• Introdução
• O rio e a bacia hidrográfica
• Delimitação da bacia hidrográfica
• Padrões de Escoamento e característica da bacia
hidrográfica
• Fatores fisiográficos
• Relação entre uso da terra e padrões de escoamento
• Forma da Bacia e padrão de escoamento
• Características do rio e escoamento na bacia
• Tempo de concentração
• Características da rede de drenagem
Bacia Hidrográfica é uma área definida topograficamente, drenada por um curso d'água ou um sistema conectado de cursos d'água, tal que toda a vazão efluente seja descarregada através de uma simples saída.
(Viessman, Harbaugh and Knapp)
"Bacia Hidrográfica de uma seção de um curso d'água é a área geográfica coletora de água de chuva que, escoando pela superfície do solo, atinge a seção considerada."
Exutório ou Foz
É em uma seção fluvial (exutório) onde será:
• construída uma infraestrutura: reservatório, obra de drenagem...
• avaliada as cheias
• analisada as condições e Impacto nos ecossistemas aquáticos
• A interligação das diversas seções fluviais pela rede de rios produz uma unidade na bacia de tal forma que a ação em um ponto da bacia condiciona os demais pontos.
• A bacia por drenar suas águas para um único ponto possibilita uma operacionalização mais fácil do balanço hídrico.
Precipitação (P)
Evaporação (E)
Transpiração (T)
ENTRADA
SISTEMA
HIDROLÓGICO
A vazão é frequentemente
a variável de maior
interesse nos projetos de
engenharia hidrológica.
SAÍDA
Vazão (Q)
A Lei 9433-97 estabeleceu que a bacia hidrográfica é a unidade
de planejamento de recursos hídricos
(unidade de resposta hidrológica)
O sistema Fluvial é composto de três zonas. Zona de Montante ou Zona 1 é área
de drenagem onde grande parte do sedimento e da água é originária. A Zona 2
é a parte média do cursos d’água, rios de grandes dimensões tem longas Zona 2
e em rios menores esta Zona pode desaparecer; esta é uma zona de relativa
estabilidade. Zona 3 é a região da baixa bacia.
A declividade longitudinal do perfil
tem um decaimento exponencial na
forma: S=S0e-ax; onde x é a
distância para o trecho de
declividade S0, e a é coeficiente de
redução da declividade.
o diâmetro dos grãos que tem
um decaimento na forma
d=d0e-bx.
• CURSOS D’ÁGUA TORRENCIAIS
Os cursos d’água torrenciais apresentam uma grande variação nas
descargas sólidas e líquidas. Os trechos apresentam grandes
declividades e um grande número de afluentes.
• CURSOS D’ÁGUA FLUVIAIS
Trecho de cabeceira apresenta erosão regressiva. Os trechos
aluvionares é um trecho de deposição com tendência a meandrar e
normalmete apresenta dois alvéolos um de enchente e o outro de
estiagem. Trecho de Planície, o alvéolo sobre um terreno natural,
um único curso sinuoso.
• OUTRA CLASSIFICAÇÃO
J. Larras classificou os cursos d’água em:
• Retilíneo S~0,5 a 0,6 m/km
• Curvos ou meandricos S~0,1 m/km
• Indefinidos ou entrelaçados S~0,1 m/km
Divisores:
Primeiro passo - delimitação do seu contorno
Linha de separação que divide as precipitações em bacias vizinha
São 3 os divisores de uma bacia:
- Geológico
- Freático
- topográfico
P E
Q
V
I
T a) fatores climáticos, mais ligados à
precipitação e evaporação;
b) fatores físicos;
Balanço Hídrico Superficial:
ΔVsuperficial = P – E– I – T – Q
Assumindo-se ΔVsuperficial =0 (Perdas (Abstrações)
Q = P – (E + I + T ) => Q = P - A
Coeficiente
de Runoff: C =
𝑸
𝑷
• Compartimentos Hidrológicos;
a) fatores climáticos, mais ligados à precipitação;
b) fatores físicos;
• Impacto do uso do solo no escoamento: em solo nu e
vegetado;
• Conceito de coeficiente de escoamento (runoff).
“A discussão das características físicas e funcionais das bacias
hidrográficas tem a finalidade de proporcionar o conhecimento
dos diversos fatores que determinam a
A importância desse conhecimento reside no fato de que
através da avaliação dos parâmetros que condicionam essa
vazão pode-se fazer , podendo-se
conhecer melhor os fenômenos passados e fazer extrapolações.
Desse modo, o aproveitamento dos recursos hídricos pode
ser feito de maneira mais racional com maiores benefícios à
sociedade em geral.” Porto e Zahed Filho.
Apostila USP
Todo projeto hidrológico é - f(características locais)
• Comprimento do curso d’água
• Área de drenagem
– Característica mais importante
– Reflete a quantidade de água que pode ser gerada
• Forma da Bacia
– Após ter seu contorno definido - formato
– Influência sobre o escoamento global
1. Uso do solo
2. Tipo do solo
3. Área
4. Forma
5. Declividade da bacia
6. Elevação
7. Declividade do Curso D’água
8. Tipo da Rede de Drenagem
9. Densidade de drenagem
ZONAS C
Edificação muito densa:
Panes centrais, densamente construídas de uma cidade com ruas e calçadas
pavimentadas
0,70 - 0,95
Edificação não muito densa:
Partes adjacente ao centro, de menos densidade de habitações, mas com ruas e
calçadas pavimentadas
0,6 - 0,70
Edificações com poucas superfícies livres:
Partes residenciais com construções cerradas, ruas pavimentadas 0,51- 0,60
Edificações com muitas superfícies livres:
Panes residenciais com ruas macadamizadas ou pavimentadas 0,25 - 0,50
Subúrbios com alguma edificação:
Panes de arrabaldes e subúrbios com pequena densidade de construção 0,10 - 0,25
Matas, parques e campos de esporte:
Panes rurais, áreas verdes, superfícies arborizadas, parques ajardinados, campos de
esporte sem pavimentação
0,05 - 0,20
Tabela - Valores do coeficiente de escoamento superficial direto adotados pela Prefeitura do Município de São Paulo (P.S. Wilken, 1978).
Relação Linear entre Volume Precipitado e Escoado
U T I L I Z A Ç Ã O D A T E R R A C O N D I Ç Õ E S D E S U P E R F Í C I E TIPOS DE SOLOS DE ÁREA
A B C D
Terrenos cultivados Com sulcos retilíneos
Em fileiras retas
77
70
86
80
91
87
94
90
Plantações regulares Em curvas de nível
Terraceado em nível
Em fileiras retas
67
64
64
77
73
76
83
79
84
87
82
88
Plantações de cereais Em curvas de nível
Terraceado em nível
Em fileiras retas
62
60
62
74
71
75
82
79
83
85
82
87
Plantações de legumes ou campos cultivados Em curvas de nível
Terraceado em nível
Pobres
Normais
Boas
60
57
68
49
39
72
70
79
69
61
81
78
86
79
74
84
89
89
94
80
Pastagens Pobres, em curvas de nível
Normais, em curvas de nível
Boas, em curvas de nível
47
25
6
67
59
35
81
75
70
88
83
79
Campos permanentes Normais
Esparsas, de baixa transpiração
Normais
Densas, de alta transpiração
30
45
36
25
58
66
60
55
71
77
73
70
78
83
79
77
Chácaras
Estradas de terra
Normais
Más
De superfície dura
59
72
74
74
82
84
82
87
90
86
89
92
Florestas Muito esparsas, baixa tanspiração
Esparsas
Densas, alta transpiração
Normais
56
46
26
36
75
68
52
60
86
78
62
70
91
84
69
76
Superfícies impermeáveis Áreas urbanizadas 100 100 100 100
• O solo tipo A é o de mais baixo potencial de deflúvio.
Terrenos muito permeáveis. Com pouco silte e argila.
• O solo tipo B tem uma capacidade de infiltração acima da
média após o completo umedecimento. Inclui solos arenosos.
• O solo tipo C tem uma capacidade de infiltração abaixo da
média após a pré-saturação. Contém porcentagem
considerável de argila e colóide.
• O solo tipo D é o de mais alto potencial de deflúvio. Terrenos
quase impermeáveis junto à superfície. Argiloso.
Este método leva em conta, além da precipitação e a umidade
anterior, complexo solo vegetação, expresso pelo parâmetro CN
encontrado.
SP
SPPE
8,0
)2,0( 2
onde:
PE = excesso de chuva
P = precipitação
S = Armazenamento no solo
101000
CN
SEm polegada: Em centímetro: 4,252540
CN
S
A fórmula tem a seguinte apresentação:
solos secos: as chuvas nos últimos 5 dias não
ultrapassaram 15mm
situação média na época das cheias: as chuvas nos
últimos 5 dias totalizaram entre 15 e 40mm
solo úmido (próximo da saturação): as chuvas nos
últimos 5 dias foram superiores a 40mm e as
condições meteorológicas foram desfavoráveis a
altas taxas de evaporação
Condição I
Condição II
Condição III
Os valores de CN apresentados anteriormente referem-se sempre à
condição II. Para converter o valor de CN para as condições I e III
existem as seguintes expressões:
IICN13,010
IICN23IIICN
IICN058,010
IICN2,4ICN
• Classificar o tipo de solo existente na bacia;
• Determinar a ocupação predominante;
• Com a tabela do SCS para a Condição de Umidade II
determinar o valor de CN;
• Corrigir o CN para a condição de umidade desejada;
• No caso de existirem na bacia diversos tipos de solo e
ocupações, determinar o CN pela média ponderada.
• Efeito sobre vazões máximas
• Efeito sobre as vazões mínimas
• Efeito sobre a vazão média específica
• NÃO É FÁCIL!
• Coeficiente de Compacidade (Kc)
– Bacia x Círculo
• Fator de Forma (Kf)
– Bacia x Retângulo
r 2
PK c
com
Ar
Ar 2
A
2
PK c
A
P 0,28 K c
Substituindo, temos:
Um coeficiente mínimo igual a corresponde à .
Uma bacia irregular - -
Bacia com Kf baixo - L grande • Menos propensão a enchentes
• Ocorrência de chuvas intensas
,L
LK f mas
L
AL
2fL
AK
Largura média da bacia
L
L
Comp. Axial LL
2
Área da Bacia
L
L
L2
Comp. Axial LÁrea da Bacia
Caso não existam outros fatores que interfiram, quanto mais
próximo de 1 (um) o valor de Fc, isto é, quanto mais a forma da
bacia se aproximar da forma do quadrado do seu comprimento
axial, maior a potencialidade de produção de picos de cheias2L
AFc
A bacia 2 possui índice de compacidade próximo de UM, o que indica forma
próxima de um quadrado e alto potencial de produção de picos de cheia.
2 km
2,3 km
50 km
13,2 km
10 km
10 km
50 km
57,5 km
2 km
90.1829.5
100
30.2
50221
Fc
91.0
25.110
100
5.10
101022
Fc
03.0
49.3102
100
7.55
50223
Fc
2 km
2,3 km
50 km
13,2 km
10 km
10 km
50 km
57,5 km
2 km
2 km
2,3 km
50 km
13,2 km
10 km
10 km
50 km
57,5 km
2 km
E T
C 𝑸
𝑷
• Declividade da bacia • Declividade do curso d’água
H
L
H
H: variação da cota entre os dois pontos extremos
L: comprimento do rio em planta
L
HS
1
É a distância que se estende ao longo do curso água desde a
desembocadura até determinada nascente. O problema reside
em se definir qual é o rio principal, podendo-se utilizar os
seguintes critérios:
- Maior Comprimento;
- Ângulo entre o trecho de montante e jusante.
E T
C 𝑸
𝑷
H
L
H
Declividade do Curso D’água
H: variação da cota entre os dois pontos extremos
L: comprimento do rio em planta
L
HS
1
E T
C 𝑸
𝑷
• Os dois primeiros casos
demonstram o procedimento
para determinar a ordem ou
hierarquia das bacias
hidrográficas, conforme Horton
(A) e Strahler (B).
• Os dois últimos ilustram a
maneira para se determinar a
magnitude das redes de
drenagem. conforme
Seheidegger (C) e Shreve (D).
É o intervalo de tempo contado a partir do início da
precipitação para que toda a bacia hidrográfica correspondente
passe a contribuir na seção de estudo. Corresponde à duração
da trajetória da partícula de água que demore mais tempo para
atingir a seção.
Forma do Hidrograma versus A Relação Tc e Tr
A relação tempo de concentração (tC) e tempo de duração
da chuva (tr) condicionará, no hidrograma, à existência de uma
ou mais pontos de inflexão.
Analisaremos aqui o caso particular da bacia hipotética de
tempo de concentração tC submetida a precipitações de
diferentes durações.
E T
C 𝑸
𝑷
CASO A: • Similarmente ao caso c, existem dois pontos de
inflexão. O patamar ocorre, agora, em virtude de uma compensação entre a água que deixou de precipitar após o tr e aquela oriunda da parte mais jusante da bacia.
• A figura mostra que a chuva cuja duração é igual ao tempo de concentração, produzira uma maior vazão no ponto de controle, sendo portanto considerada de duração crítica.
CASO B: • Existência de um único ponto de inflexão devido ao
fato do término da chuva coincidir com o momento em que toda a bacia contribui para a vazão na seção de controle.
CASO C: • Existência de dois pontos de inflexão; um, corresponde ao
tempo de concentração tC, e o outro corresponde ao tempo de duração de chuva tr. o patamar entre tC e tr resulta do fato de que, uma vez atingido tC (contribuição simultânea de toda a bacia), a chuva prossegue sem elevar a vazão, já que sua intensidade é admitida constante, ou seja, há compensação entre o inflow e o outflow.
• Fórmulas empíricas para o tempo de concentração;
• Kirpich;
385,03
h
L57tc
tc = tempo de concentração em minutos
L = comprimento do talvegue (km)
h = diferença de altitude ao longo do talvegue (m)
E T
C 𝑸
𝑷
• Estimativa do tempo de concentração para bacias maiores; • Equação de Watt e Chow, publicada em 1985 (Dingman,
2002)
• onde tc é o tempo de concentração em minutos; L é o comprimento do curso d’água principal em Km; e S é a declividade do rio curso d’água principal (adimensional).
• Esta equação foi desenvolvida com base em dados de bacias de até 5840 Km2.
79,0
5,068,7
S
Ltc
E T
C 𝑸
𝑷
• Os dois primeiros casos
demonstram o procedimento
para determinar a ordem ou
hierarquia das bacias
hidrográficas, conforme Horton
(A) e Strahler (B).
• Os dois últimos ilustram a
maneira para se determinar a
magnitude das redes de
drenagem. conforme
Seheidegger (C) e Shreve (D).
• O sistema de drenagem de uma bacia é constituído pelo rio
principal e seus afluentes
- Bacia bem drenada;
- Menor tempo de concentração;
- Picos de enchente altos.
• Ordem dos cursos d’água;
• Densidade de drenagem;
• Extensão média de escoamento superficial;
• Sinuosidade do curso d’água.
E T
C 𝑸
𝑷
• Segundo VILLELA e Mattos (1975):
• 0,5km/km² - drenagem pobre;
• 3,5km/km² - bacias excepcionalmente bem drenadas.
AD 1
d
E T
C 𝑸
𝑷
A
LDd
L: Comprimento total dos
cursos d’água
A: área de drenagem (área da
bacia)
Exemplo - calcular a drenagem da bacia abaixo:
08125.0800
615935
A
LDd
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