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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
REGIONAL CATALÃO
ENGENHARIA CIVIL - HIDROLOGIA
HIDROLOGIA
Prof. Antover Panazzolo Sarmento
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
REGIONAL CATALÃO
ENGENHARIA CIVIL - HIDROLOGIA
INTERCEPTAÇÃO
Conceitos: Interceptação
• Retenção de parte da precipitação acima dasuperfície do solo;
• Devido a vegetação ou outra forma de obstruçãoao escoamento, como depressões do solo;
• Retorna para a atmosfera por evaporação.
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Conceitos: Interceptação
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Conceitos: Interceptação
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Interceptação: conceitos
• interfere no balanço hídrico da bacia hidrográfica: funciona comoum reservatório que armazena uma parcela da precipitação paraconsumo;
• Tende a reduzir a vazão média e a variação da vazão ao longo doano, retardando e reduzindo o pico das cheias.
Q (vazão) = P (precipitação) – ET (evapotranspiração)
• Para a mesma precipitação a vazão altera em função daevapotranspiração.– A vegetação aumenta a ET devido a Interceptação. Quando é retirada,
a vazão aumenta.
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INTERCEPTAÇÃO
• Inicia a chuva;
• a água molha a superfície das folhas e armazena devido às concavidades e a tensão superficial, retendo certa lâmina precipitada;
• Se continuar (a chuva) a capacidade de interceptação é ultrapassada;
• Toda a água que chega às folhas e caules escoa;
• Evaporação (simultânea à interceptação) à partir das folhas úmidas;
• O vento acelera o processo de evaporação, aumentando as perdas por interceptação. Se for muito intenso (o vento), pode provocar reprecipitação
• A precipitação atinge o solo: – (a) atravessando a vegetação (em média 85% da precipitação inicidente);
– (b) através dos troncos (1 a 15% precipitação).
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Interceptação Vegetal: função de
Condições Climáticas Período do ano
Características da precipitaçãoVegetação
Tipo Densidade Intensidade Volume precipitado Chuva antecedente
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Interceptação
A interceptação depende de modo geral:
❖ Intensidade da chuva → Maior intensidade, menorinterceptação.
❖ Área vegetada ou urbanizada (Av) → Maior a área Av , maior ovolume da interceptação.
❖ Característica da vegetação → Maior o tamanho das folhas,maior a capacidade de armazenamento
O volume interceptado retorna para a atmosfera porevaporação, após a ocorrência da chuva.
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Interceptação Vegetal
- caracteriza a quantidade de gotas que cada folha pode reter;
- a densidade de folhas pode indicar o volume retido numa superfície de bacia;
11
Tipo e densidade de vegetação
- as folhas geralmente interceptam a maior parte da precipitação, mas a
disposição dos troncos contribui significativamente
Interceptação Vegetal
Espécie e espaçamento
12
Tipo e densidade de vegetação
Interceptação Vegetal
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Tipo e densidade de vegetação
Interceptação Vegetal
-sazonalidade
-a época do ano pode
caracterizar alguns tipos de
cultivos que apresentam as
diferentes fases de crescimento
e colheita
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Tipo e densidade de vegetação
Interceptação Vegetal
• intensidade, volume precipitado e chuva antecedente
Pequenos volumes (0,3 mm) ➔ todo o volume é retido
Precipitações superiores a 1 mm: de 10 a 40% pode ficar retido
• intensidade interceptação (para um mesmo volume precipitado)
• Precipitações precedidas por 24h de período seco produzem curva de precipitação-interceptação diferente de ocorrências precedidas por condições úmidas
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Características da Precipitação
Interceptação Vegetal
• as perdas por interceptação vegetal podem chegar até a 25% da precipitação anual
• Em regiões úmidas e com florestas (Panual~2000mm), a interceptação anual pode chegar a 250mm
• As depressões do solo ou a baixa capacidade de drenagem podem provocar o armazenamento de grandes volumes de água a Q da bacia.
• No rio Paraguai observa-se em alguns trechos que a Q média diminui para jusante devido ao aumento das áreas de inundação que represam parte do volume a montante.
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Características da Precipitação
Relação Interceptação x total interceptado
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Quantificação: Equação de continuidade do sistema de interceptação
Pi=P-T-C
P
C
T
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Quantificação: Medição das variáveis
• Precipitação: postos em clareiras, topo das árvores
Há alta correlação entre a precipitação das clareiras e a do topo das árvores
• Precipitação que atravessa as árvores
é necessário utilizar cerca de 10 vezes mais equipamentos para a medição da precipitação que atravessa a vegetação do que para a precipitação total
• Escoamento pelos troncos: apresenta uma parcela pequena do total precipitado (de 1 a 15%) ➔ em muitos casos está dentro da faixa de erros de amostragem das outras variáveis.
• A medição só é viável para vegetação com tronco de magnitude razoável
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Cobertura Capacidade máxima (mm)
Campo, prado 2,50
Floresta ou mato 3,75
Floresta ou mato denso 5,00
Crawford e Linsley (1966) utilizaram este critério no modelo Stanford
IV e sugeriram os valores da tabela a seguir para a capacidade
máxima do reservatório de interceptação em função da cobertura
vegetal
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Armazenamento nas depressões
• Linsley et al. (1949) utilizou a seguinte expressão empírica para retratar o volume retido pelas depressões do solo após o início da precipitação
• Vd=Sd (1-e-k.Pe)
• Onde: • Vd=volume retido• Sd=capacidade máxima• Pe=precipitação efetiva• K=coeficiente equivalente a 1/Sd
• admite-se que no início da precipitação as depressões estão vazias e para gerar escoamento superficial é necessário que as depressões estejam preenchidas.
• São aproximações do comportamento real já que o escoamento superficial ocorre sem que as depressões sejam todas preenchidas
• Hickis (1944) indicou valores de 0,10 polegadas para solos argilosos e 0,20 polegadas para solos arenosos.
• Viessman (1967)apresentou uma relação entre capacidade das depressões e declividade do solo obtida com base em quatro pequenas bacias impermeáveis, indicando uma grande correlação entre as variáveis
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Armazenamento em escoamento superficial de pequenas bacias
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Impactos Antrópicos que afetam a interceptação
Classificação Tipo
Mudança da superfície 1. desmatamento2. reflorestamento3. impermeabilização
O uso da superfície 1. Urbanização2. reflorestamento para exploração sistemática3. desmatamento : extração de madeira, cultura de
subsistência; culturas anuais; culturas permanentes
Método de alteração 1. queimada2. manual3. equipamentos
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Alterações da precipitação com o desmatamento
• flutuações da temperatura
• tensão de vapor das superfícies das áreas desmatadas;
• volume evaporado
• do escoamento
• umidade das camadas profundas do solo;
O efeito do desmatamento pode variar com a escala e com ascondições de funcionamento da atmosfera
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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
REGIONAL CATALÃO
ENGENHARIA CIVIL - HIDROLOGIA
INFILTRAÇÃO
• Passagem da água através da superfície do solo.
• Importante para:
– crescimento da vegetação
– abastecimento dos aquíferos
(mantém vazão dos rios durante as estiagens)
– reduzir escoamento superficial, cheias, erosão
Infiltração
26
• Processos difíceis de quantificar;
• Física não muito complicada, mas fortemente
dependente da variabilidade espacial das
propriedades do solo;
• Estimativas por equações empíricas ajustadas para
reproduzir dados medidos no campo.
Infiltração
27
É um fenômeno que depende:
– Da água disponível para infiltrar
– Da natureza do solo
– Do estado da superfície
– Das quantidades de água e ar,
inicialmente presentes no solo
Infiltração
28
• O processo de infiltração define a entrada de água no
solo;
• Já o movimento da água dentro do perfil é comumente
referido como percolação.
Infiltração
29
• Enquanto há aporte de água, o perfil de umidade tendeà saturação em toda a profundidade, sendo a superfície,naturalmente, o primeiro nível a saturar.
• Quando o aporte de água à superfície cessa(precipitação para), isto é, deixa de haver infiltração, aumidade no interior do solo se redistribui, evoluindo paraum perfil de umidade inverso, com menores teores deumidade próximo à superfície e maiores nas camadasmais profundas.
Infiltração
30
• A infiltração da água no solo pode ser considerada como
sendo a sequência das três seguintes fases:
❖A entrada da água pela superfície;
❖A percolação da água através do perfil
do solo;
❖A relação da capacidade de
armazenamento da água no solo.
Infiltração
31
Capacidade de infiltração (ou taxa de infiltração)
• Capacidade de infiltração é a quantidade
máxima de água que um solo em determinadas
condições pode absorver. Ela varia no decorrer
da chuva.
• Se uma precipitação atinge o solo com a uma
intensidade menor que a capacidade de
infiltração toda a água penetra no solo,
provocando uma progressiva diminuição da
própria capacidade de infiltração, já que o solo
está se umedecendo.
32
Capacidade de infiltração e taxa de infiltração
Vol.
Infiltrado
Prec.
Esc. Superficial
33
tp = tempo de
encharcamento
Capacidade
de Infiltração
TEMPO
TA
XA
E C
AP
AC
IDA
DE
DE
IN
FIL
TR
AÇ
ÃO
Quando cessa a infiltração, parte da água no interior dosolo propaga-se para camadas mais profundas no solo eparte é transferida para a atmosfera por evaporaçãodireta ou por transpiração dos vegetais. Esse processofaz com que o solo vá recuperando sua capacidade deinfiltração, tendendo a um limite superior à medida queas camadas superiores do solo vão se tornando maissecas.
Infiltração
34
Fatores que influenciam na infiltração
Permeabilidade do solo: a presença de argila no
solo diminui sua porosidade, não permitindo uma
grande infiltração.
35
Inclinação do terreno: em declividades
acentuadas a água corre mais rapidamente, diminuindo
o tempo de infiltração.
36
Fatores que influenciam na infiltração
Cobertura vegetal: Um solo coberto por
vegetação é mais permeável do que um solo
desmatado.
37
Fatores que influenciam na infiltração
Tipo de chuva: Chuvas intensas saturam
rapidamente o solo, ao passo que chuvas finas e
demoradas têm mais tempo para se infiltrarem.
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Fatores que influenciam na infiltração
Umidade do Solo: Por exemplo em um solo mais
úmido a infiltração é menor do que um solo mais seco.
Temperatura: Escoamento no solo é laminar em
função da viscosidade da água. Quanto maior a
temperatura maior a infiltração de água no solo
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Fatores que influenciam na infiltração
• O solo é uma mistura de materiais sólidos, líquidos
e gasosos.
• Na mistura também encontram-se muitos
organismos vivos (bactérias, fungos, raízes,
insetos, vermes)
Água no solo
40
Água subterrânea
• Refere-se a água contida na zona de saturação.
• Esta água subsuperficial constitui a maior reserva de
água doce disponivel.
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Diâmetro (mm) Classe
0,0002 a 0,002 Argila
0,002 a 0,02 Silte
0,02 a 0,2 Areia fina
0,2 a 2,0 Areia grossa
Normalmente analisada do ponto de vista do
diâmetro das partículas que compõe o solo:
Parte sólida do solo
42
Textura do solo
43
Vt
Vav =
• Relação entre volume de vazios e volume total dosolo
• Poros são ocupados por ar e água
• Conteúdo de umidade do solo:
- Máximo conteúdo de umidade é igual à porosidade.
- Neste caso o solo está SATURADO de água.
Porosidade e umidade do solo
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• Umidade do solo varia ao longo do tempo.
• Para retirar a umidade do solo:
– Por gravidade
– Por sucção
Umidade do solo
45
• Saturação: condição em que todos os poros estãoocupados por água;
• Capacidade de campo: Conteúdo de umidade no solosujeito à força da gravidade;
• Ponto de murcha permanente: umidade do solo para a qualas plantas não conseguem mais retirar água e morrem
Umidade do solo
46
kPa
• Método gravimétrico:• Coleta a amostra e pesa;
• Seca a amostra e pesa;
• TDR (Time domain reflectometry)
- Existe uma relação entre o conteúdo de umidade e aconstante dielétrica do solo;
- Mede o tempo de transmissão de um pulso eletromagnéticoatravés do solo, entre um par de placas metálicas colocadasno solo;
- Permite medições contínuas e não destrutivas
• Outros (nuclear, sensoriamento remoto…)
Medição da umidade do solo
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Condutividade de água em condição de saturação
• Solo arenoso: 23,5 cm/hora
• Solo siltoso: 1,32 cm/hora
• Solo argiloso: 0,06 cm/hora
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• Inicialmente não saturados
• Preenchimento dos poros garante alta taxa de
infiltração
• A medida que o solo vai sendo umedecido, a
taxa de infiltração diminui
• Equações empíricas
Infiltração de água em solos
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( ) tkefcfofcf −−+=
• f = taxa de infiltração (mm/hora)
• fc = taxa de infiltração em condição de saturação
(mm/hora)
• fo = taxa de infiltração inicial (mm/hora)
• t = tempo (minutos)
• Fc = somatório de fci
Equação de Horton
50
c
co
F
ffk
−=
Infiltração conforme o tipo de solo
51
Anéis concêntricos
Medição da Infiltração
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