Aula1 CicloHidrológico

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18/10/2016
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Ciclo HidrológicoCiclo Hidrológico
INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
DefiniçãoDefinição::
HidrologiaHidrologia éé aa ciênciaciência queque tratatrata dada águaágua dada TerraTerra,, suasua
ocorrência,ocorrência, circulaçãocirculação ee distribuição,distribuição, suassuas propriedadespropriedades
físicasfísicas ee químicas,químicas, ee suassuas reaçõesreações comcom oo meiomeio--ambiente,ambiente,
incluindoincluindo suassuas relaçõesrelações comcom aa vidavida..
(Definição recomendada pelo (Definição recomendada pelo UnitedUnited States Federal States Federal CouncilCouncil ofof ScienceScience andand TechnologyTechnology, , 
ComitteeComittee for for ScientificScientific HydrologyHydrology, 1962), 1962)
De forma bem simplificada, a Hidrologia procura responder à pergunta:
O que acontece com a água da chuva?
Ciclo HidrológicoCiclo Hidrológico
•• OO ciclociclo hidrológicohidrológico começoucomeçou aa ficarficar maismais claroclaro durantedurante
osos séculosséculos XVIIXVII ee XVIII,XVIII, comcom oo adventoadvento dada ciênciaciência
experimentalexperimental,, ee dasdas mediçõesmedições..
–– NoNo séculoséculo XVII,XVII, PierrePierre PerraultPerrault,, analisouanalisou osos componentescomponentes dada
relaçãorelação precipitaçãoprecipitação--vazãovazão,, ouou sejaseja aa precipitação,precipitação, evaporaçãoevaporação ee
capilaridadecapilaridade dada baciabacia dodo RioRio SenaSena ee comparoucomparou estasestas grandezasgrandezas
comcom mediçõesmedições dede vazãovazão realizadasrealizadas porpor EdméEdmé MariotteMariotte,,
constandoconstando queque aa vazãovazão eraera apenasapenas cercacerca dede 1616%% dada precipitaçãoprecipitação
(TUCCI(TUCCI etet alal..,, 20072007))..
CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
O Ciclo Hidrológico é o fenômeno global de circulação fechada da água
entre a superfície terrestre e a atmosfera, impulsionado
fundamentalmente pela energia solar associada à gravidade e à rotação
terrestre.
•Superfície Terrestre – abrange os continentes (inclusive a camada porosa
que os recobre – solos, rochas) e o reservatório formado pelos oceanos.
•Atmosfera – possui condições físicas
adversas. A maioria dos fenômenos
meteorológicos acontece nessa
camada que varia de 8 a 16 km de
espessura, também chamada de
Troposfera, que contém cerca de
90% da umidade atmosférica. A água
que circula no interior da atmosfera
constitui-se numa fase do ciclo
hidrológico. Na Estratosfera,
camada com espessura entre 40 e
70km, está contida a camada de
ozônio que é reguladora da radiação
solar que atinge a superfície da Terra.
Exosfera
Ciclo hidrológicoCiclo hidrológico
•• Dinâmica através da qual:Dinâmica através da qual:
–– asas águaságuas dosdos oceanosoceanos ee continentes,continentes, quandoquando
aquecidas,aquecidas, evaporamevaporam--se,se, elevamelevam--sese resfriandoresfriando--se,se,
condensamcondensam--se,se, dandodando origemorigem àsàs nuvensnuvens,, asas quaisquais sese
precipitamprecipitam formandoformando oo escoamentoescoamento superficialsuperficial ee
infiltrandoinfiltrando--sese nono solosolo ee subsolosubsolo..
•• Ciclo fechado:Ciclo fechado:
–– energia energia –– solarsolar
–– Força Força –– gravidadegravidade
CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
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Ciclo hidrológicoCiclo hidrológico Ciclo hidrológico:
Fases de interesse para o engenheiro
• Precipitação 
• Evaporação e Transpiração
• Escoamento Superficial
• Escoamento subterrâneo
CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
De maneira simplista, o Ciclo Hidrológico dá-se da seguinte maneira:
a) Circulação da água do oceano, através da atmosfera, para o
continente, retornando após retenção em vários pontos, para o
oceano, através de escoamentos superficiais ou subterrâneos e, em
parte pela própria atmosfera.
b) Curtos-circuitos que excluem segmentos diversos do ciclo completo,
como por exemplo, a movimentação da água do solo e da superfície
terrestre para a atmosfera, sem passar pelo oceano.
CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
• Evaporação
• Transpiração
• Condensação
• Precipitação
• Escoamento superficial
• Infiltração
• Percolação
• Escoamento subterrâneo
FASES DO CICLO HIDROLÓGICO:
CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
BALANÇO HIDROLÓGICO:
( ) STEGRP ∆=+++−
Sendo:
P – precipitação que atinge o solo
R – escoamento superficial
G – escoamento subterrâneo
E – evaporação
T – transpiração das plantas
∆S – variação do armazenamento nas várias formas de retenção


 Evapotranspiração
CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
QUANTIFICAÇÃO GERAL DOS FLUXOS E RESERVAS DE ÁGUA
Salgada: 97,5%
Doce: 2,5%
¼ do Planeta = Terra 
¾ do Planeta = Água
2,34% - pólos, geleiras e icebergs 
0,01 % - rios
0,35% - lagos e pântanos
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DistribuiçãoDistribuição da água no planeta: consequência da água no planeta: consequência 
do ciclo hidrológicodo ciclo hidrológico
apenas 2,5 % do total de água disponível no globo 
terrestre é doce
aquíferos
29,9%
rios e lagos
0,3%
geleiras e coberturas de 
gelo permanentes
68,9%
solo
0,9%
Distribuição (%) da água doce do Planeta.
CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
Reserva de Água Volume
(x 105 m3)
Oceanos 1350 (97,57059%)
Geleiras 25 (1,8069%)
Águas subterrâneas 8,4 (0,60711%)
Rios e Lagos 0,2 (0,01445%)
Biosfera 0,0006 (0,00004%)
Atmosfera 0,0130 (0,00091%)
Fonte: Adaptado de TUCCI et al. (2007)
QUANTIFICAÇÃO GERAL DOS FLUXOS E RESERVAS DE ÁGUA
CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
ÁGUA NO BRASIL
Fonte: CONSUMO SUSTENTÁVEL: Manual de educação. Brasília: Consumers 
International/ MMA/ MEC/IDEC, 2005. 160 p.
CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
QUANTIFICAÇÃO GERAL DOS FLUXOS E RESERVAS DE ÁGUA
anomEP 31210423 ⋅==
O ciclo hidrológico só é fechado em nível global.
Quantidades de Água em circulação/armazenadas Quantidades de Água em circulação/armazenadas 
na Terra (unidade volumétrica=kmna Terra (unidade volumétrica=km33))
Ações Antrópicas 
(homem)
Atmosfera
(0,013 x 1015 m3)
Continentes
(33,6 x 1015 m3)
Oceanos
(1.350 x 1015 m3)
Corpos Hídricos
Precipitação
(119 x 1012 m3 ano-1)
Evaporação
(74,2 x 1012 m3 ano-1)
Precipitação
(458 x 1012 m3 ano-1)
Evaporação
(502,8 x 1012 m3 ano-1)
Emissões Gasosas
Águas de Retorno
Abastecimento Hídrico Escoamento superficial, sub-superficial e 
subterrâneo
Escoamento
(44,8 x 1012 m3 ano-1)
Águas Residuárias
Figura 2.2. Reservatórios da Natureza (UNESCO, 1999; e Peixoto e Oort; 1990).
Reservatórios da Natureza (UNESCO, 1999; e Peixoto e Oort; 1990).
CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
EFEITOS ANTRÓPICOS SOBRE O CICLO HIDROLÓGICO
Alterações produzidas pelo homem sobre o ecossistema pode alterar 
parte do ciclo hidrológico quanto a quantidade e qualidade da água;
• Globalmente:
� as emissões de gases para a atmosfera produz aumento no efeito
estufa, alterando as condições da radiação térmica, poluição, etc;
• Localmente:
� as obras hidráulicas atuam sobre os rios, lagos e oceanos;
�Desmatamento atua sobre o comportamento da bacia
hidrográfica;
�A urbanização produz alterações localizadas nos processos
do ciclo hidrológico terrestre, contaminação das águas, etc.
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CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
EFEITOS ANTRÓPICOS SOBRE O CICLO HIDROLÓGICO
CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
EFEITOS ANTRÓPICOS SOBRE O CICLO HIDROLÓGICO
CICLO HIDROLÓGICOCICLO HIDROLÓGICO
EFEITOS ANTRÓPICOS SOBRE O CICLO HIDROLÓGICO
Distribuição da água nos reservatórios da Distribuição da água nos reservatórios da 
naturezanatureza
TempoTempo dede residênciaresidência ((TrTr)) == tempotempo médiomédio
queque umauma moléculamolécula dede águaágua necessitanecessita parapara
passarpassar dede umum subsistemasubsistema dodo ciclociclo
hidrológicohidrológico::
TrTr=S/Q =S/Q 
(S=volume(S=volumearmazenadoarmazenado;; Q=vazão)Q=vazão)
Exemplo:Exemplo:
•• cálculo de cálculo de TRTR da água na da água na atmosferaatmosfera
dias8ano)x365(dias/
/ano)m119.000)(k(458.000
)(km12.900Tr(dias) 3
3
≅
+
=
Periods of water resources
renewal on the Earth
• Water of Hydrosphere Period of renewal 
• World Ocean 2500 years 
• Ground water 1400 years 
• Polar ice 9700 years 
• Mountain glaciers 1600 years 
• Ground ice of the permafrost zone 10000 years 
• Lakes 17 years 
• Bogs 5 years 
• Soil moisture 1 years 
• Channel network 16 days 
• Atmospheric moisture 8 days 
• Biological water several hours 
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Ciclo hidrológicoCiclo hidrológico
•• MaiorMaior parteparte dosdos problemasproblemas práticospráticos dada
engenhariaengenharia consideramconsideram::
–– AlgunsAlguns processosprocessos dodo ciclociclo ee
–– AplicadosAplicados aa umauma pequenapequena porçãoporção dada
superfíciesuperfície terrestreterrestre (delimitada)(delimitada),, sobresobre
aa qualqual podepode--sese aplicaraplicar oo balançobalanço hídricohídrico..
Balanço HídricoBalanço Hídrico
Balanço Hídrico: Balanço Hídrico: 
contabilidade de entrada e saída de água, cuja interpretação contabilidade de entrada e saída de água, cuja interpretação 
possibilita informações sobre ganho, perda e armazenamento da possibilita informações sobre ganho, perda e armazenamento da 
água água 
equação fundamentalequação fundamental
)1()()( tQtQ
dt
dS
se −=
entra sai
Balanço Hídrico da Balanço Hídrico da SuperfícieSuperfície do terrenodo terreno
S∆
[ ]
)2(
ESEIINTPS +++−=∆ ∆S=vol. arm. na superfície (depressões do terreno)P=precipitação
INT=interceptação pelos vegetais
I=infiltração
E=evaporação
ES=escoamento superficial 
Balanço Hídrico Balanço Hídrico de uma Camada de Solo de uma Camada de Solo 
abaixo da Superfície do Terrenoabaixo da Superfície do Terreno
V∆