Ciclo Hidrológico e Balanço Hídrico...

16/03/2016

1

Ciclo Hidrológico e Balanço Hídrico

Prof. Luis César de Aquino Lemos Filho Dr. Engenharia de Água e Solo

Universidade Federal Rural do Semi-Árido Mossoró, RN


Prof. Luis César www.luiscesarlemos.webnode.com

Um pouco de História

Rei Salomão 1000 anos AC (segundo Bíblia): “All rivers flow into the sea, yet the sea is never full. To the place the streams come from, there they return again”;

Gregos: Primeiros registros de pensamentos sobre a origem das águas dos rios (500 AC) Água dos rios é a água do mar que vem das profundezas da terra;

Romanos: Muitas obras hidráulicas mas continuam adotando o pensamento grego sobre o ciclo hidrológico;

Idade média: Idéias dos gregos perduraram até +/- século XVI;

Renascimento: papel fundamental da chuva!









Marcos Vitruvius Pollio (100 AC): Conceitos próximos aos atuais;

Da Vinci e Bernard Palissy - Século XV;

Ainda apoiando as ideias erradas dos gregos: Keple e Descartes – Séculos XVI e XVII;

Perrault ( 1608-80) e Mariotte: Vazão do Rio Sena = 16 % da precipitação;




1580: Livro em forma de diálogo entre dois personagens: “Teoria” e “Prática”:

- “Teoria” argumentava em favor da ideia dos gregos;

- “Prática” argumentava com base na observação, dizendo que a água dos rios vinha da chuva e do derretimento da neve.


16/03/2016

2



O ciclo hidrológico começou a ficar mais claro nos séculos XVII e XVIII, com o advento da ciência experimental, e das medições;

Hidrologia Quantitativa: Década de 1930 (Sherman – 1932, Horton – 1933 e Theiss - 1935)

Computadores + Modelos Conceituais de chuva x vazão: Década de 1950

Muitos aspectos ainda permanecem obscuros: papel das florestas; CO2; aerossóis; interação oceanos e atmosfera.



“Eu que sei prever a trajetória dos astros, nada sei dizer sobre o movimento de uma pequena gota de água”.

Galileo Galilei




Fenômeno global de circulação fechada da água entre a superfície terrestre e a atmosfera;

Impulsionado, fundamentalmente, pela energia solar associada à gravidade e à rotação terrestre;

Representa a água em fases distintas e independentes, desde a ocorrência de precipitações até o seu retorno à atmosfera, sob a forma de vapor (evapotranspiração);

Estudado com maior interesse em sua fase terrestre, onde o elemento fundamental de análise é a bacia hidrográfica.

CICLO HIDROLÓGICO




Da energia do sol que atua sobre o sistema terrestre, 36% é utilizada para a evaporação da terra e do mar;

A água evaporada para a atmosfera fica em média dez dias na atmosfera;

O fluxo sobre a superfície terrestre é positivo, ou seja a precipitação é maior que a evapotranspiração, resultando nas vazões dos rios (Ciclo Global);

Nos oceanos o fluxo é negativo, já que ocorre maior evaporação sobre superfícies líquidas do que precipitação.


CICLO HIDROLÓGICO



CICLO HIDROLÓGICO EM NÚMEROS

16/03/2016

3











GLOBAL X REGIONAL (LOCAL) ???

CICLO HIDROLÓGICO NO SEMIÁRIDO ???



Ciclo Global:

Ciclo fechado; Recirculação de toda a água; Oceanos: mais evaporação do que precipitação; Continentes: mais precipitação do que evaporação.

Ciclo Regional:

Ciclo aberto; Parte da água retorna; Parte da água é trazida de fora pela atmosfera; Balanço hídrico.



Alterações produzidas pelo homem sobre o ecossistema pode alterar parte do ciclo hidrológico quanto a quantidade e qualidade da água.

1. A nível global: Emissões de gases para a

atmosfera produz aumento no efeito estufa, alterando as condições das emissões da radiação térmica, poluição aérea, etc;

2. A nível local: obras hidráulicas atua sobre o rios, lagos e oceanos; desmatamento atua sobre o comportamento da bacia hidrográfica; a urbanização também produz alterações localizadas nos processos do ciclo hidrológico terrestre, contaminação das águas, etc.


EFEITOS ANTRÓPICOS

16/03/2016

4


EFEITOS ANTRÓPICOS: DESMATAMENTO.



EFEITOS ANTRÓPICOS: URBANIZAÇÃO.



O impacto da emissão de gases pode ser de alteração, além da variabilidade natural das condições de precipitação, evapotranspiração, radiação solar, etc em diferentes partes do globo;

Existem a variabilidade natural e a modificação climática, a primeira se refere aos condicionantes sem efeitos antrópicos e o segundo devido aos efeitos antrópicos.


MODIFICAÇÃO CLIMÁTICA



O balanço entre entradas e saídas de água em uma bacia hidrográfica é denominado balanço hídrico. A principal entrada de água de uma bacia é a precipitação. A saída de água da bacia pode ocorrer por evapotranspiração e por escoamento. Estas variáveis podem ser medidas com diferentes graus de precisão. O balanço hídrico de uma bacia exige que seja satisfeita a equação:

QEPt

V

onde V é a variação do volume de água armazenado na bacia (m3); t é o intervalo de tempo considerado (s); P é a precipitação (m3.s-1); E é a evapotranspiração (m3.s-1); e Q é o escoamento (m3.s-1).

BALANÇO HÍDRICO



Em intervalos de tempo longos, como um ano ou mais, a variação de armazenamento pode ser desprezada na maior parte das bacias, e a equação pode ser reescrita em unidades de mm ano-1, o que é feito dividindo os volumes pela área da bacia.

QEP

onde P é a precipitação em mm ano-1; E é a evapotransipiração em mm ano-1 e Q é o escoamento em mm ano-1.

As unidades de mm são mais usuais para a precipitação e para a evapotransipiração. Uma lâmina 1 mm de chuva corresponde a um litro de água distribuído sobre uma área de 1 m2.

BALANÇO HÍDRICO



O percentual da chuva que se transforma em escoamento é chamado coeficiente de escoamento de longo prazo e é dado por:

P

QC

O coeficiente de escoamento tem, teoricamente, valores entre 0 e 1. Na prática os valores vão de 0,05 a 0,5 para a maioria das bacias.

BALANÇO HÍDRICO

16/03/2016

5



BALANÇO HÍDRICO



BALANÇO HÍDRICO



Entrada:

Precipitação (P)

Saídas: Escoamento (Q)

Evapotranspiração (E)

BALANÇO HÍDRICO



BALANÇO HÍDRICO CONTINENTAL



BALANÇO HÍDRICO MÉDIO NO BRASIL



Região Área Chuva Vazão Evapo Chuva Vazão Evapo Vazão

transp. transp. %

km2 m3/s m3/s m3/s mm mm mm Chuva

Amazonas - Total 6112000 493491 202000 291491 2546 1042 1504 41

Amazonas- Brasil 3884191 277000 128900 139640 2249 1047 1134 47

Tocantins 757000 42387 11300 31087 1766 471 1295 27

Atlântico Norte 242000 16388 6000 10388 2136 782 1354 37

Atlântico Nordeste 787000 27981 3130 24851 1121 125 996 11

São Francisco 634000 19829 3040 16789 986 151 835 15

Atlântico Leste (1) 242000 7784 670 7114 1014 87 927 9

Atlântico Leste (2) 303000 11791 3710 8081 1227 386 841 31

Paraná 877000 39935 11200 28735 1436 403 1033 28

Paraguai 368000 16326 1340 14986 1399 115 1284 8

Uruguai 178000 9589 4040 5549 1699 716 983 42

Atlântico - Sul 224000 10519 4570 5949 1481 643 838 43

BH NAS PRINCIPAIS BACIAS BRASILEIRAS

16/03/2016

6



BALANÇO HÍDRICO EM MOSSORÓ



Área da bacia → km² ou ha

Precipitação → mm

Intensidade de precipitação → mm/h

Evapotranspiração → mm

Infiltração → mm/h

Vazão → m³/s

Unidades de medida em hidrologia

Lâmina de água 1 mm = 1 L m2



Qual seria a vazão de saída de uma bacia completamente impermeável, com área de 60km2, sob uma chuva constante à taxa de 10 mm hora-1?

Cada mm de chuva sobre a bacia de 60km2 corresponde a um volume total de 60.000 m3 lançados sobre a bacia, o que significa que em uma hora são lançados 600.000 m3 de água sobre esta bacia. Como a bacia é impermeável toda a água deve sair pelo exutório a uma vazão constante de 167 m3.s-1.

EXEMPLO 01:



A região da bacia hidrográfica do rio Taquari recebe precipitações médias anuais de 1600 mm. Em Muçum (RS) há um local em que são medidas as vazões deste rio e uma análise de uma série de dados diários ao longo de 30 anos revela que a vazão média do rio é de 340 m3 s-1. Considerando que a área da bacia neste local é de 15.000 Km2, qual é a evapotranspiração média anual nesta bacia? Qual é o coeficiente de escoamento de longo prazo?

EXEMPLO 02:



O balanço hídrico de longo prazo é dado por:

QEP

onde P é a chuva média anual; E é a evapotranspiração média anual e Q é o escoamento médio anual.

A vazão média de 340 m3 s-1 em uma bacia de 15.000 km2 corresponde ao escoamento anual de uma lâmina dada por:

) ( 1000.)(

) ( 365 . 24 . 3600 . )()/( 1

2

113

mmmmA

anossmQanommQ

EXEMPLO 02:

16/03/2016

7


EXEMPLO 2


) ( 1000.)(

) ( 365 . 24 . 3600 . )()/( 1

2

113

mmmmA

anossmQanommQ

ou

)(

365 . 24 . 6,3)()/(

2

13

kmAsmQanommQ

1. 71515000

365 . 24 . 6,3.340)/( anommanommQ

A evapotranspiração é dada por

-1ano mm 8857151600 QPE

O coeficiente de escoamento de longo prazo é dado por:

447,01600715PQC

EXEMPLO 02:


Próximo assunto:

Bacia Hidrográfica


Ciclo Hidrológico e Balanço Hídrico...

Documents

Transcript of Ciclo Hidrológico e Balanço Hídrico...