Hidrologia Física Bacia Hidrográfica

1. Hidrologia FísicaBacia Hidrográfica Prof. Benedito C. Silva IRN / UNIFEI

2. Bacia Hidrográfica • Umaregiãoemque a chuvaocorridaemqualquerpontodrenapara a mesmaseção transversal do curso-d’água • Área de captação natural das precipitações, quefazconvergirosescoamentospara um únicoponto de saída: o exutório • Para definirumabacia: • Cursod’água • Seção transversal de referência (exutório) • Informações de topografia

3. Definição de bacia • Diferenciar áreas que contribuem para um ponto

4. Fontes de dados de topografia

5. Seção de referência, ou exutório

10. Divisor nãocortadrenagem exceto no exutório. Divisor passapelaregiãomais elevadadabacia, masnão necessariamentepelospontos mais altos.

13. Bacias hidrográficas são compostas por sub-bacias hidrograficas. Cada sub-bacia é uma bacia hidrográfica que pode ser subdividida em sub-bacias, etc. • A bacia do rib. José Pereira é uma sub-bacia do rio Sapucaí, que por sua vez é uma sub-bacia do rio Grande, que ...

14. Sub - bacia

15. 1 Sub1 Sub2 represa Sub3 saída Discretização em Sub-bacias vários níveis de subdivisão da bacia 3 2 4 Sub4 saída

16. Divisor de águas

17. Características da bacia hidrográfica • Área de drenagem • Comprimento • Declividade • Curva hipsométrica • Forma • Cobertura vegetal e uso do solo • ……

18. Área da bacia hidrográfica • Característicamaisimportantedabacia • Reflete o volume total de águaquepode ser geradopotencialmentenabacia

19. Área da Bacia Hidrográfica • Uma vez definidos os contornos (divisor), a área pode ser calculada por uma integral numérica (SIG) ou por métodos manuais (planímetro, contagem, pesagem).

20. Comprimento • Comprimento da bacia • Comprimento do rio principal

21. Comprimento • Os comprimentos da bacia e do rio principal são importantes para a estimativa do tempo que a água leva para percorrer a bacia.

22. Ordenamento dos canais • Trata-se de uma hierarquização dos canais fluviais • Cada linha de drenagem pode ser categorizada de acordo com sua posição (ordem ou magnitude) dentro da bacia • A ordenação pode ser utilizada para descrever a linha de drenagem e dividir a rede de drenagem em partes que podem ser quantificadas e comparadas

23. Ordenamento dos canais • como fazer a ordenação? • linhas de drenagem que não possuem nenhum tributário são designadas como linhas de 1ª ordem • A ordem ou magnitude das demais linhas de drenagem depende do método utilizado  Horton, Strahler e Shreve • Strahler linhas de 2ª ordem são formadas pela junção de 2 linhas de 1ª ordem, as linhas de 3ª ordem são formadas pela junção de 2 linhas de 2ª ordem e assim sucessivamente  as linhas de 3ª ordem, por exemplo, podem também receber um canal de 1ª ordem

24. Ordenamento dos canais Strahler (1945) http://www.dpi.inpe.br/cursos/tutoriais/modelagem/cap2_modelos_hidrologicos.pdf

25. Ordenamento dos canais • Shreve magnitudes somadas todas as vezes que há a junção de duas linhas de drenagem  exemplo  quando 2 linhas de 2ª ordem se unem, o trecho a jusante recebe a designação de 4ª ordem • Algumas ordens podem não existir. • Horton canais de 2ª ordem têm apenas afluentes de 1ª ordem. Canais de 3ª ordem têm afluência de canais de 2ª ordem, podendo também receber diretamente canais de 1ª ordem  canais de ordem u pode ter tributários de ordem u-1 até 1. • Isto implica atribuir a maior ordem ao rio principal, valendo esta designação em todo o seu comprimento, do exutório à nascente

26. Ordenamento dos canais Shreve http://www.dpi.inpe.br/cursos/tutoriais/modelagem/cap2_modelos_hidrologicos.pdf

27. Ordenamento dos canais Horton • como decidir qual é o rio principal numa confluência? 1 2 4 3 2 2 4 3 2 1 Partindo da jusante da confluência, estender a linha do curso d’água para montante, para além da bifurcação, seguindo a mesma direção. O canal confluente que apresentar maior ângulo é o de ordem menor 4 3 2 1 1 1 3 2 3 2 2 1 2 2 2 1 2 4 2 3 2 3 1 1 4 1 1 2 4 Ambos com mesmo ângulo  rio de menor extensão é o de ordem mais baixa 2 4

28. Ordenamento dos canais Horton 1 2 4 2 4 1 2 1 4 1 1 3 2 3 2 2 1 2 2 2 1 4 2 3 3 1 1 4 1 1 2 4 2 4

29. Declividade • Diferença de altitude entre o início e o fim da drenagem dividida pelo comprimento da drenagem. • Tem relação com a velocidade com a qual ocorre o escoamento.

30. Ponto mais baixo: 20 m Ponto mais alto: 300 m Comprimento drenagem = 7 km Declividade = 0,04 m/m ou 40 m por km

31. Declividade no rio • Comprimento do rio principal (L): para cada bacia existe um rio principal. Define-se o rio principal de uma bacia hidrográfica como aquele que drena a maior área no interior da bacia. A medição do comprimento do rio pode ser realizada por curvímetro ou por geoprocessamento; • Declividade média do rio (Sm) : • Declividade equivalentedo rio (Se) :

32. Perfil típico: Altitude do leito baixo alto médio Distância ao longo do rio principal Perfil longitudinal Valores típicos: Baixa declividade: alguns cm por km Alta declividade: alguns m por km

33. Curva hipsométrica • Descrição da relação entre área de contribuição e altitude. Altitude (m) 890 350 Fração da área 0 0,25 0,5 0,75 1,0

34. Curva Hipsométrica

35. Curva Hipsométrica

36. Índice de conformação ou fator de forma I = A / L2 L I alto: cheias mais rápidas I baixo: cheias mais lentas

37. Índice de compacidade Relação entre o perímetro da bacia e o perímetro que a bacia teria se fosse circular K = 0,28 P / A0.5 mede mais ou menos a mesma coisa que o fator de forma

38. Exemplos Alongadas São Francisco Outras: Tietê, Paranapanema, Tocantins

39. Circular Exemplos Rio Itajaí SC

40. Tempo de escoamento Tempo de viagem = 2 min Tempo de viagem = 15 min

41. Chuva de curta duração tempo 15 minutos P Q

42. Tempo de concentração • Tempo necessário para que a água precipitada no ponto mais distante da bacia escoe até o ponto de controle, exutório ou local de medição. • Relação com: • Comprimento da bacia (área da bacia) • Forma da bacia • Declividade da bacia • Alterações antrópicas • Vazão (para simplificar não se considera) • Como estimar? • Relação com comprimento do rio • Relação com a declividade

43. Tempo de concentração • Fórmulas empíricas para tempo de concentração • Kirpich tc em minutos L em km h em m • Ventura  para regiões planas A em km2 • Ventura  para regiões em declives A em km2 I em m/km • Passini para regiões planas

44. Cobertura vegetal • Florestas: maior interceptação; maior profundidade de raízes. • Maior interceptação = escoamento demora mais a ocorrer • Maior profundidade de raízes = água consumida pela evapotranspiração pode ser retirada de maiores profundidades do solo

45. Uso do solo • Substituição de floresta por pastagem/lavoura • Urbanização: telhados, ruas, passeios, estacionamentos e até pátios de casas • Modificação dos caminhos da água • Aumento da velocidade do escoamento (leito natural rugoso x leito artificial com revestimento liso) • Encurtamento das distâncias até a rede de drenagem (exemplo: telhado com calha)

46. Uso do solo • Agricultura = compactação do solo • Redução da quantidade de matéria orgânica no solo • Porosidade diminui • Capacidade de infiltração diminui • Raízes mais superficiais: Consumo de água das plantas diminui

47. Tipos de solos • Solos arenosos = menos escoamento superficial • Solos argilosos = mais escoamento superficial • Solos rasos = mais escoamento superficial • Solos profundos = menos escoamento superficial

48. Geologia • Rochas do sub-solo afetam o comportamento da bacia hidrográfica • Rochas porosas tem a propriedade de armazenar grandes quantidades de água (rochas sedimentares – arenito) • Rochas magmáticas tem pouca porosidade e armazenam pouca água, exceto quando são muito fraturadas. • Bacias com depósitos calcáreos tem grandes cavidades no sub-solo onde a água é armazenada.

49. Partes da Bacia • Vertentes • Escoamento superficial difuso • Não há canais definidos • Escoamento sub-superficial e subterrâneo • Rede de drenagem • Escoamento superficial • Canais bem definidos

50. Rede de drenagem • Densidade da rede de drenagem • Controlada pela Geologia e pelo Clima • Forma da rede de drenagem • Controlada pela geologia