Circulação das águas – Regime hidrológico dos rios afluentes

1. Circulação das águas – Regime hidrológico dos rios afluentes Carlos Ruberto Fragoso Júnior

2. Sumário • Importância do regime hidrológico na circulação dos estuários • Características do regime hidrológico • Fatores que influenciam o regime • Métodos de estimativa do regime

3. Importância do regime hidrológico dos rios afluentes nos estuários • Em geral os rios trazem a maior parte dos nutrientes e sedimentos para o interior dos lagos, por isso, a circulação originada pelas entradas destes afluentes é particularmente importante; • O regime hidrológico de rios podem determinar o tipo de estuário.

4. Cunha salina Parcialmente misturado Bem misturado

5. Série de Vazões

6. Origem do regime hidrológico Geração de escoamento superficial • Escoamento até a rede de drenagem • Escoamento em rios e canais • Escoamento em reservatórios

7. Características do regime • Periodicidade - representa uma forma de variação regular ou oscilatória das vazões,com mudanças diárias, sazonais ou seculares, relacionando-se a vazões que se repetem em intervalos de tempo regulares; • Estacionalidade -a situação na qual não ocorrem modificações nas características estatísticas da série de dados ao longo do tempo; • Frequência - se refere ao número de vezes que se repete uma vazão de determinada magnitude em uma seção do canal durante um determinado intervalo de tempo; • Recorrência - A recorrência é o intervalo médio de tempo que uma vazão de dada magnitude pode ser igualada ou excedida.

8. Métodos para estimativa do regime quantitativo - Escoamento • Com base nos dados observados • Com base na chuva

9. Medindo o escoamento - A curva chave - Com base nos dados observados Vazão x nível da água

10. Com base nos dados observados Medindo o escoamento Muitas medições de vazão

11. Com base nos dados observados Medindo o escoamento A curva chave

12. Com base nos dados observados Medindo o escoamento Duas vezes por dia (7:00 e 17:00 horas) verifica o nível na régua. No escritório converte em vazão usando a curva chave. Observação contínua

13. Com base nos dados observados (sem curva-chave) Vazão A vazão em um canal pode ser calculada pela equação de Manning:

14. Regionalização • Gerar informação de vazão em locais sem dados. Q=?

15. Objetivo da regionalização • Criar funções que relacionam vazão com variáveis mais fáceis de estimar: • Área da bacia • Precipitação média na bacia • Declividade do rio principal • Densidade de drenagem • Fração da área da bacia com litologia A, B ou C. Exemplo:

16. Objetivo da regionalização • Equações de regionalização para: • Vazão média • Vazões mínimas (Q7,10) • Vazões da curva de permanência (Q50; Q90; Q95) • Vazões máximas (QTR=100 anos)

17. Estimativa preliminar: relação de áreas de drenagem Rio C • A forma mais simples de regionalização hidrológica é o estabelecimento de uma relação linear entre vazão e área de drenagem da bacia. Local de interesse Local de medição Rio A Rio B

18. Suponha que é necessário estimar a vazão média em um local sem dados localizado no rio Camaquã, denominado ponto A. • A área de drenagem no ponto A é de 1700 km2. • Dados de um posto fluviométrico localizado no mesmo rio, no ponto B, cuja área de drenagem é de 1000 km2 indicam uma vazão média de 20 m3.s-1. • A vazão média no ponto A pode ser estimada por:

19. Relação de áreas • para vazão média • para vazão máxima média • para vazões da curva de permanência

20. Vazão específica • É útil, quando se usa a relação de áreas, calcular a vazão específica de uma região: ou Unidades:

21. Vazões específicas

22. Limitações • Obviamente, o método baseado na relação de áreas ou na vazão específica tem muitas limitações e não pode ser usado quando a bacia for muito heterogênea quanto às características de relevo, clima, solo e geologia. • Baseado em relação linear com a área da bacia • Usa a área da bacia como a única variável necessária para definir a vazão. • Para estimar vazões máximas em locais sem dados este método tende a superestimar as vazões quando a área de drenagem do ponto sem dados é maior do que a área de drenagem do ponto com dados.

23. E quando há mais de um posto fluviométrico? Rio C Local de interesse Local de medição Rio A Qual deve ser escolhido? Rio B

24. Regionalização de vazões • Vazões médias • Vazões mínimas • Vazões máximas

25. Regionalização das vazões características • Normalmente uma função como a seguinte aproxima bem a relação entre a área da bacia (A) e a vazão de interesse (Q): a e b devem ser obtidos a partir de dados de postos fluviométricos em uma região homogênea

26. Região homogênea • Mesmas características de: • clima; • Litologia; • Solos; • Vegetação; • Declividade • Etc...

27. Método Racional Com base na chuva Método SCS Q = vazão máxima, ou vazão de equilíbrio ou vazão de pico [m3/s] I = intesidade de precipitação [mm/h] A = área da bacia hidrográfica [km2].

28. Método SCS Com base na chuva Método SCS Q = escoamento em mm P = chuva acumulada em mm Ia = Perdas iniciais S = parâmetro de armazenamento quando quando Valores de CN:

29. Modelos hidrólogicos IPH2 (concentrado) IPHS1 (concentrado ou distribuído) SWMM (concentrado ou distribuído) MGB-IPH (distribuído) SWAT (distribuído) Com base na chuva Método SCS

30. Bacia do rio Verde Pequeno – IPH2

31. Rio Taquari - Antas • solos argilosos • derrame basáltico • alta declividade • pouca sazonalidade Quase 27.000 km2 na foz

32. Bacia Taquari - Antas discretizada 269 células 5 blocos Não foram considerados os diferentes tipos de solos

33. Principal posto: Muçum  15.000 km2 Postos fluviométricos

34. Posto Muçum 15.000 km2 Bacia do rio Taquari RS - (30.000 km2)

35. Posto Carreiro 4.000 km2 Bacia do rio Taquari RS - (30.000 km2)

36. Métodos para estimativa do regime qualitativo – Cargas e concentrações • Com base nos dados observados • Com base nas cargas e no escoamento • Com base em modelos de qualidade da água

37. Com base nos dados observados • Amostragem em baixa frequência • Utilização de sondas e monitoramento em alta-frequência

38. Com base nas cargas e escoamento • Cargas pontuais e difusas • Pontuais: Urbanas e Industriais • Difusas: Agropecuária, rurais • Identificação de sedes municipais, industriais(cargas pontuais) • Mapa de uso do solo (cargas difusas) • Tabelas que relacionam uso do solo x cargas

39. Cargas Urbanas • Dados populacionais dos municípios que fazem parte da bacia • Vazão de lançamento igual a 80% da vazão captada • Carga de poluentes per capita: • Carga remanescente: • Avaliar possíveis ETE e, consequentemente, redução de cargas

40. Cargas Industriais • Dados sobre número de indústrias, tipologia da indústria, cargas (consultar federação Estadual das indústrias) • Outorgas de industriais • Cargas:

41. Cargas Pecuárias • Dados pecuários dos municípios que fazem parte da bacia • Carga per capita:

42. Cargas Agrícolas • Vazão Captada: outorgas ou através de balanço hídrico • Carga per capita:

43. Mistura • De forma semelhante, quando são misturados volumes de água com concentrações diferentes, a concentração final equivale a uma média ponderada das concentrações originais, o mesmo ocorrendo no caso de vazões. Assim, se um rio com vazão QR e concentração CR recebe a entrada de um afluente com vazão QA e com concentração CA. Admitindo uma rápida e completa mistura das águas, a concentração final é dada por: QA CA QR CR QF CF

44. Exemplo

45. Parâmetros conservativos • Parâmetros que não reagem, não alteram a sua concentração por processos físicos, químicos e biológicos, exceto a mistura. • Exemplo: sais

46. Parâmetros não conservativos • Reagem com o ambiente alterando a concentração. • Exemplo: DBO, temperatura, coliformes, OD

47. Exemplo parâmetro conservativo QA CA QR CR QF CF C distância

48. Exemplo parâmetro não conservativo QA CA QR CR QF CF QF2 CF2 C distância

49. Não conservativos • Reações químicas • Consumo na cadeia trófica • Sedimentação = deposição no fundo • Trocas com a atmosfera

50. Principais Parâmetros • DBO • OD • Temperatura • Norg, NH3, NO2 e NO3 • Porg e PO4 • Coliformes Termotolerantes