HIDROLOGIA

1. HIDROLOGIA Luiz Alberto Arend Filho

2. SÍNTESE DO CURSO • Introdução • Precipitação • Escoamento Superficial • Infiltração • Evaporação e Transpiração • Manipulação de dados e Medições de vazão • Noções de Probabilidade e Estatística • Modelos Hidrológicos

3. Bibliografia utilizada • Hidrologia básica, Nelson L. de Souza Pinto et al. • Notas de aula do professor Paulo Renato • Curso ministrado pelo professor Tucci aos recém contratados pela ANA.

4. Bibliografia Recomendada • Hidrologia básica, Nelson L. de Souza Pinto et al. • Hidrologia Ciência e Aplicação, Carlos E. M. Tucci • Hidrologia Aplicada, Swami Marconde Villela

5. INTRODUÇÃO • Hidrologia • Aplicações da Hidrologia • Ciclo Hidrológico • Bacia Hidrográfica

6. HIDROLOGIA Definição: Hidrologia é a ciência que trata do estudo da água na natureza. É parte da Geografia Física e abrange, em especial, propriedades, fenômenos e distribuição da água na atmosfera, na superfície da Terra e no subsolo.

7. APLICAÇÕES DA HIDROLOGIA

8. Planejamento e gerenciamento da bacia hidrográfica • o desenvolvimento das principais bacias quanto ao planejamento e controle do uso dos recursos naturais requer uma ação pública e privada coordenada;

9. Águas Urbanas • Atualmente cerca de 80% da população do Brasil ocupa o espaço urbano. Enchentes, produção de sedimentos e qualidade da água são problemas sérios encontrados em grande parte das cidades brasileiras;

10. Energia • a produção de energia hidrelétrica representa 92% de toda a energia produzida no país. O potencial hidrelétrico ainda existente é significativo. Esta energia depende da disponibilidade de água, da sua regularização por obras hidráulicas e o impacto das mesmas sobre o meio ambiente;

11. Uso do solo rural • a expansão das fronteiras agrícolas e o intenso uso agrícola têm gerado impacto significativos na produção de sedimentos e nutrientes nas bacias rurais, resultando em perda de solo fértil e assoreamento dos rios;

12. Abastecimento de água • a disponibilidade de água, que apesar de farta em grande parte do país, apresenta limitações nas regiões áridas e semi‑áridas do nordeste brasileiro. A redução da qualidade da água dos rios e as grandes concentrações urbanas têm apresentado limitações quanto à disponibilidade de água para o abastecimento;

13. Irrigação • a produção agrícola nas regiões áridas e semi‑áridas depende essencialmente da disponibilidade de água. No sul, culturas como o arroz utilizam quantidade significativa de água. O aumento da produtividade passa pelo aumento da irrigação em grande parte do país;

14. Navegação • a navegação interior é ainda pequena, mas com grande potencial de transporte, principalmente nos rios Jacuí, Tietê/Paraná, São Francisco e na Amazônia. A navegação pode ter um peso significativo no desenvolvimento nacional. Os principais aspectos hidrológicos são: disponibilidade hídrica para calado, previsão de níveis e planejamento e operação de obras hidráulicas para navegação.

15. Qualidade da água e meio ambiente • o meio ambiente aquático (oceanos, rios, lagos, reservatórios e aqüíferos) sofre com a falta de tratamento dos despejos domésticos e industriais e de cargas de pesticidas de uso agrícola;

16. CICLO HIDROLÓGICO

17. Representação

18. Precipitação Definição Entende-se por precipitação a água proveniente do vapor de água da atmosfera depositada na superfície terrestre de qualquer forma, como chuva, granizo, orvalho, neblina, neve ou geada.

19. Escoamento Superficial Definição: O escoamento superficial é o segmento do ciclo hidrológico que estuda o deslocamento das águas na superfície da Terra. Esse estudo considera o movimento da água partir da menor porção de chuva que, caindo sobre um solo saturado de umidade ou impermeável, escoa pela sua superfície, formando sucessivamente enxurradas ou torrentes, córregos, ribeirões, rios e lagos ou reservatórios de acumulação.

20. Infiltração Definição: Defini-se infiltração ao fenômeno de penetração da água nas camadas do solo próximas a superfície do terreno, movendo-se para baixo, através dos vazios, sob a ação da gravidade, até atingir uma camada suporte, que a retém, formando então a água do solo.

21. Evaporação e transpiração Definições: Evaporação é o conjunto dos fenômenos da natureza física que transformam em vapor a água da superfície do solo, a dos cursos de água, lagos, reservatórios de acumulação e mares. Transpiração é a evaporação devida à ação fisiológica dos vegetais. As plantas, através de suas raízes, retiram do solo a água para as suas atividades vitais. Parte dessa água é cedida a atmosfera, sob a forma de vapor, na superfície das folhas Ao conjunto das duas ações denomina-se evapotranspiração.

22. Métodos de estudo • Em síntese, o estudo da Hidrologia compreende a coleta da dados básicos como, por exemplo, a quantidade de água precipitada ou evaporada e a vazão dos rios; a analise desses dados para o estabelecimento de suas relações mútuas e o entendimento de cada possível fator e, finalmente, a aplicação dos conhecimentos alcançados para a solução de inúmeros problemas práticos.

23. Métodos de estudo (2) • Compreende-se como Hidrologia Paramétrica o desenvolvimento e analise das relações entre os parâmetros físicos em jogo nos acontecimentos hidráulicos e o uso dessas relações para gerar ou sintetizar eventos hidrológicos. Característicos dessa classificação são os processos para obtenção de hidrogramas unitário sintéticos e os métodos de reconstituição de hidrogramas em função de dados climáticos e parâmetros físicos das bacias.

24. Métodos de estudo (3) • Na Hidrologia Estocástica, inclui-se a manipulação das características estatísticas das variáveis hidrológicas para resolver problemas, com base nas propriedades estocásticas daquelas variáveis. São exemplos desse tipo de analise o estudo estatístico de um numero limitado de variáveis com a finalidade de estender e ampliar a amostra disponível ou a consideração das leis estatísticas na previsão do regime dos rios para o futuro.

25. BACIA HIDROGRÁFICA Definição: Bacia hidrográfica ou bacia de contribuição de uma seção de um curso de água é a área geográfica coletora de água de chuva que, escoando pela superfície do solo, atinge a seção considerada.

26. Delimitação da bacia hidrográfica Delimitação gráfica ou através de geoprocessamento

27. Características das declividades da Bacias Hidrográficas

28. Considerações sobre a bacia hidrográfica • Definida por uma seção de rio • Representa toda a área de contribuição superficial que a água escoa por gravidade até a seção do rio; • Delimitação gráfica ou através de geoprocessamento;

29. PRECIPITAÇÃO • Tipos de precipitações • Pluviometria • Processamento de dados pluviométricos • Precipitação média em uma bacia • Freqüência • Chuvas Intensas

30. Tipos de precipitações • Convectiva: o ar úmido aquecido na vizinhança do solo sobe, condensa e precipita. Formações locais com pequena abrangência espacial e alta intensidade. Atinge principalmente pequenas bacias; • Orográficas: ventos quentes e úmidos provenientes do oceano encontram barreiras físicas, sobem condensam e precipitam sobre áreas montanhosas. O vento que ultrapassa a barreira é seco, retirando umidade do ambiente, podendo gerar áreas desérticas;Atua sobre bacias pequenas com intensidade variável. • Frontais: interação de massas de ar quente e frias. O ar quente, mais leve sobe pela penetração do ar frio. Subindo o ar condensa e precipita. Atua sobre grandes bacias com intensidade variável. Processos frontais de grande extensão e duração são os que produzem inundações em grandes bacias.

31. Pluviometria • A medida das precipitações é feita através de aparelhos medidores cilíndricos (com área que pode variar de 100, 200, 400 ou 1000 cm2) colocado de 1 a 1,5 m do solo, livre de obstruções. Valores com precisão de décimo de milímetro obtidos por P = 10 V/A onde V é o volume em cm3 A é a área cm2.

32. Pluviômetro

33. Pluviografo

34. Processamento de dados pluviométricos • Detecção de erros grosseiros • Preenchimento de falhas • Verificação da homogeneidade dos dados

35. Detecção de erros grosseiros • Erros acidentais; • dia 3/Fev; 31/abril • precisão maior que a escala • valores absurdos • vento forte • Erros sistemáticos. • vazamento ou entupimento • equipamento fora das especificações

36. Preenchimento de falhas • P a,b,c - precipitação nas estações a, b e c; • M a,b,c - média nas estações a, b e c • M x - média na estação em questão • P x - precipitação na estação em questão

37. Verificação da homogeneidade dos dados • Constrói-se uma curva dupla acumulativa, na qual são relacionados os totais anuais (mensais) acumulados em determinado posto e a média acumulada dos totais anuais (mensais) de todos os postos da região considerada homogênea sob o ponto de vista meteorológico • Caso seja possível ajustar uma reta entro da tolerância o ponto em questão é homogêneo aos outros pontos da região.

38. Precipitação média em uma bacia • Média aritmética • Método de Thiessen • Método das isoietas

39. Método de Thiessen • Pm é a precipitação média na bacia • Ai é área de influência de cada posto; • Pi é a precipitação de cada posto

40. Método de Thiessen (2) • 1) une-se os postos adjacentes por linhas retas • 2) Traçam-se perpendiculares a essas linhas a partir das distâncias médias entre os postos e obtém-se polígonos limitados pela área da bacia • A área de cada polígono é o peso que se dará à precipitação registrada no aparelho

41. Método das isoietas • Traça as isoietas que são linhas de mesma precipitação com base nos postos existentes; • Calcula a área entre isoietas, onde adota-se que esta é a precipitação da área • Equação igual do método anterior

42. Freqüência dos totais precipitados • Em engenharia nem sempre interessa construir uma obra que seja adequada para escoar qualquer vazão possível de ocorrer. • Pode-se correr um risco. Para isso analisam-se estatisticamente as observações realizadas nos postos hidrométricos, verificando-se com que freqüência elas assumiram dada magnitude.

43. Métodos de calculo da freqüência de totais precipitados • Método da Califórnia • Método de Kimbal M = número de ordem N = Número de observações • Distribuições estatísticas • Período de recorrência (Tr) ou tempo de retorno (Tr) Tr = 1/F , Tr = 1/P

44. Chuvas intensas • A intensidade de uma precipitação varia inversamente com a amplitude do tempo e diretamente com sua raridade. • Tr = tempo de retorno em anos; • t = duração em minutos • a,b,c e d = parâmetros relativos ao regime pluviométrico local

45. Chuvas intensas (2) • Método do professor OTTO PAFAFSTETTER • Pmax = Precipitação máxima, em mm • t = duração da precipitação, em horas • a,b e c = constantes para cada posto • R = fator de ajuste • Tr = tempo de recorrência, em anos • Alfa e beta = valores que dependem da duração da precipitação • Gama = constante, adotada como 0,25 para todos os pontos

46. ESCOAMENTO SUPERFICIAL • Componentes do Escoamento Superficial • Classificação dos cursos de água • Grandezas Características • Fatores intervenientes • Hidrograma

47. ESCOAMENTO SUPERFICIAL • O escoamento superficial tem origem, fundamentalmente, nas precipitações. • Parte da água é interceptada pela vegetação e outros obstáculos, de onde evapora posteriormente. Do volume que atinge a superfície do solo, parte é retida em depressões do terreno, parte se infiltra e o restante escoa pela superfície logo que a intensidade da precipitação supere a capacidade de infiltração no solo e os espaços nas superfícies retentoras tenham sido preenchidos • Formam-se as torrentes, cuja duração esta associada, praticamente, a precipitação; a partir delas, formam-se os cursos de água propriamente ditos, com regime de escoamento dependendo da água superficial e da contribuição do lençol subterrâneo • Chame-se rede de drenagem ao conjunto dos cursos de água desde os pequenos córregos formadores até o rio principal

48. Componentes do escoamento Superficial • A) escoamento superficial • B) escoamento subsuperfficial • C) escoamento subterrâneo • D) precipitação direta sobre a superfície livre

49. Classificação dos cursos de água • A) Perenes: têm água o tempo todo, a cota do lençol de água é sempre superior a cota do talvegue. • B) Intermitentes: em determinadas épocas a cota do lençol de água fica abaixo da cota do talvegue. • C) Efêmeros: só têm água quando chove, dependem do escoamento superficial da bacia.

50. GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS • Vazão • Freqüência • Coeficiente de deflúvio • Tempo de concentração • Nível de água