Bacia Hidrográfica: Conceitos e Características

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<p>03/09/2024</p><p>1</p><p>Hidrologia</p><p>Aula 3: Bacia hidrográfica</p><p>Fonte das imagens: SESAMM, NOTÍCIA TODO DIA</p><p>Prof. Elias Neto</p><p>elias.neto.eab@gmail.com</p><p>Aula</p><p>• Conceitos sobre Bacia Hidrográficas;</p><p>• Características fisiográficas/morfométricas de uma Bacia Hidrográfica;</p><p>• Relações entre aspectos físicos de uma Bacia Hidrográfica e a vazão dela</p><p>resultante.</p><p>1 2</p><p>03/09/2024</p><p>2</p><p>Bacia Hidrográfica – Definição</p><p>• Uma bacia hidrográfica é uma determinada área de terreno que drena</p><p>água, partículas de solo e material dissolvido para um ponto de saída</p><p>comum, situado ao longo de um rio, riacho ou ribeirão (Dunne e Leopold,</p><p>1978)</p><p>... dentro de uma bacia</p><p>hidrográfica, podem</p><p>existir inúmeras sub-</p><p>bacias.</p><p>• NASCENTE: Ponto onde se originam as águas do rio;</p><p>• LEITO: Local em que o rio corre. É o solo que fica entre as margens, por onde</p><p>as águas escorrem;</p><p>• MARGENS: Laterais do curso d’água que delimitam sua largura. Virado para</p><p>jusante tem-se a margem direita e o lado oposto é a margem esquerda;</p><p>• AFLUENTE: Rios menores que desaguam em rios principais;</p><p>• MONTANTE: Qualquer ponto ou seção que se localize em direção à nascente</p><p>(a partir de um ponto referencial fixo);</p><p>Elementos de um rio</p><p>3 4</p><p>03/09/2024</p><p>3</p><p>• JUSANTE: Qualquer ponto ou seção que se localize em direção à foz (a partir</p><p>de um ponto referencial fixo);</p><p>• CONFLUÊNCIA: Junção de dois ou mais rios;</p><p>• TALVEGUE: Linha que se encontra no meio da região mais profunda do curso</p><p>d’água e é o ponto onde a corrente é mais forte;</p><p>• FOZ: Local onde desagua o curso d’água, podendo ser em um outro rio, lago</p><p>ou oceano.</p><p>Elementos de um rio Elementos de um rio</p><p>5 6</p><p>03/09/2024</p><p>4</p><p>Bacia Hidrográfica – Definição</p><p>7 8</p><p>03/09/2024</p><p>5</p><p>Delimitação de Bacias</p><p>• Informações de topografia</p><p>• Identificar para onde escoa a água sobre o relevo usando como base as</p><p>curvas de nível;</p><p>• A água escoa na direção da maior declividade, o escoamento é ortogonal às</p><p>curvas de nível.</p><p>• Diferenciar as áreas que contribuem para um ponto no curso d’água (seção</p><p>transversal de referência ou exutório) → divisor (cumeada, espigão, crista)</p><p>• o divisor não corta a drenagem exceto no exutório e passa pelas regiões mais</p><p>elevadas da bacia, mas podem existir pontos internos mais altos.</p><p>Divisor Geológico Freático</p><p>ou Subterrâneo</p><p>Possibilidade de escoamento</p><p>subterrâneo com origem em</p><p>bacias vizinhas</p><p>Delimitação de Bacias</p><p>Divisor Topográfico</p><p>(Superficial)</p><p>9 10</p><p>03/09/2024</p><p>6</p><p>Delimitação de Bacias</p><p>Utilizando plantas</p><p>planialtimétricas</p><p>Delimitação de Bacias</p><p>11 12</p><p>03/09/2024</p><p>7</p><p>Utilizando plantas planialtimétricas</p><p>Delimitação de Bacias</p><p>Utilizando imagens de satélite</p><p>Delimitação de Bacias</p><p>13 14</p><p>03/09/2024</p><p>8</p><p>Utilizando imagens de satélite</p><p>Delimitação de Bacias</p><p>Utilizando</p><p>imagens de</p><p>satélite</p><p>Delimitação de Bacias</p><p>15 16</p><p>03/09/2024</p><p>9</p><p>Utilizando modelo digital de terreno (DEM - digital elevation model)</p><p>0</p><p>2</p><p>6</p><p>8</p><p>10</p><p>4</p><p>row</p><p>0</p><p>2</p><p>4</p><p>8</p><p>10</p><p>6</p><p>col</p><p>725</p><p>750</p><p>775</p><p>800</p><p>825</p><p>jen1_ele</p><p>740 760 780 800 820</p><p>jen1_ele</p><p>0 2 4 6 8 10</p><p>0</p><p>2</p><p>4</p><p>6</p><p>8</p><p>10</p><p>col</p><p>r</p><p>o</p><p>w</p><p>740 760 780 800 820</p><p>jen1_eleFonte : Comet (2000)</p><p>Delimitação de Bacias</p><p>Utilizando modelo digital de terreno</p><p>c. Definir as sub- baciasa. Definir os rios b. Definir os trechos dos</p><p>rios</p><p>Delimitação de Bacias</p><p>17 18</p><p>03/09/2024</p><p>10</p><p>• Importância</p><p>• Comparação entre bacias hidrográficas;</p><p>• Transferência de dados entre bacias vizinhas;</p><p>• Projeção do comportamento da bacia no futuro;</p><p>• Fórmulas empíricas (regionalização).</p><p>Características Físicas</p><p>• Algumas Características Físicas</p><p>• Área da Bacia;</p><p>• Forma da Bacia;</p><p>• Uso e tipo de solo;</p><p>• Declividade dos terrenos;</p><p>• Declividade dos cursos d’água;</p><p>• Ordem dos cursos d’água;</p><p>• Densidade de drenagem.</p><p>Características Físicas</p><p>19 20</p><p>03/09/2024</p><p>11</p><p>Área da bacia</p><p>• Medida por planímetro (mecanicamente);</p><p>• Calculada pelas coordenadas do polígono (equação de Gauss);</p><p>• Aproximação por composição de figuras geométricas;</p><p>• Calculada a partir de imagens digitalizadas em softwares como AutoCAD,</p><p>ArcGIS, Spring, Idrisi, Grass, Erdas, Qgis, etc.</p><p>Planímetro</p><p>21 22</p><p>03/09/2024</p><p>12</p><p>Área – Integral de Green – Coordenadas do Polígono</p><p>𝐴 =</p><p>1</p><p>2</p><p>∗ ෍</p><p>𝑖=1</p><p>𝑛</p><p>𝑌𝑖 ∗ 𝑋𝑖−1 −෍</p><p>𝑖=1</p><p>𝑛</p><p>𝑋𝑖 ∗ 𝑌𝑖−1</p><p>𝐴 =</p><p>1</p><p>2</p><p>∗ ෍</p><p>𝑖=1</p><p>𝑛</p><p>𝑋𝑖 ∗ 𝑌𝑖+1 −෍</p><p>𝑖=1</p><p>𝑛</p><p>𝑌𝑖 ∗ 𝑋𝑖+1</p><p>Softwares GIS</p><p>23 24</p><p>03/09/2024</p><p>13</p><p>• Vazão específica: vazão de contribuição por unidade de área (l/s.km²);</p><p>• Mínimas: bacias maiores têm maior vazão específica pois há</p><p>complementariedade hidrológica de sub-bacias;</p><p>• Médias: pouco efeito sobre as vazões específicas;</p><p>• Máximas: picos de enchente atenuados e tempos de base maiores nas bacias</p><p>de maior área.</p><p>Área da Bacia – Influência das vazões Índices relacionados à forma da bacia</p><p>▪ Relacionados aos seguintes aspectos:</p><p>▪ Tempo de concentração;</p><p>▪ Quanto menor o tempo de concentração mais rápida será o</p><p>escoamento pela bacia ou vazão no exutório associada a</p><p>uma precipitação;</p><p>25 26</p><p>03/09/2024</p><p>14</p><p>▪ Fator de Compacidade (Kc)</p><p>❑ É a relação entre o perímetro de uma bacia e a circunferência de</p><p>um círculo de área equivalente;</p><p>Quanto mais próximo de 1 o coeficiente de compacidade ,</p><p>mais a forma da bacia irá se aproximar de um círculo, e menor</p><p>será seu tempo de concentração</p><p>Forma da Bacia – índices Empíricos</p><p>𝑲𝒄 =</p><p>𝑷</p><p>𝟐𝝅𝒓</p><p>=</p><p>𝑷</p><p>𝟐𝝅.</p><p>𝑨</p><p>𝝅</p><p>= 𝟎, 𝟐𝟖</p><p>𝑷</p><p>𝑨</p><p>Forma da Bacia – índices Empíricos</p><p>▪ Fator de Forma (Ff)</p><p>▪ É a relação entre a largura média da bacia (𝑳) e o comprimento</p><p>axial (Lax) da bacia hidrográfica;</p><p>𝑭𝒇 =</p><p>𝑳</p><p>𝑳𝒂𝒙</p><p>Lax é a distância entre a cabeceira mais distante até a</p><p>desembocadura. Quanto menor o fator de forma , mais</p><p>alongada é a bacia e maior será seu tempo de concentração.</p><p>1,00 – 0,75 - sujeito a enchentes</p><p>0,75 – 0,50 - tendência mediana</p><p>< 0,50 - não sujeito a enchentes</p><p>27 28</p><p>03/09/2024</p><p>15</p><p>Forma da Bacia – índices Empíricos</p><p>▪ Índice de Conformação (Fc)</p><p>▪ Compara a área da bacia à área de um quadrado de</p><p>lado igual ao comprimento axial;</p><p>𝑭𝒄 =</p><p>𝑨</p><p>𝑳𝒂𝒙</p><p>𝟐</p><p>Quanto mais próximo de 1 o índice de conformação, menor o</p><p>tempo de concentração.</p><p>▪ Influência no escoamento:</p><p>❑ Tempo de concentração</p><p>❑ Vazão máxima do</p><p>hidrograma de cheia</p><p>❑ Tempo de base do</p><p>escoamento superficial</p><p>Forma da Bacia – índices Empíricos</p><p>29 30</p><p>03/09/2024</p><p>16</p><p>Área da Bacia – Influência das vazões</p><p>Bacia Arredondada: Toda</p><p>a água escoada alcança a</p><p>saída ao mesmo tempo</p><p>(enchente maior)</p><p>Bacia elíptica:</p><p>Escoamento distribuído</p><p>no tempo (enchente</p><p>menor).</p><p>Bacia radial ou ramificada: Conjunto de sub-</p><p>bacias que convergem em uma saída</p><p>(enchente varia de acordo com a velocidade</p><p>de escoamento em cada sub-bacia).</p><p>Kc: 1,00 – 1,25 bacia com alta</p><p>propensão a grandes</p><p>enchentes;</p><p>Kc: 1,25 – 1,50 bacia com</p><p>tendência mediana a</p><p>grandes enchentes;</p><p>Kc > 1,50 bacia não sujeita a grandes</p><p>enchentes.</p><p>Forma da Bacia</p><p>Influência da forma das bacia hidrográficas na forma do hidrograma, considerando desprezível a influência</p><p>de outras variáveis (geologia, declividade, solos, cobertura, ...) (Collischonn e Dornelles, 2015).</p><p>31 32</p><p>03/09/2024</p><p>17</p><p>índices relacionados à rede de drenagem</p><p>▪ Densidade de drenagem (Dd)</p><p>▪ Definido pelo somatório do comprimento dos cursos d’água dividido</p><p>pela área da bacia (km/km2);</p><p>𝑫𝒅 =</p><p>𝑳𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍</p><p>𝑨</p><p>Valore variam de 0,5 km/km2, bacias</p><p>com drenagem incipiente, e 3,5</p><p>km/km2, bacias bem drenadas.</p><p>índices relacionados à rede de drenagem</p><p>▪ Densidade de confluências (Djj)</p><p>▪ Definido pelo somatório das confluências dividido pela área da bacia</p><p>(n° de junções/km2);</p><p>𝑫𝒋𝒋 =</p><p>𝑱𝑱</p><p>𝑨</p><p>Valore variam de 0,5 km/km2, bacias</p><p>com drenagem incipiente, e 3,5</p><p>km/km2, bacias bem drenadas.</p><p>33 34</p><p>03/09/2024</p><p>18</p><p>▪ Ordem dos cursos d’água (Horton, modificado por Strahler):</p><p>▪ Regras:</p><p>• Trecho de rio sem afluente: ordem 1;</p><p>• Quando dois trechos de ordens iguais se juntam o trecho seguinte tem a ordem</p><p>somada a 1;</p><p>• Quando dois trechos de ordens diferentes se juntam, o trecho seguinte tem a maior</p><p>ordem dos dois.</p><p>índices relacionados</p><p>à rede de drenagem Uso do Solo</p><p>▪ Influencia na infiltração e velocidade do escoamento</p><p>▪ Áreas de florestas:</p><p>❑ Maior interceptação, folhas e galhos retardam o escoamento,</p><p>raízes profundas e maior consumo de água das plantas</p><p>▪ Agricultura</p><p>❑ Redução da quantidade de matéria orgânica no solo,</p><p>porosidade diminui, infiltração diminui, raízes mais superficiais</p><p>e menor consumo de água das plantas</p><p>▪ Áreas urbanas:</p><p>❑ Impermeabilização, pouca infiltração e grande velocidade do</p><p>escoamento → grandes picos de cheias</p><p>35 36</p><p>03/09/2024</p><p>19</p><p>Forma de rede de drenagem Declividade do terreno</p><p>37 38</p><p>03/09/2024</p><p>20</p><p>Declividade dos rios</p><p>ΔH = Variação da cota entre os dois pontos</p><p>extremos;</p><p>L = Comprimento em planta do rio.</p><p>39 40</p><p>03/09/2024</p><p>21</p><p>Declividade dos rios</p><p>Considerando a área A</p><p>A = Área abaixo do perfil;</p><p>L = Comprimento em planta do rio.</p><p>Declividade dos rios</p><p>Maior declividade</p><p>- Menor tempo de concentração</p><p>- Maior vazão de pico de cheia</p><p>”Declividade equivalente constante”</p><p>L = Comprimento em</p><p>planta do rio;</p><p>Li = Extensão</p><p>horizontal em cada</p><p>um dos n trechos;</p><p>Si = declividade em</p><p>cada um dos n</p><p>trechos</p><p>41 42</p><p>03/09/2024</p><p>22</p><p>Densidade de drenagem</p><p>▪ Topografia</p><p>❑ Plana: Rios longos e escassos</p><p>❑ Acidentada: Rios pequenos e numerosos</p><p>❑ Influência no escoamento</p><p>▪ Índices</p><p>❑ Densidade de cursos d’água: nº de cursos</p><p>d’água por unidade de área</p><p>❑ Densidade de drenagem: comprimento total</p><p>de cursos d’água por unidade de área</p><p>Tipo do solo</p><p>Menor escoamento</p><p>superficial</p><p>Maior escoamento</p><p>superficial</p><p>Solo</p><p>arenoso</p><p>Solo</p><p>argiloso</p><p>Solo</p><p>raso</p><p>Solo</p><p>profundo</p><p>43 44</p><p>03/09/2024</p><p>23</p><p>Exercício</p><p>Planta do IBGE</p><p>Escala 1: 50.000</p><p>(e outras fontes...)</p><p>como fazer...</p><p>Destaque da</p><p>Rede de</p><p>Drenagem</p><p>45 46</p><p>03/09/2024</p><p>24</p><p>Localização de Pontos Altos</p><p>e Cotados</p><p>Junção dos pontos</p><p>altos</p><p>47 48</p><p>03/09/2024</p><p>25</p><p>“Fechamento” do Divisor</p><p>Junto à Saída da Bacia</p><p>Traçar uma linha perpendicular às</p><p>curvas de nível, a partir da saída</p><p>da bacia.</p><p>Traçado do perfil longitudinal do rio</p><p>49 50</p><p>03/09/2024</p><p>26</p><p>Destaque do rio principal os</p><p>pontos de cruzamento das</p><p>curvas de nível (20m) com o</p><p>curso d’água</p><p>Li</p><p>51 52</p><p>03/09/2024</p><p>27</p><p>Tabela para cálculo de declividade Traçado do perfil longitudinal do rio</p><p>53 54</p><p>03/09/2024</p><p>28</p><p>Exercícios</p><p>1. Disserte brevemente sobre o ciclo hidrológico na</p><p>natureza, enunciando suas fases básicas, a fonte de</p><p>energia e a principal força atuante.</p><p>2. Considerando as ações antrópicas sobre o ciclo</p><p>hidrológico, pode-se afirmar que o desmatamento</p><p>em uma bacia hidrográfica pode ser causa de</p><p>assoreamento dos rios? Pode ser causa de</p><p>inundações. Justifique.</p><p>55 56</p><p>03/09/2024</p><p>29</p><p>3. Para o cálculo da declividade de um curso d’água</p><p>natural, é dado o seu perfil longitudinal, conforme</p><p>Tabela abaixo. Desenhar o perfil longitudinal do</p><p>curso de água e determinar as declividades</p><p>equivalentes utilizando todos os métodos vistos em</p><p>sala, comparando os resultados.</p><p>Distância da foz (km) 0 5 10 15 20</p><p>Elevação em relação ao nível</p><p>do mar (m)</p><p>900 910 930 960 1000</p><p>4. Para o estudo das características fisiográficas de duas bacias</p><p>foram efetuados levantamentos topográficos que</p><p>produziram os resultados dados na tabela abaixo. Com base</p><p>nestes elementos, calcular a densidade de drenagem, o</p><p>coeficiente de compacidade e o fator de forma e o índice de</p><p>conformação das bacias hidrográficas. Interpretar e</p><p>comparar os resultados.</p><p>57 58</p><p>03/09/2024</p><p>30</p><p>Parâmetro Bacia A Bacia B</p><p>Área de drenagem (km2) 320 450</p><p>Perímetro da bacia hidrográfica</p><p>(km)</p><p>71 120</p><p>Comprimento do rio principal</p><p>(km)</p><p>22 63</p><p>Comprimento total dos cursos</p><p>d’água na bacia (km)</p><p>112 315</p><p>Comprimento axial da bacia</p><p>(km)</p><p>20 60</p><p>5. Utilizando o método de Strahler, estabelecer a ordem do</p><p>curso d’água principal da bacia representada na Figura a</p><p>seguir:</p><p>59 60</p><p>03/09/2024</p><p>31</p><p>6. Certo ou errado – Justifique:</p><p>a. Em uma bacia hidrográfica, todos os pontos de maior</p><p>altitude no interior da bacia pertencem ao divisor d’água.</p><p>b. O tempo de concentração de uma seção de uma bacia</p><p>hidrográfica corresponde à duração da trajetória da partícula</p><p>de água que demore mais tempo para atingir a seção.</p><p>c. O reflorestamento das encostas de uma bacia hidrográfica</p><p>tende a aumentar o tempo de concentração da bacia.</p><p>Sugestão de leitura</p><p>▪ CRHISTOFOLETTI, A. Geomorfologia Fluvial. Volume I – O canal fluvial. São</p><p>Paulo, Edgar Blücher, 1981.</p><p>▪ SILVA, L.P. Hidrologia Engenharia e Meio Ambiente. Rio de Janeiro, Elsevier,</p><p>2015.</p><p>61 62</p><p>Slide 1</p><p>Slide 2: Aula</p><p>Slide 3: Bacia Hidrográfica – Definição</p><p>Slide 4: Elementos de um rio</p><p>Slide 5: Elementos de um rio</p><p>Slide 6: Elementos de um rio</p><p>Slide 7: Bacia Hidrográfica – Definição</p><p>Slide 8</p><p>Slide 9: Delimitação de Bacias</p><p>Slide 10: Delimitação de Bacias</p><p>Slide 11: Delimitação de Bacias</p><p>Slide 12: Delimitação de Bacias</p><p>Slide 13: Delimitação de Bacias</p><p>Slide 14: Delimitação de Bacias</p><p>Slide 15: Delimitação de Bacias</p><p>Slide 16: Delimitação de Bacias</p><p>Slide 17: Delimitação de Bacias</p><p>Slide 18: Delimitação de Bacias</p><p>Slide 19</p><p>Slide 20</p><p>Slide 21: Área da bacia</p><p>Slide 22: Planímetro</p><p>Slide 23: Área – Integral de Green – Coordenadas do Polígono</p><p>Slide 24: Softwares GIS</p><p>Slide 25: Área da Bacia – Influência das vazões</p><p>Slide 26: Índices relacionados à forma da bacia</p><p>Slide 27</p><p>Slide 28: Forma da Bacia – índices Empíricos</p><p>Slide 29: Forma da Bacia – índices Empíricos</p><p>Slide 30</p><p>Slide 31: Área da Bacia – Influência das vazões</p><p>Slide 32</p><p>Slide 33: índices relacionados à rede de drenagem</p><p>Slide 34: índices relacionados à rede de drenagem</p><p>Slide 35: índices relacionados à rede de drenagem</p><p>Slide 36: Uso do Solo</p><p>Slide 37: Forma de rede de drenagem</p><p>Slide 38: Declividade do terreno</p><p>Slide 39</p><p>Slide 40: Declividade dos rios</p><p>Slide 41: Declividade dos rios</p><p>Slide 42: Declividade dos rios</p><p>Slide 43: Densidade de drenagem</p><p>Slide 44: Tipo do solo</p><p>Slide 45: Exercício</p><p>Slide 46</p><p>Slide 47</p><p>Slide 48</p><p>Slide 49</p><p>Slide 50: Traçado do perfil longitudinal do rio</p><p>Slide 51</p><p>Slide 52</p><p>Slide 53: Tabela para cálculo de declividade</p><p>Slide 54: Traçado do perfil longitudinal do rio</p><p>Slide 55</p><p>Slide 56</p><p>Slide 57</p><p>Slide 58</p><p>Slide 59</p><p>Slide 60</p><p>Slide 61</p><p>Slide 62: Sugestão de leitura</p>