Introducao_a_hidrologia

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Universidade Federal Rural do rio de Janeiro 
Instituto de Tecnologia 
Departamento de engenharia 
Hidrologia – IT – 113 
 
 INTRODUÇÃO À HIDROLOGIA 
 INTRODUÇÃO 
 
 Hidrologia: é a ciência que trata da água na 
Terra, sua ocorrência, circulação e 
distribuição, suas propriedades físicas e 
químicas e sua relação com o meio 
ambiente, incluindo sua relação com a vida. 
 
Definição 2: A Hidrologia estuda as fases do 
ciclo hidrológico, descrevendo seu passado, 
tentando prever seu futuro. 
 
 HISTÓRICO 
Os mais antigos trabalhos de drenagem e irrigação em 
larga escala são atribuídos ao Faraó Menés, fundador 
da primeira dinastia egípcia, que barrou o rio Nilo 
próximo a Mênphis, com uma barragem de 15m e 
extensão de aproximadamente 500 metros, para 
alimentar o canal de irrigação. 
 
Também no Egito encontram-se os primeiros registros 
sistemáticos de níveis de enchentes. Estes registros 
datam de 3.500 a.C. e indicavam aos agricultores a 
época oportuna de romper os diques para inundar e 
fertilizar as terras agricultáveis. 
 
Nota-se que, aos egípcios, pouco importava o estudo da 
Hidrologia como ciência e sim. A sua utilização. 
HISTÓRICO 
Muitos conceitos errôneos e falhas de compreensão 
atravessaram o desenvolvimento da engenharia no 
seu sentido atual. 
Os gregos foram os primeiros filósofos que estudaram 
seriamente a Hidrologia, com Aristóteles sugerindo 
que os rios eram alimentados pelas chuvas. 
Sua maior dificuldade eram explicar a origem da água 
subterrânea. 
Somente na época de Leonardo da Vinci (por volta de 
1.500 d.C) a ideia da alimentação dos rios pela 
precipitação começou a ser aceita. 
No entanto, foi apenas no ano de 1694 que Perrault, 
através de medidas pluviométricas na bacia do rio 
Sena, demonstrou, quantitativamente, que o volume 
precipitado ao longo do ano era suficiente para manter 
o volume escoado. 
 
HISTÓRICO 
O astrônomo inglês Halley, em 1693, provou que a 
evaporação da água do mar era suficiente para 
responder por todas as nascentes e fluxos d’água. 
 
Mariotte, em 1686, mediu a velocidade do rio Sena. 
 
Estes primeiros conhecimentos de Hidrologia 
permitiram inúmeros avanços no Século XVIII, 
incluindo o teorema de Bernoulli, o Tubo Pitot e a 
Fórmula de Chèzy, que formam a base da 
Hidráulica e da Mecânica dos Fluidos. 
 
HISTÓRICO 
Durante o Século XIX, foram feitos significantes avanços na 
teoria da água subterrânea, incluindo a Lei de Darcy. No que 
se refere à Hidrologia de águas superficiais, muitas fórmulas 
e instrumentos de medição foram criados. 
 
Chow (1954) chamou o período compreendido entre 1900 e 
1930 como o Período do Empirismo. O período de 1930 a 
1950 seria o Período da Racionalização. Datam desta época 
o Hidrograma Unitário de Sherman (1932) e a Teoria da 
Infiltração de Horton (1933). 
 
Entre 1940 a 1950 foram feitos significantes avanços no 
entendimento do processo de evaporação. Em 1958, Gumbel 
lança as bases da moderna hidrologia estocástica. 
 
 A partir da década de 70, a Hidrologia passa a contar com o 
avanços computacionais, o que levaram ao desenvolvimento 
de muitos modelos de simulação “Chuva x Vazão”. 
A ÁGUA E O DESENVOLVIMENTO 
A água sempre desempenhou um papel fundamental na história 
da humanidade. 
 
O surgimento das cidades sempre se deu ao longo os rios. 
 
Entretanto, não se tinha a percepção da importância da água 
como hoje, uma vez que sua qualidade e quantidade eram 
adequadas às necessidades da época – abastecimento, 
diluição de dejetos, pesca, geração de energia, entre outros. 
 
Como as fontes hídricas não eram desenvolvidas no limite de 
sua possibilidades, havia pouco interesse em se obter dados 
e conhecimento a respeito de suas capacidades 
máximas, e assim a Hidrologia, como ciência, pouco se 
desenvolveu. 
A ÁGUA E O DESENVOLVIMENTO 
Hoje, o cenário é outro. 
Segundo a Organização das Nações Unidas (ONU), 
o consumo mundial de água doce dobrou nos 
últimos 50 anos e corresponde, atualmente, à 
metade de todos os recursos hídricos acessíveis. 
Explorar tais recursos foi o motor do 
desenvolvimento econômico de muitos países, 
sobretudo na agricultura, abastecimento humano 
e animal, geração de energia, indústria e 
transporte. 
Porém a competição por água entre tais setores 
vem degradando as fontes naturais, das quais o 
mundo depende. 
A ÁGUA E O DESENVOLVIMENTO 
É consenso geral que a gestão das águas é uma necessidade. 
 
E assim, a Hidrologia ressurge, hoje, como ferramenta indispensável 
para tal fim, uma vez é a ciência que trata do entendimento dos 
processos naturais que dão base aos projetos de suprimento de 
água. Só ela pode avaliar como e quanto o ciclo hidrológico 
pode ser modificado pelas atividades humanas. 
 
No passado, já existiam estes sinais de desconhecimento da 
Hidrologia, mas os mesmos só afetavam pequenas parcelas da 
população e tinham pouca divulgação. Isto tem mudado 
significativamente nos últimos 30 anos. 
 
Hoje já se tem o entendimento que a prosperidade e a sobrevivência 
da humanidade é função da disponibilidade de água doce e potável 
e que, a cada ano nascem mais alguns milhões de consumidores e 
não é criada, sequer, uma gota d’água a mais no Planeta. 
A ÁGUA E O DESENVOLVIMENTO 
Os múltiplos usos e usuários disputando um mesmo litro de água 
e a perspectiva de demandas ainda maiores no futuro indicam 
que mais e mais profissionais – e não somente o engenheiro – 
necessitam ter conhecimentos de Hidrologia. Somente assim os 
tomadores de decisão poderão avaliar as vantagens e 
desvantagens de cada alteração proposta no ciclo hidrológico. 
 
Exemplos da falta de conhecimentos de Hidrologia na 
sociedade moderna: 
1. Construção nas planícies aluviais de rios; 
2. Reservatórios superdimensionados; 
3. Problemas de drenagem urbana; 
4. Construção e reservatórios pouco profundos em regiões com 
altas taxas de evaporação; 
5. Perfuração de poços secos em regiões cristalinas; 
6. Problemas de salinização de solos em projetos de irrigação em 
regiões áridas e semi-áridas; 
A ÁGUA E O DESENVOLVIMENTO 
• A Hidrologia, de início apenas quantitativa, 
cedeu espaço de modo progressivo à 
Hidrologia Ambiental, para permitir o 
enfoque integrado dos aspectos de 
quantidade e de qualidade da água. 
 
• Inclui também a Hidrologia das Águas 
Subterrâneas, com o fim de valorizar os 
enormes volumes de água acumulados no 
subsolo e a Hidrologia Urbana frente aos 
complexos problemas de inter-relação entre 
o uso do solo urbano e as enchentes. 
 
APLICAÇÕES HIDROLOGIA 
• Dimensionamento de obras hidráulicas; 
• Aproveitamento de recursos hídricos: 
 Aproveitamento hidrelétricos 
 Abastecimento urbano 
 Irrigação 
 Navegação 
 lazer 
• Controle e previsão de inundações; 
• Controle e previsão de secas; 
• Controle da poluição; 
• Qualidade ambiental. 
 
• A integração da Hidrologia com outras 
ciências, exatas e humanas, está sujeita à 
constituição de equipes multidisciplinares nas 
quais participem engenheiros, geólogos, 
agrônomos, tecnólogos, economistas, 
advogados, sociólogos, cientistas sociais e 
comunicadores. 
 
• A formação e a integração desses 
profissionais pode depender de treinamento 
especializado e de cursos de pós-graduação 
que permitam uniformizar conceitos e 
transmitir experiências interdisciplinares. 
 
RELAÇÃO DA HIDROLOGIA COM OUTRAS CIÊNCIAS 
Meteorologia e Hidrometeorologia – estudo da 
água atmosférica. 
Oceanografia – estudo dos oceanos. 
Hidrografia – estudo das águas superficiais. 
Potamologia – estudo dos rios. 
Limnologia – estudo dos lagos e reservatórios. 
Hidrogeologia– estudo das águas subterrâneas. 
 
 HIDROLOGIA CIENTÍFICA 
Hidrometeorologia: é a parte da hidrologia que trata da água na 
atmosfera. 
 
Geomorfologia: trata da análise quantitativa das características 
do relevo de bacias hidrográficas e sua associação com o 
escoamento. 
 
Escoamento Superficial: trata do escoamento de água sobre a 
superfície da bacia. 
 
Interceptação Vegetal: avalia a interceptação pela cobertura 
vegetal da bacia hidrográfica. 
 
Infiltração e Escoamento em Meio Não-Saturado: observação e 
previsão da infiltração e escoamento da água no solo. 
 
Escoamento em Rios, Canais e Reservatórios: observação da 
vazão dos canais e cursos de água, e do nível dos 
reservatório. 
 HIDROLOGIA CIENTÍFICA 
 Evaporação e Evapotranspiração: perda de 
água pelas superfícies livres de rios, lagos e 
reservatórios, e da evapotranspiração das 
plantas. 
 
Produção e Transporte de Sedimentos: 
quantificação da erosão do solo. 
 
Qualidade da Água e Meio Ambiente: trata da 
quantificação de parâmetros físicos, 
químicos e biológicos da água e sua 
interação com os seus usos na avaliação do 
meio ambiente aquático. 
ÁREAS DE ATUAÇÃO DA HIDROLOGIA 
(HIDROLOGIA APLICADA) 
Planejamento e Gerenciamento da Bacia Hidrográfica: 
planejamento e controle do uso dos recursos naturais. 
 
Abastecimento de Água: limitação nas regiões áridas e 
semi-áridas do país. 
 
Drenagem Urbana: cerca de 75% da população vive em 
área urbana. Enchentes, produção de sedimentos e 
problemas de qualidade da água. 
 
Aproveitamento Hidrelétrico: a energia hidrelétrica constitui 
92% de toda energia produzida no país. Depende da 
disponibilidade de água, da sua regularização por obras 
hidráulicas e o impacto das mesmas sobre o meio 
ambiente. 
ÁREAS DE ATUAÇÃO DA HIDROLOGIA 
 (HIDROLOGIA APLICADA) 
Uso do Solo Rural: produção de sedimentos e 
nutrientes, resultando em perda do solo fértil e 
assoreamento dos rios. 
 
Controle de Erosão: medidas de combate à erosão do 
solo. 
 
Controle da Poluição e Qualidade da Água: tratamento 
dos despejos domésticos e industriais e de cargas de 
pesticidas de uso agrícola. 
 
Irrigação: a produção agrícola em algumas áreas 
depende essencialmente da disponibilidade de água. 
Navegação. 
 
Recreação e Preservação do Meio Ambiente. 
 
Preservação dos Ecossistemas Aquáticos. 
IMPORTÂNCIA DA ÁGUA 
A água é um recurso natural indispensável para a 
sobrevivência do homem e demais seres vivos no 
Planeta. 
 
É uma substância fundamental para os 
ecossistemas da natureza. 
 
É importante para as formações hídricas 
atmosféricas, influenciando o clima das regiões. 
 
No caso do homem, é responsável por 
aproximadamente ¾ de sua constituição. 
Infelizmente, este recurso natural encontra-se 
cada vez mais limitado e está sendo exaurido 
pelas ações impactantes nas bacias hidrográficas 
(ações do homem), degradando a sua qualidade e 
prejudicando os ecossistemas. 
IMPORTÂNCIA DA ÁGUA 
A carência de água pode ser para muitos países um 
dos fatores limitantes para o desenvolvimento. 
 
Alguns países como Israel, Territórios Palestinos, 
Jordânia, Líbia, Malta e Tunísia a escassez de água 
já atingiu níveis muito perigosos: existem apenas 
500 m3.habitante-1.ano-1, enquanto estima-se que a 
necessidade mínima de uma pessoa seja 2000 
m3.habitante-1.ano-1. 
 
Atualmente a falta de água atinge severamente 26 
países, além dos já citados estão nesta situação: 
Arábia Saudita, Iraque, Kuwait, Egito, Argélia, 
Burundi, Cabo Verde, Etiópia, Cingapura, Tailândia, 
Barbados, Hungria, Bélgica, México, Estados 
Unidos, França, Espanha e outros. 
IMPORTÂNCIA DA ÁGUA 
• No Brasil, a ocorrência mais frequente de 
seca é no Nordeste e problemas sérios de 
abastecimento em outras regiões já são 
identificados e conhecidos. 
 
• Alertas de organismos internacionais 
mencionam que nos próximos 25 anos, cerca 
de 3 bilhões de pessoas poderão viver em 
regiões com extrema falta de água, inclusive 
para o próprio consumo. 
 
IMPORTÂNCIA DA ÁGUA 
• A ideia que a grande maioria das pessoas possui 
com relação à água é que esta é infinitamente 
abundante e sua renovação é natural. 
 
• No entanto, ocupando 71% da superfície do 
planeta, sabe-se que 97,30% deste total 
constituem-se de águas salgadas, 2,70% são 
águas doces. 
 
• Do total de água doce, 2,07% estão congeladas 
em geleiras e calotas polares (água em estado 
sólido) e, apenas 0,63% resta de água doce não 
totalmente aproveitada por questões de 
inviabilidade técnica, econômica, financeira e de 
sustentabilidade ambiental. 
IMPORTÂNCIA DA ÁGUA 
DISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA DOCE 
ESTUDOS HIDROLÓGICOS 
• Baseiam-se em elementos observados e 
medidos no campo. 
 
• Estabelecimento de postos pluviométricos 
ou fluviométricos e sua manutenção 
ininterrupta são condições necessárias ao 
estudo hidrológico. 
 
• Projetos de obras futuras são elaboradas 
com base em elementos do passado. 
HIDROLOGIA APLICADA 
Está voltada para os diferentes problemas 
que envolvem a utilização dos recursos 
hídricos, preservação do meio ambiente e 
ocupação da bacia hidrográfica. 
PERGUNTAS TÍPICAS: 
• Qual é a vazão máxima provável em um 
local proposto para uma barragem ? 
 
• Qual é a disponibilidade de água de um 
rio e como ela poderá variar entre 
estações e de um ano a outro ? 
 
• Qual é a relação entre a quantidade de 
água superficial e a água subterrânea ? 
 
PERGUNTAS TÍPICAS: 
• Qual é a vazão mínima de um rio que é 
igualada ou superada 90% do tempo ? 
 
• Qual é o tamanho adequado de um 
reservatório de armazenamento para limitar 
as inundações a jusante, a um nível pré-
estabelecido ? 
 
• Qual é o volume de um reservatório 
necessário para garantir uma determinada 
vazão ? 
 
PERGUNTAS TÍPICAS: 
• Qual deve ser a capacidade de um canal ou 
de um bueiro para evitar inundações em 
determinadas áreas ? 
 
• Qual a chuva que ocorre uma vez a cada 50 
anos ? 
 
• Qual o risco de se adotar um certo valor de 
vazão para um projeto de vida útil igual a 30 
anos ? 
 
A resposta de um problema hidrológico em 
geral é o valor de uma grandeza hidrológica 
associada a uma probabilidade de que essa 
grandeza seja igualada ou excedida. 
 
 
 
HIDROLOGIA ESTOCÁSTICA 
 
PARA RESPONDER ÀS PERGUNTAS: 
• Informações hidrológicas 
 
• Análises especializadas 
 
• Conceitos e conhecimentos específicos 
 
INFORMAÇÕES HIDROLÓGICAS: 
Os dados hidrológicos são necessários para 
quantificar a precipitação, a evaporação, a 
umidade do solo, a transpiração, a infiltração, 
a qualidade da água e outras variáveis 
componentes dos sistemas hidrológicos. 
 
Fontes de Dados Hidrológicos no Brasil: 
 
• ANA (www.ana.gov.br) 
• INMET 
QUESTÕES A SE PENSAR: 
1. Por que se preocupar com as várias fases do 
ciclo hidrológico? 
 
2. Se o estudo da Hidrologia não era importante 
há 30-40 anos atrás, por que o deveria ser 
hoje? 
 
3. Se essa quantidade de água doce nunca foi 
motivo de grandes preocupações, por que o 
seria agora?