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ESTUDO EM BACIAS HIDROGRÁFICAS REPRESENTATIVAS
VISÃO INTEGRADA DAS ÁGUAS Projeto FAPESP
Programa Políticas Públicas
MÓDULO 1 CICLO HIDROLÓGICO E BACIAS
HIDROGRÁFICAS Silvio Simões (FEG/UNESP)
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Tópicos do curso

• Evolução do conceito de ciclo hidrológico
• Ciclo hidrológico global
• Ciclo hidrológico em bacias
• Instrumentação para medição dos elementos do
  ciclo hidrológico

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Observação do Vapor de Água na Troposfera
Superior a partir de Satélite
4
Precipitação e evaporação Modelo climático
do Planeta água (sem estações e sem
continentes)
5
(No Transcript)
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História do ciclo hidrológico

• 100 DC Vitruvius percebeu que o aumento das
  vazões dos rios poderia estar relacionado a água
  proveniente das montanhas.
• Século XVI Leonardo da Vinci estabeleceu um
  conceito equivocado de ciclo hidrológico mas
  estabeleceu com muita precisão a velocidade da
  água em canais abertos.
• 1563 O francês Bernard Palissy publicou a
  correta versão do ciclo hidrológico.

• 3000 AC Nilômetros foram usados para
  registrar a flutuação do rio Nilo.
• 400-300 A.C. - Aristóteles Platão descreveram
  parte do ciclo hidrológico mas acreditavam que os
  rios eram proveniente de cavernas profundas,
  escuras e frias onde o ar era transformado em
  água.
• 400 AC Um livro escrito pelo indiano Kautilya
  menciona a primeira medida quantitativa da chuva.

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Reconstituição do Nilômetro
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Visão de Leonardo da Vinci sobre o ciclo
hidrológico
Da Vinci calculando a velocidade da água em um
curso dágua
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História do ciclo hidrológico

• 1670 O francês Pierre Perrault mediu
  corretamente os maiores elementos do ciclo
  hidrológico precipitação, evapotranspiração,
  escoamento, e descarga da bacia ro rio Sena
  estudos similares foram realizados por Marriote e
  Halley.
• século XVIII Bernoilli, Chezy e outros deram
  grande avanço na hidráulica e no mecanismo de de
  compreensão do movimento da água.
• Século XIX Darcy e Manning se destacaram pelos
  trabalhos experimentais a respeito do fluxo da
  água.
• 1910 Inicio das pesquisa em hidrologia de
  floresta.
• A partir dos anos 30 do século XX a hidrologia
  passa a ter uma abordagem quantitativa,
  substituindo o empirismo, através do conceito de
  hidrógrafa (Sherman, 1932) e compreensão dos
  processos de infiltração (Horton, 1940).

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A concepção do ciclo hidrológico em 1955
11
Ciclo Hidrológico Global
Domenico and Schwartz, 1990.
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PRECIPITAÇÃO
Frentes Frias
Efeito orográfico
Convecção
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(No Transcript)
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Recurso Água na Terra

• 97,2 Oceanos
• 2,14 Geleiras
• 0,61 Águas Subterrâneas
• 0,009 Águas Superficiais
• 0,005 Umidade do Solo
• 0,001 Atmosfera

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O ciclo hidrológico Balanço hídrico global
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Balanço hídrico continental
-
Precipitação (P)
Evapotranspiração (Et)

P ET R
Escoamento (R)
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Balanço hídrico anual dos continentes
Continentes P (mm) S (mm) Et (mm) Razão (S/P)
África 690 140 550 0,20
Ásia 720 290 430 0,40
Austrália 740 230 510 0,31
Europa 730 320 410 0,44
Am. do Norte 670 290 380 0,43
Am. do Sul 1650 590 1060 0,36
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TEMPO DE RESIDÊNCIA (Tr)

• Corresponde ao tempo que uma parcela de água
  permanece em um determinado reservatório

S armazenagem mq fluxo de entrada mi
fluxo de saída
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(No Transcript)
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Tempo de residência para a água no ciclo
hidrológico
Parte da hidrosfera Volume de água (x 1000 k3) Volume de água () Tempo de residência (anos)
Oceanos 1370000 94,2 Cerca de 3000 anos
Água subterrânea 60000 4,1 2 semanas a 10000 anos
Calotas polares 24000 1,7 10 a 10000 anos
Lagos água doce 125 0,008 Cerca de 10 anos
Lagos água salgada 155 0,01 Cerca de 10 anos
Umidade do solo 80 0,005 2 semanas a 1 ano
Atmosfera 14 0,001 Cerca de 10 dias
Rios 2 0,0007 Cerca de 2 semanas
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Quais são os recursos hídricos superficiais?

• Volume dos rios 2.000 km3 (0,0007)
• Fluxo annual 45.000 km3
• (consumo humano de 3800 km3, daí a necessidade de
  se construir reservatórios que equivalem a 7600
  km3)

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• Volume de água nos lagos 250.000 km3
• Bem superior aos rios entretanto, quase toda a
  água é concentrada em 40 lagos principalmente na
  América do Norte

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Se a quantidade de água utilizada pelos seres
humanos é menos que 10 dos recursos hídricos
disponíveis nos rios por que então ocorre o
problema da água?O que isto tem haver com o
clima e com o ciclo hidrológico ?
?
24
Alta variabilidade dos recursos hídricos no espaço
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e no tempo vazões entre o período chuvoso e seco
pode variar muito.
Exemplos Rio Piracicaba variação entre 556,7 e
25,94 m3/s (22 vezes) 1943-1992 Rio
Camanducaia variação entre 72,37 e 2,21 m3/s (33
vezes) 1943-1991.
Quanto menor a bacia maior tende a ser a
diferença...
26
pode variar muito mesmo...
Região Amazônica
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• O fluxo de água durante as inundações e as
  estações chuvosas não podem ser utilizadas na
  estação seca

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Distribuição espacial muito irregular descarga
nos rios dos desertos em torno de zero e no rio
Amazonas é maior que 200.000 m3/s
29
Muitas regiões tem índice de escassez elevado
(maior que 0,4)Rws (W-S)/Q W retirada de
água S água usada por
dessalinização Q água disponívelQuais são
estas regiões?
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Ciclo hidrológico global e vegetação
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Floresta Tropical
32
Floresta Tropical
-found near the equator -temperature varies
little from approximately 23C -the length of
daylight varies from 12 hours by less than one
hour -rainforestgt2000mm
33
Floresta de Cerrado
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Floresta de Cerrado
-found in the tropics (but gt 10
latitude) -pronounced dry season with lt5 cm
rainfall in some months
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Região Sudeste
Precipitação
Tempo
SON
DJF
MAM
JJA
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Conceito de bacia hidrográfica

• Unidade natural ou modificada de terreno no qual
  toda a água em seu interior se movimenta por
  gravidade se dirigindo para um ponto de saída
  (exutório). A definição costuma incluir
  estruturas feitas antropicas como estacionamentos
  e canais de drenagem (Black, 1996)

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(No Transcript)
38
Ciclo hidrológico de bacias
Charbeneau, 2000.
39
Ciclo Hidrológico Global
Ciclo Hidrológico de Bacia
Domenico and Schwartz, 1990.
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O ciclo hidrológico modelo ativo
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P Rs Rss G E T It
Balanço hídrico em uma bacia hidrográfica
P precipitação Rs Escoamento superficial Rss
Escoamento sub-superficial G água
subterrânea Et Evapotranspiração It -
Interceptação
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P
T
It
E
Rs
Rss
G
43
(No Transcript)
44
Simplificação do balanço hídrico da bacia ...
45
Ciclo Hidrológico em Bacias Interação água
subterrânea / água de superfície
46
(No Transcript)
47
Ganho de água no rio
Perda de água no rio
Perda de água no rio Nível freático desconectado
do rio
USGS Circ 1186
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Funções hidrológicas de uma bacia hidrográfica

• Capturar a precipitação as características da
  bacia podem (ou não) influenciar na quantidade de
  precipitação capturada
• Armazenar água desde que haja boas condições para
  infiltração
• Liberar água para córregos, rios e oceano

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Por que as bacias hidrográficas são importantes?

• Nós todos vivemos em uma bacia hidrográfica
• Atividades no interior da bacia impacta o
  escoamento e a qualidade da água que deixa a
  bacia
• Deve-se gerenciar em nível de bacia hidrográfica
  antes que em outros limites para se atingir os
  objetivos relacionados ao escoamento e a
  qualidade da água

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Azul mais claro Nível freático mais próximo a
superfície Violeta Nível freático mais profundo
Mais escuros Menor elevação Mais claro Maior
elevação
51
Fonte Luiz Rizzo
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Características fluvio-morfológicas

• Forma da bacia
• Efeito sobre o comportamento dos rios
  particularmente em pequenas bacias. O tempo de
  concentração pode ser usado para auxiliar neste
  estudo.

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Forma da bacia

• Comparação com formas conhecidas circulo, pêra,
  retângulo, banana, charuto
• Avaliação numérica para relacionar com
  parâmetros de escoamento (tempo de resposta e
  pico de inundação)
• Coeficiente de conformação (Kc)

P perímetro A - área
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Ordenamento dos canais da rede de drenagem
55
(No Transcript)
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Densidade de drenagem

• Indicação do grau de desenvolvimento de um
  sistema de drenagem.
• 
  
• 
  L comprimento dos canais em quilômetros
• 
  A área da bacia
• 
  

• Aparentemente quanto maior Dd mais eficientemente
  a bacia e drenada
• Dd esta associada com escoamento rápido quanto
  maior Dd menor a infiltração e a capacidade de
  armazenamento da bacia
• Limitado valor como uma variável independente
• Varia em função da precipitação
• Escala do mapa
• Forma da bacia
• Condições geológicas

Baixa lt 5,0
Media 5,0-13,7
Alta 13,7 155,3
Muito Alta gt 155,3
57
(No Transcript)
58
Por quê a diferença na densidade de drenagem?
59
Sub-bacia I II III IV V VI VII
Dd (kmkm2) 3,5 3,8 3,2 4,3 3,4 3,0 3,3