Upload
esdras-rocha
View
241
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/31/2019 Dinamica agua
1/162
DINMICA DA GUA NO SOLO
1. Infiltrao1.1. Conceitos
A infiltrao da gua no solo um processo importante dafase terrestre do ciclo hidrolgico, uma vez que determina
quanto de gua da chuva penetra no solo e quanto escoasuperficialmente.
As atividades de uso da terra exercem significativainfluncia sobre a infiltrao, e o homem pode, assim,
modificar a capacidade de infiltrao dos solos atravs domanejo.A meta maior de um programa de manejo integrado demicrobacias hidrogrficas deve ser a manuteno dascondies timas da infiltrao.
7/31/2019 Dinamica agua
2/162
O processo de infiltrao define a entrada de gua nosolo. J o movimento da gua dentro do perfil
comumente referido como percolao. A infiltrao ,desta forma, um processo de superfcie, ao passo que apercolao um processo interno.
Os dois processos, todavia, esto intimamente ligados, jque a infiltrao no pode continuar se no houverpercolao da gua dentro do solo.
O conceito de infiltrao no ciclo hidrolgico foi
introduzido por HORTON (1933). Este autor definiu"capacidade de infiltrao" (fc) como sendo a taxamxima com que um dado solo, em determinadascondies, pode absorver gua.
7/31/2019 Dinamica agua
3/162
Quando a intensidade da chuva for inferior ao valor de fc,ento a infiltrao ocorre a uma taxa menor, referida como
"taxa real de infiltrao", ou simplesmente infiltrao (f).Estas relaes so ilustradas na Figura
7/31/2019 Dinamica agua
4/162
Segundo este conceito Hortoniano, toda vez que aintensidade da chuva for maior que a capacidade deinfiltrao (fc), ocorre escoamento superficial. Por outro
lado, quando a intensidade da chuva for menor que ovalor de fc, toda a gua se infiltra (f) e no ocorreescoamento superficial.
7/31/2019 Dinamica agua
5/162
De maneira geral, a partir de condies de solo seco, ainfiltrao apresenta uma taxa inicial alta, a qual diminui
gradativamente durante uma chuva prolongada, at queatinge um valor constante (fc), de acordo com a seguinteequao (HORTON, 1940):
f = fc + (fo - fc).e-kt
onde:f= taxa real de infiltraofc= capacidade final de infiltraofo= capacidade inicial de infiltraoe= base do logartmo naturalk= constante para cada solot= tempo desde o inicio da chuva
7/31/2019 Dinamica agua
6/162
7/31/2019 Dinamica agua
7/162
De acordo com MUSGRAVE & HOLTAN (1964), a
infiltrao da gua no solo pode ser considerada comosendo a seqncia das trs seguintes fases:
- a entrada de gua pela superfcie;- a transmisso da gua atravs do perfil do solo;-a depleo da capacidade de armazenamento daagua do solo.
Portanto, estes trs fenmenos governam a infiltrao.
Alm deles, a infiltrao tambm influenciada pelascaractersticas do solo, assim como pela prpria gua(temperatura, viscosidade, turbidez, etc.).
7/31/2019 Dinamica agua
8/162
A penetrao da gua atravs da superfcie pode serprejudicada pelo entupimento dos poros causado pelo
deslocamento e rearranjamento das partculas finas(compactao da superfcie).
Desta forma, embora um solo possa apresentarexcelentes condies internas de transmisso e dearmazenamento de gua, as condies da superfciepodem reduzir a taxa de infiltrao.
A cobertura vegetal um dos importantes fatores que
podem influir sobre esta condio superficial do solo. Apresena da vegetao e da camada de material orgnico(serrapilheira, "litter") fornece proteo contra o impactodas gotas da chuva, reduzindo a compactao e a
desagregao.
7/31/2019 Dinamica agua
9/162
7/31/2019 Dinamica agua
10/162
7/31/2019 Dinamica agua
11/162
7/31/2019 Dinamica agua
12/162
Em condies de campo, normalmente podem ocorrermodificaes no tamanho dos poros, assim como nadistribuio dos mesmos. O pisoteamento e o trfegoexcessivo podem, por um lado, compactar os horizontessuperficiais.
Por outro lado, a arao pode, pelo menos por um perodode tempo, conduzir melhoria da porosidade. A presenada vegetao particularmente importante na manuteno
das condies de porosidade do solo, quer pelodesenvolvimento das razes, quer pela matria orgnicaadicionada.
7/31/2019 Dinamica agua
13/162
Em resumo, as caractersticas de infiltrao inerentesao solo, so governadas pelo tipo de solo, sua textura e
estrutura, a quantidade e o tipo de argila que estecontm, a espessura e a profundidade de suascamadas mais permeveis e o uso a que foi submetidono passado. De acordo com as diferenas encontradas
no que diz respeito infiltrao, os solos podem serclassificados em quatro grupos principais
"A" - SOLOS COM ALTA CAPACIDADE DEINFILTRAO (ou baixo potencial de runoff)
"B" - SOLOS COM CAPACIDADE DE INFILTRAOMODERADA
7/31/2019 Dinamica agua
14/162
"C" - SOLOS COM BAIXA CAPACIDADE DEINFILTRAO
"D" - SOLOS COM CAPACIDADE DE INFILTRAOMUITO BAIXA
Classes de capacidade de infiltrao (fc) dos grupamentos hidrolgicos dossolos (ENGLAND, 1970).
7/31/2019 Dinamica agua
15/162
Influncias da floresta
Sob condies de cobertura de floresta natural noexplorada, a taxa de infiltrao normalmente mantida
em seu mximo. De fato, nestas condies raramenteocorre a formao de escoamento superficial, a noser em locais afetados pelas atividades relacionadascom a explorao da floresta (PIERCE, 1967).
7/31/2019 Dinamica agua
16/162
Infiltrao mdia em parcelas contendo diferentescondies de piso florestal (AREND, 1942).
A compactao do solo reduz sua porosidade total,sendo que esta reduo afeta principalmente aporosidade no-capilar. A compactao do solo umadas razes pelas quais reas cultivadas apresentammenor infiltrao do que reas adjacentes florestadas.
7/31/2019 Dinamica agua
17/162
As atividades silviculturais relacionadas com o preparo dosolo, o corte e a retirada da madeira constituem as causas
principais de alterao da infiltrao. A preocupao demanuteno de condies timas de infiltrao duranteestas atividades deve estar centrada na manuteno daintegridade do piso florestal.
7/31/2019 Dinamica agua
18/162
Mtodos de Medio da gua do Solo
1. Contedo Gravimtrico de gua (U%)
Na determinao da umidade do solo, o mtodo
gravimtrico considerado o mtodo padro. Aps acoleta de uma amostra de solo no campo, esta deveser acondicionada hermeticamente para evitarevaporao. No laboratrio determina-se o peso mido
da amostra (mu), colocando-a em seguida para secarna estufa, aps o que determina-se o peso seco (ms).
7/31/2019 Dinamica agua
19/162
O contedo de gua, finalmente, calculado pelaequao (10), onde:
ma = mu - ms.
REYNOLDS (1970) apresenta uma anlise detalhadadesta metodologia gravimtrica de determinao do
contedo de umidade do solo. De acordo com GRAY etal. (1973), as vantagens e desvantagens do mtodogravimtrico so as seguintes;
Vantagens:
- equipamento necessrio simples, barato e facilmenteencontrado;- mtodo preciso;- mtodo se aplica em todo o limite de variao do
contedo de umidade no solo.
7/31/2019 Dinamica agua
20/162
Desvantagens:
- o mtodo no pode ser desenvolvido "in situ" e, destaforma, provoca-se alteraes na rea de coleta dasamostras;- mtodo lento e cansativo;- o resultado obtido em termos de umidade com base empeso seco da amostra (U%).
7/31/2019 Dinamica agua
21/162
2. Infiltrao
A infiltrao a entrada da gua no solo. Pode sermedida a partir de observaes simultneas da chuva edo escoamento superficial. Aps o incio da chuva e
antes que possa haver formao de escoamentosuperficial, certa quantidade de gua fica normalmentepresa em trs compartimentos da superfcie: vegetao(interceptao), a prpria superfcie do solo (retenosuperficial) e nas pequenas depresses da superfcie doterreno (acumulao nas depresses).
7/31/2019 Dinamica agua
22/162
2.1. Infiltrmetro
Consiste de um anel metlico de cerca de 30 cm de
dimetro e 60 cm de altura. Para a medio o anel introduzido no solo deixando-se cerca de 10 cm acima dasuperfcie, e a gua adicionada no anel at a umaaltura de mais ou menos 5 cm, onde deve haver um
dispositivo de marcao do nvel de referncia.
7/31/2019 Dinamica agua
23/162
A gua do anel , ento, mantida neste nvel dereferncia pela adio, a intervalos regulares, devolumes conhecidos de gua. A taxa de infiltrao ento calculada pela relao entre os volumes de gua
adicionados e os intervalos de tempo gastos para a suapenetrao no solo.
A medio demora cerca de 2 a 3 horas, at que seja
obtida uma taxa constante de infiltrao (fc).
7/31/2019 Dinamica agua
24/162
A medio da infiltrao atravs de infiltrmetros problemtica. A prpria introduo do anel no solo podecausar perturbaes na estrutura do solo. Um outroaspecto que a gua despejada dentro do anel, o que
totalmente diferente das condies naturais dainfiltrao, quando a gua da chuva chega superfcie dosolo na forma de gotas. O infiltrmetro, assim, no simulaeste efeito do impacto das gotas da chuva sobre ainfiltrao.
7/31/2019 Dinamica agua
25/162
Simulador de Chuva
Com o uso do simulador de chuva, as duas primeirasdesvantagens do infiltrmetro so, em parte, contornadas.Trata-se de um dispositivo capaz de simular uma chuva dedeterminada intensidade sobre uma parcela delimitada deterreno, de onde o escoamento superficial produzidopela chuva artificial coletado e medido.
7/31/2019 Dinamica agua
26/162
Infiltrao em Bacias Hidrogrficas
Alm das acumulaes superficiais j referidas, uma
bacia hidrogrfica apresenta outro "reservatrio" dearmazenamento representado pelos canais(acumulao nos canais), o qual tende a aumentar coma rea da bacia hidrogrfica.
ndice de Infiltrao
Quando se dispe do registro da chuva e doescoamento superficial, a diferena entre a massa dechuva e a massa do escoamento superficial pode serdefinida em termos do chamado "ndice ()"O ndice () representa a intensidade de chuva acimada qual o volume do escoamento superficial se iguala
ao volume da chuva.
7/31/2019 Dinamica agua
27/162
Potencial Matricial da gua do Solo
O potencial matricial pode ser medido pelo tensimetro,
o qual consiste de uma cpsula porosa posicionada auma dada profundidade no perfil do solo e ligada a ummanmetro.
7/31/2019 Dinamica agua
28/162
A cpsula porosa e o tubo so enchidos com gua.Dependendo das condies de umidade do solo, haverformao de um gradiente de tenso entre a cpsula e o
solo. No equilbrio o manmetro mede a tenso da guano solo (h).A tenso de equilbrio, dada pela leitura do manmetro(h) subtraindo-se o valor correspondente coluna de guado conjunto, ou seja:
m = -[13,6h - (h + hm + z)] ou: m = -12,6h + hm + z
onde:m = potencial matricial em cm de coluna de guah = leitura do manmetrohm = altura do manmetro em relao superfciez = profundidade da cpsula porosa
7/31/2019 Dinamica agua
29/162
ANLISE FSICA DA BACIA HIDROGRFICA
CARACTERIZAO FSICA DE BACIAS HIDROGRFICAS
Uma bacia hidrogrfica compreende toda a rea de captaonatural da gua da chuva que proporciona escoamentosuperficial para o canal principal e seus tributrios. O limitesuperior de uma bacia hidrogrfica o divisor de guas
(divisor topogrfico), e a delimitao inferior a sada dabacia (confluncia, exutrio).
O comportamento hidrolgico de uma bacia hidrogrfica funo de suas caractersticas morfolgicas, ou seja, rea,forma, topografia, geologia, solo, cobertura vegetal etc.. A fimde entender as inter-relaes existentes entre esses fatoresde forma e os processos hidrolgicos de uma baciahidrogrfica, torna-se necessrio expressar as caractersticas
da bacia em termos quantitativos.
7/31/2019 Dinamica agua
30/162
De acordo com o escoamento global, as bacias dedrenagem podem ser classificadas em(CHRISTOFOLETTI, 1974):
a) exorreicas: quando o escoamento da gua se faz demodo contnuo at o mar, isto , quando as baciasdesguam diretamente no mar;
b) endorreicas: quando as drenagens so internas e nopossuem escoamento at o mar, desembocando emlagos, ou dissipando-se nas areias do deserto, ouperdendo-se nas depresses crsicas;
c) arreicas: quando no h qualquer estruturao embacias, como nas reas desrticas;
d) criptorreicas: quando as bacias so subterrneas,
como nas reas crsicas.
7/31/2019 Dinamica agua
31/162
Da mesma forma como as bacias, tambm os cursosdgua podem, individualmente, ser objeto declassificao. De acordo com o perodo de tempo
durante o qual o fluxo ocorre, distinguem-se osseguintes tipos de rios:
a) perenes: h fluxo o ano todo, ou pelo menos em
90% do ano, em canal bem definido;
b) intermitentes: de modo geral, s h fluxo durante aestao chuvosa (50% do perodo ou menos);
c) efmero: s h fluxo durante chuvas ou perodoschuvosos; os canais no so bem definidos.
7/31/2019 Dinamica agua
32/162
Dentro da bacia, a forma da rede de drenagem tambmapresenta variaes. Em geral, predomina na natureza aforma dendrtica, a qual deriva da interao clima-geologiaem regies de litologia homognea. Num certo sentido,considerando-se a fase terrestre do ciclo da gua, pode-se
dizer que a gua procura evadir-se da terra para o mar.Assim fazendo, torna-se organizada em sistemas dedrenagem, os quais refletem principalmente a estruturageolgica local.
7/31/2019 Dinamica agua
33/162
Esta classificao, baseada mais em critriosgeomtricos do que genticos, engloba os seguintestipos:a) dendrtica: lembra a configurao de uma rvore. tpica de regies onde predomina rocha de resistnciauniforme;b) trelia: composta por rios principais conseqentes
correndo paralelamente, recebendo afluentessubseqentes que fluem em direo transversal aosprimeiros. O controle estrutural muito acentuado,devido desigual resistncia das rochas. A extenso e a
profundidade dos leitos sero maiores sobre rochasmenos resistentes, dando formao a vales ladeados porparedes de rochas mais resistentes. Este tipo encontrado em regies de rochas sedimentaresestratificadas, assim como em reas de glaciao;
7/31/2019 Dinamica agua
34/162
c) retangular: variao do padro trelia, caracterizadopelo aspecto ortogonal devido s bruscas alteraes
retangulares nos cursos fluviais. Deve-se ocorrncia defalhas e de juntas na estrutura rochosa;d) paralela: tambm chamada "cauda equina", ocorre emregies de vertentes com acentuada declividade, ou onde
existam controles estruturais que favorecam a formaode correntes fluviais paralelas;e) radial: pode desenvolver-se sobre vrios tipos eestruturas rochosas, como por exemplo, em reasvulcnicas e dmicas;
f) anelar: tpica de reas dmicas; a drenagem acomoda-se aos afloramentos das rochasmenos resistentes.
7/31/2019 Dinamica agua
35/162
Padres de drenagem(CRISTOFOLETTI, 1974)
7/31/2019 Dinamica agua
36/162
PARMETROS FSICOS DE BACIAS HIDROGRFICAS
Para entender o funcionamento de uma bacia, torna-senecessrio expressar quantitativamente as manifestaesde forma (a rea da bacia, sua forma geomtrica, etc.), deprocessos (escoamento superficial, deflvio, etc.) e suas
inter-relaes. Vrios parmetros fsicos foramdesenvolvidos, alguns deles aplicveis bacia como umtodo, enquanto que outros relativos a apenas algumascaractersticas do sistema. O importante reconhecer
que nenhum desses parmetros deve ser entendido comocapaz de simplificar a complexa dinmica da baciahidrogrfica, a qual inclusive tem magnitude temporal.
7/31/2019 Dinamica agua
37/162
Estes parmetros e suas inter-relaes podem serclassificados em:
a) parmetros fsicos: rea, fator de forma, compacidade,altitute mdia, declividade mdia, densidade de drenagem,nmero de canais, direo e comprimento do escoamentosuperficial, comprimento da bacia, hipsometria (relaorea-altitude), comprimento dos canais, padro dedrenagem, orientao, rugosidade dos canais, dimenso eforma dos vales, ndice de circularidade, etc.;
b) parmetros geolgicos: tipos de rochas, tipos de solos,
tipos de sedimentos fluviais,etc.;
c) parmetros de vegetao: tipos de cobertura vegetal,espcies, densidade, ndice de rea foliar, biomassa, etc.;
7/31/2019 Dinamica agua
38/162
d) inter-relaes: Lei do Nmero de Canais (razo de bifurcao),Lei do Comprimento dos Canais (relao entre comprimentomdio dos canais e ordem), Lei das reas
(relao entre rea e ordem), etc..
rea
ANDERSON (1957) denominou a rea como a "varivel do
diabo", porque a maioria das caractersticas da bacia est, dealguma forma, correlacionada com sua rea.. A rea deve serdefinida em relao a um dado ponto ao longo do canal, ou prpria sada ou confluncia da bacia. A rea total inclui todos ospontos situados a altitudes superiores da sada da bacia edentro do divisor topogrfico que separa duas bacias adjacentes.A determinao da rea deve ser feita com muito rigor, a partir defotografias areas, mapas topogrficos, ou levantamento decampo, e se possvel com auxlio de computadores.
7/31/2019 Dinamica agua
39/162
Uma regio em que a chuva ocorrida em qualquerponto drena para a mesma seo transversal do curso-dgua.
rea de captao natural das precipitaes, que fazconvergir os escoamentos para um nico ponto desada: o exutrio.
Para definir uma bacia: Curso dgua
Seo transversal de referncia (exutrio) Informaes de topografia.
Bacia Hidrogrfica
7/31/2019 Dinamica agua
40/162
Diferenciar reas que contribuem para um ponto
7/31/2019 Dinamica agua
41/162
Identificar para onde escoa a gua sobre o relevousando como base as curvas de nvel.
Definio de Bacia Hidrogrfica
A gua escoa na direo da
maior declividade.
Assim, as linhas de
escoamento so ortogonais
s curvas de nvel.
adaptado do original de Francisco Olivera, Ph.D., P.E.
Texas A&M UniversityDepartment of Civil Engineering
7/31/2019 Dinamica agua
42/162
250 300 350 400
50
100
150
200
250
250 300 350 400
50
100
150
200
250
Identificao do
Divisor de guas
7/31/2019 Dinamica agua
43/162
Divisor no corta drenagemexceto no exutrio.
Divisor passa pela regio maiselevada da bacia, mas no
necessariamente pelos pontosmais altos.
7/31/2019 Dinamica agua
44/162
7/31/2019 Dinamica agua
45/162
Exemplo delimitao de bacia:
Caractersticas fsicas da bacia
7/31/2019 Dinamica agua
46/162
A bacia do rio dos Sinos uma sub-bacia da bacia dorio Guaba. A bacia do rio Paranhanha uma sub-bacia
da bacia do rio dos Sinos.
Bacias hidrogrficas so compostas por sub-baciashidrogrficas. Cada sub-bacia uma bacia hidrogrficaque pode ser subdividida em sub-bacias, etc.
Bacia Hidrogrfica
7/31/2019 Dinamica agua
47/162
Sub - bacia
7/31/2019 Dinamica agua
48/162
divisor superficial x divisor subterrneoDivisor:
Caractersticas da Bacia Hidrogrfica: rea de drenagem Comprimento Declividade Curva hipsomtrica Forma Cobertura vegetal e uso do solo
Bacia Hidrogrfica
7/31/2019 Dinamica agua
49/162
Caractersticas fsicas da bacia
O principal interesse em estudar a bacia hidrogrfica de que suascaractersticas constituem um sistema natural de transformao de
chuva em vazo.
ENTRADA(chuva)
SISTEMA(bacia)
SADA(vazo na foz)
7/31/2019 Dinamica agua
50/162
Algumas convenes importantes em hidrologia:
Caractersticas fsicas da bacia
7/31/2019 Dinamica agua
51/162
Caracterstica mais importante da bacia
Reflete o volume total de gua que pode ser
gerado potencialmente na bacia Bacia impermevel e chuva constante:
Q = P . A
Se A = 60 km2 (60 milhes de m2) e P = 10 mm/hora (2,7 . 10-6 m/s)
Q = 166 m3/s
rea da Bacia Hidrogrfica
7/31/2019 Dinamica agua
52/162
Uma vez definidos os contornos (divisor), a rea pode sercalculada por uma integral numrica (SIG) ou por mtodosmanuais (planmetro, contagem, pesagem).
rea da Bacia Hidrogrfica
7/31/2019 Dinamica agua
53/162
Caractersticas fsicas da bacia
Bacias com mesma rea podem responder de maneiras distintas
Bacia Local rea(km2)
Qmax(m3/s)
Qmax(ls/km2)
Rio Souris Minot, ND 26.600 340 12,8
Rio Deschutes Moody, OR 27.185 1.235 46,8
Rio Gila Coolige Dam, AR 33.370 3.680 110,8
Rio Cumberland Carthage, Tenn 27.700 5.270 190,9
Rio Susquehanna Wilkes-Barre, Pa 25.785 6.570 225,6
Rio Potomac Point of Rocks, Md 24.980 13.595 545,2
Rio Little Cameron, Texas 18.200 18.320 1009,2
Como isso possvel?
http://www.iph.ufrgs.br/7/31/2019 Dinamica agua
54/162
Comprimento da bacia
Comprimento do rio
principal
Comprimento da Bacia Hidrogrfica
Os comprimentos da bacia e dorio principal so importantes paraa estimativa do tempo que agua leva para percorrer a bacia.
IPH 01027Bacia
Hidrogrfica
http://galileu.iph.ufrgs.br/collischonn/index.htmlhttp://galileu.iph.ufrgs.br/collischonn/index.htmlhttp://galileu.iph.ufrgs.br/collischonn/index.htmlhttp://www.iph.ufrgs.br/http://www.ufrgs.br/http://galileu.iph.ufrgs.br/collischonn/index.html7/31/2019 Dinamica agua
55/162
Medio do comprimento de um rio
CAD
SIG Sistema de Informao Geogrfica
Curvmetro
7/31/2019 Dinamica agua
56/162
Declividade da Bacia Hidrogrfica
Tem relao com a velocidade com a qual ocorre oescoamento.
Diferena de altitude entre o incio e o fim dadrenagem dividida pelo comprimento da drenagem.
7/31/2019 Dinamica agua
57/162
Ponto mais alto:300 m
Ponto mais baixo:20 m
Comprimento drenagem = 7 kmDeclividade = 0,04 m/m ou 40 m por km
7/31/2019 Dinamica agua
58/162
Perfil tpico:
alto mdio baixo
Distncia ao longo do rio principal
Altitudedoleito
Valores tpicos:Baixa declividade: alguns cm por kmAlta declividade: alguns m por km
Perfil Longitudinal
7/31/2019 Dinamica agua
59/162
Tempo de viagem = 2 minutos Tempo de viagem = 15 minutos
Tempo de escoamento
7/31/2019 Dinamica agua
60/162
Tempo necessrio para que a gua precipitada no pontomais distante da bacia escoe at o ponto de controle,exutrio ou local de medio.
Relao com:
Comprimento da bacia (rea da bacia)
Forma da bacia
Declividade da bacia Alteraes antrpicas
Vazo (para simplificar no seconsidera)
Tempo de concentrao
7/31/2019 Dinamica agua
61/162
Frmulas empricas para tempo de concentrao
tc = tempo de concentrao em minutosL = comprimento do talvegue (km)h = diferena de altitude ao longo do talvegue (m)
Kirpich385,0
3
h
L57tc
Tempo de concentrao
7/31/2019 Dinamica agua
62/162
Tempo de concentrao
Estimativa do tempo de concentrao para bacias maiores; Equao de Watt e Chow, publicada em 1985 (Dingman, 2002)
onde tc o tempo de concentrao em minutos; L ocomprimento do curso dgua principal em Km; e S a declividade
do rio curso dgua principal (adimensional). Esta equao foi desenvolvida com base em dados de bacias de
at 5840 Km2.
79,0
5,068,7
S
L
tc
7/31/2019 Dinamica agua
63/162
Efeito do tempo de concentrao
Mesma rea, tempo de concentrao
diferente
Q
P
tempo
bacia com alto tempo de concentraobacia com baixo tempo de concentrao
7/31/2019 Dinamica agua
64/162
Forma da bacia hidrogrfica
Avaliao qualitativa
Avaliao quantitativa
ndice de compacidade ndice de conformao ou fator de forma
7/31/2019 Dinamica agua
65/162
So Francisco
Outras:Tiet;Paranapanema;Tocantins.
Exemplos: Alongadas
l l
7/31/2019 Dinamica agua
66/162
Taquari Antas - RS
Rio Itaja - SC
Exemplos: Circular
7/31/2019 Dinamica agua
67/162
Efeito da forma da bacia
Mesma rea, forma diferente
Q
P
tempo
bacia alongadabacia circular
ndice de conformao
7/31/2019 Dinamica agua
68/162
I alto: cheias mais rpidas
I baixo: cheias mais lentas
2LAI
L
ndice de conformaoou fator de forma:
7/31/2019 Dinamica agua
69/162
7/31/2019 Dinamica agua
70/162
Ordem do curso dgua principal
Horton props, eStrahler modificou um
critrio para
hierarquizar cursos
dgua.
Passou a ser conhecido
como ordem do curso
dgua
7/31/2019 Dinamica agua
71/162
Ordem de Strahler
Um curso dgua a partir da nascente de
ordem 1
Quando dois cursos de ordem 1 se encontram
formam um curso de ordem 2
Quando dois cursos de ordem 2 se encontram
formam um curso de ordem 3
e assim por diante
7/31/2019 Dinamica agua
72/162
Ordem de Strahler
1
11
1
1
11
1
2
1
11
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
22
22
3
3
3
3
3
3
1
11
1
7/31/2019 Dinamica agua
73/162
Maior profundidade de razes = gua consumida pela
evapotranspirao pode ser retirada de maioresprofundidades do solo.
Florestas: maior interceptao; maior profundidadede razes.
Maior interceptao = escoamento demora mais aocorrer.
Cobertura Vegetal
7/31/2019 Dinamica agua
74/162
Substituio de florestas porlavoura/pastagens
Urbanizao: telhados, ruas, passeios,
estacionamentos e at ptios de casas Modificao dos caminhos da gua
Aumento da velocidade do escoamento (leito
natural rugoso x leito artificial com revestimentoliso)
Encurtamento das distncias at a rede dedrenagem (exemplo: telhado com calha)
Uso do solo
7/31/2019 Dinamica agua
75/162
Agricultura = compactao do solo Reduo da quantidade de matria orgnica no
solo Porosidade diminui
Capacidade de infiltrao diminui
Razes mais superficiais: Consumo de gua dasplantas diminui
Uso do solo
7/31/2019 Dinamica agua
76/162
Uso do solo e vegetao
Solo n Solo vegetado
d l
7/31/2019 Dinamica agua
77/162
Solos arenosos = menos escoamento superficial
Solos argilosos = mais escoamento superficial
Solos rasos = mais escoamento superficial
Solos profundos = menos escoamento superficial
Tipos de solos
Caractersticas fsicas da bacia
7/31/2019 Dinamica agua
78/162
Caractersticas fsicas da bacia
Tipo de solo:
Rochoso
Solo residual (maduro)
G l i
7/31/2019 Dinamica agua
79/162
Rochas do sub-solo afetam o comportamento da baciahidrogrfica.
Rochas porosas tem a propriedade de armazenar grandes
quantidades de gua (rochas sedimentares arenito).
Rochas magmticas tem pouca porosidade e armazenampouca gua, exceto quando so muito fraturadas.
Bacias com depsitos calcreos tem grandes cavidades nosub-solo onde a gua armazenada.
Geologia
P d B i
7/31/2019 Dinamica agua
80/162
Vertentes:
Rede de drenagem:
Escoamento superficial difuso
No h canais definidos
Escoamento sub-superficial e subterrneo
Escoamento superficial Canais bem definidos
Partes da Bacia
R d d D
7/31/2019 Dinamica agua
81/162
Densidade da Rede de Drenagem:
Forma da Rede de Drenagem:
Controlada pela Geologia e pelo Clima
Controlada pela Geologia
Rede de Drenagem
7/31/2019 Dinamica agua
82/162
Densidade de Drenagem
HORTON (1932) definiu densidade de drenagem como sendo a razo
entre ocomprimento total dos canais e a rea da bacia hidrogrfica. um ndice importante, pois reflete a influncia da geologia, topografia,do solo e da vegetao da bacia hidrogrfica, e est relacionado com otempo gasto para a sada do escoamento superficial da bacia. dado
por:
DD = densidade de drenagem (km/km)L = comprimento total de todos os canais (km)
A = rea da bacia hidrogrfica (km)
7/31/2019 Dinamica agua
83/162
O ECOSSISTEMA BACIA HIDROGRFICA
A bacia hidrogrfica pode ser considerada como umbom exemplo de um sistema geomorfolgico: o
geossistema.
Define-se sistema como um conjunto de elementos,seus atributos, e as relaes entre si. De acordo
com o critrio funcional, os sistemas podem serclassificados em sistemas fechados e sistemasabertos.
7/31/2019 Dinamica agua
84/162
A bacia hidrogrfica, como sistema aberto, pode destaforma ser descrita em termos de variveisinterdependentes, as quais oscilam ao longo de umpadro, ou de uma mdia. Como tal, ela se encontra,mesmo quando no perturbada, em contnua flutuao,num estado de equilbrio transacional ou dinmico. Ouseja, a adio de energia, e a perda de energia oprprio sistema, encontram-se sempre em delicadobalano.
7/31/2019 Dinamica agua
85/162
O manejo ecossistmico da bacia hidrogrfica, destaforma, deve levar em conta este estado transacionale esta contnua interdependncia entre todos os
fatores da bacia, a fim de que os impactos (reaes)decorrentes das atividades antrpicas sejam sempreminimizados.
7/31/2019 Dinamica agua
86/162
GERAO DE VAZO EM MICROBACIASFLORESTAIS
1. INTRODUO
Milmetros de altura de gua (mm): ganho ou perda degua de uma bacia, ou de uma rea qualquer, expresso
em termos de altura uniformemente distribuda sobre area. Unidade j familiar no caso da medio da chuva. uma unidade linear. S pode ser transformada em volumequando a rea for especificada, de acordo com a seguinte
relao fundamental:
1 mm = 1 litro/m
7/31/2019 Dinamica agua
87/162
Descarga ou vazo: o deflvio na unidade de tempo.
Unidade: m/s, litros/segundo.
- descarga diria: mdia das descargas ocorridas duranteo dia;
- descarga mdia anual: mdia aritmtica das descargasocorridas em cada dia do ano;- descarga unitria, vazo unitria, escoamento unitrio: o quociente descarga/rea da bacia hidrogrfica em km.Modo de expressar vazes de sorte que elas possam ser
comparadas, pois independem da rea da baciacontribuinte.
7/31/2019 Dinamica agua
88/162
Cota (nvel): altura da lmina dgua referida a umplano pr-estabelecido.
Curva-chave, curva de descarga: relao entre cota
e descarga.
Estao fluviomtrica: instalao onde se mede osvrios parmetros de um curso dgua (cota,descarga , velocidade, etc.).
7/31/2019 Dinamica agua
89/162
2. CONCEITUAO
A expresso "produo de gua" ou rendimento hdricorefere-se descarga total da bacia durante umdeterminado perodo. Em termos da equaosimplificada do balano hdrico de uma bacia,representa, portanto, a frao da precipitao que no perdida por evapotranspirao. Ou seja:
Q = P - ET
A vazo reflete a integrao de todos os fatores hidrolgicos
7/31/2019 Dinamica agua
90/162
A vazo reflete a integrao de todos os fatores hidrolgicosem uma bacia hidrogrfica, incluindo caractersticastopogrficas, clima, solo, geologia e uso do solo.
Uma representao esquemtica deste conceito dinmicoda gerao de vazo em uma microbacia pode ser vista naFigura a seguir:
7/31/2019 Dinamica agua
91/162
7/31/2019 Dinamica agua
92/162
Os componentes da vazo incluem os seguintesprocessos hidrolgicos:
a) Precipitao nos canais (Pc): constitui aprimeira frao da chuva a deixar a bacia,
compreendendo as gotas que caem diretamente nasuperfcie lquida dos cursos dgua.Proporcionalmente, trata-se de um componente quecontribui muito pouco para a descarga da microbacia,
pois a proporo de rea lquida em relao superfcie total da bacia pequena.
b) E t S fi i l (R ) tit i f d
7/31/2019 Dinamica agua
93/162
b) Escoamento Superficial (Rs): constitui a frao dachuva que no se infiltra no solo, escoandolaminarmente pelas pores mais impermeveis doterreno at o canal mais prximo.
c) Escoamento Sub-superficial (Rss): tambmchamado interfluxo, constitui a frao da chuva que,
aps infiltrao no solo, escoa lateralmente atravs doshorizontes
O escoamento direto (Qd) de uma chuva, portanto, formado normalmente por:
Qd = Pc + Rs + Rss
7/31/2019 Dinamica agua
94/162
d) Escoamento base (Qb): constitui o escoamento dazona de saturao (gua subterrnea). Aps umachuva, e depois que todo o escoamento direto j tenhadeixado a bacia, o escoamento base o nicocomponente do deflvio.
Em geral o fluxo base proveniente do aqufero, masem microbacias de regies montanhosas o Qb pode ser
originado do movimento lento da zona de aerao, isto, pela movimentao da gua do solo.
7/31/2019 Dinamica agua
95/162
Distribuio percentual aproximada dos processos do balano hdrico etempo de residncia dos componentes da vazo em microbacias revestidascom cobertura florestal natural em condies de clima temperado
(HEWLETT, 1982).
7/31/2019 Dinamica agua
96/162
FATORES QUE AFETAM A VAZO
A vazo de uma bacia hidrogrfica, conforme jesclarecido, pode ser considerado como o produtoresidual do ciclo hidrolgico, o qual influenciado portrs grandes grupos de fatores: clima, fisiografia e usodo solo.
Clima: os fatores climticos so importantes nadeterminao do deflvio pois influenciam tanto a
precipitao quanto a evapotranspirao (Q = P - ET).
Fisiografia: as caractersticas fsicas da bacia
7/31/2019 Dinamica agua
97/162
Fisiografia: as caractersticas fsicas da baciahidrogrfica influenciam a formao da vazo de vriasmaneiras.
A declividade, por exemplo, influencia os processos deinfiltrao, escoamento superficial, fluxo de gua no soloetc.
A altitude, por sua vez, outra caracterstica importante aconsiderar. Em geral, em maiores altitudes a precipitaomdia anual maior, assim como so menores atemperatura e a evapotranspirao.
Outras caractersticas fisiogrficas incluem: rea, forma,orientao, densidade de drenagem, geologia, solos ecaractersticas geomtricas da bacia hidrogrfica.
Uso do solo: a cobertura vegetal, pela sua influnciab hid l i t i i t t
7/31/2019 Dinamica agua
98/162
sobre processos hidrolgicos tais como interceptao,transpirao, infiltrao, percolao etc., constitui-se num dosfatores mais importantes que afetam a produo de gua emmicrobacias.
Outro fator de uso do solo diz respeito, por exemplo, ao graude urbanizao da bacia, o qual resulta, em geral, em
aumento da impermeabilizao da superfcie, aumentando oescoamento superficial, o pico de cheia, a sedimentao doscursos dgua, a poluio da gua etc.
Estes trs grupos de fatores, em conjunto, operam no sentido
de fazer com que o comportamento hidrolgico de baciaspequenas (microbacias) seja diferente do de bacias maiores,conforme j discutido.
Medio de Vazao
7/31/2019 Dinamica agua
99/162
Medio Volumtrica
Conceito de que vazo = V/ t
Marca-se o tempo para preencher um volume
conhecido
Aplicvel para pequenas vazes
Aplicvel onde a gua pode ser recolhida
Medio de Vazao
Medindo o escoamento
7/31/2019 Dinamica agua
100/162
Vazo = velocidade x rea
Medindo o escoamento
Perfis de velocidade em rios
7/31/2019 Dinamica agua
101/162
Perfis de velocidade em rios
Perfis de velocidade de escoamento
Medio de Vazo - Expedita
7/31/2019 Dinamica agua
102/162
Utilizando um flutuador:
Escolher um trecho retilneo do rio que tenha seo constante;
Marcar uma distncia de no mnimo 10m;
Medir a rea da seo do rio;
Lanar o flutuador e contar o tempo para percorrer a distncia demarcada.
Calcular a vazo com a frmula.
Medio de Velocidade da gua - Molinete
7/31/2019 Dinamica agua
103/162
Caractersticas:
Velocidade pontual Calibrao para obter relao: (n de revolues/min) e (velocidade m/s)
Pode ser utilizado abordo de barcos ou de telefricos sobre a seo do rio
A velocidade conhecida contando o numero de revolues realizadas em um intervalo de
tempo (> 30s em geral)
Canal de Velocidade - IPHUFRS
Medio de Vazo - Molinete
7/31/2019 Dinamica agua
104/162
hi hi+1
b
A parcial = b (hi+hi+1)/2
A total = A parciais
Clculo da rea da seo:
Clculo da velocidade mdia de cada vertical:
Em cada vertical medida uma ou mais velocidades em profundidades diferentes e se calcula
a velocidade mdia de cada vertical (Vi).
Assim obtm-se a velocidade mdia para cada Ai
A vazo ser o somatrio das Vi multiplicadas pelas Ai
Molinete
7/31/2019 Dinamica agua
105/162
Molinete
Molinetes
7/31/2019 Dinamica agua
106/162
o e es
Molinetes
7/31/2019 Dinamica agua
107/162
Medio com Molinete
7/31/2019 Dinamica agua
108/162
Medio Vau- Para pequenas profundidades ( ~ 1.20 m)
- Para pequenas vazes- molinete preso uma haste
Medio com Molinete
M li t
7/31/2019 Dinamica agua
109/162
Molinete preso haste
( medio a vau)
Molinete preso haste(medio a vau)
7/31/2019 Dinamica agua
110/162
(medio a vau)
Pequenos rios
7/31/2019 Dinamica agua
111/162
Vazo x velocidade
q
Pequenos rios
7/31/2019 Dinamica agua
112/162
Vazo x velocidade
Pequenos rios
Rios maiores
7/31/2019 Dinamica agua
113/162
Medio embarcadaMedio a partir de cabosMedio a partir de pontes
Medindo o escoamento
7/31/2019 Dinamica agua
114/162
Medindo velocidade
7/31/2019 Dinamica agua
115/162
Medio com Molinete
7/31/2019 Dinamica agua
116/162
Medio sobre Pontes
- Problemas da influncias da estrutura- Localizao da ponte em boa seo para medio
Medio com Molinete
Medio com Molinetesobre Ponte
7/31/2019 Dinamica agua
117/162
sobre Ponte
Medio com Molinete
7/31/2019 Dinamica agua
118/162
Medio com Barco Fixo
a mais freqente
Barco fixado a um cabo de ao
Cabo preso nas margens
Posies das verticais medidas no cabo
Medio a vau (a) e sobreBarco Fixo (b) e (c)
7/31/2019 Dinamica agua
119/162
Barco Fixo (b) e (c)
Guincho e Molinetes
7/31/2019 Dinamica agua
120/162
Medindo o escoamento- A curva chave -
7/31/2019 Dinamica agua
121/162
Vazo x nvel da gua
A curva chave
A curva-chave
7/31/2019 Dinamica agua
122/162
A curva chave
Medindo o escoamento
7/31/2019 Dinamica agua
123/162
Muitas medies de vazo
Medindo o escoamento
7/31/2019 Dinamica agua
124/162
A curva chave
Medindo o escoamento
7/31/2019 Dinamica agua
125/162
Observao contnua
Duas vezes por dia (7:00 e 17:00horas) verifica o nvel na rgua.
No escritrio converte em vazousando a curva chave.
Lance de rguas noRio Inhandava
7/31/2019 Dinamica agua
126/162
Rio Inhandava
Posto 74320000- Rio Sargento -
7/31/2019 Dinamica agua
127/162
Rio Sargento
Posto Porto Sucuri- Rio Paraguai -
7/31/2019 Dinamica agua
128/162
g
Posto Porto da Manga- Rio Paraguai -
7/31/2019 Dinamica agua
129/162
g
Posto Fluviomtrico
7/31/2019 Dinamica agua
130/162
Escalas Limnimtricas
7/31/2019 Dinamica agua
131/162
Posto Fluviogrfico
7/31/2019 Dinamica agua
132/162
Limngrafosde Bia
7/31/2019 Dinamica agua
133/162
de Bia
Limngrafos
7/31/2019 Dinamica agua
134/162
de Bia
Limngrafos
7/31/2019 Dinamica agua
135/162
de Bia
Limngrafo
7/31/2019 Dinamica agua
136/162
com
TubuloInstaladona Margem
do CursoDgua
Limngrafo
7/31/2019 Dinamica agua
137/162
com
TubuloInstaladono Curso
Dgua
Limngrafo
7/31/2019 Dinamica agua
138/162
com
TubuloInstaladono Curso
Dgua
Limngrafo com registroem papel
7/31/2019 Dinamica agua
139/162
Limngrafos com Data Logger
7/31/2019 Dinamica agua
140/162
Posto de Medio de Vazo
7/31/2019 Dinamica agua
141/162
Requisitos para uma Boa Seo Lugar de fcil acesso
Forma regular da seo Trecho retilneo
Margem e leito no erodveis
Velocidade entre 0.2 e 2 m/s Controle por regime uniforme ou crtico
Curva-Chave
7/31/2019 Dinamica agua
142/162
Relao biunvoca entre vazo e nvel
dgua requer:
Regime permanente e uniforme
ou
Regime Crtico
Seo Transversal
7/31/2019 Dinamica agua
143/162
Seo Transversal
7/31/2019 Dinamica agua
144/162
Seo Transversal
7/31/2019 Dinamica agua
145/162
rea molhada
Seo Transversal
7/31/2019 Dinamica agua
146/162
Permetro molhado
Seo Transversal
7/31/2019 Dinamica agua
147/162
Raio Hidrulico = rea/Permetro
Calhas e Vertedores
7/31/2019 Dinamica agua
148/162
7/31/2019 Dinamica agua
149/162
7/31/2019 Dinamica agua
150/162
Um vertedor triangular de soleira delgada com ngulo de 90, por exemplo,tem uma relao entre cota e vazo dada por:
Q = 1,42 h2,5onde Q a vazo em m3.s-1 e h a carga hidrulica emmetros sobre o vertedor que a distncia do vrtice ao nvel da gua
7/31/2019 Dinamica agua
151/162
Calha Parshall x Vertedores
7/31/2019 Dinamica agua
152/162
Calha Parshall mais cara e complexa, mas
permite medir uma ampla faixa de vazes.
Vertedores criam obstculos ao fluxo de
sedimentos, peixes, etc
Calha Parshall
7/31/2019 Dinamica agua
153/162
W (largura da garganta)Pol. 1" 2" 3" 6" 9" 12" 18"
Vazo Mxima m/h 20,41 51,00 193,68 397,44 907,30 1.641,24 2.507,76
Vazo Mxima. l/s 5,67 14,17 53,80 110,40 252,02 455,90 696,6
Vazo Mnima m/h 0,40 1,00 2,88 5,04 9,00 11,16 15,12
Vazo Mnima l/s 0,11 0,28 0,80 1,40 2,55 3,10 4,2
vendidas comercialmente: tabela de tamanhos
Medio de Vazo Calhas e Vertedores
Vazo funo da lmina de gua.
7/31/2019 Dinamica agua
154/162
g
Medindo o escoamento- A curva chave -
7/31/2019 Dinamica agua
155/162
Quantas verticais?Quantos pontos de medio por vertical?
7/31/2019 Dinamica agua
156/162
Perfil de velocidade
7/31/2019 Dinamica agua
157/162
P
2 - medindo a 20 % da profundidade total (0,2 x P)
Perfil de velocidade
7/31/2019 Dinamica agua
158/162
P
3 - medindo a 40 % da profundidade total (0,4 x P)
Perfil de velocidade
7/31/2019 Dinamica agua
159/162
P
4 - medindo a 60 % da profundidade total (0,6 x P)
7/31/2019 Dinamica agua
160/162
Perfil de velocidade
7/31/2019 Dinamica agua
161/162
mdia
Usar apenas 1 ponto pode significar superestimativa ouSubestimativa.
Quantos Pontos por Vertical?
7/31/2019 Dinamica agua
162/162
Mtodo detalhado Muitos pontos em cada vertical
Mtodo simplificado
Apenas dois pontos em cada vertical