Aula 3 Bacia hidrográfica 2012

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Profª. Simone Rosa da Silva 
2012 
HIDROLOGIA APLICADA 
 
Universidade de Pernambuco 
Escola Politécnica de Pernambuco 
Departamento de Engenharia Civil 
 Características da Bacia Hidrográfica: 
• Área de drenagem 
• Comprimento 
• Declividade 
• Curva hipsométrica 
• Forma 
• Cobertura vegetal e uso do solo 
• …… 
Bacia Hidrográfica 
Características físicas da bacia 
O principal interesse em estudar a bacia hidrográfica é de que suas 
características constituem um sistema natural de transformação de 
chuva em vazão. 
 
 ENTRADA 
(chuva) 
SISTEMA 
(bacia) 
SAÍDA 
(vazão na foz) 
Convenções importantes em hidrologia 
• Característica mais importante da bacia 
 
• Reflete o volume total de água que pode ser 
gerado potencialmente na bacia 
• Bacia impermeável e chuva constante: 
• Q = P . A 
• Se A = 60 km2 (60 milhões de m2) 
• e P = 10 mm/hora (2,7 . 10-6 m/s) 
• Q = 166 m3/s 
 
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). 
Área da Bacia Hidrográfica 
Bacia Local Área 
 (km
2
) 
Qmax 
 (m
3
/s) 
Qmax 
(ls/km
2
) 
Rio Souris Minot, ND 26.600 340 12,8 
Rio Deschutes Moody, OR 27.185 1.235 46,8 
Rio Gila Coolige Dam, AR 33.370 3.680 110,8 
Rio Cumberland Carthage, Tenn 27.700 5.270 190,9 
Rio Susquehanna Wilkes-Barre, Pa 25.785 6.570 225,6 
Rio Potomac Point of Rocks, Md 24.980 13.595 545,2 
Rio Little Cameron, Texas 18.200 18.320 1009,2 
 
Como isso é possível? 
Bacias com mesma área podem responder de 
maneira distinta 
Alguns exemplos nos Estados Unidos: 
 Comprimento da bacia 
 
 Comprimento do rio 
principal 
Comprimento da Bacia Hidrográfica 
• Os comprimentos da bacia e do 
rio principal são importantes para 
a estimativa do tempo que a 
água leva para percorrer a bacia. 
Medição do comprimento de um rio 
• CAD 
• SIG – Sistema de Informação Geográfica 
• Curvímetro 
• 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 
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 
Tempo de viagem = 2 minutos Tempo de viagem = 15 minutos 
Tempo de escoamento 
15 minutos 
Q 
P 
tempo 
Chuva de curta duração 
• 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 
• Fórmulas empíricas para tempo de concentração 
tc = tempo de concentração em minutos 
L = comprimento do talvegue (km) 
h = diferença de altitude ao longo do talvegue (m) 
• Kirpich 
385,0
3
h
L
57tc 







Tempo de concentração 
Tempo de concentração 
• Estimativa do tempo de concentração para bacias maiores; 
• Equação de Watt e Chow, publicada em 1985 (Dingman, 2002) 
 
 
 
 
• onde tc é o tempo de concentração em minutos; L é o 
comprimento do curso d’água principal em Km; e S é a declividade 
do rio curso d’água principal (adimensional). 
• Esta equação foi desenvolvida com base em dados de bacias de 
até 5840 Km2. 
79,0
5,0
68,7 






S
L
tc
Efeito do tempo de concentração 
• Mesma área, tempo de concentração 
diferente 
Q 
P 
tempo 
bacia com alto tempo de concentração 
bacia com baixo tempo de concentração 
Forma da bacia hidrográfica 
• Avaliação qualitativa 
• Avaliação quantitativa 
– índice de compacidade 
– índice de conformação ou fator de forma 
São Francisco 
Outras: 
 Tietê; 
 Paranapanema; 
 Tocantins. 
Exemplos: Alongadas 
Taquari Antas - RS 
Rio Itajaí - SC 
Exemplos: Circular 
Efeito da forma da bacia 
• Mesma área, forma diferente 
Q 
P 
tempo 
bacia alongada 
bacia circular 
 Kf alto: cheias mais rápidas. 
 
 Kf baixo: cheias mais lentas 
2LAKf 
L
Índice de conformação ou fator de forma (Kf) 
É a relação entre a largura média e o comprimento axial da bacia. 
 
 Kf = Lmed / L Lmed= A / L 
 Kc = 0,28 P / A
0.5 
 
P – [km] 
A – [km2] 
Quanto mais irregular for a 
forma da bacia, maior será 
seu Kc. 
Índice de compacidade ou Gravelius(Kc) 
É a relação entre o perímetro da bacia e o perímetro que a 
bacia teria se fosse circular. 
 Kc = P / 2 π r ; A = π r
2 ; r = (A / π)0.5 
Ordem do curso d’água principal 
• Horton propôs, e 
Strahler modificou um 
critério para 
hierarquizar cursos 
d’água. 
• Reflete o grau de 
ramificação dos rios em 
uma bacia hidrográfica. 
Ordem de Strahler 
• Um curso d’água a partir da nascente é de 
ordem 1 
• Quando dois cursos de ordem 1 se encontram 
formam um curso de ordem 2 
• Quando dois cursos de ordem 2 se encontram 
formam um curso de ordem 3 
• e assim por diante… 
Ordem de Strahler 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
2 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
2 
2 
2 
2 
2 
2 
2 
2 2 
2 2 
3 
3 
3 
3 
3 
3 
1 
1 1 
1 
 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 
Uso do solo e vegetação 
Solo nú Solo vegetado 
 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: 
• Escoamentosuperficial difuso 
• Não há canais definidos 
• Escoamento sub-superficial e subterrâneo 
• Escoamento superficial 
• Canais bem definidos 
Partes da Bacia 
 Densidade da Rede 
de Drenagem: 
 Forma da Rede de 
Drenagem: 
• Controlada pela 
Geologia e pelo Clima 
• Controlada pela 
Geologia 
Rede de Drenagem 
• SIG são 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 
Rede de drenagem e sub-bacias 
Aproximação 
Mesma bacia, aproximada com células de maior ou menor resolução. 
 
Veja que o contorno é melhor aproximado quando a resolução é maior (células 
menores) 
• ARC-GIS 
• Idrisi 
• GRASS 
• Erdas 
Softwares