introducao hidrologia

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  • 1. Introduo Hidrologia 1-11 INTRODUO HIDROLOGIAHidrologia a cincia que trata da terra, sua ocorrncia, circulao e distribuio, suaspropriedades fsicas e qumicas, e suas reaes com o meio ambiente, incluindo suasrelaes com a vida.Engenharia hidrolgica uma cincia aplicada. Ela usa princpios hidrolgicos nasoluo de problemas de engenharia provenientes da explorao dos recursos hdricos.1.1 Importncia da HidrologiaFundamental para: Dimensionamento de obras hidrulicas Aproveitamento de recursos hdricos- aproveitamentos hidroeltricos 92% da energia produzida no pas;- abastecimento urbano 75% da populao do Brasil esto em reas urbanas;- irrigao problema de escolha do manancial;estudo de evaporao e infiltrao,- navegao obteno de dados e estudos sobre construo e manuteno de canaisnavegveis.- drenagem estudo de precipitaes, bacias de contribuio e nvel dgua noscursos dgua.- regularizao de cursos dgua estudo das variaes de vazo. Controle de inundaes previso de vazes mximas Controle e previso de secas- estudo das vazes mnimas Controle de poluio- vazes mnimas de cursos dgua, capacidade de reacrao e velocidade1.2 Disponibilidade HdricaTotal de gua no planeta....................................................1400 x 1015m3(100%)Oceanos............................................................................. 1350x1015(96,4%)Geleiras.............................................................................. 25 x 1015(1,8%)guas subterrneas............................................................ 8.4 x 1015(0,6%)Rios e lagos........................................................................ 0.2 x 1015(0,01%)Atmosfera........................................................................... 0.01 x 1015(0,0007%)

2. Introduo Hidrologia 1-21.3 Importncia da gua Elemento essencial vidaseres vivos: maior parte em peso gua (homem 67%)portanto: disponibilidade de gua condiciona a biomassa. Regulador trmicocondiciona o clima Produo de alimentossuprimento: natural e/ou irrigaoanimais e vegetais aquticos Essencial sade- abastecimento domstico- molstias de veiculao hdrica Produo de energia- no Brasil: 50 x 106KW instalados (90% hidro)150 x 106KW potenciais (a desenvolver) Insumo industrial- resfriamento- lavagem- processo produtivo- incorporao ao produto Meio de transporte- navegaes, minerodutos- afastamento de dejetos (autodepurao) Recreao, paisagismo 3. Introduo Hidrologia 2-32 CICLO HIDROLGICO- De uma maneira ou de outra, a gua existe em toda parte.- Pode ser considerada ilimitada nos oceanos (relativo ao homem) e de magnitude quasenula nas regies desrticas.- Na atmosfera, a gua est presente em forma de vapor, nuvens e precipitao.- Sob a superfcie da Terra ocorre em forma de cursos dgua e lagos.- Maior poro de gua do planeta est contida nos oceanos mesmo assim, hpermanente circulao de gua em todo o corpo da natureza- A evaporao na superfcie dos oceanos permanente- A gua evaporada dos oceanos:a) condensa-se e precipita-se sobre os mesmos;b) levada pelos ventos para reas continentais e precipita-se sob forma de chuva,granizo, neve ou condensa-se sob a forma de orvalho ou geada nas reas de vegetao.- Umidade sob forma de orvalho ou geada diretamente evaporada ou absorvida pelavegetao.- gua precipitada sob a forma de chuva:a) uma parte transforma-se em vapor;b) outra parte interceptada pela vegetao, pelas construes e objetos e parcialmentereevaporada;c) outra parte escoa superficialmente at alcanar os cursos dgua, retornando aosoceanos.d) outra parte infiltra-se pelo solo, onde:I- parte retida por capilaridade nas proximidades da superfcie e dali evaporada;II-outra parte utilizada pela vegetao retornando atmosfera pelo processo detranspirao;III- outra parte infiltra-se mais profundamente (subsolo) dando origem ao escoamentosubterrneo;IV- uma pequena parte infiltra-se at grandes profundidades e, aps longos perodos detempo, surge sob a forma de nascentes ou giseres.- gua que alcana os cursos dgua somente uma parte escoa diretamente para o rio.- O restante:a) evaporado diretamente da superfcie lquida;b) absorvido pela vegetao ribeirinha;c) penetra nos solos marginais quando o nvel fretico inferior ao nvel do curso dgua;esta parcela pode retornar ao curso dgua em pontos mais a jusante; ou podeencontrar sadas em nascentes distantes em outras bacias, lagos ou mesmo no mar;pode ainda ser alcanada por vegetais de razes profundas ou ento agregar-se s guassubterrneas. 4. Introduo Hidrologia 2-4Essa seqncia de fatos denominada ciclo hidrolgico e est representada de maneirabastante ilustrativa nas figuras 2.1 e 2.2.Figura 2.1 Ciclo hidrolgico.Figura 2.2 Representao esquemtica do ciclo hidrolgico.O ciclo hidrolgico pode ser representado pela chamada Equao do Balano Hdrico,que em geral est associada a uma bacia hidrogrfica. Essa equao dada por:P EVT Q = DR (2.1) 5. Introduo Hidrologia 2-5onde:P total precipitado sobre a bacia em forma de chuva, neve, etc., expressa em mm;EVT peradas por evapotranspirao, expressa em mm;Q escoamento superficial que sai da bacia. normalmente dado em vazo mdia aolongo do intervalo (por exemplo m3/s ao longo do ano);DR variao de todos os armazenamentos, superficiais e subterrneas. expressoem m3ou em mm.Este assunto ser visto mais adiante, com detalhes, aps ter conhecido os conceitos deprecipitao, evapotranspirao e escoamento superficial. 6. Introduo Hidrologia 3-63 BACIA HIDROGRFICA (B.H.)- a rea geogrfica na qual toda gua de chuva precipitada escoa pela superfcie dosolo e atinge a seo considerada.Sinnimo: bacia de contribuio, bacia de drenagem.Figura 3.1 Esquema de uma bacia hidrogrfica.Figura 3.2 Bacia hidrogrfica do Rio do Jacar.- Uma B.H. necessariamente definida por um divisor de guas que a separa das baciasadjacentes.Figura 3.3 Corte transversal de uma bacia hidrogrfica. 7. Introduo Hidrologia 3-7- Todos os problemas prticos de hidrologia se referem a uma determinada baciahidrogrfica.- comum tambm se estudar apenas uma parte de um curso dgua. Nestes casos, aB.H. a ser considerada a que se situa montante (para cima) do ponto considerado.Figura 3.4 B.H. do Rio Parate a montante da seco L.3.1 Delimitao de uma B.H. necessrio dispor de uma planta plani-altimtrica para se delimitar corretamente umabacia hidrogrfica. Procura-se traar uma linha divisora de guas que separa a baciahidrogrfica considerada das vizinhas.Ao se traar o divisor de gua (D.A) deve-se considerar:- O D.A. no corta nenhum curso dgua;- Os pontos mais altos (pontos cotados) geralmente fazem parte do D.A;- O D.A deve passar igualmente afastados quando estiver entre duas curvas de mesmonvel;- O D.A deve cortar as curvas de nvel o mais perpendicular possvel.Figura 3.5A figura da pgina seguinte mostra uma planta com o divisor de uma bacia hidrogrfica. 8. Introduo Hidrologia 3-8Figura 3.63.2 Caractersticas de uma Bacia Hidogrficarea de drenagem a rea plana (projeo horizontal) inclusa entre seus divisores topogrficos. A rea oelemento bsico para o clculo das outras caractersticas fsicas. A rea de uma B.H. geralmente expressa em km2. Na prtica, determina-se a rea de drenagem com o uso deum aparelho denominado planmetro, porm pode-se obter a rea com uma boa preciso,utilizando-se o mtodo dos quadradinhos.Cabe relembrar aqui a utilizao de escalas. Por exemplo, se estivesse trabalhando comum mapa na escala 1: 100.000:1 cm no mapa equivale a 100.000 cm ou 1.000 m ou 1,0 km, na medida real.1 cm2equivale a 1,0 x 1,0 =1,0 km2.Supondo que a escala do mapa fosse 1:50.000:1 cm no mapa equivale a 50.000 cm = 500 m = 0,5 km real.1 cm2= 0,5 x 0,5 = 0,25 km2.Forma da BaciaA forma da bacia influencia o escoamento superficial e, conseqentemente, o hidrogramaresultante de uma determinada chuva.Dois ndices so mais usados para caracterizar a bacia: ndices de compacidade econformao. 9. Introduo Hidrologia 3-91. ndice de Compacidade (kc) a relao entre o permetro da bacia e acircunferncia de um crculo de rea igual da bacia.APKC 28,0= (3.1)onde: P permetro da bacia;A rea da bacia.Caso no existam fatores que interfiram, os menores valores de kc indicam maiorpotencialidade de produo de picos de enchentes elevados.2. ndice de Conformao (Fator de forma) a relao entre a rea da bacia e oquadrado de seu comprimento axial medido ao longo do curso dgua desde adesembocadura at a cabeceira mais distante do divisor de gua.2LAIc = (3.2)onde: A rea da bacia;L comprimento axial.Rede de drenagem (Rd) o conjunto de todos os cursos dgua de uma bacia hidrogrfica, sendo expressa emkm.==niid lR1(3.3)onde: li comprimento dos cursos dgua.Densidade de drenagem (Dd)A densidade de drenagem indica eficincia da drenagem na bacia. Ela definida como arelao entre o comprimento total dos cursos dgua e a rea de drenagem e expressaem km/ km2. A bacia tem a maior eficincia de drenagem quanto maior for essa relaoALDd = (3.4)Nmero de ordemA classificao dos rios quanto ordem reflete o grau de ramificao ou bifurcaodentro de uma bacia.Os cursos dgua maiores possuem seus tributrios que por sua vez possuem outros atque chegue aos minsculos cursos dgua da extremidade.Geralmente, quanto maior o nmero de bifurcao maior sero os cursos dgua; dessaforma, pode-se classificar os cursos dgua de acordo com o nmero de bifurcaes.Numa bacia hidrogrfica, calcula-se o nmero de ordem da seguinte forma: comea-se anumerar todos os cursos dgua, a partir da nascente, de montante para jusante,colocando ordem 1 nos trechos antes de qualquer confluncia. Adota-se a seguintesistemtica: quando ocorrer uma unio de dois afluentes de ordens iguais, soma-se 1 ao 10. Introduo Hidrologia 3-10rio resultante e caso os cursos forem de nmeros diferentes, d-se o nmero maior aotrecho seguinte.Figura 3.6Declividade do lveoA velocidade de um rio depende da declividade dos canais fluviais. Quanto maior adeclividade, maior ser a velocidade de escoamento; neste caso, os hidrogramas deenchente tero ascenso mais rpida e picos mais elevados.Determinao da declividade equi