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  • Elementos de Hidrologia Aplicada a Estudos de Graduao 2. Bacia Hidrogrfica

    Prof. Antenor Rodrigues Barbosa Jr.

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    2. BACIA HIDROGRFICA

    2.1. GENERALIDADES

    Embora a quantidade de gua existente no planeta seja constante e o ciclo em nvel global

    possa ser considerado fechado, os balanos hdricos quase sempre se aplicam a unidades

    hidrolgicas que devem ser tratadas como sistemas abertos. Assim, na prtica, nos estudos

    envolvendo a questo da disponibilidade de gua, das enchentes e inundaes, dos

    aproveitamentos hdricos para irrigao, da gerao de energia, etc., adota-se a bacia

    hidrogrfica como unidade hidrolgica, principalmente pela simplicidade que oferece para a

    aplicao do equacionamento.

    2.1.1 Definio

    A bacia hidrogrfica a rea definida topograficamente, drenada por um curso dgua

    ou um sistema conectado de cursos dgua, de modo que toda a vazo efluente seja

    descarregada atravs de uma sada simples. Constitui-se no sistema fsico ou rea coletora da

    gua da precipitao, que a faz convergir para uma nica seo de sada, denominada exutria,

    foz ou desembocadura.

    Nas aplicaes da equao do balano hdrico em que o volume de controle a bacia

    hidrogrfica, o volume da gua precipitada corresponde quantidade de entrada, enquanto a

    quantidade de sada dada pela soma do volume de gua escoado pela seo exutria com os

    volumes correspondentes s perdas intermedirias, decorrentes da evaporao e transpirao.

    Ainda, dependendo da aplicao que se faz, as quantidades infiltradas profundamente podem ser

    tratadas como perdas (sadas) ou incorporadas no termo de armazenamento.

    2.2. CONTORNO OU DIVISOR DE GUA DA BACIA HIDROGRFICA

    O contorno ou divisor de uma bacia hidrogrfica definido pela linha de cumeada

    (pontos de cota mxima entre bacias), que faz a diviso das precipitaes que caem em bacias

    vizinhas1. O divisor, dito topogrfico, segue uma linha rgida em torno da bacia, sendo cortado

    pelo curso dgua somente na seo de sada.

    A bacia hidrogrfica, conforme a sua definio, est limitada pela seo exutria do curso

    dgua principal, onde este desgua em outro curso dgua ou em um reservatrio, baa, lago ou

    oceano. Entretanto, pode-se sempre definir, dentro de uma bacia maior ou principal, uma sub-

    bacia de um curso dgua menor limitada pela seo de confluncia deste com outro curso

    dgua, ou ainda uma sub-bacia limitada por uma estao fluviomtrica.

    A Figura 2.1 mostra uma bacia hidrogrfica em planta, bem como um corte transversal da

    mesma que permite identificar, alm do divisor de gua topogrfico, a presena de um divisor

    fretico ou subterrneo. Assim, pode-se dizer que existem dois divisores de gua na bacia

    hidrogrfica: o divisor topogrfico, condicionado pela topografia, que fixa a rea da qual provm

    o deflvio superficial direto (runoff) da bacia; e o divisor fretico, determinado pela estrutura

    1 No interior de uma bacia hidrogrfica podem existir picos isolados de cotas superiores s da linha de cumeada.

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    geolgica, que estabelece os limites dos reservatrios de gua subterrnea, de onde derivado o

    escoamento de base da bacia2. Quando os divisores fretico e topogrfico no so coincidentes,

    como na Figura 2.1, ocorrero fugas de uma para outra bacia vizinha. Contudo, na prtica, em

    aplicaes da equao do balano hdrico essas fugas so desprezadas, uma vez que sempre

    ocorrero compensaes.

    Durante os perodos de estiagem, a perenidade dos cursos dgua garantida pelo

    escoamento de base e, em conseqncia, tem-se o rebaixamento do lenol fretico.

    Figura 2.1 Representao em planta e corte de uma bacia hidrogrfica

    2.3. CARACTERIZAO DA BACIA HIDROGRFICA

    As caractersticas climticas de uma bacia hidrogrfica particular determinam o

    escoamento superficial (runnof) na mesma, mas duas bacias hidrogrficas sujeitas s mesmas

    condies climticas podem apresentar diferentes escoamentos superficiais. Estas diferenas se

    devem s caractersticas dos cursos dgua naturais e aos aspectos fsicos das reas drenadas por

    estes cursos dgua. Por exemplo, uma bacia por ser mais ngreme que a outra produzir maiores

    picos de vazo de escoamento superficial. Por isso, no estudo do comportamento hidrolgico de

    uma bacia hidrogrfica as suas caractersticas fsicas revestem-se de especial importncia pela

    estreita correspondncia entre estas e o regime hidrolgico da bacia.

    Pode-se dizer que o conhecimento das caractersticas fsicas de uma bacia hidrogrfica

    constitui uma possibilidade bastante conveniente de se conhecer a variao no espao dos

    elementos do regime hidrolgico na regio. Na prtica, a caracterizao fsica de uma bacia

    hidrogrfica possibilita o estabelecimento de relaes e comparaes entre as caractersticas

    fsicas e os dados hidrolgicos conhecidos. As relaes matemticas entre as variveis

    hidrolgicas e as caractersticas fsicas da bacia, conhecidas como equaes de regionalizao,

    permitem a obteno indireta de variveis hidrolgicas em sees ou locais de interesse nos

    quais faltem dados, ou em regies onde, por fatores de ordem fsica ou econmica, no seja

    possvel a instalao de estaes hidromtricas.

    Sem querer de modo algum esgotar o assunto, apresentam-se neste captulo alguns

    elementos que visam a caracterizar fisicamente uma bacia hidrogrfica.

    2 Os escoamentos atravs de uma seo qualquer de um curso dgua so provenientes das contribuies naturais

    subterrneas, somadas s guas de chuva que se escoam superficialmente.

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    2.3.1 rea de drenagem da bacia hidrogrfica

    A rea de drenagem da bacia hidrogrfica ou, simplesmente, rea da bacia hidrogrfica,

    A, a rea plana (projetada sobre o plano horizontal) limitada pelos divisores topogrficos da

    bacia. A rea de drenagem um dado fundamental para definir a potencialidade hdrica de uma

    bacia hidrogrfica, uma vez que a multiplicao dessa rea pela altura da lmina dgua

    precipitada define o volume recebido pela bacia. A rea da bacia hidrogrfica constitui-se, ainda,

    em elemento bsico para o clculo de outras caractersticas fsicas da bacia.

    A rea da bacia hidrogrfica determinada em mapas topogrficos. Para a sua

    determinao preciso, em primeiro lugar, realizar o traado do contorno da bacia, ou seja,

    estabelecer o traado da linha de separao das bacias vizinhas. Delimitada a bacia, a sua rea

    pode ser determinada com o uso de um planmetro ou eletronicamente (clculo computacional),

    quando se dispe do mapa digitalizado. Alternativamente ao uso do planmetro, embora mais

    laborioso, pode-se ainda utilizar o mtodo das quadrculas: sobre o mapa topogrfico se superpe

    uma grade quadriculada em escala conhecida e contam-se as quadrculas interiores ao mapa

    topogrfico; multiplicando-se o nmero de quadrculas pela rea de cada quadrcula, obtm-se a

    rea da bacia hidrogrfica.

    s reas de grandes bacias so normalmente medidas em quilmetros quadrados (1 km2 =

    106 m

    2), enquanto bacia menores costumam ser medidas em hectares (1 ha = 10

    4 m

    2 e 1 km

    2 =

    100 ha).

    2.3.2 Caractersticas de forma da bacia hidrogrfica

    As bacias de grandes rios tm, normalmente, a forma de uma pera ou leque, enquanto as

    pequenas bacias assumem formas variadas. Dentre as bacias de mesma rea, aquelas

    arredondadas so mais susceptveis a inundaes nas suas partes baixas que as alongadas.

    A importncia da forma da bacia, particularmente para fins de inundao, est associada

    ao conceito de tempo de concentrao, tc, que o tempo contado a partir do incio da

    precipitao, necessrio para que toda a bacia contribua para a vazo na seo de sada (ou para a

    vazo na seo em estudo), isto , corresponde ao tempo que a partcula de gua de chuva que

    cai no ponto mais remoto da bacia leva para, escoando superficialmente, atingir a seo em

    estudo.

    Alguns ndices de forma tm sido utilizados para caracterizar as bacias hidrogrficas,

    como o coeficiente de compacidade e o fator de forma.

    a) Coeficiente de compacidade

    O coeficiente de compacidade de uma bacia hidrogrfica, kc, um ndice que informa

    sobre a susceptibilidade da ocorrncia de inundaes nas partes baixas da bacia. definido pela

    relao entre o permetro da bacia e o permetro do crculo de igual rea. Assim, sendo A a

    rea da bacia e Per o seu permetro, e sendo r o raio do crculo, ter-se-

    A

    r rA 2 .

    E, da definio de coeficiente de compacidade,

    A2

    Perk

    r2

    Perk cc ,

    ou

    A

    Per280k c , . (01)

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    O coeficiente de compacidade das bacias hidrogrficas sempre um nmero superior

    unidade, uma vez que o crculo a figura geomtrica de menor permetro para uma dada rea A.

    Bacias que apresentam este coeficiente prximo de 1 so mais compactas, tendem a concentrar o

    escoamento e so mais susceptveis a inundaes.

    A ttulo de exemplo, a bacia do rio do Carmo, que banha os municpios de Ouro Preto e

    Mariana, tem 2.280 km2 de rea de drenagem e seu permetro mede 319 km de extenso. O