Hidrologia - Aula 5 - Ciclo Hidrológico e Bacia Hidrográfica

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HIDROLOGIA APLICADA
CICLO HIDROLÓGICO E BACIA HIDROGRÁFICA
Prof. MSc. Ana Carolina Assmar
BELÉM-PA
2021
FACULDADE ESTÁCIO DE BELÉM
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL/SANITÁRIA E AMBIENTAL
DISCIPLINA: HIDROLOGIA
Ciclo hidrológico
• Comportamento natural da agua quanto à sua ocorrência,
transformações de estado e relações com a vida humana;
• Considera-se que o ciclo hidrológico possui duas fases: uma
atmosférica e outra terrestre, cada uma incluindo:
• Armazenamento temporário de água;
• Transporte;
• Mudança de estado.
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Ciclo hidrológico
• De maneira global, o ciclo hidrológico pode ser visto como um sistema
hidrológico fechado, pois a quantidade de água existente no nosso
planeta é considerada constante;
• Para facilitar, o estudo é feito a partir da análise de subsistemas
abertos, divididos em quatro etapas principais:
• Precipitações atmosféricas (chuva, granizo, neve, orvalho);
• Escoamento subterrâneos (infiltração, águas subterrâneas);
• Escoamentos superficiais (rios e lagos);
• Evaporação (na superfície das águas e no solo) e transpiração dos vegetais e
animais.
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OBS: Quando se considera uma área limitada, 
as quantidades de água em cada parte do ciclo 
variam continuamente, dentro de amplos 
limites. A superabundância e a escassez de 
chuva representam, numa determinada área, 
os extremos dessa variação.
Ciclo hidrológico
Processo natural de evaporação, condensação, precipitação, detenção e
escoamento superficial, infiltração, percolação da água no solo e nos
aquíferos, escoamentos fluviais e interações entre esses componentes
(RIGHETTO, 1998).
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O movimento da água na Terra é uma 
sucessão de deslocamentos e 
mudanças .
Coalescência
Luz + calor
Ciclo hidrológico
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Ciclo hidrológico
• Eventuais interrupções em vários estágios;
• Íntima dependência da intensidade e frequência do ciclo hidrológico
com a geografia e o clima local;
• Fonte de energia para a realização do ciclo: o sol;
• As nuvens formadas podem se deslocar para regiões continentais
sob a ação do vento;
• Os escoamentos superficial e subterrâneo decorrem da ação da
gravidade, podendo parte desta água ser evaporada ou infiltrada
antes de atingir o curso d’ água;
• A evaporação acompanha o ciclo hidrológico em quase todas as suas
fases, seja durante a precipitação, seja durante o escoamento
superficial.
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Ciclo hidrológico
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A quantidade de água e a velocidade com que ela circula nas diferentes fases do ciclo 
hidrológico são influenciadas por diversos fatores como, por exemplo, a cobertura 
vegetal, altitude, topografia, temperatura, tipo de solo e geologia.
Ciclo hidrológico
• Água que atinge o subsolo,
formando os lençóis d’água.,
responsável pela alimentação
dos copos d’água superficiais,
principalmente nos períodos
secos. O solo com vegetação:
• Menor escoamento superficial;
• Maior infiltração;
• Menor carreamento de
partículas do solo para os cursos
d’água, reduzindo assoreamento
e erosão.
• Transferência da água para o
meio atmosférico:
• Evaporação: Água superficial do
estado líquido para gasoso.
Depende da temperatura e
umidade relativa do ar;
• Transpiração: As plantas retiram
água do solo pelas raízes, que vai
para as folhas e então evapora.
• Responsável pelo deslocamento
da água sobre o terreno,
formando córregos, lagos, rios e
finalmente atingindo o oceano. A
qtd de água que escoa depende:
• Intensidade da chuva;
• Capacidade de infiltração do solo
(permeabilidade).
• Toda água que cai da atmosfera na
superfície da Terra (chuva, neve,
granizo e orvalho). Formada a partir:
• Resfriamento do ar à proximidade da
saturação;
• Condensação do vapor das gotículas;
• Aumento do tamanho das gotículas
até que estejam grandes o suficiente
para precipitar.
Precipitação
Escoamento 
superficial
Infiltração
Evapotrans-
piração
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Bacia hidrográfica
• Referência espacial dos problemas práticos de Hidrologia;
• Sinônimos: bacia de drenagem e bacia de contribuição;
DEFINIÇÕES
• Conjunto de áreas com declividade no sentido de determinada seção
transversal de um curso de água, medindo as áreas em projeção
horizontal.
• Área definida e fechada topograficamente num ponto do curso de água,
de forma que toda a vazão afluente possa ser medida ou descarregada
através desse ponto.
• Enorme coletor de água da atmosfera, uma espécie de funil que faz com
que toda água que entra depois saia por uma área única menor que a
entrada.
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Bacia hidrográfica
DEFINIÇÕES
• Área delimitada da superfície da terra firme em que as águas decorrentes
das chuvas ou do derretimento do gelo e da neve das montanhas
convergem para um único ponto, tipicamente a foz do rio que dá nome à
bacia;
• Separadas topograficamente umas das outras pelos cumes dos morros,
pelos espinhaços das serras e pelas montanhas, nesse contexto chamados
de divisores de água.
• Área definida topograficamente, drenada por um curso d’água ou um
sistema conectado de cursos d’água, dispondo de uma simples saída para
que toda vazão efluente seja descarregada.
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Bacia hidrográfica
11
Bacia hidrográfica
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Bacia hidrográfica
• O primeiro passo a ser seguido na caracterização de uma bacia é,
exatamente, a delimitação de seu contorno, ou seja, a linha de
separação que divide as precipitações em bacias vizinhas,
encaminhando o escoamento superficial para um ou outro sistema
fluvial.
• São 2 os divisores de uma bacia:
• Freático
• Determina os limites dos reservatórios de águas subterrâneas;
• Variável.
• Topográfico
• Fixa a área de drenagem superficial;
• Fixo.
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Classificação das água subterrâneas:
• Perto da superfície, não está sob pressão
(águas freáticas)
• Lençóis d’água sob pressão (artesiano)
Bacia hidrográfica
14
Corte transversal de uma bacia
Fonte: Villela, 1975)
Bacia hidrográfica
15
Bacia hidrográfica
• O tipo de cobertura e uso da bacia 
hidrográfica em estudo exerce total 
influência no comportamento da 
mesma;
• As características topográficas, 
geográficas, geomorfológicas, 
pedológicas e térmicas, bem como o 
tipo de cobertura da bacia, 
desempenham papel essencial em 
seu comportamento hidrológico, 
sendo importante medir 
numericamente algumas dessas 
influências. 
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Bacia hidrográfica
17
Bacia hidrográfica
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BACIA E SUB-BACIA
Bacia hidrográfica
ORIGEM/ORDEM DOS CURSOS D’ÁGUA
• A classificação dos rios quanto à ordem reflete o grau de ramificação ou
bifurcação dentro de uma bacia.
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Serve para descrever a 
magnitude dos cursos d´água.
Bacia hidrográfica
ORIGEM/ORDEM DOS CURSOS D’ÁGUA
Classificação segundo Strahler (1945)
• Linhas de drenagem que não possuem nenhum tributário são classificadas
como linhas de 1ª ordem;
• A ordem ou magnitude das demais linhas de drenagem depende do método
utilizado→ Strahler, método mais usado;
• Linhas de 2ª ordem são formadas pela junção de 2 linhas de primeira
ordem. As linhas de 3ª ordem são formadas pela junção de duas linhas de
2ª ordem e assim sucessivamente;
• Prevalece a maior ordem no encontro de duas diferentes.
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Bacia hidrográfica
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Características físicas de uma Bacia Hidrográfica
• Área de drenagem: É a área plana (projeção horizontal) inclusa entre seus
divisores topográficos. A área de uma BH é geralmente expressa em km²
ou (ha).
• Forma da Bacia: é variável. Geralmente, as grandes bacias tem forma de
uma pera.
• Tempo de concentração: tempo que a água leva para ir do ponto mais
distante até o ponto final da vazão.
Bacia arredondada
Bacia elíptica
Bacia ramificada
Bacia hidrográfica
Dados básicos para o planejamento integrado de bacias hidrográficas
segundo Garcez (2002):
a) Dados sobre a quantidade de água: dados fluviométricos e
limnimétricos, ocorrência e níveis de água subterrânea,
conformação topográfica, cobertura vegetal da bacia, infiltração,
clima, temperaturas, umidade, evaporação, precipitação;
b)Dados sobre a qualidade da água: avaliação qualitativa e
quantitativa do estágio de poluição e contaminação dos cursos
d’água na bacia (poluição física,química, bacteriológica e
radioativa).
c) Dados cartográficos da bacia: mapas, cartas, levantamentos
existentes, fotografias aéreas, etc.
d)Dados morfológicos e geológicos da região;
e)Dados sócio-econômicos da região onde se localiza a bacia em
estudo.
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Bacia hidrográfica
• Dois índices são mais usados para caracterizar a bacia: índices de
compacidade e conformação.
ÍNDICE DE COMPACIDADE
• Definido como a relação entre o perímetro da bacia e a circunferência do
círculo de área igual a da bacia.
Onde: P – perímetro da bacia; 
A – área da bacia.
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Kc = 0,28
P
A
Indicam de forma numérica se 
uma bacia é mais ou menos 
propensa a enchentes.
Bacia hidrográfica
ÍNDICE DE COMPACIDADE
• Bacias que se aproximam geometricamente de um círculo convergem o
escoamento superficial ao mesmo tempo para um trecho relativamente
pequeno do rio principal;
• Caso não existam fatores que interfiram, os menores valores de kc indicam
maior potencialidade de produção de picos de enchentes elevados.
• As bacias circulares apresentam kc = 1, sendo bastante susceptíveis a
inundações.
• A bacia será mais “irregular” quanto maior for o valor de Kc, o que implica
menor tendência a cheias.
24
Bacia hidrográfica
Valores de referência (Silva, Mello, 2008)
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Bacia hidrográfica
ÍNDICE DE CONFORMAÇÃO
• Relação entre a área da bacia e o quadrado de seu comprimento axial
medido ao longo do curso d´água desde a desembocadura até a
cabeceira mais distante do divisor de água.
𝐾𝑓 =
𝐴
𝐿²
Onde: A – área da bacia;
L – comprimento axial.
➢ Indica maior ou menor tendência para enchente. Quanto menor for o
índice, menor a tendência para ocorrência de picos de enchentes
elevados.
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Bacia hidrográfica
ÍNDICE DE CONFORMAÇÃO
• Indica maior ou menor
tendência para enchente;
• Quanto menor for o índice,
menor a tendência para
ocorrência de picos de
enchentes elevados;
• Quanto mais próximo de 1 o
valor de Kf, ou seja, quanto mais
a forma da bacia se aproximar
da forma do quadrado do seu
comprimento axial, maior a
potencialidade de produção de
picos de cheias.
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Bacia hidrográfica
EXERCÍCIO
Calcular o índice de compacidade de uma bacia com 100km² de área e
perímetro de 54km.
Calcular o índice de conformação das bacias abaixo. Observe que as três bacias
possuem a mesma área, entretanto são dispostas de maneiras diferentes com
relação ao rio principal.
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Bacia hidrográfica
EXERCÍCIO
Dada as seguintes características de uma bacia, calcular o índice de
compacidade e o de conformação.
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113 km 52 km
160 km²
Bacia hidrográfica
EXERCÍCIO
Calcule o fator de compacidade (Kc) e fator de forma (Kf) da bacia de um
riacho com as seguintes características:
Área da bacia = 26.500.000m²
L = 12.300m
P = 12.800m
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Bacia hidrográfica
31
Bacia hidrográfica
REDE DE DRENAGEM (Rd)
• Conjunto de todos os cursos d´água de uma bacia hidrográfica, sendo
expressa em km.
Onde: li – comprimento dos cursos d´água.
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
=
=
n
i
id lR
1
Bacia hidrográfica
DENSIDADE DE DRENAGEM (Dd)
• Indica a eficiência da drenagem na bacia;
• Definida como a relação entre o comprimento total dos cursos d´água e a
área de drenagem, expressa em km/ km².
• A bacia tem a maior eficiência de drenagem quanto maior for essa relação.
• Segundo Swami (1975), índices em torno de 0,5 km/km² indicaria uma
drenagem pobre, índices maiores que 3,5 km/km² indicaria bacias
excepcionalmente bem drenadas.
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A
L
Dd =
Bacia hidrográfica
EXERCÍCIO
• Determinar a densidade de drenagem de uma bacia hidrográfica com uma
área de 24.500 ha, a extensão total dos cursos d’água é 36,8 Km.
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Bacia hidrográfica
DECLIVIDADE
• Indica informações de relevo; importante relação com a infiltração,
escoamento superficial, unidade do solo e a contribuição de água
subterrânea ao escoamento do curso d’água;
• É um dos fatores mais importantes que controle o tempo do escoamento
superficial e da concentração da chuva e tem uma importância direta em
relação à magnitude da enchente;
• Quanto maior a declividade de um terreno, maior a variação das vazões
instantâneas. Dependendo do grau de declividade, picos de enchente e a
infiltração da água associada à cobertura vegetal, tipo de solo e tipo de uso
da terra contribuem para a menor ou maior erosão do solo.
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Bacia hidrográfica
DECLIVIDADE
• A velocidade de um rio depende da declividade dos canais fluviais. Quanto
maior a declividade, maior será a velocidade de escoamento; neste caso, os
hidrogramas de enchente terão ascensão mais rápida e picos mais elevados;
• Quanto maior a declividade de um terreno, maior a velocidade de
escoamento superficial, menor o tempo de concentração e maior as
perspectivas de picos de enchentes.
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Bacia hidrográfica
DECLIVIDADE
Determinação da declividade equivalente ou média:
• Pelo quociente entre a diferença de suas cotas e sua extensão horizontal:
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L
H
I eq

=
Onde: H – diferença entre as cotas do ponto mais distante e da seção considerada;
L – comprimento do talvegue principal.
Bacia hidrográfica
DECLIVIDADE
38
L
H
I eq

=
Bacia hidrográfica
Pela média harmônica (mais utilizada)
• A declividade equivalente é determinada pela seguinte fórmula:
Onde: L é a extensão horizontal do perfil, que é dividido em n trechos, sendo Li e Ii,
respectivamente, a extensão horizontal e a declividade média em cada trecho.
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2
1












=

=
n
i i
i
eq
I
L
L
I
Bacia hidrográfica
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO (tc)
• Tempo necessário para que toda a água precipitada na bacia hidrográfica
passe a contribuir na seção considerada;
• Tempo para que a gota de água que cai no ponto mais distante chegue até a
seção que define o exutório;
• Se o tempo de concentração é grande, não há problemas de enchentes ou
inundações→ deve ser o maior possível;
• Fatores que influenciam: ponto onde ocorre a precipitação, forma da bacia,
declividade, cobertura vegetal e ações antrópicas. 40
Bacia hidrográfica
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO (tc)
• Precipitação perto do exutório: <tc; longe do exutório: >tc;
• Bacia alongada: >tc; bacia circular: <tc;
• Maior declividade: <tc; menor declividade: >tc;
• Cobertura vegetal existente: >tc; não existente: <tc;
• Impermeabilização: <tc;
• Canalizações: <tc;
• reservatórios de contenção: >tc;
• Agricultura em nível: >tc.
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Bacia hidrográfica
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO (tc)
Fórmulas para o cálculo do tc:
Fórmula de Kirpich
42
385,0
2
57








=
eq
c
I
L
t
Onde: Ieq – declividade equivalente em m/km;
L – comprimento do curso d´água em km.
Bacia hidrográfica
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO (tc)
• Fórmula de Picking
43
3
1
2
3,5








=
eq
c
I
L
t
Onde: L – comprimento do curso d´água em km;
Ieq – declividade equivalente em m/m.
Bacia hidrográfica
EXERCÍCIO
• Calcular o Tempo de Concentração (tc) de uma bacia hidrográfica pelos
métodos de Kirpich e Picking, cujo o comprimento do curso d´água é de
3.100 metros. Calcule a declividade equivalente pela média harmônica.
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L1 = 1.200 m;
L2 = 1.100 m;
L3 = 550 m;
L4 = 250m.
∆H1 = 10 m;
∆H2 = 12 m;
∆H3 = 20 m;
∆H4 = 17 m.
Bacia hidrográfica
EXERCÍCIO
• Calcular a declividade do córrego X, sabendo que a maior cota é de 537
metros e a cota menor é de 497 metros. O comprimento do talvegue é de
1,78km. Calcule também o tempo de concentração pelas fórmulas
estudadas.
45
Bacia hidrográfica
EXERCÍCIO
• Calcular o Tempo de Concentração (tc) da bacia hidrográfica do Rio Y
utilizando os dados abaixo:
• Comprimento do curso d’água principal: 6,26km
• Cota topográfica do ponto mais distante da BH: 1300m
• Cota topográfica na seção de controle considerada: 878m.
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