6 - Hidrologia_Tucci (Cap6)

Prévia do material em texto

INTERCEPTAÇÁü
Carlos E. M. Thcci
6.1 Introdução
A interceptaçâo é a retenção de parte da precipitação acima LJasuperfí-
cie do solo (Blake, 1975). A interceptação pode ocorrer devido a vegetação
ou outra forma de obstrução ao escoamento. O volume retido é perdido por
evaporação, retomando à atmosfera. Este processo interfere no balanço hí-
drico da bacia hidrográfica, funcionando como um reservatório que armaze-
na uma parcela da precipitação para consumo. A tendência é de que a inter-
cptação reduza a variação da vazão ao longo do ano, retarde e reduza o
pico das cheias.
Linsley et ai (1949) menciona que sob condições similares, as perdas por
interceptação vegetal podem chegar até a 25% da precipitação anual. Helvey e
Patr ic, citado por Wigham (1970) indicam que em regiões úmidas e com flores-
tas, a interceptação anual pode chegar a 250 mm.
A retenção de parte do escoamento por depressões do solo não pode ser
cousiderada uma interceptação propriamente dita, já que parte do volume reti-
do retoma ao fluxo da bacia através da infiltração.
As depressões do solo ou a baixa capacidade de drenagem podem provo-
'llI' o arrnazenamento de grandes volumes de água reduzindo a vazão média da
hucia. No rio Paraguai observa-se em alguns trechos que a vazão média diminui
pllJ'U jusantc devido ao aumento das áreas de inundação que represam parte do
volume de montante.
f,,2 Interceptaçâo vegetal
A intcrccptacão vegetal depende de vár ros fatores: características da
pll\vlpitnçlio C condições cl imáticas, tipo e densidade da vegetação e perfo-
dll tlll 11110. AH cuructor ísticus principais da precipitação são a intensidade, o
111111110 proclpirudo e 1\ chuvu antecedente. 13m florestas, para pequenos vo-
lu pl(l(.·ipllll~nl) (".::O) 111111), todo o volume é retido e par a precipita-
"I)('IIIII('H 11 I 11I1ll. dI' I ti 1\ 110% pude !'il.'ar retido (Kiurcdgc, apud
1111111 1'1 111 • 111'11)
"I Hidrologia
Nu figura 6.1 são apresentadas curvas para uma determinada vegetação,
IflllIUlolllUldo total precipitado e interceptado, para diferentes intensidades
dn precipitação. Pode-se observar que para o mesmo total precipitado a
IIlmoC!pLllçãodiminui com o aumento da intensidade.
Precipitações precedidas por Z4 horas de período seco produzem curva de
PH'c\pltação-interceptação diferente de ocorrências precedidas por condições
IIIllltlliB (Blake,1975).
A intensidade do vento é o fator climático mais significativo na
11ierecptação , aumentando a mesma para uma cheia longa e diminuindo para
helus menores (Wigham, 1970).
'ê' ioo
l'...•.
o
10 60I>o..-a.
Q>
o 60L-
eu..-
c
H
40
20
IIr" 6. I. Rolli
1 0-4mmhr-1
2 >4mmhr-1
li
• •
....--...,..•• -1..
---------- 2
4 6 12 16 20
total pr'ecipitado
entre intcrecptaçno-intcnsidadc-prcclplll1ç
24
(Illnkc, 11)7
In terceptação 245
época do ano também pode caracterizar alguns tipos de cultivos que apresentam
as diferentes fases de crescimento e colheita.
A equação da continuidade do sistema de interceptação pode ser descrita
por
Si = P -T - C (6.1)
onde Si = precipitação interceptada; P = precipitação; T = precipitação que
atravessa a vegetação; C = parcela que escoa pelo tronco das árvores.
Medições das variáveis
Precipitação - A quantificação da precipitação é realizada com postos
localizados em clareiras próxima às áreas de interesse. A distribuição dos
postos depende do tipo de precipitação no local e do grau de precisão
desejado. Os problemas maiores ocorrem em locais onde a vegetação tem altura
considerável. Blake(1972) utilizou cinco postos numa floresta da Nova
Zelândia, sendo um dos pluviômetros colocado no topo de uma árvore de 36 m.
Os resultados apresentaram alta correlação entre a precipitação das clareiras
e a do topo das árvores.
A magnitude do erro da avaliação da precipitação pode ser superior a
faixa de magnitude das outras variáveis envolvidas na equação 6.1, portanto,
li sua quantificação deve ser suficientemente precisa para evitar. resultados
falsos. "
Precipitação que atravessa a vegetação - (throughfall) Esta precipitação é
medida por drenagem especial colocada abaixo das árvores e distribuída de tal
forma a obter uma representatividade espacial desta variável. Em florestas
dias é possivel utilizar pluviômetros que possuem o mesmo padrão da medição
(lI.: precipitação. Helvey e Patric citados por Wigham (1970) indicam que é
ncccssãrio utilizar cerca de dez vezes mais equipamentos para a medição da
precipitação que atravessa a vegetação do que para a precipitação total.
l/ISO se deve a grande variabilidade encontrada nos espaços e nas
IrnC1CI'fSlicIIS da vegetação que produzem esta variável.
Dependendo do tipo de cobertura a quantificação desta variável é ainda
IlIttlto difícil, como em gramados e vegetação rasteira.
, Itl Hidrologia
c hUlllnncação da Interceptação
IrOlmulas concettuais> Horton (1919) foi um dos primeiros a descrever e
IIpH~Mt'lltllr resultados e equações para descrever o comportamento da
illhll'l'(.·plação vegetal. O referido autor relacionou o volume interceptado
1IIII'II111Cuma enchente com a capacidade de interceptação da vegetação e a taxa
di' cvuporação.
Si = Sv + (Av/A). E. tr
Ilnde O primeiro termo da direita representa a parcela retida e o segundo a
vnporução: Sv = é a capacidade de armazenamento da vegetação para a área
11111\); Av = área de vegetação; A = área total; E = evaporação da superfície d
vuporução (mm/h); tr = duração da precipitação em horas.
I~ssa equação apresenta algumas limitações:
, nela, a interceptação é independente da precipitação;
• li capacidade de armazenamento deve ser preenchida, o que necessaria-
mente não ocorre.
Meriam (1960) introduziu a precipitação na equação original de HOrIOI\,
II~tln(lo fi seguinte expressão exponencial
Si = Sv ( I . e-p/SV) + R E tr
IIIHlc P •• precipitação; R = Av/A.
NCR11lequação, quando a intensidade aumenta, o termo cxponencial red li/. ,
uuvcrgindo para uma constante igual a Sv, O termo da direita da equuçãu I
11l1!1/lforllHldopara
Si = Sv ( I . e-P/SV) + K P
(R c tr )!P é adotado constante, Isto significa que li rclHçElo l'lIll1
nsmnrc, o que não ocorre necessariamente durante urna t
11111111" 11
dI! 11I11
1\ ,I li pu
1'lIlnllllllll~ 1I1""Iludllll1111 111\ 1111IIIIh 11, b ti 11 I' 1'11' 1'11'111\\ "", I' 111
(6.2)
(6 .•\)
ll,ll)
(11 ''ti
lnterceptação 247
polegadas. Essa equação é usada para eventos. Valores dos parâmetros
apresentados por Horton (Segundo Wigham, 1970) são apresentados na tabela
6.1. Para a estimativa do volume total interceptado utiliza-se o fator de
projeção f que é multiplicado ao valor de Si, para se obter a interceptação
média da área. Portanto, f representa a parcela de vegetação sobre a área de
interesse. Os coeficientes da tabela 6.1, para alguns cultivos, são
multiplicados pela altura da planta h em pés.
Tabela 6.1. Valores das constantes da equação 6.5 (Horton 1919)
2
UJ:;.
...•....
Cobertura vegetal a b n fator de
projeção
Pomar 0,04 0,018 1,00
"Ash" 0,02 0,018 1,00
"beech" 0,04 C,18 1,00
Carvalho 0,05 0,18 1,00
"maple" 0,04 0,18 1,00
arbustos 0,02 0,40 1,00
pinus 0,05 0,20 0,50
feijão, batata e outras
pequenas culturas 0,02h O,15h l,OOh O,25h
pasto 0,005h O,08h 1,00 1,00
forrageiras O,Olh O,10h 1,00 1,00
pequenos grãos O,005h O,05h 1,00 1,00
milho 0,05h O,005h 1,00 O,lOh
2
•.....
VI
~
Normalmente são utilizadas versões lineares da equação 6.5, o que
Implifica ainda mais o problema, já que a expressão não leva em conta a
Intensidade, umidade antecedente, velocidade do vento, entre outros fatores.
Bultot et al(1972) adotaram uma parábola para relacionar o armazenamento
cem 11 precipitação diária, ou seja
Sv::: a p2 + b P (6.6)
quação é válida até um valor de P, a partir do qual Sv torna-se
~pós para diferentes
lns, apresentou os resultados
devem serintcrprctados Gomo
nmdoZII, pois os mcsruos
111, 1IIIIIIIIIIIc',
LIH Hidrologia
'I'"bull\ 6.2,lnterceptação em 1 m2 de área (Clark,1940)
V IIHl'IIIÇnO Precipitação Característica Interceptaçao
polegadas %-
'I'11}l !) 0,02 - 0,07 Uma chuva de pequena intensidade 76 - 90
0,24 Duas chuvas fracas 74
0,32 - 0,35 Uma chuva rápida 52 -64
0,46 Uma chuva intensa 46
0,80 Três chuvas 51
1,48 Chuva intensa seguida por outra fraca 33 I
{\'Vlidll 0,11 Uma chuva fraca 72
0,15 várias chuvas leves 57
0,74 Chuva forte seguida de chuva fraca 45
Y~\HctI\Çno 0,02 chuva muito fraca 80
de vl11'zI.ltl 0,06 - 0,07 Chuva fraca 66 - 80
0,38 - 0,45 Chuva forte 67 - 78
•
luterccptação em modelos conceituais • Nos modelos conceituais que retrunuu li
lI'lll1RfOrmaçãoda precipitação em vazão a interceptação tem sido tratada 0011111
lIiH l'oHllrvfltório com uma capacidade máxima, de acordo com o tipo de cobernnn
1)\II'IIntc ri simulação este reservatório retira água da precipitação ató ndll/olh
I MIIll capacidade máxima. Nos períodos secos o reservat6rio é deplccionudo omu I
IHINOna evaporação e evapotranspiração. Crawford e Linsley (1966) utlllznrnn:
lu crltério no modelo Stanford IV e sugeriram os valores da taboln ()J pl\lll
,pltctuade máxima do reservat6rio de interceptação função da cohm IIn 1\
lul. Este tipo de algoritmo faz parte de um conjunto que HlllllI~1111
Ill'olJl.ldNO de transformação de precipitação em vazão dentro de 111111\ VINnll
1I11\L!I'OeHIJI\cifll da bacias. Neste contexto a intcrccptação, em grande PIH lu dI!
IlIlotllN, dUI't\nt.c as enchentes tem um peso relativo pequeno. perto dO/1 dtlllll~
PHIl)I.lNNON. 13m bacias onde a vegetação tem peso slgnifícarivo c dUIIDIH.,
uNlwhtr () comportarncnto du rcrlrada ou acréscimo da cobcrturn db Vtl/{l,IIH,hll, I
1\(wt~~NI~doretratar este processo com maior dctlllh
In terceptaç ão 249
Tabela 6.3. Capacidade máxima do reservat6rio
de Interceptação utilizado pelo modelo
STANFORD IV (Crawford e Linsley,1966)
Cobertura Capacidade máxima
mm
Campo, prado 2,50
Floresta ou mato 3,75
Floresta ou mato denso 5,00
Alguns modelos têm utilizado diferentes tipos de cobertura e área
projetada para simular a interceptação de pequenas bacias (Li,1974). Com
dados de uma bacia no país de Gales foi desenvolvido e ajustado um modelo
(Institute o Hydrology, 1973). O modelo foi utilizado para análise de
sensibilidade da interceptação e obteve redução na vazão média de 6 a 20%, de
acordo com a cobertura vegetal implantada (2-8mm de capacidade de
interceptação). Quanto maior for a capacidade de interceptação maior é a
redução da vazão média.
6.3 Armazenamento nas depressões
Na bacia hidrográfica existem obstruções naturais e artificiais ao
scoamento, acumulando parte do volume precipitado. Em áreas rurais isso pode
ser observado ap6s uma enchente, quando áreas sem drenagem formam pequenas
lagoas. O volume de água retido nessas áreas somente diminui por evaporação e
por infiltração. Como o lençol freático fica alto, logo após a enchente, a
mrda de água dá-se principalmente pela evaporação, reduzindo a vazão média
dn bacia. Isso é mais grave em solos que se impermeabilizam com a umidade,
'('1110 o argiloso.
Bacias com baixa drenagem tendem a ter menor vazão média e maior
tpucidadc de regularização natural do escoamento. Os banhados são exemplos
de bacias com este comportamento. O Pantanal, por onde o rio Paraguai
1I1l'IIYCSStI,é exemplo de uma bacia de grande porte onde a vazão se reduz de
IIIOI.\tllI1'tC pura jusantc devido a retenção do escoamento por depressões das
1I111'1.C1I8 Inundadas.
Hm bnclns urbunus, podem ser criadas artificialmente áreas com retenção
rlu cseonmcuto em funç!lo de aterros, pontes e construções. O somat6rio destas
punlllN ee reuere nu rct!uç!lo <11\Yl\zilo média c no abatimento dos picos de
1'lldll'I\IIJH.
Ll1wlLly ~'I '11. (IVl1l) 111111i\01l 11 ~tlJllllnto oxpr\.l~'
1Iilllltlll' ti vulutno 1d Idu pt'llIN !lllJ1ltlH,~l'IolI do Aolo IIpt1~
Illl\ull'lll\~nll
'lllPfricn\pnru
li lllfclo\ ti"
,'o Hidrologia
va = Sd ( 1 - e-k Pe) (6.7)
11111111 Vil • volume retido; Sd = capacidade máxima; Pe = precipitação efetiva;
rncflclcnte equivalente a l/Sd. No uso desta equação, admite-se que no
IIlulo du precipitação as depressões estão vazias e para gerar escoamento
ti \lI" 11011\1 é necessário que as depressões estejam preenchidas. São
IIptllxhnl\çOes do comportamento real já que o escoamento superficial ocorre sem
qlll.$ 1111depressões sejam todas preenchidas, devido a variabilidade espacial da
IIHlt11c1l1dede retenção das mesmas.
Hlckis(1944) indicou valores de 0,10 polegadas para solos argilosos c
n"lo polegadas para solos arenosos. Viessman (1967) apresentou uma relação
IIII~'cupacidade das depressões e declividade do solo obtida com base cm
1J"llh'O pequenas bacias impermeáveis, indicando uma grande correlação entre as
vlltllivtlls (figura 6.2).
0,20
111(I IVIIJADI ("/.)
dlllll
I%f)
11 do "O to clt'nllvlllutl IIIUII Nllpl'If I
lnterccptaçâo 251
Em grandes bacias as retenções podem funcionar como reservatórios dis-
tribuídos. O volume destes reservatórios pode ser estimado cartograficamente.
Em pequenas bacias, com pequenas depressões, a quantificação é dificultada
pela variabilidade espacial, sendo parametrizada de forma simplificada, ou seja
considerando um volume perdido no início da precipitação.
REFERÊNCIAS
1- BLAKE, G.J. 1972. Interception and phytomorphology, Wellington: Hydro-
logical Research (Progrcss Report n.9).
2 - BLAKE, G.J. 1975. The interception processo In: Prediction in catchmeru
hydrology, Australian Acadcmy of Seience.
.\ - I3ULfOT, F, FUPRIEZ, G.L., BODEUX, A. 1972. lntereeption de Ia pluie
par Ia végétation forestiõrc: estimation de I'interception jounaliêre à I 'aide
d'un modele mathématique. Journal of Hydrology. Arnsterdam , v.17,
p.193-223.
I( CLARK, O.R. 1940. 1nterception of rainfall by prairie grasses, wceds anel
certain crop plants. Ecological Monographs . Durham, v.I 0, Apr
RAWFORD, M., LINSLEY, T. 1966. Digital Simulation in Hydrology.
Stanford Watershed Model IV. Stanford: Departmcnt of Civil Enginee-
ring. 210 p. (Stanford Univcrsity. Tcchnical Repor! n. 39).
(\ IllCKIS, W.L. 1944. A method of computing urban runoff. Transactions
Amertcan Society oJ Civil Engineers. v.109.
I 1l0RTON, R. E. 1919. Rainfall interception. Monthly Weather Revicw. v.47.
p. 603-2~
H INSTITUTE OF HYDROLOGY, 1973. Research 1972-1973. Wallingford
I' U, R.M. 1974. Mathematical modelling ofresponsefrom small watershed
For I Colins: Colorndo Statc Univcrsity. 212p. Tese (PhD)-Colorado Sta-
te Univcrsitv,
10 IINSLjlY, IU<., 1«)1I1 I\H, M.t\., Pt\lJUllJS. 11)49. /vpplied hydrology
Nlw YII",' Mlid IIIIW Ilill nKllp
Hidrologia
I\III,IUAM, R.A. 1960. A note on the interception loss equation. Journal of
(,'t'II/Jhysical Research. v.65, n.J 1, p.3850-51.
II!SSMAN, W 1967. 11. linear model for synthesizing hydrographs for
stntt]! drainage areas. Washington: American Geophysical Union. Tra-
hnlho apresentado no 48u Encontro Anual da AGU. '
IIISSMAN, W, KANPP, J.W, LEWIS, G. L., HARBAUGH, T.E.
I<r17. lntroduction to hydrology. New York: lEP.
WI( 11IAM, J.M. 1970. Interception. ln: GRAY, D. (ed.) Handbook of princi-
plus 01' hydrology. Huntington: Water Information Center. Paginação irre-
I'.U 111r. Scction 4.
EVAPORAÇÃO E EVAPOTRANSPIRAÇÃO
Carlos E. M. Tucci e Lawson F. S. 8eltrame
7.1 Introdução
A evaporação e a evapotranspiração ocorrem quando a água líquida é
convertida para vapor de água e transferida, neste estado, para a atmosfera.
O processo somente poderá ocorrer naturalmente se houver ingresso de energia
no sistema, proveniente do sol, da atmosfera, ou de ambos e, será controlado
pela taxa de energia, na forma de vapor de água que se propaga da superfície
da Terra. Esta transferência ocorre fisicamente, nas formasde difusão
molecular e turbulenta. Logo, o processo de evaporação/evapotranspiração de
superfícies naturais, pode ser simulado com embasamento físico, por modelos
que descrevem o efeito de resistência à difusão molecular e turbulenta sobre
a distribuição de energia. do solou da atmosfera.
Informações quantitativas desses processos, que se constituem em
importante fase do ciclo hidrolõgico, são utilizadas na resolução de
numerosos problemas que envolvem o manejo d'água. Tanto o planejamento de
áreas agrícolas de sequeiro ou irrigada, a previsão de cheias ou a construção
c operação -de reservatórios, requerem dados confiáveis de evaporação e/ou
cvapotranspiração. Entretanto, essas informações obtidas por medidas diretas
de diferentes locais e condições meteorol6gicas distintas, não existem em
quantidade suficiente. Assim, estimativas baseadas em princípios físicos e
principalmente equações empíricas são utilizadas como alternativas para
suprir esta carência.
Neste capítulo são discutidos os processos de evaporação e
vapotranspiração e apresentados alguns procedimentos de cálculo, com
mcntários sobre a conveniência de seu emprego.
7.2 Evaporação
vaporação é o processo físico no qual um líquido ou s6lido passa ao
. Em mctcorologia, o termo evaporação restringe-se à mudança da
stndo líquldo para vapor devido à radiação solar e aos processos de
1I/llsno molcculnr C turbulenta. Além da radiação solar, as variáveis
III'oIÓf.1c1IN tl'IO 1111t.l1 ferem nu evaporação, particularmente de superfícies
til) Ihl.ltll. Nrto 11 tcmpcrntnru do 111', vento c pressão de vapor. Esta