AULA 2 - BACIA HIDROGRÁFICA E BALANÇO HÍDRICO.pdf

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BACIA 
HIDROGRÁFICA E 
BALANÇO HÍDRICO 
22/08/16 
 
•Ciclo Hidrológico 
 
 
 
 
•zona de aeração 
•ou 
•zona não saturada 
 
 
 
 
•escoamento 
•superficial 
 
•precipitação 
 
•evaporação (interceptação) •transpiração 
•evaporação 
 
 •fluxo 
•ascendente 
•escoamento 
•sub-superficial 
 
 •zona saturada 
•lençol freático 
 •percolação 
 •rocha de origem 
•infiltração 
 
 
 
•Precipitação e evaporação 
•no espaço e no tempo 
•Precipitação sobre 
•áreas impermeáveis 
•Interceptação 
•vegetal 
 
•Precipitação direta em 
•lagos, rios e 
•reservatórios 
 
•Interceptação por 
•diferentes superfícies 
•Infiltração de 
•superfícies 
•permeáveis 
•Balanço no meio 
•não-saturado 
•Escoamento 
•superficial 
•Escoamento no meio 
•não-saturado 
•Percolação 
•Escoamento 
•subterrâneo 
•Vazão superficial 
•Evaporação e 
•evapotranspiração 
•Evaporação e 
•evapotranspiração 
•Processos do ciclo 
hidrológico 
•Bacia Hidrográfica 
 Uma região em que a chuva ocorrida em qualquer 
ponto drena para a mesma seção transversal do curso-
d’água. 
 
 Área de captação natural das precipitações, que faz 
convergir os escoamentos para um único ponto de 
saída: o exutório. 
 
 Para definir uma bacia: 
• Curso d’água 
• Seção transversal de referência (exutório) 
• Informações de topografia. 
•Destacam-se os seguintes elementos fisiográficos de uma bacia 
hidrográfica: 
•Divisores de Água: linha que representa os limites da bacia, determinando 
o sentido de fluxo da rede de drenagem; 
•Seção de Controle: local por onde toda a água captada da bacia (enxurrada 
e corpos d’água) é drenada; 
•Rede de Drenagem: constitui-se de todos os corpos d’água da bacia e 
canais de escoamento, não necessariamente perenes. São canais perenes 
aqueles em regime permanente de fluxo. São considerados intermitentes os 
corpos d’água que fluem somente na época das chuvas, ou seja, quando as 
nascentes estão abastecidas. Ao chegar à estação de déficit hídrico, tais 
canais secam; e são efêmeros os canais pelos quais fluem água somente 
quando ocorre escoamento originado de precipitação, ou seja, a enxurrada. 
Quando a precipitação termina, o fluxo cessa. 
 
•Definição de Bacia Hidrográfica 
 Diferenciar áreas que contribuem para um ponto 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Identificar para onde 
escoa a água sobre o 
relevo usando como 
base as curvas de 
nível. 
• A água escoa na direção da maior declividade 
• Assim, as linhas de escoamento são ortogonais às curvas de nível. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
adaptado do original de Francisco Olivera, Ph.D., P.E. 
Texas A&M University 
Department of Civil Engineering 
 
•Seção de 
referência, 
ou exutório 
 
•Fontes de dados de topografia 
 
 
 
 
 
 
•Divisor não corta drenagem 
exceto no exutório. 
 
•Divisor passa pela região mais 
elevada da bacia, mas não 
necessariamente pelos pontos 
mais altos. 
Caracterização Fisiográfica de Bacias Hidrográfica 
 
•Divisores de Água 
 
•O divisor de águas delimita a Bacia Hidrográfica. Existem dois tipos de 
divisores: o topográfico e o geológico ou freático. O primeiro diz respeito 
à linha que une os pontos mais elevados do relevo e o segundo, linha 
que une os pontos mais elevados do lençol freático. O divisor freático 
varia ao longo do ano em função das estações (época de chuva e seca). 
Normalmente, não há coincidência entre os dois tipos de divisores, 
prevalecendo quase sempre o topográfico, por ser fixo e de mais fácil 
identificação. 
 
 Conforme a Figura 3.6, o divisor subterrâneo é mais difícil de ser 
localizado e varia com o tempo. À medida que o lençol freático (LF) sobe, ele 
tende ao divisor superficial. O subterrâneo só é utilizado em estudos mais 
complexos de hidrologia subterrânea e estabelece, portanto, os limites dos 
reservatórios de água subterrânea de onde é derivado o deflúvio básico da 
bacia. 
 Na prática, assume-se por facilidade que o superficial também é o 
subterrâneo. 
. 
 
•Figura 3.6 - Corte transversal de bacias hidrográficas. 
 
Para definir uma bacia: 
• Curso d’água 
• Seção transversal de referência (exutório) 
• Informações de topografia. 
• A bacias do riacho Pau D´Arco, riacho do Sapo e 
riacho Gulandim são sub-bacias da bacia do rio 
Reginaldo  bacias urbanas. 
• Bacias hidrográficas são compostas por sub-bacias 
hidrográficas, sendo também estas bacias 
hidrográficas que podem ser subdividida em sub-
bacias, etc. 
• A bacias dos rios Caçamba, Porangaba, Bálsamo, 
Seco, Paraibinha, .... são sub-bacias da bacia do rio 
Paraíba  bacias rurais com pequenas aglomerações 
urbanas. 
• A bacia hidrográfica do rio Reginaldo: 26,5 km2 
 
• A bacia hidrográfica do riacho Pau D’Arco: 2,74 km2 
 
• A bacia hidrográfica do riacho do Sapo : 1,85 km2 
-42 -41 -40 -39 -38 -37 -36 -35 -34
-11 
-10 
-9 
-8 
-7 
PERNAMBUCO
ALAGOAS
OC
EA
NO
 AT
LÂ
NT
IC
O
RIO SÃO FRANCISCO
MACEÍO
RECIFE
• A bacia hidrográfica do rio Paraíba: 3.127,83 km2 
•Fonte: Plano diretor do rios Sumaúma, 
Remédios e Paraíba 
 
 
 
 
 
•Sub - bacia 
•Discretização em Sub-bacias 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
•Sub4 
•Sub3 
•Sub2 
 
•Sub1 
 
 •represa 
 
•saída 
•vários níveis de subdivisão da bacia 
 
•saída 
 
 
 
•1 
•3 
2 
4 
 divisor superficial x divisor subterrâneo 
• Divisor: 
• Características da Bacia Hidrográfica: 
• Área de drenagem 
• Comprimento 
• Declividade 
• Curva hipsométrica 
• Forma 
• Cobertura vegetal e uso do solo 
• …… 
•Área da Bacia Hidrográfica 
•Área da Bacia Hidrográfica 
• Uma vez definidos os contornos (divisor), a área pode ser 
calculada por uma integral numérica (SIG) ou por métodos 
manuais (planímetro, contagem, pesagem). 
 
 
 
 
 
•Comprimento da Bacia Hidrográfica 
 Comprimento da bacia 
 
 Comprimento do rio 
principal 
 
 
 
• Os comprimentos da bacia e do 
rio principal são importantes para 
a estimativa do tempo que a 
água leva para percorrer a bacia. 
•Ordenamento dos canais 
• Trata-se de uma hierarquização dos canais 
fluviais 
• Cada linha de drenagem pode ser 
categorizada de acordo com sua posição 
(ordem ou magnitude) dentro da bacia 
• A ordenação pode ser utilizada para descrever 
a linha de drenagem e dividir a rede de 
drenagem em partes que podem ser 
quantificadas e comparadas 
•Ordenamento dos canais 
• Strahler  linhas de 2ª ordem são formadas pela 
junção de 2 linhas de 1ª ordem, as linhas de 3ª ordem 
são formadas pela junção de 2 linhas de 2ª ordem e 
assim sucessivamente  as linhas de 3ª ordem, por 
exemplo, podem também receber um canal de 1ª ordem 
• como fazer a ordenação? 
• linhas de drenagem que não possuem nenhum 
tributário são designadas como linhas de 1ª ordem 
• A ordem ou magnitude das demais linhas de drenagem 
depende do método utilizado  Horton, Strahler e 
Shreve 
•Strahler 
(1945) 
• Shreve  magnitudes somadas todas as vezes que há a 
junção de duas linhas de drenagem  exemplo  
quando 2 linhas de 2ª ordem se unem, o trecho a 
jusante recebe a designação de 4ª ordem 
• Algumas ordens podem não existir. 
• Horton canais de 2ª ordem têm apenas afluentes de 
1ª ordem. Canais de 3ª ordem têm afluência decanais 
de 2ª ordem, podendo também receber diretamente 
canais de 1ª ordem  canais de ordem u pode ter 
tributários de ordem u-1 até 1. 
• Isto implica atribuir a maior ordem ao rio principal, 
valendo esta designação em todo o seu comprimento, 
do exutório à nascente 
•Shreve 
• Tem relação com a velocidade com a qual ocorre o 
escoamento. 
• Diferença de altitude entre o início e o fim da 
drenagem dividida pelo comprimento da drenagem. 
• Equação de Manning: V proporcional a S0.5 
•Declividade da Bacia Hidrográfica 
 
 
 
 
•Ponto mais alto: 
300 m 
•Ponto mais baixo: 
20 m 
•Comprimento drenagem = 7 km 
•Declividade = 0,04 m/m ou 40 m por km 
Declividade no rio 
•Comprimento do rio principal (L): para cada bacia 
existe um rio principal. Define-se o rio principal de uma 
bacia hidrográfica como aquele que drena a maior área 
no interior da bacia. A medição do comprimento do rio 
pode ser realizada por curvímetro ou por 
geoprocessamento; 
 
 
 
•Perfil típico: 
 
 
 
 
 
 
 
•alto •médio •baixo 
 •Distância ao longo do rio principal 
 
•A
lt
it
u
d
e
 d
o
 l
e
it
o
 
•Valores típicos: 
•Baixa declividade: alguns cm por 
km 
•Alta declividade: alguns m por km 
•Perfil Longitudinal 
• Descrição da relação entre área de contribuição e 
• altitude. 
 
 
•Altitude 
(m) 
 
 
 
•350 
•890 
•Fração da 
área •0 •1,0 •0,25 •0,75 •0,5 
•Curva Hipsométrica 
•Curva Hipsométrica 
•Curva Hipsométrica 
670
690
710
730
750
770
790
810
830
850
870
890
910
930
950
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100%
Curva Hipsométrica
•H5 
•H95 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
•Tempo de viagem = 2 min 
•Tempo de viagem = 15 
min 
•Tempo de escoamento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
•Q 
•P 
•tempo 
 
•Chuva de curta duração 
 
 
 
•15 minutos 
 
 
 
• Tempo necessário para que a água precipitada no ponto 
mais distante da bacia escoe até o ponto de controle, 
exutório ou local de medição. 
• Relação com: 
 Comprimento da bacia (área da bacia) 
 Forma da bacia 
 Declividade da bacia 
 Alterações antrópicas 
 Vazão (para simplificar não se considera) 
•Tempo de concentração 
• Como estimar? 
• Relação com comprimento do rio 
• Relação com a declividade 
• Fórmulas empíricas para tempo de concentração 
•tc em minutos 
•L em km 
•h em m 
• Kirpich 
0,385
3
Δh
L
57tc 






•Tempo de concentração 
A4,54tc 
• Ventura  para regiões planas 
• Ventura  para regiões em declives 
I
A
4,54tc 
• Passini  para regiões planas 
IA345,6tc 
•A em km2 
•A em km2 
•I em m/km 
•Fator de forma 
I alto: cheias mais rápidas 
 I baixo: cheias mais lentas 
 
 
 
2LAI
L
•Índice de conformação 
•ou fator de forma e índice de compacidade: 
•índice de compacidade 
• Relação entre o perímetro da 
bacia e o perímetro que a bacia 
teria se fosse circular. 
 
•K = 0,28 P / A0.5 
 
•mede mais ou menos a mesma 
coisa que o fator de forma 
 Igualmente importante, é o formato da bacia hidrográfica. 
 Bacias hidrográficas geralmente apresentam dois formatos básicos, 
com tendência a serem circulares ou elípticas (alongadas). As formas têm 
importância especial no comportamento do escoamento superficial. 
 As primeiras têm tendência de promover maior concentração da 
enxurrada num trecho menor do canal principal da bacia, promovendo 
vazões maiores e adiantadas, relativamente às bacias alongadas, que 
produzem maior distribuição da enxurrada ao longo do canal principal, 
amenizando, portanto, as vazões e retardando a vazão de pico (máxima). 
• 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
•Outras: 
• Tietê; 
• Paranapanema; 
• Tocantins. 
•Exemplos: Alongadas 
•São Francisco 
•Paraíba  PE e AL 
•Exemplos: Alongadas 
 
 
 
 
•Taquari Antas - RS 
•Rio Itajaí - SC 
•Exemplos: Circular 
 Maior profundidade de raízes = água consumida pela 
evapotranspiração pode ser retirada de maiores 
profundidades do solo. 
 Florestas: maior interceptação; maior profundidade 
de raízes. 
 Maior interceptação = escoamento demora mais a 
ocorrer. 
•Cobertura Vegetal 
 Substituição de florestas por 
lavoura/pastagens 
 Urbanização: telhados, ruas, passeios, 
estacionamentos e até pátios de casas 
 Modificação dos caminhos da água 
• Aumento da velocidade do escoamento (leito 
natural rugoso x leito artificial com revestimento 
liso) 
• Encurtamento das distâncias até a rede de 
drenagem (exemplo: telhado com calha) 
•Uso do solo 
 Agricultura = compactação do solo 
• Redução da quantidade de matéria orgânica no 
solo 
• Porosidade diminui 
• Capacidade de infiltração diminui 
• Raízes mais superficiais: Consumo de água das 
plantas diminui 
•Uso do solo 
 Solos arenosos = menos escoamento superficial 
 Solos argilosos = mais escoamento superficial 
 Solos rasos = mais escoamento superficial 
 Solos profundos = menos escoamento superficial 
•Tipos de solos 
 Rochas do sub-solo afetam o comportamento da bacia 
hidrográfica. 
 Rochas porosas tem a propriedade de armazenar grandes 
quantidades de água (rochas sedimentares – arenito). 
 Rochas magmáticas tem pouca porosidade e armazenam 
pouca água, exceto quando são muito fraturadas. 
 Bacias com depósitos calcáreos tem grandes cavidades no 
sub-solo onde a água é armazenada. 
•Geologia 
 Vertentes: 
 Rede de drenagem: 
• Escoamento superficial difuso 
• Não há canais definidos 
• Escoamento sub-superficial e subterrâneo 
• Escoamento superficial 
• Canais bem definidos 
•Partes da Bacia 
 Dentro da bacia, a forma da rede de drenagem também apresenta 
variações. Em geral, predomina na natureza a forma dendrítica, a qual deriva da 
interação clima geologia em regiões de litologia homogênea. 
 Num certo sentido, considerando-se a fase terrestre do ciclo da água, 
pode-se dizer que a água procura evadir-se da terra para o mar. 
 Assim fazendo, torna-se organizada em sistemas de drenagem, os 
quais refletem principalmente a estrutura geológica local. 
 A descrição qualitativa dos diferentes sistemas de drenagem pode ser 
observada de acordo com os esquemas da Figura 3.5. 
 Estes chamados padrões de drenagem podem ser observados pelo 
exame de mapas topográficos de diferentes províncias geológicas. 
 
 
 
 
 Densidade da 
Rede de 
Drenagem: 
 Forma da 
Rede de 
Drenagem: 
• Controlada 
pela Geologia e 
pelo Clima 
• Controlada 
pela Geologia 
•Rede de Drenagem 
•Forma da rede de Drenagem 
•Forma da rede de Drenagem 
•Forma da rede de Drenagem 
•Forma da rede de Drenagem 
• A equação abaixo tem que ser satisfeita: 
•Onde 
•V  variação do volume de água armazenado na bacia (m3) 
•t  intervalo de tempo considerado (s) 
•P  precipitação (m3.s-1) 
•E  evapotranspiração (m3.s-1) 
•Q  escoamento (m3.s-1) 
QEP
Δt
ΔV

•Balanço Hídrico 
• Balanço entre entradas e saídas de água em uma bacia 
hidrográfica 
• Principal entrada  precipitação 
• Saídas  evapotranspiração e escoamento. 
•Balanço Hídrico 
•Intervalos de tempo longos (como um ano ou mais) 
variação de armazenamento pode ser desprezada na maior 
parte das bacias 
QEP 
•As unidades de mm são mais usuais para a precipitação e 
para a evapotransipiração 
•Reescrita em unidades de mm.ano-1, o que é feito dividindo 
os volumes pela área da bacia 
•Uma lâmina 1 mm de chuva corresponde a um litro 
de água distribuído sobre uma área de 1 m2. 
•Percentual da chuva que se transforma em 
escoamento 
P
Q
C 
•O coeficiente de escoamento tem, teoricamente, 
valores entre 0 e 1. Na prática os valores vão de 0,05 
a 0,5 para a maioria das bacias. 
•Coeficiente de escoamento 
•Cada mm de chuva sobre a bacia de 60km2  volume 
total de 60.000 m3 lançados sobre a bacia  em uma 
hora são lançados 600.000 m3 de água sobre esta 
bacia. 
 
•A bacia é impermeável  toda a água deve sair pelo 
exutório a uma vazão constante de 167 m3.s-1. 
•Qual seria a vazão de saída de uma bacia 
completamente impermeável, com área de 60km2, 
sob uma chuva constante à taxa de 10 mm.hora-1? 
•Exemplo: 
•A região da bacia hidrográfica do rio Taquari recebe 
precipitações médias anuais de 1600 mm. Em Muçum 
(RS) há um local em que são medidas as vazões deste 
rio e uma análise de uma série de dados diários ao 
longo de 30 anos revela que a vazão média do rio é de 
340 m3.s-1. 
 
•Considerando que a área da bacia neste local é de 
15.000 Km2, qual é a evapotranspiração média anual 
nesta bacia? Qual é o coeficiente de escoamento de 
longo prazo? 
•Exemplo: 
•O balanço hídrico de longo prazo de uma é dado por 
•onde P é a chuva média anual; E é a evapotranspiração 
média anual e Q é o escoamento médio anual. 
•A vazão média de 340 m3.s-1 em uma bacia de 15.000 km2 
corresponde ao escoamento anual de uma lâmina dada por: 
)m(mm 1000
)A(m
)ano(s 365243600 )sQ(m
Q(mm/ano) 1
2
113





QEP 
1anomm 715
15000
365 24 3,6
340Q(mm/ano) 


•e a evapotranspiração é dada por 
•O coeficiente de escoamento de longo prazo é dado por 
-1anomm 8857151600QPE 
0,4471600715PQC 
)m (mm 1000
)A(m
)ano (s 365 24 3600 )sQ(m
Q(mm/ano) 1
2
113





•ou 
)A(km
365 . 24 . 3,6
)sQ(mQ(mm/ano)
2
13 
• SIG  Sistemas de Informação Geográfica 
• Equivalem a sistemas CAD para a hidrologia 
• Além de CAD são bancos de dados e permitem 
análises dos dados 
•Bacia Hidrográficas e SIG 
• Isolinhas = curvas de nível 
• Matriciais = modelos digitais de elevação 
• TIN = Triangular irregular network 
•Representações do relevo 
• no computador 
• Representação do relevo na 
forma de uma matriz 
 
 
 
 
 
•92 
 
 •91 
•88 
•87 
•82 •85 
•83 •81 •78 
 
 
 
 
 
 
 
 
•MDE ou MNT 
• Representação do 
relevo na forma de 
uma matriz 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
•MDE ou MNT 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
•Identificação da direção de escoamento 
para cada elemento (célula) da matriz: 
• Direção de escoamento 
• Rios principais (rede de drenagem) 
• Comprimento do rio principal, etc.. 
• Definição de Bacia e Sub-bacias 
• Áreas das bacias 
• Declividade das bacias 
•O que pode ser obtido do MDE 
•Rede de drenagem e sub-bacias 
•Real TIN in 3D! 
• ARC-GIS 
• Idrisi 
• GRASS 
• Erdas 
•Softwares 
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