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  • CC54Z - Hidrologia

    Definies, aspectos gerais

    e o ciclo hidrolgico

    Prof. Fernando Andrade

    Curitiba, 2014

    Universidade Tecnolgica Federal do Paran

  • Objetivos da aula

    2

    Definir hidrologia e engenharia hidrolgica

    Demonstrar a importncia e as aplicaes da

    hidrologia

    Apresentar os usos da gua e a

    disponibilidade hdrica no Brasil e no mundo

    Analisar casos atuais que envolvem

    conhecimentos da hidrologia

    Apresentar os conceitos de ciclo hidrolgico e

    de balano hdrico de bacias hidrogrficas

  • Definies e aspectos gerais da hidrologia

  • Definio de hidrologia

    A hidrologia a cincia que trata da gua da Terra, sua ocorrncia, circulao e distribuio, suas propriedades fsicas e qumicas, e suas reaes com o meio ambiente, incluindo suas relaes com os seres vivos [1]

    Outras cincias tambm estudam o comportamento da gua em diferentes fases, como a meteorologia e a oceanografia. A diferena fundamental que a hidrologia estuda os processos do ciclo da gua em contato com os continentes

    4

  • Engenharia hidrolgica

    A engenharia hidrolgica se baseia em

    observaes dos fenmenos hidrolgicos da

    natureza (medies das variveis

    hidrolgicas) e usa mtodos determinsticos e

    estocsticos para anlise e previso

    Cada vez mais a engenharia hidrolgica tem

    se aproximado de cincias ambientais como

    a limnologia e a ecologia, de modo a permitir

    o enfoque integrado dos aspectos de

    quantidade e de qualidade da gua

    5

  • Engenharia hidrolgica

    A engenharia hidrolgica parte

    componente da engenharia de recursos

    hdricos, em que os aspectos econmicos,

    sociais e ambientais so contemplados

    nos estudos que consideram mltiplos

    objetivos

    A integrao da engenharia hidrologia com

    outras cincias est sujeita constituio

    de equipes multidisciplinares

    6

  • Importncia/aplicaes

    da hidrologia

    Dimensionamento de obras hidrulicas

    Aproveitamento dos recursos hdricos

    Controle e previses de inundaes

    Controle e previso de secas

    Controle da poluio das guas e da

    qualidade ambiental

    Manuteno dos ecossistemas em rios,

    lagos e esturios

    7

  • Perguntas tpicas

    Qual a disponibilidade de gua de um rio e como ela poder variar entre estaes e de um ano a outro?

    Qual a vazo mxima provvel em um local proposto para uma barragem?

    Qual a relao entre a quantidade de gua superficial e a gua subterrnea?

    Qual o volume de um reservatrio necessrio para garantir uma determinada vazo a jusante ?

    8

  • Perguntas tpicas

    Qual o tamanho adequado de um reservatrio de armazenamento para limitar as inundaes a jusante a um nvel pr-estabelecido?

    Qual a vazo mnima de um rio que igualada ou superada 90% do tempo?

    Qual deve ser a capacidade de um canal ou de um bueiro para evitar inundaes em determinadas reas ?

    Qual vazo necessria para manter uma determinada espcie ou um ecossistema em um rio ou reservatrio?

    9

  • Recursos hdricos

    O elemento fundamental na hidrologia a

    gua, um mineral presente na natureza

    nos estados slido, lquido e gasoso

    As propriedades fsicas e qumicas da

    gua e as condies ambientais permitem

    que haja uma renovao no ciclo

    hidrolgico

    No entanto, os recursos hdricos so

    escassos 10

  • Recursos hdricos

    11

    Fonte: ANA [2]

  • Disponibilidade hdrica

    12

    Disponibilidade hdrica no Brasil

    (m3hab-1ano-1)

    1950 105.000

    2000 28.200 Fonte: ANA [2]

  • Usos mltiplos da gua

    Usos consuntivos: alteram

    significativamente a quantidade e/ou

    qualidade de gua disponvel para outros

    usurios na regio de consumo

    Usos no-consuntivos: alteram pouco a

    quantidade e/ou qualidade da gua

    disponvel para outros usurios depois da

    retirada dos mananciais

    13

  • Usos mltiplos da gua

    Abastecimento humano (c.)

    Abastecimento industrial (c.)

    Crescimento de culturas agrcolas (c.)

    Gerao de energia eltrica

    Navegao

    Recreao e lazer

    Assimilao e transporte de poluentes

    Preservao de ecossistemas

    14

  • Uso consuntivo da gua

    15 Variao da demanda consuntiva do uso da gua no Brasil [2]

  • Escassez da gua

    possvel verficar concentrao de populaes humanas, de indstrias, de atividades agrcolas e scio-econmicas fazendo uso excessivo da capacidade hdrica das bacias, de regies hidrogrficas e dos aqferos subterrneos

    Sob essas condies, a gua passa a ser escassa, o que leva gerao de conflitos entre seus diversos tipos de usos e usurios

    16

  • Escassez da gua

    Um aspecto fundamental da escassez de

    gua o desequilbrio provocado por eventos

    hidrolgicos extremos, tais como as secas

    A poluio e a contaminao da gua

    tambm contribuem para sua escassez

    Em suma, a escassez da gua est fazendo

    com que ela no seja mais um bem livre,

    abundante e disponvel a todos, mas um

    recurso parco, cuja utilizao deve ser objeto

    de gesto 17

  • Temas atuais:

    abastecimento da RMSP

    O Sistema Cantareira responsvel pela transposio das guas dos afluentes das bacias dos rios Piracicaba, Capivari e Jundia (PCJ) para a Bacia do Alto Tiet

    76 municpios na bacia PCJ dependem do sistema (cerca de 5 milhes de pessoas) e a RMSP (8,8 milhes de pessoas)

    Pergunta: qual a vazo mxima de retirada da bacia PCJ para garantir o abastecimento adequado de todos os municpios

    18

  • Sistema Cantareira

    19

    Fonte: SABESP [3,4]

  • Sistema Cantareira

    20 Fonte: SABESP [3]

  • Sistema Cantareira

    21 Fonte: SABESP [3]

  • Outros temas atuais

    Aumento das taxas cobradas em alguns

    estados brasileiros pelo consumo de

    energia eltrica, devido aos baixos nveis

    dos reservatrios das hidroeltricas e a

    necessidade de funcionamento das

    termoeltricas

    22

  • O ciclo hidrolgico e o balano hdrico

  • Ciclo hidrolgico

    O ciclo hidrolgico um fenmeno global da circulao da gua entre a superfcie terrestre e a atmosfera, impulsionado fundamentalmente pela energia solar, associada a gravidade e a rotao da Terra

    possvel pelas propriedades fsicas da gua. A gua tambm sofre alteraes de qualidade ao longo das diferentes fases do ciclo hidrolgico

    O ciclo hidrolgico fechado se considerado em escala global. Em escala regional podem existir alguns sub-ciclos

    24

  • Ciclo hidrolgico

    25

  • Principais processos do

    ciclo hidrolgico

    Precipitao: vapor de gua condensado que cai sobre a superfcie terrestre

    Infiltrao: fluxo de gua da superfcie que se infiltra no solo

    Escoamento superficial e subterrneo: movimento das guas sobre/sob a superfcie terrestre

    Evaporao: transformao da gua no seu estado lquido para o estado gasoso medida que se desloca da superfcie para a atmosfera

    Transpirao: forma como a gua existente nos organismos passa para a atmosfera

    26

  • Ciclo hidrolgico

    27

  • Balano hdrico

    O balano das entradas e sadas de gua

    em uma bacia hidrogrfica denominado

    balano hdrico

    A principal entrada de gua de uma bacia

    a precipitao

    A sada de gua da bacia pode ocorrer por

    evapotranspirao (evaporao +

    transpirao) e por escoamento superficial

    e/ou subterrneo

    28

  • Balano hdrico de uma

    bacia hidrogrfica

    29

  • Balano hdrico

    DS=P-Q-E

    DS a variao do volume armazenado no solo por unidade de tempo (i.e., m3/s)

    P a precipitao (i.e., m3/s)

    Q o escoamento superficial + subterrneo (i.e., m3/s)

    E evapotranspirao (i.e., m3/s)

    Em intervalos de tempo longos, DS0

    P=Q+E

    30

  • Converso de unidades

    A precipitao P dada em altura de

    lmina dgua em mm que corresponde ao

    volume de chuva V distribudo em uma

    lmina uniforme sobre uma rea A

    V=[P(mm)*10-3]*[A(km2)*106]=m3

    A vazo o volume por unidade de tempo

    Q=V/t

    em m3/s, m3/dia, m3/ano 31

  • Correlao chuva-vazo

    A equao do balano hdrico nos mostra que possvel obter uma correlao entre dados de chuva e vazo

    Frequentemente os dados de chuva-vazo so correlacionados usando unidades idnticas (i.e., m3/s, mm)

    Dados adimensionais (i.e., normalizados pelas mdias) podem ser correlacionados

    Dados acumulados no tempo podem ser correlacionados 32

  • Comparao de sries

    temporais chuva-vazo

    33

    m3/a

    no

    ou

    mm

    /an

    o

    Tempo (anos)

    chuva

    vazo

  • Correlao dos dados

    chuva-vazo

    34

    pre

    cip

    itao

    an

    ual (m

    m)

    vazo anual (mm)

    equao da curva ajustada R2

  • Exemplos

    1. Qual seria a vazo de sada em m3/s de uma bacia impermevel, com rea de 60 km2, sob uma chuva constante com intensidade de 10 mm/h?

    2. A regio da bacia hidrogrfica do rio Taquari recebe precipitaes mdias anuais de 1600 mm. Em Muum (RS) h um local em que so medidas as vazes deste rio e a anlise de srie de dados dirios ao longo de 30 anos revela que a vazo mdia do rio de 340 m3/s. C