hidrologia · 2019-04-10 · hidrologia prof. antover panazzolo sarmento. ministÉrio da educaÇÃo...

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS

REGIONAL CATALÃO

ENGENHARIA CIVIL - HIDROLOGIA

HIDROLOGIA

Prof. Antover Panazzolo Sarmento



REGIONAL CATALÃO


INTERCEPTAÇÃO

Conceitos: Interceptação

• Retenção de parte da precipitação acima dasuperfície do solo;

• Devido a vegetação ou outra forma de obstruçãoao escoamento, como depressões do solo;

• Retorna para a atmosfera por evaporação.

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Interceptação: conceitos

• interfere no balanço hídrico da bacia hidrográfica: funciona comoum reservatório que armazena uma parcela da precipitação paraconsumo;

• Tende a reduzir a vazão média e a variação da vazão ao longo doano, retardando e reduzindo o pico das cheias.

Q (vazão) = P (precipitação) – ET (evapotranspiração)

• Para a mesma precipitação a vazão altera em função daevapotranspiração.– A vegetação aumenta a ET devido a Interceptação. Quando é retirada,

a vazão aumenta.

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INTERCEPTAÇÃO

• Inicia a chuva;

• a água molha a superfície das folhas e armazena devido às concavidades e a tensão superficial, retendo certa lâmina precipitada;

• Se continuar (a chuva) a capacidade de interceptação é ultrapassada;

• Toda a água que chega às folhas e caules escoa;

• Evaporação (simultânea à interceptação) à partir das folhas úmidas;

• O vento acelera o processo de evaporação, aumentando as perdas por interceptação. Se for muito intenso (o vento), pode provocar reprecipitação

• A precipitação atinge o solo: – (a) atravessando a vegetação (em média 85% da precipitação inicidente);

– (b) através dos troncos (1 a 15% precipitação).

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Interceptação Vegetal: função de

Condições Climáticas Período do ano

Características da precipitaçãoVegetação

Tipo Densidade Intensidade Volume precipitado Chuva antecedente

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Interceptação

A interceptação depende de modo geral:

❖ Intensidade da chuva → Maior intensidade, menorinterceptação.

❖ Área vegetada ou urbanizada (Av) → Maior a área Av , maior ovolume da interceptação.

❖ Característica da vegetação → Maior o tamanho das folhas,maior a capacidade de armazenamento

O volume interceptado retorna para a atmosfera porevaporação, após a ocorrência da chuva.

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Interceptação Vegetal

- caracteriza a quantidade de gotas que cada folha pode reter;

- a densidade de folhas pode indicar o volume retido numa superfície de bacia;

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Tipo e densidade de vegetação

- as folhas geralmente interceptam a maior parte da precipitação, mas a

disposição dos troncos contribui significativamente


Espécie e espaçamento

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-sazonalidade

-a época do ano pode

caracterizar alguns tipos de

cultivos que apresentam as

diferentes fases de crescimento

e colheita

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• intensidade, volume precipitado e chuva antecedente

Pequenos volumes (0,3 mm) ➔ todo o volume é retido

Precipitações superiores a 1 mm: de 10 a 40% pode ficar retido

• intensidade interceptação (para um mesmo volume precipitado)

• Precipitações precedidas por 24h de período seco produzem curva de precipitação-interceptação diferente de ocorrências precedidas por condições úmidas

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Características da Precipitação


• as perdas por interceptação vegetal podem chegar até a 25% da precipitação anual

• Em regiões úmidas e com florestas (Panual~2000mm), a interceptação anual pode chegar a 250mm

• As depressões do solo ou a baixa capacidade de drenagem podem provocar o armazenamento de grandes volumes de água a Q da bacia.

• No rio Paraguai observa-se em alguns trechos que a Q média diminui para jusante devido ao aumento das áreas de inundação que represam parte do volume a montante.

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Características da Precipitação

Relação Interceptação x total interceptado

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Quantificação: Equação de continuidade do sistema de interceptação

Pi=P-T-C

P

C

T

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Quantificação: Medição das variáveis

• Precipitação: postos em clareiras, topo das árvores

Há alta correlação entre a precipitação das clareiras e a do topo das árvores

• Precipitação que atravessa as árvores

é necessário utilizar cerca de 10 vezes mais equipamentos para a medição da precipitação que atravessa a vegetação do que para a precipitação total

• Escoamento pelos troncos: apresenta uma parcela pequena do total precipitado (de 1 a 15%) ➔ em muitos casos está dentro da faixa de erros de amostragem das outras variáveis.

• A medição só é viável para vegetação com tronco de magnitude razoável

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Cobertura Capacidade máxima (mm)

Campo, prado 2,50

Floresta ou mato 3,75

Floresta ou mato denso 5,00

Crawford e Linsley (1966) utilizaram este critério no modelo Stanford

IV e sugeriram os valores da tabela a seguir para a capacidade

máxima do reservatório de interceptação em função da cobertura

vegetal

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Armazenamento nas depressões

• Linsley et al. (1949) utilizou a seguinte expressão empírica para retratar o volume retido pelas depressões do solo após o início da precipitação

• Vd=Sd (1-e-k.Pe)

• Onde: • Vd=volume retido• Sd=capacidade máxima• Pe=precipitação efetiva• K=coeficiente equivalente a 1/Sd

• admite-se que no início da precipitação as depressões estão vazias e para gerar escoamento superficial é necessário que as depressões estejam preenchidas.

• São aproximações do comportamento real já que o escoamento superficial ocorre sem que as depressões sejam todas preenchidas

• Hickis (1944) indicou valores de 0,10 polegadas para solos argilosos e 0,20 polegadas para solos arenosos.

• Viessman (1967)apresentou uma relação entre capacidade das depressões e declividade do solo obtida com base em quatro pequenas bacias impermeáveis, indicando uma grande correlação entre as variáveis

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Armazenamento em escoamento superficial de pequenas bacias

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Impactos Antrópicos que afetam a interceptação

Classificação Tipo

Mudança da superfície 1. desmatamento2. reflorestamento3. impermeabilização

O uso da superfície 1. Urbanização2. reflorestamento para exploração sistemática3. desmatamento : extração de madeira, cultura de

subsistência; culturas anuais; culturas permanentes

Método de alteração 1. queimada2. manual3. equipamentos

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Alterações da precipitação com o desmatamento

• flutuações da temperatura

• tensão de vapor das superfícies das áreas desmatadas;

• volume evaporado

• do escoamento

• umidade das camadas profundas do solo;

O efeito do desmatamento pode variar com a escala e com ascondições de funcionamento da atmosfera

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REGIONAL CATALÃO


INFILTRAÇÃO

• Passagem da água através da superfície do solo.

• Importante para:

– crescimento da vegetação

– abastecimento dos aquíferos

(mantém vazão dos rios durante as estiagens)

– reduzir escoamento superficial, cheias, erosão

Infiltração

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• Processos difíceis de quantificar;

• Física não muito complicada, mas fortemente

dependente da variabilidade espacial das

propriedades do solo;

• Estimativas por equações empíricas ajustadas para

reproduzir dados medidos no campo.

Infiltração

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É um fenômeno que depende:

– Da água disponível para infiltrar

– Da natureza do solo

– Do estado da superfície

– Das quantidades de água e ar,

inicialmente presentes no solo

Infiltração

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• O processo de infiltração define a entrada de água no

solo;

• Já o movimento da água dentro do perfil é comumente

referido como percolação.

Infiltração

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• Enquanto há aporte de água, o perfil de umidade tendeà saturação em toda a profundidade, sendo a superfície,naturalmente, o primeiro nível a saturar.

• Quando o aporte de água à superfície cessa(precipitação para), isto é, deixa de haver infiltração, aumidade no interior do solo se redistribui, evoluindo paraum perfil de umidade inverso, com menores teores deumidade próximo à superfície e maiores nas camadasmais profundas.

Infiltração

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• A infiltração da água no solo pode ser considerada como

sendo a sequência das três seguintes fases:

❖A entrada da água pela superfície;

❖A percolação da água através do perfil

do solo;

❖A relação da capacidade de

armazenamento da água no solo.

Infiltração

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Capacidade de infiltração (ou taxa de infiltração)

• Capacidade de infiltração é a quantidade

máxima de água que um solo em determinadas

condições pode absorver. Ela varia no decorrer

da chuva.

• Se uma precipitação atinge o solo com a uma

intensidade menor que a capacidade de

infiltração toda a água penetra no solo,

provocando uma progressiva diminuição da

própria capacidade de infiltração, já que o solo

está se umedecendo.

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Capacidade de infiltração e taxa de infiltração

Vol.

Infiltrado

Prec.

Esc. Superficial

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tp = tempo de

encharcamento

Capacidade

de Infiltração

TEMPO

TA

XA

E C

AP

AC

IDA

DE

DE

IN

FIL

TR

AÇ

ÃO

Quando cessa a infiltração, parte da água no interior dosolo propaga-se para camadas mais profundas no solo eparte é transferida para a atmosfera por evaporaçãodireta ou por transpiração dos vegetais. Esse processofaz com que o solo vá recuperando sua capacidade deinfiltração, tendendo a um limite superior à medida queas camadas superiores do solo vão se tornando maissecas.

Infiltração

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Fatores que influenciam na infiltração

Permeabilidade do solo: a presença de argila no

solo diminui sua porosidade, não permitindo uma

grande infiltração.

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Inclinação do terreno: em declividades

acentuadas a água corre mais rapidamente, diminuindo

o tempo de infiltração.

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Cobertura vegetal: Um solo coberto por

vegetação é mais permeável do que um solo

desmatado.

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Tipo de chuva: Chuvas intensas saturam

rapidamente o solo, ao passo que chuvas finas e

demoradas têm mais tempo para se infiltrarem.

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Umidade do Solo: Por exemplo em um solo mais

úmido a infiltração é menor do que um solo mais seco.

Temperatura: Escoamento no solo é laminar em

função da viscosidade da água. Quanto maior a

temperatura maior a infiltração de água no solo

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• O solo é uma mistura de materiais sólidos, líquidos

e gasosos.

• Na mistura também encontram-se muitos

organismos vivos (bactérias, fungos, raízes,

insetos, vermes)

Água no solo

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Água subterrânea

• Refere-se a água contida na zona de saturação.

• Esta água subsuperficial constitui a maior reserva de

água doce disponivel.

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Diâmetro (mm) Classe

0,0002 a 0,002 Argila

0,002 a 0,02 Silte

0,02 a 0,2 Areia fina

0,2 a 2,0 Areia grossa

Normalmente analisada do ponto de vista do

diâmetro das partículas que compõe o solo:

Parte sólida do solo

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Textura do solo

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Vt

Vav =

• Relação entre volume de vazios e volume total dosolo

• Poros são ocupados por ar e água

• Conteúdo de umidade do solo:

- Máximo conteúdo de umidade é igual à porosidade.

- Neste caso o solo está SATURADO de água.

Porosidade e umidade do solo

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• Umidade do solo varia ao longo do tempo.

• Para retirar a umidade do solo:

– Por gravidade

– Por sucção

Umidade do solo

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• Saturação: condição em que todos os poros estãoocupados por água;

• Capacidade de campo: Conteúdo de umidade no solosujeito à força da gravidade;

• Ponto de murcha permanente: umidade do solo para a qualas plantas não conseguem mais retirar água e morrem

Umidade do solo

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kPa

• Método gravimétrico:• Coleta a amostra e pesa;

• Seca a amostra e pesa;

• TDR (Time domain reflectometry)

- Existe uma relação entre o conteúdo de umidade e aconstante dielétrica do solo;

- Mede o tempo de transmissão de um pulso eletromagnéticoatravés do solo, entre um par de placas metálicas colocadasno solo;

- Permite medições contínuas e não destrutivas

• Outros (nuclear, sensoriamento remoto…)

Medição da umidade do solo

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Condutividade de água em condição de saturação

• Solo arenoso: 23,5 cm/hora

• Solo siltoso: 1,32 cm/hora

• Solo argiloso: 0,06 cm/hora

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• Inicialmente não saturados

• Preenchimento dos poros garante alta taxa de

infiltração

• A medida que o solo vai sendo umedecido, a

taxa de infiltração diminui

• Equações empíricas

Infiltração de água em solos

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( ) tkefcfofcf −−+=

• f = taxa de infiltração (mm/hora)

• fc = taxa de infiltração em condição de saturação

(mm/hora)

• fo = taxa de infiltração inicial (mm/hora)

• t = tempo (minutos)

• Fc = somatório de fci

Equação de Horton

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c

co

F

ffk

−=

Infiltração conforme o tipo de solo

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Anéis concêntricos

Medição da Infiltração

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