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Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos2009 / 2010

Rodrigo Proença de Oliveira

Formação e processo de escoamentoescoamento

Ciclo hidrológico

Retenção – Água que não se infiltra nem dá origem a escoamento superficial (água interceptadaou retida em depressões do solo)

Evapotranspiração

Precipitação Precipitação

Hidrologia e Recursos Hídricos, 2009 323-Sep-09

ou retida em depressões do solo)

Detenção – Água em trânsito

Escoamento superficial (directo)

Escoamento de base

Intercepção

Água retida em depressões

Evaporação

Infiltração

Recarga

Escoamento sub-superficial ou intermédio

Evaporação

Factores de escoamento

ARDOHUMIDADE

VENTO

SOLARRADIAÇÃO

ATEMPERATUR

Temporal

Espacial

ÃODISTRIBUIÇ

DURAÇÃO

EINTENSIDAD

FORMA

ÃOPRECIPITAÇÀRELATIVOS

CLIMÁTICOS

IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos © Rodrigo Proença de Oliveira, 2009 4

CAHIDROGRÁFIREDE

VEGETALCOBERTOUso

Tipo

SOLO

GEOLOGIA

FÍSICOS

CAHIDROGRÁFIREDE

ORIENTAÇÃO

RELEVO

FORMA

ÁREA

SGEOMÉTRICO

COSFISIOGRÁFI

ãoDistribuiç

Espécie

VEGETAÇÃO

SOLONOÁGUA

EVAPORANTESUPERFÍCIE

AATMOSFÉRICPRESSÃO

ARDOHUMIDADE

PIRAÇÃOEVAPOTRANS

DANTESCONDICIONA

Balanço hidrológico

• P = H + E + ∆Sp + ∆S + ∆Su + Ex – R

• P = Precipitação sobre a bacia;• H = Escoamento na secção de referência;• E = Evapotranspiração na bacia;• E = Evapotranspiração na bacia;• ∆Sp = Variação da retenção e detenção superficiais;• ∆S = Variação da quantidade de água no solo;• ∆Su = Variação das reservas de água subterrânea;• Ex = Quantidade de água extraída pela acção humana;• R = Quantidade de água lançada na bacia pela acção humana.

• Défice de escoamento: D = P – H


Simplificações do balanço hidrológico

• Se forem desprezadas as as quantidades deágua movimentadas pela acção humana:

• Ex – R = 0

• Para um intervalo de tempo longo e supondodesprezáveis, ou compensadas, os vários tiposdesprezáveis, ou compensadas, os vários tiposde armazenamento:

• ∆Sp + ∆S + ∆Su = 0

• Logo P = H + E

• Para um ano hidrológico:• P = H + E


Problema

• Numa bacia hidrográfica com 100 km2 de área, para a qual sãotransferidos de bacia vizinha cerca de 8 hm3 por mês, aprecipitação e o escoamento em determinado ano hidrológicoforam de 1000 mm e 1300 mm, respectivamente. Estime em mmo valor da evapotranspiração real nesse ano. Justifique.


Problema

• De uma bacia hidrográfica com 100 km2 de área, pretende-setransferir para bacia vizinha o máximo caudal médio compatívelcom um escoamento médio de 0,5 m3/s na secção de referênciada bacia de origem. Sabendo que a precipitação e aevapotranspiração anuais médias na bacia de origem sãorespectivamente de 1000 mm e 700 mm, estime o máximo caudalmédio transferível em m3/s. Justifique.médio transferível em m /s. Justifique.


Problema

• Os valores anuais médios da precipitação e do défice doescoamento numa bacia hidrográfica com a área de 40 km2 foramestimados em 1500 e 850 mm, respectivamente. Determine ocaudal anual médio na secção de referência da referida bacia emm3/s.


Precipitação

Água na atmosfera

• Reservatório atmosfera:

– Volume modesto (quando comparado com os restantes): apenas25 mm em média;

– Tempo de residência reduzido: ~8 dias.

– A água encontra-se predominantemente na fase gasosa (vapor de água), sendo deprezável a que se encontra na fase liquida ouágua), sendo deprezável a que se encontra na fase liquida ousólida nas nuvens.)

• Enorme variação temporal e espacial:

– Norte vs Sul

– Sobre continentes (23,9 mm); Sobre oceanos (27.5 mm)

– Em altitude: 50% até 1500 m (850 mb); 90% até 6000 m (500 mb)


Latitude (º) 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Hem. N (mm) 43.9 39.9 31.1 21.8 16.4 13.2 10.4 7.0 4.8

Hem. S (mm) 42.9 40.5 31.6 21.7 16.1 12.1 7.2 3.0 1.0

Formação da precipitação

• Vapor de água existente na atmosfera condensa(passa à fase líquida):– Por redução da temperatura do ar;– Por redução da pressão do ar (expansão);

• As gotas de água coalescem em torno de um núcleocom massa suficiente para se precipitar.com massa suficiente para se precipitar.

• Tensão de vapor


+⋅=

T

Tes

2.237

27,12exp611

es – Tensão de vapor (Pa)T – Temperatura do ar (ºC)

(Vapor de água)

(Estado líquido)

Classificação da precipitação

• Precipitação de convecção:

• Precipitação orográfica:

• Precipitações ciclónicas ou frontais


Recordes mundiais de precipitação


Duração Precipitação(mm)

Intensidade média(mm h-1)

Local Data de início

1 min 38 2280 Barot, Guadalupe 26-10-1970

8 min 126 945 Fussen, Baviera 25-05-1920

15 min 198 792 12-05-1916

20 min 206 618 Curtea-de-Arges, Roménia 07-07-1947

42 min 305 436 22-06-1947

2h 10min 483 223 Rockport, 18-07-1889

2h 45min 559 203 D'Hanis, 31-05-1935

4h 30min 782 174 Smethport, Pennsylvanea 18-07-1942


9h 1087 121 Belouve, La Réunion 28-02-1964

12h 1340 112 Belouve, La Réunion 28-02-1964

18h 30min 1689 91 Belouve, La Réunion 28-02-1964

24h 1825 76 Foc Foc, La Réunion 15-03-1952

2 d 2259 47 17-10-1967

3 d 2759 38 12-09-1974

4 d 3721 39 12-09-1974

8 d 3847 20 01-01-1979

15 d 4798 13 24-06-1931

31 d 9300 13 Jul 1861

2 mêses 12767 9 Jun 1861

3 mêses 16369 7 Mai 1861

4 mêses 18738 6 Abr 1861

5 mêses 20412 6 Abr 1861

6 mêses 22454 5 Abr 1861

11 mêses 22990 3 Jan 1861

1 ano 26461 3 Ago 1860

2 anos 40768 2 Jan 1860

Recordes de Precipitação

5; 2

0 30;

5960

; 96

360;

272

720;

276

1440

; 29

228

80;

299

1

10

100

1000

10000

100000

1 10 100

1000

1000

0

1000

00

1000

000

1000

0000

Duração (min)

Pre

cipi

taçã

o (m

m)

Recorde Mundial

Recorde Português

Envolvente

5.050tP=


Recordes de Precipitação

1000

10000

100000

Pre

cipi

taçã

o (m

m)

Recorde Mundial

5.050 tP =


5; 2

0 30;

59

60;

96

360;

272

720;

276

1440

; 29

2

2880

; 29

9

1

10

100

1000

1 10 100

1000

1000

0

1000

00

1000

000

1000

0000

Duração (min)

Pre

cipi

taçã

o (m

m)

Recorde Mundial

Recorde Português

Envolvente

Medição da precipitação


Udógrafo de sifão


Udógrafo de báscula


Triangulação de Delaunay

• Conjunto de triângulos baseados num conjunto de pontos que não incluem qualquer ponto no interior das circunferencias que circuncrevem cada triângulo (Boris Delaunay, 1934);

• Este conjunto de triangulos maximiza o angulo mínimo de todos os triangulos; são o conjunto de triangulos mais próximo de um conjunto de triângulos equiláteros.


Verificação da triangulação de Delaunay


Triangulação de Delaunay: Exemplos de ERROS

Erro 1 Erro 2


Polígonos de Thiesen

• As arestas de cada polígono cruzam perpendicularmente os lados de cada triangulo pelo seu ponto médio;

• As arestas encontram-se em pontos comuns de intersecção.


Cálculo da precipitação ponderada por polígonos de Thiessen

Posto Área deinfluência (km2)

Ai

Peso

wi

Precipitação(mm)

Pi

Contribuição(mm)

wi x Pi

1 A1 w1 = A1 / Ab P1 w1 x P1

2 A2 w2 = A2 / Ab P2 w2 x P2

3 A w = A3 / A P w x P


3 A3 w3 = A3 / Ab P3 w3 x P3

… …. …. …. …

n An wn = An / Ab Pn wn x Pn

Soma de controlo

Ab - Área da bacia(km2)

1 - Precipitação médiasobre a bacia

Desenho das isoietas


Cálculo da precipitação ponderada pelo método das isoietas

Isoietas Áreacompreendida

(km2)Ai

Peso

wi

Precipitação(mm)

Pi

Contribuição(mm)

wi x Pi

1 – 2 A1 w1 = A1 / Ab P1,2 = (P1+P2) / 2 w1 x P1,2

2 – 3 A2 w2 = A2 / Ab P2,3 = (P2+P3) / 2 w2 x P2,3


2 – 3 A2 w2 = A2 / Ab P2,3 = (P2+P3) / 2 w2 x P2,3

3 - 4 A3 w3 = A3 / Ab P3,4 = (P2+P4) / 2 w3 x P3,4

… …. …. …. …

(n-1) – n An wn = An / Ab Pn-1,n = (Pn-1+Pn) / 2 wn x Pn-1,n

Soma de controlo

An- Área da bacia(km2)

1 - Precipitação médiasobre a bacia

Problema

• O hietograma acumulado de determinada precipitação é representado no seguinte quadro:

• Determine a máxima intensidade média da precipitação em meia hora.

t (min) 0 10 20 30 40 50 60

P (mm) 0 15 35 41 45 47 47


Problema

• A figura abaixo representa um registo diário de um udógrafo de sifão. Sabendo que a escala vertical corresponde a 10 mm de precipitação estime a precipitação nesse dia.


Problema

• Em três postos udométricos com áreas de influência de 10, 20 e 30 km2 sobre determinada bacia hidrográfica registaram-se em dado período de tempo precipitações de 12, 18 e 23 mm, respectivamente. Estime pelo método de Thiessen a precipitação sobre a bacia nesse período de tempo.


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