Ciclo Hidrológico e Bacia Hidrográfica

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Ciclo Hidrológico e Bacia Hidrográfica

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  • CICLO HIDROLGICO E BACIA HIDROGRFICA

    UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOISDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

    HIDROLOGIA APLICADA

    HIDROGRFICA

    Prof. Heber Martins de Paula

  • 1. CICLO HIDROLGICO

  • DefinioDefinioDefinioDefinio:::: Fenmeno global de circulao fechada da gua entre asuperfcie terrestre e a atmosfera, impulsionado fundamentalmentepela energia solar, associada gravidade e rotao da Terra (TUCCI,2000).

    36363636%%%% de toda a energia solar que chega a terra utilizada para aevaporao na terra e do mar;

    O tempo mdio na atmosfera da gua evaporada para a atmosfera de O tempo mdio na atmosfera da gua evaporada para a atmosfera dedez dias;

    As vazes nos rios so o resultado positivo do fluxo sobre a superfcieterrestre, o que gera uma precipitao maior do que aevapotranspirao (conjunto evaporao do solo e transpirao dasplantas);

    Nos oceanos ocorre maior evaporao do que precipitao, por isso ofluxo negativo;

  • A gua em forma de vapor presente na atmosfera volta a superfcie daterra na forma de chuva, granizo, neve, orvalho e geada.

    InterceptaoInterceptaoInterceptaoInterceptao quando parte do volume precipitado cai sobre um solocom cobertura vegetal (folhas e caules), de onde evapora.

  • Quando os charcos enchem e transbordam, a gua comea a se moversobre a superfcie, e chamada de chuvachuvachuvachuva excedente,excedente,excedente,excedente, podendo formarvrios cursos.

    A gua que chega ao solo segue vrios caminhos. O solo por ser porosopermite a infiltrao da gua, caso a intensidade de chuva superar aporo de infiltrao e evaporao, forma-se um charco, que chamado de armazenamentoarmazenamentoarmazenamentoarmazenamento emememem depressodepressodepressodepresso.

    vrios cursos.

    Entretanto, deve haver a formao de uma lmina dgua que cubratoda a trajetria do movimento, trata-se de armazenamentoarmazenamentoarmazenamentoarmazenamento dededededetenodetenodetenodeteno.

    Parte desse escoamento pode infiltrar ou evaporar retornando atmosfera antes de alcanar o rio.

  • A gua que infiltra e permanece armazenada na camada de soloprximo as raizes chamada de CapacidadeCapacidadeCapacidadeCapacidade dededede CampoCampoCampoCampo;;;;

    A gua que ultrapassa esta camada atinge a Zona de saturao ouzona de escoamento subterrneo (Recarga de Aqifero).

    ReservatriosReservatriosReservatriosReservatriosReservatriosReservatriosReservatriosReservatrios

    Oceanos 1.350 x 1015 m3

    Geleiras 25 x 1015 m3

    guas subterrneas 8,4 x 1015 m3

    Rios e Lagos 0,2 x 1015 m3

    Biosfera 0,0006 x 1015 m3

    Atmosfera 0,0130 x 1015 m3

  • CICLO HIDROLGICO

  • VOLUME DE CONTROLE PARA APLICAO DA EQUAO HIDROLGICA

    PRECIPITAOPRECIPITAOPRECIPITAOPRECIPITAO EVAPORAOEVAPORAOEVAPORAOEVAPORAO

    ESCOAMENTO ESCOAMENTO ESCOAMENTO ESCOAMENTO SUPERFICIALSUPERFICIALSUPERFICIALSUPERFICIAL

    ESCOAMENTO ESCOAMENTO ESCOAMENTO ESCOAMENTO SUPERFICIALSUPERFICIALSUPERFICIALSUPERFICIAL

    ESCOAMENTO ESCOAMENTO ESCOAMENTO ESCOAMENTO SUBTERRNEOSUBTERRNEOSUBTERRNEOSUBTERRNEO

    ESCOAMENTO ESCOAMENTO ESCOAMENTO ESCOAMENTO SUBTERRNEOSUBTERRNEOSUBTERRNEOSUBTERRNEOI I I I O = O = O = O = SSSSSUBTERRNEOSUBTERRNEOSUBTERRNEOSUBTERRNEO SUBTERRNEOSUBTERRNEOSUBTERRNEOSUBTERRNEOI I I I O = O = O = O = SSSS

    I = Inflow - incluindo todo o escoamento superficial, o escoamento subterrneo, e a precipitao sobre a superfcie do solo.

    O = Outflow Sada de gua do volume de controle, devido ao escoamento superficial, ao escoamento subterrneo, evaporao e transpirao das plantas.

    S = variao no armazenamento nas vrias formas de reteno, no volume de controle.

  • AO DO HOMEM SOBRE O CICLO HIDROLGICO

    A aoaoaoao dodododo homemhomemhomemhomem sobre o ecossistema pode geraralteraes em parte do ciclo hidrolgico tanto naquantidade quanto qualidade da gua.

    AAAA nvelnvelnvelnvel globalglobalglobalglobal as emisses de gases para a atmosferaproduz aumento no efeito estufa, alterando as condiesproduz aumento no efeito estufa, alterando as condiesdas emisses da radiao trmica, poluio area etc.;

    AAAA nvelnvelnvelnvel locallocallocallocal as obras hidrulicas atua sobre o rios, lagos eoceanos; a urbanizao tambm produz alteraeslocalizadas nos processos do ciclo hidrolgico terrestre,contaminao das guas etc.

  • 2. BACIA HIDROGRFICA

  • BACIA DO PARANABA

    Catalo localizaCatalo localizaCatalo localizaCatalo localiza----se dentro da Bacia Hidrogrfica do Rio Paranaba.se dentro da Bacia Hidrogrfica do Rio Paranaba.se dentro da Bacia Hidrogrfica do Rio Paranaba.se dentro da Bacia Hidrogrfica do Rio Paranaba.

  • SUB-BACIA DO RIO PIRAPETINGA

  • BACIA HIDROGRFICA

    O ciclo hidrolgico normalmente estudado com maior interesse nafase terrestre, em que o elemento fundamental da anlise a BaciaBaciaBaciaBaciaHidrogrficaHidrogrficaHidrogrficaHidrogrfica.

    a rea de captao natural da gua da precipitao que faz convergiros escoamentos para um nico ponto de sada, seu exutrio.

    composta por um conjunto de superfcies vertentes e de uma rede dedrenagem formada por cursos de gua que confluem at resultar umleito nico no exutrio.

    A Bacia Hidrogrfica uma rea definida topograficamente.

  • 2.1 DIVISORES DE UMA BACIADefinida por uma seo de rio

    Representa toda a rea de contribuio superficial que a guaescoa por gravidade at a seo do rio;

    A bacia hidrogrfica do escoamento subterrneo pode serdiferente. O erro pode diminuir com o aumento da bacia ou adiferente. O erro pode diminuir com o aumento da bacia ou aescala da informao;

    Delimitao grfica ou atravs de geoprocessamento.

    Os terrenos de uma bacia so delimitados por dois tipos dedivisores de gua:

    divisordivisordivisordivisor topogrficotopogrficotopogrficotopogrfico - condicionado pela topografia, fixa a reada qual provm do deflvio superficial da bacia.

    divisordivisordivisordivisor freticofreticofreticofretico ouououou subterrneosubterrneosubterrneosubterrneo determinado pela estruturageolgica dos terrenos.

  • 700

    700

    700

    700

    695

    695

    695

    690

    690

    Exutrio

    690

    685

    685

    680

    680

    675

    675680

    680

    670

    670

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    665

    660655

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    685

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  • 700

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    695

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    690

    Exutrio

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    685

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    660655

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    685

    Divisor de guas

    700

  • Rocha Rocha Rocha Rocha ImpermevelImpermevelImpermevelImpermevel

    DIVISOR TOPOGRFICODIVISOR TOPOGRFICODIVISOR TOPOGRFICODIVISOR TOPOGRFICO

    DIVISOR FRETICODIVISOR FRETICODIVISOR FRETICODIVISOR FRETICO

    LENOL FRETICO NA LENOL FRETICO NA LENOL FRETICO NA LENOL FRETICO NA ESTAO DAS CHUVASESTAO DAS CHUVASESTAO DAS CHUVASESTAO DAS CHUVAS

    LENOL LENOL LENOL LENOL FRETICO NA FRETICO NA FRETICO NA FRETICO NA

    ESTIAGEMESTIAGEMESTIAGEMESTIAGEM

    ImpermevelImpermevelImpermevelImpermevel

    RIO XRIO XRIO XRIO X RIO YRIO YRIO YRIO Y RIO ZRIO ZRIO ZRIO Z

    Mais alto estiver o nvel do lenol fretico, mais prximos entre si estaro os Mais alto estiver o nvel do lenol fretico, mais prximos entre si estaro os Mais alto estiver o nvel do lenol fretico, mais prximos entre si estaro os Mais alto estiver o nvel do lenol fretico, mais prximos entre si estaro os divisores.divisores.divisores.divisores.A porcentagem de precipitao que se escoa para as bacias adjacentes tanto A porcentagem de precipitao que se escoa para as bacias adjacentes tanto A porcentagem de precipitao que se escoa para as bacias adjacentes tanto A porcentagem de precipitao que se escoa para as bacias adjacentes tanto menor quanto maior for a rea da bacia.menor quanto maior for a rea da bacia.menor quanto maior for a rea da bacia.menor quanto maior for a rea da bacia.Em bacias pequenas, o vazamento devido a no coincidncia dos divisores pode Em bacias pequenas, o vazamento devido a no coincidncia dos divisores pode Em bacias pequenas, o vazamento devido a no coincidncia dos divisores pode Em bacias pequenas, o vazamento devido a no coincidncia dos divisores pode ser um fator importante.ser um fator importante.ser um fator importante.ser um fator importante.Nas grandes bacias, a magnitude dos vazamentos ou acrscimos usualmente Nas grandes bacias, a magnitude dos vazamentos ou acrscimos usualmente Nas grandes bacias, a magnitude dos vazamentos ou acrscimos usualmente Nas grandes bacias, a magnitude dos vazamentos ou acrscimos usualmente pequena.pequena.pequena.pequena.

  • 2.2 CLASSIFICAO DOS CURSOS DGUAOs tipos de curso de gua que drenam as Bacias Hidrogrficas,normalmente, so classificados com base na constncia do escoamento:

    AAAA.... PerenesPerenesPerenesPerenesEstes cursos dgua contm gua durante todo o tempo, o lenolsubterrneo mantm uma alimentao contnua e no descenunca abaixo do leito do curso dgua, mesmo durante as secasmais severas.mais severas.

    BBBB.... IntermitentesIntermitentesIntermitentesIntermitentesEstes cursos dgua, em geral, escoam durante as estaes dechuva e secam nas de estiagem. Durante a estao chuvosa,transportam todo tipo de deflvio (superficial e subterrneo).

    CCCC.... EfmerosEfmerosEfmerosEfmerosEstes cursos dgua existem apenas durante ou imediatamenteaps os perodos de precipitao e s transportam escoamentosuperficial.

  • Prof. Doutorando Rivanildo Dallacort

    Fontes de dados de topografia

  • Prof. Doutorando Rivanildo Dallacort

    Seo de

    referncia, ou

    exutrioexutrio

  • Prof. Doutorando Rivanildo Dallacort

  • Prof. Doutorando Rivanildo Dallacort

  • Prof. Doutorando Rivanildo Dallacort

  • Prof. Doutorando Rivanildo Dallacort

  • Prof. Doutorando Rivanildo Dallacort

    Divisor no corta drenagem

    exceto no exutrio.

    Divisor passa pela regio mais

    elevada da bacia, mas no

    necessariamente pelos pontos

    mais altos.

  • 2.3 CARACTERSTICAS FSICAS DE UMA BACIA HIDROGRFICA

    2222....3333....1111 rearearearea dededede drenagemdrenagemdrenagemdrenagem dadadada baciabaciabaciabacia (A)(A)(A)(A)Pode ser determinada por meios manuais, por planmetroplanmetroplanmetroplanmetro ou portcnicas de geoprocessamentogeoprocessamentogeoprocessamentogeoprocessamento. Trata-se da rea plana (projeohorizontal) inclusa entre os divisores topogrficos.

    So elementos de grande importncia no comportamento hidrolgico de umaBacia Hidrogrfica. Existe uma estreita correspondncia entre o regimehidrolgico e estes elementos.

    horizontal) inclusa entre os divisores topogrficos.

    Escala - 1:50.000

    Unidade km2 ou hectares.

    Bacia do Ribeiro do Lobo Brotas - SP

    Ex. rea da Bacia do Rio do LoboEx. rea da Bacia do Rio do LoboEx. rea da Bacia do Rio do LoboEx. rea da Bacia do Rio do LoboA = 177,25 kmA = 177,25 kmA = 177,25 kmA = 177,25 km2222

  • 2222....3333....2222 FormaFormaFormaForma dadadada BaciaBaciaBaciaBaciaA forma superficial de uma bacia hidrogrfica importante devido aotempotempotempotempo dededede concentraoconcentraoconcentraoconcentrao (tempo que leva a gua dos limites da baciapara chegar sada da mesma).

    Em geral as baciasbaciasbaciasbacias hidrogrficashidrogrficashidrogrficashidrogrficas dosdosdosdos grandesgrandesgrandesgrandes riosriosriosrios apresentam a formade uma prapraprapra ouououou dededede umumumum lequelequelequeleque, mas as pequenaspequenaspequenaspequenas baciasbaciasbaciasbacias variamvariamvariamvariam muito noformato dependendo da estrutura geolgica do terreno.

    Coeficiente de Compacidade ou ndice de Coeficiente de Compacidade ou ndice de Coeficiente de Compacidade ou ndice de Coeficiente de Compacidade ou ndice de GraveliusGraveliusGraveliusGravelius KcKcKcKc relaciona a bacia com um crculo.

    Fator de FormaFator de FormaFator de FormaFator de Forma relaciona a bacia com um retngulo.

  • AAAA CoeficienteCoeficienteCoeficienteCoeficiente dededede CompacidadeCompacidadeCompacidadeCompacidade ouououou ndicendicendicendice dededede GraveliusGraveliusGraveliusGravelius ((((KcKcKcKc)))) a relao entre o permetro da bacia e a circunferncia de um crculode rea igual da bacia.

    A

    PKc 28,0=

    Onde:Onde:P = permetro da bacia em Km;A = rea da bacia em Km2

    Quanto mais prximo de 1 (um), maior a probabilidade de enchentes na bacia

    Ex. Bacia do Rio do LoboEx. Bacia do Rio do LoboEx. Bacia do Rio do LoboEx. Bacia do Rio do LoboA = 177,25 kmA = 177,25 kmA = 177,25 kmA = 177,25 km2222

    P = 70 kmP = 70 kmP = 70 kmP = 70 km

    KcKcKcKc = 1,47 = 1,47 = 1,47 = 1,47 Portanto, uma rea no muito sujeita Portanto, uma rea no muito sujeita Portanto, uma rea no muito sujeita Portanto, uma rea no muito sujeita

    a enchentes.a enchentes.a enchentes.a enchentes.

  • BBBB FatorFatorFatorFator dededede FormaFormaFormaForma ((((KfKfKfKf)))) a relao entre a largura mdia e o comprimento axial da bacia.

    Mede-se o comprimento da bacia (L)(L)(L)(L) quando se mede o curso dguamais longo desde a desembocadura at a cabeceira mais distante nabacia.

    L2L

    AK f =

    Onde:

    Quanto mais prximo de 1 (um), a forma da bacia se aproxima da forma do quadrado do seu comprimento axial, maior a potencialidade de produo de

    picos de cheia.

    Ex. Bacia do Rio do LoboEx. Bacia do Rio do LoboEx. Bacia do Rio do LoboEx. Bacia do Rio do LoboL = 20,1 kmL = 20,1 kmL = 20,1 kmL = 20,1 km

    A = 177,25 kmA = 177,25 kmA = 177,25 kmA = 177,25 km2222

    KfKfKfKf = 0,439 = 0,439 = 0,439 = 0,439 Portanto, bacia no muito sujeita a Portanto, bacia no muito sujeita a Portanto, bacia no muito sujeita a Portanto, bacia no muito sujeita a

    enchentes.enchentes.enchentes.enchentes.

    Onde:A = rea da bacia em Km2L = maior curso dgua em Km;

  • 2222....3333....3333 SistemasSistemasSistemasSistemas dededede DrenagemDrenagemDrenagemDrenagemO sistema de drenagem constitudo pelo rio principal e seustributrios;

    O estudo das ramificaes e do desenvolvimento do sistema importante, pois ele indica a maior ou menor velocidade com que agua deixa a bacia hidrogrfica.

    AAAA OrdemOrdemOrdemOrdem dosdosdosdos CursoCursoCursoCurso dededede guaguaguaguaSerSerSerSer adotadoadotadoadotadoadotado oooo critriocritriocritriocritrio introduzidointroduzidointroduzidointroduzido porporporpor HortonHortonHortonHorton eeee modificadomodificadomodificadomodificado porporporporStrahlerStrahlerStrahlerStrahler:::: todos os canais sem tributrios so de primeira ordem,mesmo que sejam nascentes dos rios principais e afluentes; os canaisde segunda ordem so os que se originam da confluncia de doiscanais de primeira ordem, podendo ter afluentes tambm de primeiraordem; os canais de terceira ordem originam-se da confluncia de doiscanais de segunda ordem, sucessivamente, um canal de ordem u podeter tributrios de ordem u-1 at 1.

  • Ordem dos Curso de guaOrdem dos Curso de guaOrdem dos Curso de guaOrdem dos Curso de gua

  • BBBB DensidadeDensidadeDensidadeDensidade dededede DrenagemDrenagemDrenagemDrenagem ((((DdDdDdDd))))Razo entre comprimento total dos canais e a rea da bacia:

    A

    L

    D

    N

    i

    i== 1

    Onde:

    L

    Onde:L = comprimento total dos canais em Km;A = rea da bacia em Km2

    (Drenagem pobre) (Boa Drenagem)0,5 Km/Km 2 Dd 3,5 Km/Km2

    Ex. Bacia do Rio do LoboEx. Bacia do Rio do LoboEx. Bacia do Rio do LoboEx. Bacia do Rio do LoboL = 133,4 kmL = 133,4 kmL = 133,4 kmL = 133,4 km

    A = 177,25 kmA = 177,25 kmA = 177,25 kmA = 177,25 km2222

    D = 0,75 km/ kmD = 0,75 km/ kmD = 0,75 km/ kmD = 0,75 km/ km2222

    Portanto, bacia com drenagem pobrePortanto, bacia com drenagem pobrePortanto, bacia com drenagem pobrePortanto, bacia com drenagem pobre

  • 2222....3333....3333 SistemasSistemasSistemasSistemas dededede DrenagemDrenagemDrenagemDrenagem

    DeclividadeDeclividadeDeclividadeDeclividade dadadada BaciaBaciaBaciaBacia:::: controla o tempo de do escoamentosuperficial e da concentrao da chuva; Quanto maior adeclividade, maior a variao das vazes instantneas.

    ElevaoElevaoElevaoElevao: so fatores importantes com relao temperatura e precipitao.

    DeclividadeDeclividadeDeclividadeDeclividade dodododo cursocursocursocurso ddddguaguaguagua: a velocidade de escoamentoda gua de um rio depende da declividade dos canaisfluviais. A magnitude dos picos de enchente e a maior oumenor oportunidade e suscetibilidade para eroso dossolos dependem da rapidez com que ocorre o escoamentosobre os terrenos da bacia.

  • TRABALHOTtulo: Ttulo: Ttulo: Ttulo: Caractersticas Fsicas de uma Bacia Hidrogrfica

    Calcular:Calcular:Calcular:Calcular:rea de drenagem da bacia.Forma da Bacia.

    Coeficiente de Compacidade ou ndice de Gravelius (Kc)

    Fator de Forma (Kf)

    Densidade de Drenagem (Dd)Densidade de Drenagem (Dd)Calcular erro entre os ndices encontrados pela bacia no CAD e no milimetrado.

    Atender:Atender:Atender:Atender:Bacia de quarta ordem.Fazer em Autocad e papel milimetradoEntregar em formato de relatrio (Reviso contendo pelo menos dois autores).

    Entrega: Entrega: Entrega: Entrega: 14 de maro horrio de aula.