacias são classificadas como grandes ou pequenas não só de acordo com o tamanho, mas também com base na sua capacidade de lidar com os efeitos dos diferentes fatores do ciclo hidrológico a nível local.

• Portanto, são consideradas microbacias as bacias que apresentem alta sensibilidade tanto às chuvas de alta intensidade (curta ou longa duração) como ao fator uso do solo (baixa resiliência).

Bacias Hidrográficas• Usualmente, segundo Machado e Torres (2013), é

possível fazer uma diferenciação hierárquica entre estes conceitos:

Bacias Hidrográficas• A atual Divisão Hidrográfica Nacional (resolução nº

32, 15 de outubro de 2003), instituiu as Regiões Hidrográficas, conceituadas como o espaço compreendido por uma bacia, grupo de bacias ou sub-bacias hidrográficas contíguas com características naturais, sociais e econômicas homogêneas ou similares, com vistas a orientar o planejamento e o gerenciamento dos recursos hídricos no país. Por essa resolução, o território nacional foi dividido em 12 regiões hidrográficas.

Bacias Hidrográficas• Vantagens e desvantagens do uso das bacias

hidrográficas como Unidades Territoriais:

VANTAGENS DESVANTAGENS

• ABORDAGEM SISTÊMICA E INTEGRADA;

• MAIOR FACILIDADE DE IDENTIFICAÇÃO E DELIMITAÇÃO;

• POSSUIR UM INTERESSE UNIFICADOR, UM PROBLEMA CENTRAL, QUE LHE CONFERE IRRETOCÁVEL CARÁTER DE UNIDADE;

• NEM SEMPRE COINCIDE COM DELIMITAÇÕES POLÍTICO-ADMINISTRATIVAS TRADICIONAIS;

• SURGIMENTO DE CONFLITOS DE USO E DE JURISDIÇÃO;

• DIFICULDADE DE TRANSPOSIÇÃO DE DADOS E INFORMAÇÕES;

• DIFICULDADE DE DELIMITAÇÃO EM ÁREAS DENSAMENTE URBANIZADAS;

Bacias Hidrográficas• ANÁLISES MORFOMÉTRICAS DE

BACIAS HIDROGRÁFICAS

• Passo fundamental para que se proceda à utilização e ao manejo mais adequado de seus recursos e mitigação dos riscos;

• A análise morfométrica abrange um grande número de parâmetros que permitem melhor caracterizar o ambiente de uma bacia, sua predisposição à ocorrência de alguns eventos e sua incompatibilidade com certos usos do solo (vulnerabilidade ambiental).

Bacias Hidrográficas• Vulnerabilidade ambiental pode ser compreendida

como o risco de degradação do ambiente natural, relacionada à erosão do solo, perda de biodiversidade, assoreamento, contaminação, da água, do solo, etc... (COSTA et al, 2007);

• Utilização de análise morfométrica não constitui um fim, mas sim um meio complementar para explicar interações que ocorrem entre todos os elementos da paisagem.

• Tipos de análises morfométricas: linear, areal, hipsométrica, topológica... (CHRISTOFOLETTI, 1980).

Bacias Hidrográficas• Classificação geral dos cursos d’água

a)Perenes – o lençol subterrâneo mantém uma alimentação contínua e não desce nunca abaixo do leito do curso d’água, mesmo durante a época de estiagem;

b)Intermitentes – durante as estações chuvosas o lençol subterrâneo conserva-se acima do leito fluvial, o que não ocorre na época da estiagem. Nesta época o escoamento cessa ou ocorre somente durante (ou imediatamente após) às precipitações.

Bacias Hidrográficasc) Efêmeros: a superfície freática encontra-se sempre

num nível inferior ao leito, não havendo a possibilidade de recarga por deflúvio subterrâneo.

Bacias Hidrográficas• Padrões de drenagem

• Referem-se ao arranjo espacial dos cursos fluviais, que refletem a estrutura geológica e os aspectos morfodinâmicos e morfogenéticos da bacia.

a)Dendrítica – As correntes tributárias se unem formando ângulos agudos, mas nunca chegando ao ângulo reto. (CHRISTOFOLETTI, 1980);

b)Treliça – as confluências se realizam, em geral, em ângulos retos. É encontrado em estruturas homoclinais, falhadas e nas cristas anticlinais.

Bacias Hidrográficasc) Retangular – é uma modificação da drenagem em

treliça, caracterizada pelo aspecto ortogonal devida às bruscas alterações retangulares no curso das correntes fluviais. Essa configuração é consequência da influência exercida por falhas ou pelo sistema de diaclases.

d) Paralela – é assim designada quando os cursos d’água, sobre uma área considerável ou em numerosos exemplos sucessivos, escoam quase paralelamente uns aos outros. Localiza-se em vertentes de gradiente acentuado ou onde houver controle estrutural que condicione esse padrão.

Bacias Hidrográficase) Radial – cursos hídricos dispostos em raios. Podem

ter configuração centrífuga ou centrípeta.

f) Anelar - série de cursos em forma circular ou semicircular. São típicas de relevos dômicos profundamente entalhados, em estrutruras alternando camadas duras e frágeis.

Un.2 – Compartimentação topográfica

Bacias Hidrográficas• A

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