Unidade Curricular: Hidrologia e Recursos Hídricos

Área Científica: Ciências da Terra / Ambiente e Energia

Curso / Ciclo: Engenharia do Ambiente - 1º ciclo Docente Responsável: Luís Manuel Fernandes Simões

Ano Regime Tipo

2º Semestral Obrigatória

Código ECTS Créditos ECTS

IPV.ESTG.9099.862 6

Volume de Trabalho Total (horas): 156

Total Horas de Contacto: 52

T TP P

26 26

Competências Conhecimento e compreensão dos conceitos fundamentais de hidrologia e as suas aplicações

na área da engenharia do ambiente.

Desenvolvimento de competências teórico-práticas e práticas no domínio das técnicas de

prospecção, avaliação, exploração e gestão de recursos hídricos.

Requisitos prévios

Não Aplicável

Descrição dos conteúdos 1. A Água na Terra - Introdução

1.1. Considerações gerais.

1.2. Os reservatórios naturais.

1.3. Características organoléticas.

1.4. Características físico-químicas.

2. A Água como Recursos Natural

2.1. Noção de recursos e reservas.

2.2. A água como recurso natural escasso e limitado.

2.3. A hidrologia e a hidrogeologia: definições e âmbitos de estudo.

2.4. A importância da hidrologia e da hidrogeologia para a engenharia.

2.5. Distribuição dos recursos hídricos na Terra; volumes sectoriais.

2.6. Recursos hídricos de Portugal continental no quadro da Península Ibérica.

3. O ciclo hidrológico

3.1. Considerações gerais – Conceito, mecanismos, reservatórios e tempos de residência

da água.

3.2. As fases do ciclo hidrológico e as suas características.

3.3. Balanço hidrológico – Equações de balanço hidrológico e as suas aplicações.

3.4. As acções antrópicas no ciclo hidrológico e suas implicações.

4. Bacias hidrográficas

4.1. Escalas e unidades de estudo.

4.2. Linhas divisórias de água.

4.3. Grandes e pequenas bacias hidrográficas.

4.4. Factores que condicionam o comportamento hidrológico das bacias: factores

climáticos, factores fisiográficos.

4.5. Características fisiográficas das bacias hidrológicas.

4.5.1. Características geométricas: área de drenagem; forma, descrição qualitativa e

quantitativa.

4.5.2. Características do sistema de drenagem: constância do escoamento; ordem

dos cursos de água; densidade de drenagem; percurso médio do escoamento

superficial.

4.5.3. Características do relevo: curva hipsométrica; altitude e altura média; perfil

longitudinal de um cursos de água; declividade dos terrenos; rectângulo

equivalente; índice de declive de Roche e índice de declive global; coeficiente de

massividade e coeficiente orográfico.

4.5.4. Características da geologia e dos solos.

4.5.5. Características da vegetação.

4.6. Tempo de concentração.

4.6.1. Factores que influenciam o tempo de concentração.

4.6.2. Estimativa da velocidade de escoamento e tempo de

concentração.

5. Os segmentos superficiais e sub-superficiais do Ciclo Hidrológico:

5.1. A precipitação atmosférica.

5.1.1. Breves notas sobre a atmosfera.

5.1.2. Humidade específica, humidade relativa; as nuvens.

5.1.3. Mecanismos de condensação.

5.1.4. O início da precipitação; altura e intensidade.

5.1.5. Tipos de precipitação.

5.1.6. Classificação das precipitações: condições que dão lugar a precipitação.

5.1.7. Distribuição geral das chuvas.

5.1.8. Medição das precipitações: udómetros e udógrafos.

5.1.9. Processamento e análise de dados pluviométricos e sua representação

cartográfica: isolinhas e isoietas.

5.1.10. Distribuição de precipitação estimada por radar.

5.1.11. Precipitação ponderada sobre uma região: média aritmética, método

das isoietas; método de Thissen.

5.1.12. Precipitações médias anuais e mensais; módulos pluviométricos.

5.1.13. Tendência da distribuição espacial da pluviosidade média: influência da

altitude, da inclinação das vertentes e da distância ao mar.

5.1.14. Precipitação intensa de curta duração - parâmetros característicos.

5.1.15. Curva de possibilidade udométrica.

5.1.16. Curvas IDF.

5.1.17. Variação da precipitação com a área.

5.2. Intercepção

5.2.1. Conceitos e processos.

5.2.2. Medição da intercepção.

5.2.3. A importância relativa da intercepção.

5.3. Evaporação

5.3.1. Definições e conceitos.

5.3.2. Factores que influenciam a evaporação: radiação solar, tensão de vapor de

água, vento.

5.3.3. Medição da humidade relativa: lei de Dalton; tipos de psicrómetros.

5.3.4. Medição da evaporação: os evaporímetros.

5.3.5. Cálculo da evaporação: por balanço hídrológico; por balanço energético; pela

lei da transferência de massa.

5.3.6. A fórmula de Penman.

5.4. Evapotranspiração

5.4.1. Evapotranspiração potencial; conceito e formas de medição.

5.4.2. Cálculo da evapotranspiração: Utilizando o balanço energético; Utilizando a

fórmula de Penman; Utilizando o método de Thornthwaite; Utilizando a fórmula

de Blaney-Criddle.

5.4.3. Estudo comparativo dos resultados.

5.4.4. Evapotranspiração efectiva.

5.4.5. Factores que influenciam a evapotranspiração.

6. Escoamento de superfície

6.1. Relação precipitação – escoamento.

6.2. Coeficiente de escoamento.

6.3. Precipitação útil.

6.4. Caudais fluviais.

6.5. Medição de caudais: Método secção-velocidade; método gráfico, método aritmético,

método estrutural.

6.6. Curvas de vazão;

6.7. Registo contínuo de níveis; limnígrafos e limnigramas

6.8. Estabelecimento de uma rede hidrométrica.

6.9. Análise do escoamento de superfície – estudo do hidrograma:

6.9.1. Separação das componentes do escoamento superficial.

6.9.2. Forma do hidrograma.

6.9.3. Factores que afectam a forma do hidrograma.

6.9.4. Pré-determinação das pontas de cheia

6.9.5. Pré-determinação dos hidrogramas de cheias

7. Estudo de cheias

7.1. Necessidades do estudo de cheias.

7.2. Caudais de ponta de cheia.

7.2.1. Fórmulas empíricas

7.2.2. Fórmulas cinemáticas

7.2.3. Métodos estatísticos

7.2.4. Método do Hidrograma unitário

7.3. Escoamento superficial em meio urbano

8. A água de superfície e a água subterrânea: Hidrostratigrafia geral

8.1. O solo como meio de movimento e retenção de água: água de superfície e água

subterrânea.

8.2. A água na zona não saturada

8.3. A água na zona intermédia

8.4. A água na zona saturada

8.5. A água nos solos e nas rochas: volume total, volume da fase sólida e volume de

vazios.

8.6. Índice de vazios e porosidade

8.7. Porosidade intragranular e porosidade por fracturação: origem e factores

condicionantes.

8.8. A humidade do solo; tensão capilar; porosidade efectiva e retenção específica

8.9. Condutividade hidráulica e gradiente hidráulico. Lei de Darcy generalizada.

8.10. Classificação das formações geológicas segundo o seu comportamento

hidrogeológico.

8.11. Classificação dos aquíferos: segundo a porosidade; segundo a litologia;

segundo a pressão de água.

8.12. A produtividade dos aquíferos em Portugal

8.13. Parâmetros característicos dos aquíferos: armazenamento específico,

coeficiente de armazenamento; transmissividade.

8.14. Balanço hidrogeológico

9. Infiltração, percolação e drenagem

9.1. Medição da capacidade de infiltração.

9.2. Cálculo do valor de infiltração: Fórmula de Horton; Fórmula de Philip;

9.3. Percolação e drenagem.

10. Escoamento subterrâneo

10.1. Escoamento subterrâneo em regime permanente

10.1.1. Aplicação da lei de Darcy aos aquíferos

10.1.2. A hipótese de Dupuit

10.1.3. Poços completos em aquíferos confinados - equação de Thiem

10.1.4. Poços completos em aquíferos freáticos

10.1.5. Poços de penetração parcial

10.2. Escoamento subterrâneo em regime variável

10.2.1. Equação de Theis

10.2.2. Fórmula simplificada de Jacob

10.2.3. Curva de recuperação

10.2.4. Raio de acção de um poço

11. Construção de poços

11.1. Metodologias, técnicas de prospecção e pesquisa

11.2. Abertura dos furos

11.2.1. Percussão mecânica

11.2.2. Sistema Rotary

11.2.3. Percussão pneumática

11.2.4. Rotopercussão

11.2.5. Diagrafias

11.2.6. Selecção do material de entubamento e envolvimento

11.2.7. Ensaios de produtividade

11.3. Perdas de carga relacionadas com a abertura dos furos.

11.4. Poços verticais com paredes em betão

11.5. Poços de drenos radiais

12. Impactos ambientais

12.1. Influências das obras hidráulicas no regime de escoamento subterrâneo

12.2. Modificações devidas a alterações no regime do caudal dos rios

12.3. Modificações devidas a alterações no nível médio de rios e lagos

12.4. Influência das bombagens e das recargas no regime hídrico

12.5. Mecanismos gerais de contaminação

12.5.1. Infiltração

12.5.2. Migração directa

12.5.3. Trocas interaquíferos

12.5.4. Recarga das águas superficiais

12.6. Movimento dos contaminantes na água subterrânea

12.7. Perímetros de protecção das águas subterrâneas

12.8. Impactos relacionados com a abertura de furos

12.9. Absorção de efluentes de fossas sépticas por parte dos solos irrigados

12.10. Aterros sanitários localizados em areeiros ou pedreiras abandonadas

12.11. Utilização de bacias de infiltração para esgotos domésticos ou industriais

12.12. Poluição dos cursos de água superficiais

12.13. Recargas artificiais de aquíferos

12.14. Águas de drenagem de minas

12.15. Contaminações pela variação do nível freático

PROGRAMA TEÓRICO-PRÁTICO (PREVISTO)

• Resolução de exercícios teorico-práticos sobre:

� Bacias hidrográficas

Avaliação do risco de cheia em bacias hidrográficas

Análise geométrica e morfométrica de uma bacia hidrográfica

� Precipitação ponderada sobre uma região

Polígonos de Theissen

Método das Isoietas

� Distribuição de dados de precipitação anual

Probabilidade de ocorrência

� Evapotranspiração potencial

Cálculo da ETP com base nos dados de uma estação climatológica do país –

Método de Thornthwaite

� Evapotranspiração real

Cálculo da ETR com base em dados de uma estação climatológica do país-

Balanço hídrico sequencial

� Hidráulica subterrânea

Alturas e cotas piezométricas

Gradiente hidráulico

Linhas equipotenciais

Direcção e sentido do escoamento

Caudais de entrada e saída

Troca de água entre aquíferos

� Coeficiente hidráulico

Cálculo aproximado da permeabilidade com base na distribuição

granulometrica de um material desagregado – Fórmula de Hazen

Permeabilidade horizontal e vertical

� Ensaios de bombagem

Cone de rebaixamento

Permeabilidade e Transmissividade

Aquífero livre / aquífero confinado

Eficiência de um aquífero e coeficiente de esgotamento

Aquífero livre em regime permanente – Métodos de Dupuit e Thiem

Aquífero livre em regime transitório

Aquífero confinado em regime permanente – Fórmula de Theis

Aquífero confinado em regime transitório – Métodos de Theis e Jacob

Aquífero semi-confinado em regime permanente – Equação de Glee

Aquífero semi-confinado em regime transitório – Equação de Walton –

Hantush

O método das imagens

Métodos de ensino e aprendizagem

Modo de avaliação • Momentos de avaliação

� Exame de época normal

� Exame de recurso

• Critérios avaliação

- Teórica (T) – 2 h

- Prova classificada para 20 valores

- Classificação mínima ----------------------------------------------- 8.5 Val.

- Teórico-Prática (TP) – 2h 30m

- Prova classificada para 20 valores

- Classificação mínima ---------------------------------------------- 9.5 Val.

Nota final (NF)= T.(0.5) +TP.(0.5) com NF ≥ 9.5

Nota: Os mínimos obtidos na época normal são considerados na época de recurso.

Bibliografia mais relevante Apontamentos coligidos pelo Professor da disciplina.

Custódio, E. E Llamas, M.R. (1996) – Hidrologia Subterranea, tomo I e II, 2ª Ed. – Ediciones

Omega, S.A., Barcelona.

Dunne, Thomas and Leonard, Luna B. (1978) – Water in Envirinmental Planning – W. H.

Freeman and Company, New York.

INAG – Plano Nacional da Água.

INAG – Água em Portugal.

Lencastre, A. e Franco, F. M. (2003) – Lições de Hidrologia, 3º Ed. – UNL, Faculdade de

Ciências e Tecnologia.

McCuen, Richard H. (2005) – Hidrologic Analysis and Design, 3ª Ed. – Prentice Hall, Upper

Saddle River, New Jersey.

Mendonça, J.J.L. – Prospecção, pesquisa e captação de água em aquíferos aluvionares – Tese

de Mestrado, U.N.L., Monte da Caparica, 1985.

Watson, Ian and Burnett, Alister D. – Hydrology, an Environmental Approach – Buchanan

books Cambridge, 1993.