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Componentes do Ciclo Hidrológico Apresentação A água, existente em praticamente todo o planeta, encontra-se em permanente circulação, desenvolvendo um processo denominado ciclo hidrológico. Esse ciclo se dá a partir da radiação solar e do metabolismo dos seres vivos (evapotranspiração), os quais fornecem energia para elevar a água da superfície terrestre para a atmosfera (evaporação). Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai estudar os componentes do ciclo hidrológico e as particularidades de cada um. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identificar e diferenciar evaporação e evapotranspiração.• Caracterizar infiltração no ciclo hidrológico.• Reconhecer as diferentes formas de precipitação.• Desafio Você acaba de assumir a responsabilidade de implantar um pequeno lago artificial. O lago não pode ter mais do que 2 metros de profundidade, você sabe que o lençol freático está a muitos metros de profundidade, precisa então que a água do lago infiltre o mais devagar possível, pois está localizado em uma região árida com chuvas escassas. Você não pode impermeabilizar o fundo do lago com lona ou concreto, pois isso prejudicaria o surgimento da biota aquática. Você tem a seguinte missão: descobrir qual é o melhor tipo de solo para aplicar no fundo do lago. Uma forma dinâmica de se trabalhar é por meio de uma atividade que simula a infiltração da água no solo. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Infográfico No Infográfico a seguir, você vai observar os componentes do ciclo hidrológico. Confira e acompanhe. Conteúdo do livro No trecho do material disponível, a autora comenta que a água potável vem se tornando cada vez mais escassa e, com isso, onerosa, por isso o estudo das perdas hídricas possui importância crescente. Leia o capítulo Componentes do Ciclo Hidrológico, base teórica desta Unidade de Aprendizagem. Boa leitura. PRINCÍPIOS DE CLIMATOLOGIA E HIDROLOGIA Vanessa de Souza Machado Catalogação na publicação: Poliana Sanchez de Araujo – CRB 10/2094 M149p Machado, Vanessa de Souza. Princípios de climatologia e hidrologia / Vanessa de Souza Machado. – Porto Alegre : SAGAH, 2017. 182 p. : il. ; 22,5 cm. ISBN 978-85-9502-072-6 1. 1. Climatologia. 2. Hidrologia. I. Título. CDU 551.58+556 Componentes do ciclo hidrológico Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identi� car e diferenciar evaporação e evapotranspiração. Caracterizar a in� ltração no ciclo hidrológico. Reconhecer as diferentes formas de precipitação. Introdução A água, existente em praticamente todo o planeta, encontra-se em permanente circulação, desenvolvendo um processo denomi- nado ciclo hidrológico. Esse ciclo se dá a partir da radiação solar e do metabolismo dos seres vivos (evapotranspiração), que fornecem energia para elevar a água da superfície terrestre para a atmosfera (evaporação). Neste texto, você vai estudar os componentes do ciclo hidrológico e as particularidades de cada um deles. Evaporação e evapotranspiração A água existente no nosso planeta está em permanente circulação, e esse processo é chamado de ciclo hidrológico. O ciclo hidrológico se dá a partir da radiação solar e do metabolismo dos seres vivos (evapotranspiração), que fornecem energia para elevar a água da superfície terrestre para a atmosfera (evaporação). Adicionando a esse processo à força da gravidade, a água con- densada nas nuvens se precipita (na forma de chuva, neve ou névoa). Uma vez precipitada, a água perpassa pelo solo e circula através de corpos d’água até atingir os oceanos ou se infi ltra nos solos e nas rochas através de seus poros, fi ssuras e fraturas (BRASIL, [2003]). A evaporação é o processo pelo qual a água, decorrente de solo úmido sem vegetação, oceanos, lagos, rios e outras superfícies hídricas naturais, se transforma em vapor e retorna à atmosfera. Já a evapotranspiração é a transferência de vapor de água para a atmosfera proveniente dos animais e vegetais. Informações quantitativas sobre os processos de evapotranspiração/ eva- poração são utilizadas na solução de numerosos problemas que envolvem o manejo de águas. Entre eles estão a agricultura, na previsão de cheias e na construção e operação de reservatórios (cálculos das perdas de água em reservatórios, cálculo da necessidade de irrigação, aplicação de balanços hídricos para a obtenção do rendimento hídrico em bacias hidrográficas, abastecimento urbano, etc.). A Figura 1 mostra um tanque de evaporação utilizado para estimar a evapotranspiração. Figura 1. Tanque de evaporação, utilizado para estimar a evapotranspiração. Fonte: Albuquerque (2010). A importância dos processos de evaporação/ evapotranspiração Conforme a água potável se torna cada vez mais escassa e, com isso, onerosa, o estudo das perdas hídricas ganha crescente importância. Para o solo vegetado e para os reservatórios de água doce, a evapotranspiração e a evaporação representam, respectivamente, uma demanda considerável de água, o que fundamenta todos os esforços para tentar minimizá-la. As perdas por evapo- transpiração ou evaporação, exatamente por diminuírem uma signifi cativa fração dos recursos hídricos disponíveis, não podem ser negligenciadas a nível de planejamento e, tampouco, de execução, nas inúmeras atividades 51Componentes do ciclo hidrológico humanas, principalmente no abastecimento de água para as populações, a agricultura e a indústria. Em regiões mais áridas, nas quais a disponibilidade hídrica é um fator limitante para agricultura e, algumas vezes, chegando a pôr em risco a so- brevivência de populações inteiras, o conhecimento da distribuição espacial e temporal da transferência de vapor d’água para a atmosfera facilita bastante o estabelecimento de políticas que visem ao uso racional da água. Estudos dessa natureza possibilitam a aquisição de conhecimento que proporcionará melhor controle do aproveitamento de grandes reservatórios, racionalizando a demanda de água para fins industriais, domésticos e agrícolas. Também tornam possível quantificar melhor as laminas de água usadas na irrigação e os turnos de rega, minimizando os desperdícios e mantendo o solo em uma faixa de umidade adequada às plantas. Cerca de 25% da água que chega à superfície terrestre é retida pelos vegetais. A cicla- gem de água é uma função ambiental importante. A água trazida na forma de vapor d’água, oriundo da evaporação dos oceanos, permite a realização da evapotranspiração pela floresta e posteriormente sua precipitação. A perda da evapotranspiração pode reduzir a precipitação local, trazendo mudanças na estrutura e composição da floresta e inibindo a continuação de seus serviços ambientais. Infiltração Infi ltração é o nome dado ao processo pelo qual a água atravessa a superfície do solo. Esse processo afeta diretamente o escoamento superfi cial, que é o componente do ciclo hidrológico responsável pelos processos de inundações e erosões. Após a água passar pela superfície do solo, a camada superior atinge um “elevado” teor de umidade, ao passo que as camadas inferiores se apresentam ainda com “baixos” teores de umidade. Ocorre então, a tendên- cia de um movimento descendente da água, gerando um molhamento das camadas inferiores, que dá origem ao fenômeno denominado redistribuição (CARVALHO; MELLO; SILVA, 2007). Princípios de climatologia e hidrologia 52 Na infiltração, a água passa pelos poros e atinge o interior do solo. A infiltração de água no solo é importante para o crescimento da vegetação, o abastecimento dos aquíferos, o armazenamento de água, que mantém o fluxo nos rios durante as estiagens, e para reduzir o escoamento superficial, as cheias e a erosão. Na Figura 2, você pode ver uma representação de como ocorre a infiltração no ambiente. Figura 2. Representação de como ocorre a infiltração no meio ambiente. Fonte: UniversidadeFederal de Lavras (c2002-2007). Fases da infiltração O processo de infi ltração possui três fases distintas: Intercâmbio: ocorre na camada superficial de terreno, onde as partículas de água estão sujeitas a retornar à atmosfera por aspiração capilar, pro- vocada pela ação da evaporação ou absorvida pelas raízes das plantas. Descida: é o deslocamento vertical da água que ocorre quando o peso próprio supera a adesão e a capilaridade. Circulação: devido ao acúmulo da água, o solo fica saturado e forma os lençóis subterrâneos. A água escoa devido à declividade das camadas impermeáveis. 53Componentes do ciclo hidrológico Fatores que afetam a infiltração Entre os fatores que infl uenciam a infi ltração no solo, temos: porosidade; estrutura do solo; textura do solo; conteúdo de umidade do solo; matéria orgânica do solo; atividade biológica do solo; topografia; preparo do solo; ação da precipitação sobre o solo; temperatura – quanto maior a temperatura, maior a infiltração de água no solo; compactação, devido à ação antrópica e ao pisoteio de animais. Os infiltrômetros são aparelhos para determinação direta da capacidade de infiltração do solo. É constituído por tubos, ou qualquer outro limite projetado para isolar uma seção do solo. Geralmente são formados por dois cilindros concêntricos. A razão da existência do cilindro externo é prover a quantidade de água necessária ao umede- cimento lateral, atenuando o efeito da dispersão da água no tubo interno. A água é adicionada nos dois compartimentos, sendo mantida, continuamente, uma lâmina d’água de 5 mm em ambos. A taxa com que a água infiltra é medida no cilindro interno. Esse aparelho serve, resumidamente, para calcular a capacidade da água de se infiltrar no solo (WIKIPÉDIA, 2016). Precipitação Precipitação consiste na água proveniente do vapor de água da atmosfera depositada na superfície terrestre sob qualquer forma: chuva, granizo, neblina, neve, orvalho ou geada (CARVALHO; MELLO; SILVA, 2007). Princípios de climatologia e hidrologia 54 As grandezas características das medidas pluviométricas são (CARVALHO; MELLO; SILVA, 2007): Altura pluviométrica: medidas realizadas nos pluviômetros e expressas em milímetros. Representa a lâmina d’água que se formaria sobre o solo como resultado de uma determinada chuva, caso não houvesse escoamento, infiltração ou evaporação da água precipitada. Duração: período de tempo contado desde o início até o fim da preci- pitação, expresso geralmente em horas ou minutos. Intensidade da precipitação: é a relação entre a altura pluviométrica e a duração da chuva expressa em mm/h ou mm/min. Para as condições climáticas do Brasil, em que a absoluta maioria da preci- pitação cai sob a forma de chuva (mais de 99%), mede-se convencionalmente a precipitação, pontualmente, por meio de aparelhos chamados pluviômetros e pluviógrafos. Principais tipos de precipitação As precipitações acontecem no momento em que o vapor de água, que se en- contra nas nuvens, se congela em razão da altitude, a partir dessa condensação desloca-se em direção à superfície terrestre em estado líquido ou sólido. A seguir, veja os tipos e formas de precipitações que existem (FREITAS, c2017). Neve: é o tipo de precipitação que ocorre em razão das baixas tempera- turas das nuvens, abaixo de zero graus célsius, e promove congelamento do vapor de água produzindo, formando, assim, pequenos cristais de gelo. Esse tipo de precipitação ocorre com maior frequência em climas temperados e polares. Granizo: corresponde às pedras de gelo e tem origem no alto das nuvens do tipo cúmulos, lugar onde a temperatura é muito reduzida. Chuva: pode ocorrer durante o processo de evaporação da água nas zonas intertropicais do planeta, esse processo causa chuvas abundantes, pode também se desenvolver a partir do encontro de duas massas de ar, sendo uma quente e outra fria. As chuvas não são iguais, porque podem ter diversas origens e características distintas. 55Componentes do ciclo hidrológico As chuvas podem ser classificadas em (FREITAS, c2017): Orográficas: ocorre no momento em que as massas de ar úmidas são impedidas de seguir seu trajeto pelos elementos do relevo, como uma montanha, então as nuvens ganham altitude e se agrupam provocando a precipitação. Convectivas: desenvolvem-se quando a temperatura está elevada e há uma grande evaporação, o vento vertical leva o vapor para as altitudes ocasionando o resfriamento, assim produz a precipitação ou chuva. Esse tipo de chuva é conhecido como torrenciais e têm características de serem rápidas e abundantes. Frontais: é o tipo de chuva que tem sua origem a partir do encontro entre uma massa de ar fria e uma quente. Você pode ver os diferentes tipos de chuvas na Figura 3. Figura 3. Diferentes tipos de chuvas. Fonte: Abrantes (c2017). No link a seguir (BORGES, 2014) você encontrará cinco curiosidades sobre a chuva, vale a pena conferir. <https://goo.gl/Pfm5FN> Princípios de climatologia e hidrologia 56 1. O que é evaporação? a) É a transferência de vapor d’água para a atmosfera proveniente dos animais e vegetais. b) É a principal substância da Terra, ocupando 98% do território do planeta. c) A perda de água de uma comunidade ou ecossistema para a atmosfera, causada pela evaporação a partir do solo e pela transpiração das plantas. d) O processo pelo qual a água, decorrente de solo úmido sem vegetação, oceanos, lagos, rios e outras superfícies hídricas naturais, se transforma em vapor e retorna à atmosfera. e) O processo de transporte de água na forma de vapor para a atmosfera, de uma superfície vegetada, por meio dos mecanismos combinados de transpiração das plantas e evaporação do solo. 2. Qual a importância das informações quantitativas dos processos de evapotranspiração/ evaporação? a) São informações exclusivamente utilizadas para pesquisas acadêmicas e científicas, sem muita aplicação prática. b) São importantes informações utilizadas para determinar o tipo de precipitação comum para uma determinada região. c) São informações utilizadas na solução de numerosos problemas que envolvem o manejo de águas, especialmente na agricultura, na previsão de cheias e na construção e operação de reservatórios. d) São importantes informações utilizadas para determinar o grau de compactação do solo de uma determinada região. e) Nenhuma das anteriores. 3. Como são denominadas as fases da infiltração? a) Topografia, textura e porosidade. b) Intercâmbio, descida e ascensão. c) Intercâmbio, circulação e ascensão. d) Intercâmbio, circulação e neutralização. e) Intercâmbio, descida e circulação. 4. Como são classificadas as chuvas: a) Neve, granizo e chuva. b) Precipitação, neve, granizo e chuva. c) Orográfica, convectiva e distal. d) Orográfica, convectiva e frontal. e) Intercâmbio, descida e circulação. 5. Assinale a alternativa que contém um tipo de chuva que ocorre no momento em que as massas de ar úmidas são impedidas de seguir seu trajeto pelos elementos do relevo, como uma montanha, então as nuvens ganham altitude e se agrupam, provocando a precipitação. a) Convectivas. b) Orográfica. c) Frontal. d) Distal. e) Granizo. 57Componentes do ciclo hidrológico ABRANTES, G. Os climas no mundo. [S.l.]: SlidePlayer, c2017. Disponível em: <http:// slideplayer.com.br/slide/354801/>. Acesso em: 31 jan. 2017. ALBUQUERQUE, P. E. P. Cultivo do milho: irrigação. Embrapa Milho e Sorgo, Brasília, DF, n. 6, set. 2010. Disponível em: <http://www.cnpms.embrapa.br/ publicacoes/ milho_6_ed/imanejo.htm>. Acesso em: 31 jan. 2017. BORGES, C. Conheça 5 curiosidades sobre a chuva. [S.l.]: Mega Curioso, 2014. Disponível em: <http://www.megacurioso.com.br/fenomenos-da-natureza/ 45390-conheca-5- -curiosidades-sobre-a-chuva.htm>. Acesso em: 31 jan. 2017. BRASIL. Princípios de hidrologia ambiental: curso de aperfeiçoamento em gestão de recursoshídricos. Brasília, DF: Ministério da Ciência e Tecnologia, [2003]. Disponí- vel em: <http://capacitacao.ana.gov.br/Lists/Editais_Anexos/ Attachments/23/03. PHidrologiaAmb-GRH-220909.pdf>. Acesso em: 06 jan. 2017. CARVALHO, D. F.; MELLO, J. L. P.; SILVA, L. D. B. IT 115 – irrigação e drenagem: hidrologia. Seropédica: UFRRJ, 2007. Disponível em: <https://pt.scribd.com/doc/170483224/ Hidrologia-Hidraulica>. Acesso em: 31 jan. 2017. FREITAS, E. de. Chuvas e precipitações. São Paulo: Brasil Escola, c2017. Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/geografia/ chuvas-precipitacoes.htm>. Acesso em: 31 dez. 2016. UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS. Departamento de Engenharia. Infiltração de água no solo. Lavras: DEG/UFLA, c2002-2007. Disponível em: <http://deg.ufla.br/ site/_adm/upload/file/HIDROLOGIA/ INFILTRACAO%20DE%20AGUA%20NO%20 SOLO.pdf>. Acesso em: 31 jan. 2017. WIKIPÉDIA. Infiltração. [S.l.], 2016. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/ wiki?curid=64648>. Acesso em: 31 jan. 2017. Leituras recomendadas BARBOSA JÚNIOR, A. R. Elementos de hidrologia aplicada: infiltração. Ouro Preto: Universidade Federal de Ouro Preto, 2013. Disponível em: <http://www.em.ufop.br/ deciv/departamento/ ~antenorrodrigues/4_Infiltracao.pdf>. Acesso em: 21 dez. 2016. BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Ciclo hidrológico. Brasília, DF, [c2017]. Disponível em: <http://www.mma.gov.br/agua/recursos-hidricos/ aguas-subterraneas/ciclo- -hidrologico>. Acesso em: 20 dez. 2016. CUSTÓDIO, E.; LLAMAS, M. R. Hidrologia subterrânea. 2. ed. Barcelona: Omega, 1996. 2 v. FEARNSIDE, P. M. Desmatamento na Amazônia: dinâmica, impactos e controle. Acta Amazônica, Manaus, v. 36, n. 3, p. 395-400, 2006. Princípios de climatologia e hidrologia 58 FÜRST, O. Infiltração da água no solo. [S.l.]: Biboca Ambiental, 2012. Disponível em: <http://bibocaambiental.blogspot.com.br/2012/04/ infiltracao-da-agua-no-solo. html>. Acesso em: 29 dez. 2016. SANTOS, I. et al. Hidrometria aplicada. Curitiba: Instituto de Tecnologia para o De- senvolvimento, 2001. SÓ BIOLOGIA. O ciclo da água. [S.l.], c2008-2017. Disponível em: <http://www.sobiologia. com.br/ conteudos/Agua/Agua5.php>. Acesso em: 22 dez. 2016. VAREJÃO-SILVA, M. A. Meteorologia e climatologia. Brasília, DF: INMET, 2001. 59Componentes do ciclo hidrológico Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual da Instituição, você encontra a obra na íntegra. Dica do professor Na Dica do professor, você ver as características e a importância da evaporação e da infiltração, dois processos importantíssimos do ciclo hidrológico. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/a40e8943b319a90fdd9a7488394150a3 Exercícios 1) O que é evaporação? A) Evaporação é a transferência de vapor d’água proveniente dos animais e vegetais para a atmosfera. B) É a principal substância da Terra, ocupando 98% do território do planeta. C) A perda de água de uma comunidade ou ecossistema para a atmosfera, causada pela evaporação a partir do solo e pela transpiração das plantas. D) O processo pelo qual a água, decorrente do solo úmido sem vegetação, dos oceanos, lagos, rios e de outras superfícies hídricas naturais, se transforma em vapor e retorna à atmosfera. E) O processo de transporte de água na forma de vapor para a atmosfera, de uma superfície vegetada, por meio dos mecanismos combinados de transpiração das plantas e evaporação do solo. 2) Qual é a importância das informações quantitativas dos processos de evapotranspiração/evaporação? A) São informações exclusivamente utilizadas para pesquisas acadêmicas e científicas, sem muita aplicação prática. B) São importantes informações utilizadas para determinar o tipo de precipitação comum para uma determinada região. C) São informações utilizadas na solução de numerosos problemas que envolvem o manejo de águas, especialmente na agricultura, na previsão de cheias e na construção e operação de reservatórios. D) São importantes informações utilizadas para determinar o grau de compactação do solo de uma determinada região. E) Nenhuma das anteriores. 3) Como são denominadas as fases da infiltração? A) Topografia, textura e porosidade. B) Intercâmbio, descida e ascensão. C) Intercâmbio, circulação e ascensão. D) Intercâmbio, circulação e neutralização. E) Intercâmbio, descida e circulação. 4) Como são classificadas as chuvas? A) Neve, granizo e chuva. B) Precipitação, neve, granizo e chuva. C) Orográfica, convectiva e distal. D) Orográfica, convectiva e frontal. E) Intercâmbio, descida e circulação. 5) Assinale a alternativa que contém um tipo de chuva que ocorre no momento em que as massas de ar úmidas são impedidas de seguir seu trajeto pelos elementos do relevo, como uma montanha, então as nuvens ganham altitude e se agrupam provocando a precipitação. A) Convectivas. B) Orográfica. C) Frontal. D) Distal. E) Granizo. Na prática As práticas erradas na agricultura diminuem significativamente os recursos naturais disponíveis, influenciando no ciclo hidrológico. Essas ações não podem ser negligenciadas no ponto de vista de planejamento e tampouco de execução. Em regiões mais áridas, nas quais a disponibilidade hídrica é um fator limitante na agricultura, e, em algumas vezes, chegando a pôr em risco a sobrevivência de populações inteiras, o conhecimento da distribuição espacial e temporal da transferência de vapor d’água para a atmosfera e infiltração do solo facilita bastante o estabelecimento de políticas visando ao uso racional da água e do solo. Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Atmosfera, Tempo e Clima. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Ciclo Hidrológico e Gerenciamento integrado. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. http://cienciaecultura.bvs.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0009-67252003000400018