Baixe apostila - hidrologia cap 3 e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Ambiental, somente na Docsity! ______________________________ __________________________BACIA HIDROGRÁFICA Unidade de Conservação ________________________________________________________________________________________________________________________APOSTILA DE HIDROLOGIA__ 12 3.1. Introdução O Ciclo Hidrológico, como descrito anteriormente, tem um aspecto geral e pode ser visto como um sistema hidrológico fechado, já que a quantidade de água disponível para a terra é finita e indestrutível. Entretanto, os subsistemas abertos são abundantes, e estes são normalmente os tipos analisados pelos hidrologistas. Dentre as regiões de importância prática para os hidrologistas destacam-se as Bacias Hidrográficas (BH) ou Bacias de Drenagem, por causa da simplicidade que oferecem na aplicação do balanço de água, os quais podem ser desenvolvidos para avaliar as componentes do ciclo hidrológico para uma região hidrologicamente determinada, conforme Figura 6. Figura 6 – Foto aérea da bacia hidrográfica – Rua “U” com a Av. Waldomiro Peres Gonçalves / volta Redonda, RJ. – Fonte Google Earth. Bacia Hidrográfica é, portanto, uma área definida topograficamente, drenada por um curso d’água ou por um sistema conectado de cursos d’água, tal que toda a vazão efluente seja descarregada por uma simples saída. CRUCIANI, 1976 define microbacia hidrográfica como sendo a área de formação natural, drenada por um curso d’água e seus afluentes, a montante de uma seção transversal considerada, para onde converge toda a água da área considerada. A área da microbacia depende do objetivo do trabalho que se pretende realizar (não existe consenso sobre qual o tamanho ideal). PEREIRA (1981) sugere: a) para verificação do efeito de diferentes práticas agrícolas nas perdas de solo, água e nutrientes‡ área não deve exceder a 50 ha. Cap. 3 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com ______________________________ __________________________BACIA HIDROGRÁFICA Unidade de Conservação ________________________________________________________________________________________________________________________APOSTILA DE HIDROLOGIA__ 13 b) estudo do balanço hídrico e o efeito do uso do solo na vazão ‡ áreas de até 10.000 ha. c) estudos que requerem apenas a medição de volume e distribuição da vazão ‡ bacias representativas com áreas de 10 a 50 mil ha. A resposta hidrológica de uma bacia hidrográfica é transformar uma entrada de volume concentrada no tempo (precipitação) em uma saída de água (escoamento) de forma mais distribuída no tempo (Figura 7). Figura 7 – Resposta hidrológica de uma bacia hidrográfica. 3.2. Divisores Divisores de água: divisor superficial (topográfico) e o divisor freático (subterrâneo). Conforme a Figura 8, o divisor subterrâneo é mais difícil de ser localizado e varia com o tempo. À medida que o lençol freático (LF) sobe, ele tende ao divisor superficial. O subterrâneo só é utilizado em estudos mais complexos de hidrologia subterrânea e estabelece, portanto, os limites dos reservatórios de água subterrânea de onde é derivado o deflúvio básico da bacia. Na prática, assume-se por facilidade que o superficial também é o subterrâneo. Figura 8 – Vista esquemática dos divisores das bacias hidrográficas. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com ______________________________ __________________________BACIA HIDROGRÁFICA Unidade de Conservação ________________________________________________________________________________________________________________________APOSTILA DE HIDROLOGIA__ 16 a) coeficiente de compacidade (Kc): é a relação entre o perímetro da bacia e o perímetro de um círculo de mesma área que a bacia. A PKc P PKc C BH 28,0 ; == o Kc é sempre um valor > 1 (se fosse 1 a bacia seria um círculo perfeito). Quanto menor o Kc (mais próximo da unidade), mais circular é a bacia, menor o Tc e maior a tendência de haver picos de enchente. b) fator de forma (Kf): é a razão entre a largura média da bacia ( L ) e o comprimento do eixo da bacia ( L ) (da foz ao ponto mais longínquo da área) 2L AKf ; L AL ; L LKf === Quanto menor o Kf, mais comprida é a bacia e portanto, menos sujeita a picos de enchente, pois o Tc é maior e, além disso, fica difícil uma mesma chuva intensa abranger toda a bacia. 3.4.3. Sistema de drenagem O sistema de drenagem de uma bacia é constituído pelo rio principal e seus tributários; o estudo das ramificações e do desenvolvimento do sistema é importante, pois ele indica a maior ou menor velocidade com que a água deixa a bacia hidrográfica. O padrão de drenagem de uma bacia depende da estrutura geológica do local, tipo de solo, topografia e clima. Esse padrão também influencia no comportamento hidrológico da bacia. a) Ordem dos cursos d’água e razão de bifurcação (Rb): De acordo com a figura abaixo, adota-se o seguinte procedimento: 1) os cursos primários recebem o numero 1; 2) a união de 2 de mesma ordem dá origem a um curso de ordem superior; e 3) a união de 2 de ordem diferente faz com que prevaleça a ordem do maior. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com ______________________________ __________________________BACIA HIDROGRÁFICA Unidade de Conservação ________________________________________________________________________________________________________________________APOSTILA DE HIDROLOGIA__ 17 Quanto maior Rb média, maior o grau de ramificação da rede de drenagem de uma bacia e maior a tendência para o pico de cheia. Figura 10 – Ordem dos cursos d’água. b) densidade de drenagem (Dd): é uma boa indicação do grau de desenvolvimento de um sistema de drenagem. Expressa a relação entre o comprimento total dos cursos d’água (sejam eles efêmeros, intermitentes ou perenes) de uma bacia e a sua área total. A L Dd Σ= Para avaliar Dd, deve-se marcar em fotografias aéreas, toda a rede de drenagem, inclusive os cursos efêmeros, e depois medi-los com o curvímetro. Duas técnicas executando uma mesma avaliação podem encontrar valores um pouco diferentes. Bacias com drenagem pobre → Dd < 0,5 km/km2 Bacias com drenagem regular → 0,5 ≤ Dd < 1,5 km/km2 Bacias com drenagem boa → 1,5 ≤ Dd < 2,5 km/km2 Bacias com drenagem muito boa → 2,5 ≤ Dd < 3,5 km/km2 Bacias excepcionalmente bem drenadas → Dd ≥ 3,5 km/km2 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com ______________________________ __________________________BACIA HIDROGRÁFICA Unidade de Conservação ________________________________________________________________________________________________________________________APOSTILA DE HIDROLOGIA__ 18 3.4.4. Características do relevo da bacia O relevo de uma bacia hidrográfica tem grande influência sobre os fatores meteorológicos e hidrológicos, pois a velocidade do escoamento superficial é determinada pela declividade do terreno, enquanto que a temperatura, a precipitação e a evaporação são funções da altitude da bacia. a) declividade da bacia: quanto maior a declividade de um terreno, maior a velocidade de escoamento, menor Tc e maior as perspectivas de picos de enchentes. A magnitude desses picos de enchente e a infiltração da água, trazendo como conseqüência, maior ou menor grau de erosão, dependem da declividade média da bacia (determina a maior ou menor velocidade do escoamento superficial), associada à cobertura vegetal, tipo de solo e tipo de uso da terra. Dentre os métodos utilizados na determinação, o mais completo denomina- se método das quadrículas associadas a um vetor e consiste em traçar quadrículas sobre o mapa da BH, cujo tamanho dependerá da escala do desenho e da precisão desejada; como exemplo, pode-se citar quadrículas de 1km x 1km ou 2km x 2km etc. Uma vez traçadas as quadrículas, é procedida uma amostragem estatística da declividade da área, uma vez que sempre que um lado da quadrícula interceptar uma curva de nível, é traçado perpendicularmente à esta curva, um vetor (segmento de reta) com comprimento equivalente à distância entre duas curvas de nível consecutivas. Portanto, os comprimentos desses vetores serão variáveis, em função da declividade do terreno. Feita a determinação da declividade de cada um dos vetores traçados, os dados são agrupados, conforme dados da tabela seguinte. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com ______________________________ __________________________BACIA HIDROGRÁFICA Unidade de Conservação ________________________________________________________________________________________________________________________APOSTILA DE HIDROLOGIA__ 21 Figura 12 - Curva hipsométrica de uma bacia hidrográfica. c) Perfil longitudinal do curso d água: pelo fato da velocidade de escoamento de um rio depender da declividade dos canais fluviais, conhecer a declividade de um curso d’água constitui um parâmetro de importância no estudo de escoamento (quanto maior a declividade maior será a velocidade). Existem 4 procedimentos para se determinar a declividade média do curso d’água (Figura 13): 1o) Declividade baseada nos extremos (S1): obtida dividindo-se a diferença total de elevação do leito pela extensão horizontal do curso d’água entre esses dois pontos. Este valor superestima a declividade média do curso d’água e, consequentemente, o pico de cheia. Essa superestimativa será tanto maior quanto maior o número de quedas do rio. 2o) Declividade ponderada (S2): um valor mais representativo que o primeiro consiste em traçar no gráfico uma linha, tal que a área, compreendida entre ela e a abcissa, seja igual à compreendida entre a curva do perfil e a abcissa. 3o) Declividade equivalente constante (S3): leva em consideração o tempo de percurso da água ao longo da extensão do perfil longitudinal, considerando se este perfil tivesse uma declividade constante igual à uma declividade equivalente. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com ______________________________ __________________________BACIA HIDROGRÁFICA Unidade de Conservação ________________________________________________________________________________________________________________________APOSTILA DE HIDROLOGIA__ 22 2 i i i 3 ) ) D L( L (S ∑ ∑= , em que Li e Di são a distância em e a declividade em cada trecho i, respectivamente. 4o) Declividade 15 – 85 (S4): obtida de acordo com o método da declividade baseada nos extremos, porém descartando-se 15% dos trechos inicial e final do curso d’água. Isto se deve, pois a maioria dos cursos d’água têm alta declividade próximo da nascente e torna-se praticamente plano próximo de sua barra. O Quadro a seguir apresenta um exemplo de cálculo do perfil longitudinal do curso d’água: 1 2 3 4 5 6 7 8 Cotas (m) Dist. (m) Dist. (L)* (km) Distância Acum. (km) Declividad e Por Segmento (Di) = 20/(2) ( )5 (Si) Lreal ** (Li) (km) Li/Si 660 - 680 7100 7,100 7,100 0,00282 0,0531 7,100028169 113,800 680 - 700 500 0,500 7,600 0,04000 0,2000 0,5003998401 2,500 700 - 720 3375 3,375 10,975 0,00593 0,0720 3,375059259 43,700 720 - 740 5375 5,375 16,350 0,00372 0,0609 5,375037209 88,300 740 - 760 850 0,850 17,200 0,02353 0,1500 0,8502352616 5,500 760 - 780 1330 1,330 18,530 0,01504 0,1220 1,330150367 10,600 780 - 800 350 0,350 18,880 0,05714 0,2390 0,3505709629 1,460 800 - 820 350 0,350 19,230 0,05714 0,2390 0,3505709629 1,460 820 - 840 880 0,880 20,110 0,02273 0,1507 0,8802272434 5,830 840 - 860 950 0,950 21,060 0,02105 0,1450 0,950210503 6,550 860 - 880 400 0,400 21,460 0,05000 0,2236 0,4004996879 1,785 880 - 900 540 0,540 22,000 0,03704 0,1924 0,5403702434 2,810 Total 22000 22,000 22,00336 304,295 * L = distância medida na horizontal; ** Lreal = distância real medida em linha inclinada. m/m01091,0 22000 660 - 900S1 == m/m00606,0 000.22 3,133S2 == PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com ______________________________ __________________________BACIA HIDROGRÁFICA Unidade de Conservação ________________________________________________________________________________________________________________________APOSTILA DE HIDROLOGIA__ 23 m/m00522,0 295,304 000,22S 2 3 =      = m/m00812,0 3300 - 18700 665 - 790S4 == Figura 13 - Perfil longitudinal de um rio e as linhas de declividade do Álveo. O rio Paraíba do Sul tem sua nascente na Serra da Bocaina a 1800m de altitude, e sua foz localiza-se no município de São João da Barra – RJ, onde deságua no Oceano Atlântico. 3.4.5. Características geológicas da bacia Tem relação direta com a infiltração, armazenamento da água no solo e com a suscetibilidade de erosão dos solos. 3.4.6. Características agro-climáticas da bacia São caracterizadas principalmente pelo tipo de precipitação e pela cobertura vegetal. A bacia do rio Paraíba do Sul tem 65% de pastagem, 21% culturas e reflorestamento e 11% de floresta nativa (Mata Atlântica) PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com ______________________________ __________________________BACIA HIDROGRÁFICA Unidade de Conservação ________________________________________________________________________________________________________________________APOSTILA DE HIDROLOGIA__ 26 (5) Com os dados do perfil longitudinal de um curso d’água apresentado abaixo, calcule a sua declividade baseada nos extremos. 1 2 3 4 5 6 8 Cotas (m) Distância (m) Distância (Li) (km) Distância Acumulada (km) Declividade por Segmento (Di) )5( (Si) Li/Si 540 - 560 3500 0,0057 560 - 580 2400 0,0083 580 - 600 860 0,0233 600 - 620 920 0,0217 620 - 640 560 0,0357 640 - 660 400 0,0500 660 - 680 1200 0,0167 680 - 700 1060 0,0189 700 - 720 650 0,0308 720 - 740 300 0,0667 740 - 760 260 0,0769 760 - 780 240 0,0833 TOTAL (6) O que é declividade equivalente constante? Determinar essa declividade para o perfil do curso d’água apresentado a seguir. Cotas (m) Distância (m) Distância (Li) (km) Distância Acumulada (km) Declividade por Segmento (Di) )5( (Si) Li/Si 660 - 680 5800 680 - 700 500 700 - 720 3375 720 - 740 5000 740 - 760 750 760 - 780 1200 780 - 800 350 800 - 820 350 820 - 840 880 840 - 860 950 TOTAL (7) (Questão 18 Prova de Hidrologia Concurso CPRM 2002 - Certo ou Errado) • (item 1) Em um mapa feito na escala 1:25.000, a planimetria acusou o valor de 4.163 cm2 para a área de uma bacia hidrográfica, e foram totalizados os seguintes comprimentos dos cursos d’água na bacia. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com ______________________________ __________________________BACIA HIDROGRÁFICA Unidade de Conservação ________________________________________________________________________________________________________________________APOSTILA DE HIDROLOGIA__ 27 Ordem do Curso D’água Comprimento (cm) 1 904 2 380 3 160 4 82 5 17 Em face desses dados, é correto afirmar que a densidade de drenagem dessa bacia está no intervalo entre 1,4 e 1,6 km/km2. • (item 4) Os cursos d’água intermitentes são aqueles em que ocorre escoamento apenas durante e logo após eventos de precipitação; já os efêmeros são cursos d’água em que há escoamento o ano todo. (8) (Questão 03 Prova de Hidrologia Concurso ANA 2002 - Certo ou Errado). • (item 1) Em uma bacia hidrográfica, todos os pontos de maior altitude no interior da bacia pertencem ao divisor d’água. • (item 5) O tempo de concentração de uma seção de uma bacia hidrográfica corresponde à duração da trajetória da partícula de água que demore mais tempo para atingir a seção. (9) (Questão 19 Prova de Hidrologia Concurso ANA 2002 - Certo ou Errado). • (item 1) O reflorestamento das encostas de uma bacia hidrográfica tende a aumentar o tempo de concentração da bacia. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com