Aula_HidroEncosta

Prévia do material em texto

Hidrologia de Encosta
Mestranda Aline Riccioni de Melos
Ciclo hidrológico e características hidrológicas dos solos
Fluxos d’água nas encostas
(Coelho Netto, 1995)
FSH- Fluxo superficial hortoniano – ocorre sempre que a intensidade da 
chuva alcançar valores superiores a capacidade de infiltração.
FS - Fluxo subterrâneo – ocorre na zona de saturação e advém da água 
que percolada a partir das zonas de recarga do aqüífero,
compondo o chamado fluxo de base.
FSSch - Fluxo subsuperficial da chuva ou fluxo subsuperficial lateral 
raso. É um tipo de escoamento que ocorre sobre horizontes de
solo de baixa permeabilidade (p. ex. Bt ou R); forma um lençol
freático suspenso temporário durante as chuvas.
FSSat – Fluxo superficial de saturação; é um fluxo gerado pela chuva
precipitada na zona saturada da base da encosta (ou fundo de
vale) + fluxo de retorno (ou exfiltração) da água que infiltrou a 
montante desta zona saturada.
Modelo de Infiltração e Escoamento Superficial /
tipo Hortoniano (R. Horton, 1933)
1- Variáveis-Controle da infiltração:
DECLIVIDADE, COBERTURA VEGETAL, 
CARACTERÍSTICASFÍSICAS DO SOLO 
(textura original, estrutura , porosidade macro e micro, umidade antecedente).
Compactação
e selagem no 
topo do solo
f = fc + (f0 – fc) . e
-Kt 
t
f mm/h
fc
f0
Ich = f (100%)
Ich < f (100%)
Ich > f (Es)
Relação com a Intensidade 
da chuva
f = capacidade de infiltração
(taxa de entrada de água no solo;
expressa-se em mm/h ou cm/h.)
Salpico da gota de chuva e erosão
(splash erosion)
Quebra de agregados, formando 
crostas (selagem e compactação)
Características físicas das chuvas
- intensidade da chuva: define a taxa de entrada (cm/h ou mm/h).
- duração: define o tempo de evolução da frente de umidade no solo.
Cobertura Vegetal do Solo 
- serrapilheira e raízes: tendem a aumentar a infiltração.
- densidade: quanto maior a presença de plantas, maior a infiltração.
Atividade de escavadores
- bio-poros: animais no solo criam poros e aumenta a infiltração.
Características da matriz do solo
- granulometria: solos arenosos geram maior infiltração que argilosos.
- estrutura: a granular permitem infiltração em todas as direções, enquanto solos 
prismáticos favorecem a infiltração vertical.
- umidade antecedente: quanto maior a umidade maior a facilidade de infiltração.
- grau de saturação: a medida em que o solo se aproxima da saturação, diminui a
possibilidade de preenchimento dos poros, reduzindo a infiltração.
Características do topo do solo
- selagem: os solos sem vegetação tendem a ter fechamento de seus poros por ação 
do impacto das gotas de água da chuva.
- fendas de ressecamento : favorecem a entrada de água no solo
Influências do ambiente na infiltração da água no solo
Variação da Capacidade 
de Infiltração
(durante a chuva para 
diferentes solos)
Infiltração 
X 
Escoamento Superficial
(tipo Hortoniano)
Modelo Horton, 1931;
Dunne & Leopold, 1978;
Coelho Netto, 1995.
Inicio do escoamento superficial 
pelo excedente de precipitação:
preenchimento das micro-depressões
do terreno.
Escoamento Superficial /
tipo Hortoniano
(Horton, 1932)
Ich = f (100%)
Ich < f (100%)
Ich > f (x%f; y%Es)
SULCOS EROSIVOS
RAVINAS
VOÇOROCAS
Erosão em lençol ou 
Erosão laminar
Erosão em lençol
com formação de ravinas
Aumenta de acordo 
com a velocidade do 
fluxo
Ocorre quando há a 
concentração de fluxos
Estágio inicial de plantio solo exposto e estradas de terra
erosão: lavagem, sulcos e ravinas
Erosão por ação do 
escoamento superficial 
concentrado:
sulcos erosivos
e ravinas
S.J.Rio Preto, RJ
(Quartzitos)
Novo México,
EUA
(semi-árido)
Semi-arid
arroyos
Infiltração e Escoamento Superficial
I (mm)
erosão (g / l)
I = P - Es
Parcela hidro-erosiva 
(tipo Gerlach)
Parcela simples
(ARACRUZ)
Parcelas Integradas
(ARACRUZ)
A
Visão LateralVisão Frontal
B C
Parcelas 
Encostas 
com plantios
de Eucalipto
Infiltrômetro
ÁGUA NO SOLO:
Infiltração (entrada, percolação e estocagem)
Escoamento (subsuperficial)
Forças que governam o movimento da água no solo:
gravidade (G) capilaridade (C)
f (umidade)
f (poros)
(Dunne & Leopold, 1978) (Coelho Netto, 2004; Coelho Netto e Avelar, 2005)
Distribuição da água abaixo da superfície do solo 
(Fonte: Karmann, 2001).
Microporos  Menores que 0,2 mm
Macroporos Maiores que 0,2 mm
Infiltração
(Teixeira et al., 2000
Porosidade x Permeabilidade
• Porosidade:
percentagem do
volume total de rocha
ou sedimento sobre o
volume de espaços
vazios (poros);
• Permeabilidade:
facilidade da rocha
transmitir material ou
fluído (água).
Tensiômetro
de Mercúrio
Tensiômetro
Semi-automático
Mensuração indireta de água no solo
O cálculo dos valores de sucção (Hp) para os tensiômetros com 
manômetro de mercúrio pode ser obtido da seguinte equação:
Hp = (-13,6 H) + (H+h1+h2) = (-12,6 H) + (h1+h2)
onde:
-13,6 - é uma constante que representa a densidade do Hg.
H - é a altura da coluna de Hg
h1 - é a altura entre o nível do terreno e o nível de Hg na cuba.
h2 - é a profundidade de instalação do tensiômetro. 
Percolação
O deslocamento da água no interior do solo é provocado a partir dos
pontos de alta energia para os de baixa energia, 
A energia é resultado da carga de elevação ou carga de posição (Z)
e a carga de pressão (Hp ou Y), que somadas estabelecem a 
carga total (H). Desta forma, tem-se que:
H = Z + Hp
Henry Darcy, 1856: LEI de DARCY
Percolação da água no 
meio poroso saturado.
Q = K i A
K = coeficiente de 
permeabilidade
ou condutividade 
hidráulica
i = gradiente
hidráulico
A = área da seção 
perpendicular ao
fluxo.
Variação de condutividade hidráulica com profundidade e intensidade de 
chuva excedente em relação a condutividade saturada (K): 
(a) Baixa intensidade = fluxo vertical e 
lateral não-saturado, o qual pode levar
à saturação na base da encosta;
(b) Alta intensidade de chuva gera
uma camada saturada suspensa no 
solo e o fluxo saturado ocorre dentro
do subsolo e lateral
Percolação Preferencial
no Solo:
influência de raízes e dutos
DARCY
1- Orientação de raízes
Raiz Vertical   90º
Raiz Oblíqua-Vertical   60º
Raiz Horizontal   0º
Raiz Oblíqua-Horizontal   30º
Esquema do classificador de ângulo de 
orientação das raízes na trincheira
Em planta Em perfil
2- Mapeamento:
3- Mensurações: SIARCS-EMBRAPA
ARQUITETURA de RAÍZES ARBÓREAS: funções hidrológicas e mecânicas
Pré-tratamento das imagens: Corel Photo-Paint.
Processo de binarização: densidade de raízes.
Processo de afinamento: comprimento de raízes.
Distribuiçao de raízes:
• encostas de baixo declive* (< 5o)
•(zona de raízes verticais densa: entre 40 - 90 cm)
• encostas íngremes (>30o)
(raízes verticais esparsas)
Variações espaciais da arquitetura dos sistemas radiculares:
densidade, profundidade, posição na encosta.
Zaú, 1994;
Freitas, 2001;
Correa, 2004
Mudanças da Vegetação sob INCÊNDIO 
FLORESTAL no Maciço da Tijuca
Gráfico de Altura: Área Controle
0
20
40
60
80
100
120
2 a
 5
5 a
 10
10
 a 
15
15
 a 
20
20
 a 
25
25
 a 
30
> 3
0
altura em metros (m)
nº
 d
e 
in
di
ví
du
os
Gráfico de Altura: Área Queimada
0
20
40
60
80
100
120
2 a
 5
5 a
 10
10
 a 
15
15
 a 
20
20
 a 
25
25
 a 
30 > 3
0
altura em metros (m)
nº
 d
e i
nd
iv
ídu
os
Porcentagem do Recobrimento - Controle
0 5 10 15 20
0 cm 
20 cm
40 cm
60 cm
80 cm
120 cm
150 cm
pr
of
un
did
ad
e
total
mortas
PORCENTAGEM DO RECOBRIMENTO - Queimada
0 5 10 15 20
0
20
40
60
80
120
150
pr
of
un
did
ad
e
total
mortas
Altura de árvore (m)
Freqüência de raízes (%)
FLORESTA DEGRADADA
- queda de resistência
- raíz morta = duto
GRAMÍNEAS
- discontinuidade hidráulica
Mudanças de vegetação & 
Hidrologia de encosta (?)
ANTES
DEPOIS
ANTES
DEPOIS
Efeitos do piping em regiões úmidas
Zona de saturação suspensae temporária
e geração de fluxo superficial de saturação 
ÁGUA SUBTERRÂNEA
- aqüíferos : temporários e permantes
- redes de fluxos: regional e cabeceiras 
de drenagem
Tipos de Aqüíferos
• Aquífero: rocha
ou sedimento
que permite a
explotação de
água;
• Aquitarde: rocha
que armazena
água mas não
transmite.
Fluxo subterrâneo regional, em aqüífero 
isotrópico homogêneo, Sob topografia 
ondulada e com exutórios de drenagem 
em diferentes elevações
Rede de fluxo subterrâneo sob uma
Paisagem de vales fluviais para uma
única elevação, em aqüífero 
isotrópico homogêneo
REDES DE FLUXOS D’ÁGUA SUBTERRÂNEA
Exercício
• Na figura abaixo está representada a
capacidade de infiltração de um solo e a
intensidade de chuva.0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40
tempo (minutos)
(m
m
/h
) Capacidade de
infiltração
Intensidade de
chuva
• Duração do evento de
chuva;
• Intensidade máxima do
evento de chuva;
• Escoamento
Hortoniano e infiltração
em t=5, t=15 e t=25.