Aula.Hidrologia.Parte.introducao.e.bacia.hidrografica (1)

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Aspectos Ambientais da Terra 
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Hidrologia Aplicada à Engenharia Civil 
2016.2 
HIDROLOGIA APLICADA À ENG. CIVIL 
 INFORMAÇÕES SOBRE A DISCIPLINA 
Carga Horária Teórica: 40 horas 
Plano de Ensino (disponível no sistema) 
Material de Apoio: 
- Livros da Bibliografia Básica; 
- Apostilas disponibilizadas no sistema; 
- Demais artigos e listas disponibilizados no sistema. 
OBS.: APRESENTAÇÃO É SOMENTE UMA DIRETRIZ DE ESTUDO, 
E NÃO DEVE SER CONSIDERADO JAMAIS COMO ÚNICA FONTE. 
 
 
 
 
HIDROLOGIA APLICADA À ENG. CIVIL 
 INFORMAÇÕES SOBRE A DISCIPLINA 
Metodologia: 
- Aulas expositivas; 
- Vídeos; 
- Projetos em grupo; 
- Discussão de artigos científicos. 
SUGESTÕES GERAIS 
- Acompanhamento das aulas; 
- Estudo contínuo; 
- Presença nas aulas; 
- Datas das provas; 
- Provas de 2ª chamada; 
- Meios ilícitos durante as provas . 
 
 
 
 
 
HIDROLOGIA APLICADA À ENG. CIVIL 
 INFORMAÇÕES SOBRE A DISCIPLINA 
Aspectos Ambientais da Terra 
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Parte 1 - Introdução Geral 
– Definição de hidrologia 
 
• Ciência que trata de água na Terra, de sua circulação e 
distribuição, suas propriedades físicas e químicas, suas relações 
com o meio ambiente, incluindo suas relações com a vida 
 
• Maior aplicação está associada ao desenvolvimento da 
hidráulica e suas obras associadas à engenharia 
 
 
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 ? 
 
 Qual é a vazão mínima de um rio que é igualada ou 
superada 90 % do tempo ? 
 
 
 Qual é o volume de um reservatório necessário para 
garantir uma determinada vazão a jusante ? 
 
 Qual é o tamanho adequado de um reservatório de 
armazenamento para limitar as inundações a jusante a 
um nível pré-estabelecido ? 
 
 Qual deve ser a capacidade de um canal ou de um 
bueiro para evitar inundações em determinadas áreas ? 
 
Perguntas Típicas 
Para responder a essas e outras perguntas a 
Hidrologia se utiliza de: 
 
• Informações hidrológicas ( dados obtidos por medições} 
• Análise especializadas 
• Conceitos e conhecimentos científicos 
 
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 
Perguntas Típicas 
Aspectos Ambientais da Terra 
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Aplicações da Hidrologia 
• Escolha de fontes de abastecimento de água 
– Doméstico e Industrial 
 
• Projeto e construção de obras hidráulicas 
– Fixação de dimensões hidráulicas de obras de arte: pontes, 
bueiros 
 
• Drenagem 
– Estudo das características do lençol freático 
– Exame das condições de alimentação, escoamento natural do 
lençol, precipitação, bacia de contribuição e nível dos cursos 
d’água 
 
 
Aplicações da Hidrologia 
• Irrigação 
– Escolha do manancial 
– Estudo de evaporação e infiltração 
 
• Regularização dos cursos d’água e controle das inundações 
– Estudo das variações de vazão, previsão das vazões máximas 
– Exame das oscilações de nível e das áreas de inundação 
 
• Controle da poluição 
– Análise da capacidade de recebimento de corpos receptores (rios e 
lagos) dos efluentes de sistemas de esgotos: vazão mínima de 
cursos d’água, capacidade de reaeração, velocidade de 
escoamento 
 
 
 
Aplicações da Hidrologia 
• Controle da erosão 
– Análise de intensidade e freqüência das precipitações máximas 
– Determinação de coeficientes de escoamento superficial 
– Estudo da ação erosiva das águas e proteção por meio de 
vegetação e outros recursos 
 
• Aproveitamento hidrelétrico 
– Previsão das vazões máximas, mínimas e médias dos cursos para 
estudo econômico e dimensionamento das instalações 
– Verificação da necessidade do reservatório de acumulação, 
determinação dos elementos necessários ao projeto e construção 
do mesmo: 
» Bacia hidrográfica 
» Volumes armazenáveis 
» Perdas por evaporação 
» Perdas por Infiltração 
 
 
 
Aplicações da Hidrologia 
• Operação de sistemas hidráulicos complexos 
• Recreação e preservação do meio ambiente 
• Preservação do desenvolvimento econômico 
• Estudos integrados de bacias hidrográficas para múltiplos usos 
 
– Métodos de estudo (técnicas de abordagem) 
• Paramétrica ou determinística 
– Lida com determinação de fórmulas para algum fenômeno real 
 
• Estocástica ou probabilística 
– Lida com dados de estatística para validar e correlacionar algum 
fenômeno real 
Aspectos Ambientais da Terra 
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Ciclo Hidrológico e Balanço Hídrico 
– O ciclo hidrológico 
• É o movimento permanente da água, resultante dos fenômenos 
de evaporação, transpiração das plantas, precipitação, 
infiltração, escoamento superficial e subterrâneo, etc., tudo 
movido às custas da energia solar 
– O ciclo hidrológico e suas respectivas medições 
• Precipitação 
• Infiltração 
• Evapo-transpiração 
• Escoamento superficial 
• Escoamento subterrâneo 
• Armazenamento (reserva) 
Balanço Hídrico 
Ciclo Hidrológico – Forma Pictórica 
 
zona de aeração 
ou 
zona não saturada 
rocha de origem 
lençol freático 
infiltração 
escoamento 
superficial 
precipitação 
evaporação (interceptação) transpiração 
evaporação 
percolação 
fluxo 
ascendente 
escoamento 
sub-superficial 
zona saturada 
Ciclo Hidrológico e Balanço Hídrico 
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 
Aspectos Ambientais da Terra 
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– Conceitos associados 
• Balanço hídrico 
– Soma de todas as contribuições positivas ou negativas para 
aquela bacia hidrográfica, qual seja da precipitação, evaporação, 
transpiração, escoamento superficial e subterrâneo, que gera um 
armazenamento superficial e subterrâneo 
 
 
 
Balanço de Sup.: Ssup = P - E - I - D + R = Asup 
Balanço no int. do solo.: Ssub = I - R = Asub 
Balanço hídrico na bacia.: S = P – E – D = Asup + Asub 
 
Onde: 
Entrada no Sistema = P, Esup, Esub 
Saída do Sistema = E, R , C 
Retido no Sistema = Asup, Asub 
P 
E 
D 
Esup 
Asup 
Asub 
Esub C 
R 
Exercício 
Uma barragem irá abastecer uma cidade de 100.000 habitantes e uma área irrigada 
de 5000 há. 
 Verificar, através de um balanço hídrico anual, se o local escolhido para a 
barragem tem condições de atender à demanda, quando esta for construída. 
 
Informações técnicas disponíveis: 
 - área da bacia= 300Km2; 
 - precipitação média anual na bacia = 1300 mm/ano; 
 - evapotranspiração total para a situação, com a barragem pronta = 1000 mm/ano; 
 - demanda da cidade = 150 l/(hab. x dia); 
 - demanda da área irrigada = 9000 m3/(há x ano). 
 
 
 
Para pensar 
• Considerando a aplicação da hidrologia para o controle da 
drenagem urbana, identificar um problema real que se enquadre 
no uso das atribuições da hidrologia para este caso escolhido 
 
• Mostre os termos da equação de balanço hídrico, reproduzindo o 
esquema do ciclo hidrológicoParte 2 - Bacia Hidrográfica 
– Definição de bacia hidrográfica 
• É uma área drenada por um curso d’água ou por uma série de 
cursos d’água tal que toda a vazão efluente seja descarregada 
através de uma só saída, na porção mais baixa do seu contorno 
• É a área geográfica sobre a qual as águas precipitadas, que 
escoam sobre a superfície afluem à seção considerada 
– Superficial - definida pelo relevo superficial 
– Subterrânea - definida pelo relevo subterrâneo 
• Sinônimos: Bacia de captação, bacia coletora, bacia de 
drenagem, bacia de contribuição, bacia hidrológica 
 
É considerado 
o palco 
do ciclo hidrológico! 
Aspectos Ambientais da Terra 
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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. 
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. 
Bacia Hidrográfica 
Seção de 
referência, ou 
exutório 
Fontes de dados de topografia 
Seção de 
referência, ou 
exutório 
Divisor não corta drenagem exceto no 
exutório. 
 
Divisor passa pela região mais elevada 
da bacia, mas não necessariamente 
pelos pontos mais altos. 
Aspectos Ambientais da Terra 
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Bacia Hidrográfica 
– Conceitos associados 
 
• Classificação dos cursos d’água 
– Perenes 
» Contém água durante todo o tempo 
» O lençol subterrâneo mantém o fornecimento de água para 
o rio 
– Intermitentes 
» Escoam durante as estações das chuvas e secam na 
estiagem 
» Transportam o escoamento superficial e subterrâneo 
– Efêmeros 
» Escoam apenas durante ou imediatamente após as chuvas 
» Transportam somente o escoamento superficial 
 
Bacia Hidrográfica 
– Conceitos associados 
 
 
• Divisor de água 
– Linha de separação entre bacias hidrográficas 
• Divisor topográfico 
– Linha que fixa a área da qual provém o escoamento superficial 
• Divisor freático 
– Linha limite entre os reservatórios subterrâneos da bacia 
• Canal permanente 
– Calha ou caixa por onde o rio escoa 
• Rio principal 
– Maior rio da bacia a partir de uma determinada seção até sua 
nascente 
Divisores Freáticos 
Divisores de Água 
Bacia Hidrográfica 
– Conceitos associados 
 
• Comprimento do rio “L” 
– Comprimento ao longo do curso que passa pelo ponto médio 
entre as margens 
 
• Área de drenagem “A” 
– Área plana (projeção) situada entre entre os divisores de água 
» Efeitos sobre as vazões máximas 
» Efeitos sobre as vazões mínimas 
Aspectos Ambientais da Terra 
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Bacia Hidrográfica 
– Conceitos associados 
 
• Perímetro “P” 
– Comprimento total do divisor de água 
 
• Cota de um ponto do rio “Cota” 
– Dada pela altura, ou elevação, a partir do nível médio dos mares 
até o ponto onde se quer determinar sua cota 
Bacia Hidrográfica 
– Conceitos associados 
 
• Tempo de concentração “tconcentração” 
– Tempo, a partir do início da precipitação, necessário para que 
toda a bacia esteja contribuindo para a seção em estudo 
Dx, Dt 
Bacia Hidrográfica 
– Características Físicas de bacias Hidrográficas 
 
• Uso do solo 
 
• Tipo de solo 
 
• Forma 
 
• Relevo 
 
 
 
 
Área de Bacia Hidrográfica 
 O tamanho da bacia hidrográfica exerce influência 
direta no escoamento superficial (volume de água que 
drena de uma bacia) 
 
 Grandes bacias terão maior descarga, maior pico e 
maior tempo de retardo 
 Em bacias com grande área, um 
evento intenso de precipitação 
geralmente só ocorre em uma parte 
da bacia 
Aspectos Ambientais da Terra 
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Forma da Bacia Hidrográfica 
 Está relacionada com a velocidade de deslocamento da água na bacia 
 
 Considerando uma chuva espacialmente uniforme, a água proveniente de vários 
pontos de uma bacia mais circular têm maior chance de atingir o exutório ao 
mesmo tempo, diminuindo o tempo de ascensão da hidrograma nesse ponto, ou 
seja, o pico de vazão é atingido mais rapidamente 
Forma da Bacia Hidrográfica 
• Coeficiente de compacidade 
- Relação entre o perímetro (P) da bacia e o perímetro de um círculo 
de área igual à área da bacia (A) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Kc = P/2pr A = pr
2  r = [A/p]1/2 Kc = 0,28 P/A
1/2 
Kc 
• Fator de forma (Kf ) 
 
– Relação entre a largura média (Lméd) da bacia e o comprimento 
axial da bacia (comprimento do rio principal) 
 
 
– Quanto maior esse valor, maior a tendência a enchentes 
 
Kf = Lméd/L = A/L
2 Lméd = A/L 
Forma da Bacia Hidrográfica Declividade da Bacia Hidrográfica 
 O aumento da declividade diminui a infiltração, aumenta o runoff e diminui o 
tempo de resposta da bacia 
 
 A maior declividade também contribui para o aumento da erosão e da 
importância da cobertura vegetal como proteção do solo 
Aspectos Ambientais da Terra 
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– Características do relevo 
 
• Amplitude altimétrica máxima 
– Diferença entre a altitude do ponto mais alto do divisor topográfico 
e a foz 
 
• Amplitude altimétrica do rio principal 
– Diferença entre a altitude do ponto mais alto do divisor 
topográfico, próximo da nascente do rio principal, e a foz 
 
• Declividade média do curso d’água principal 
– Taxa média de decrescimento da cota com a distância ao longo 
do curso d’água. 
 
Declividade da Bacia Hidrográfica Declividade da Bacia Hidrográfica 
Forma dos Cursos D’água 
 Os meandros de um rio aumentam a distância que a água tem que percorrer até 
chegar ao exutório, atrasando o tempo de resposta da bacia 
 
 A maior sinuosidade dos cursos d’água tendem a diminuir a vazão, na medida 
em que aumentam o tempo de permanência da água na bacia, promovendo uma 
maior infiltração/evaporação 
– Características da drenagem 
 
• Gradiente dos canais 
– Relação entre a diferença de cotas da nascente até a foz e o 
comprimento do rio principal “L” 
– Indica a declividade do canal 
– Pode ser expressa em percentual “%” 
• Sinuosidade 
– Relação entre o comprimento do curso principal “L” e 
comprimento do talvegue “Lt”, dado pela linha reta entre a 
nascente e a seção de estudo 
S = (hfoz-hnascente)/L 
Lt 
Sin = L /Lt 
Forma dos Cursos D’água 
Aspectos Ambientais da Terra 
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Densidade de Drenagem 
 Densidade de drenagem: comprimento de 
todos os canais dentro da bacia dividido 
pela área da bacia 
 
 Uma das características mais importantes 
para avaliação do potencial de runoff 
 
 Baixa densidade de canais em geral indica 
solos profundos e bem desenvolvidos, o 
que favorece a infiltração da água no solo, 
diminuindo o runoff 
 
 Grande densidade de canais sugere uma 
drenagem mais eficiente após um evento 
de chuva – picos de descarga ocorrem 
mais rápido e são mais intensos 
– Características da drenagem 
• Densidade de drenagem 
– Relação entre a soma total dos comprimentos “SL” e a área de 
drenagem “A” 
» Drenagem pobre - Dd = 0,5km/km2 
» Drenagem excelente - Dd = 3,5km/km2 
 
 
• Comprimento médio dos canais 
– Relação entre o comprimento médio dos rios “Ln” e o número 
total de rios “SNn” 
Lmc= Ln/SNn 
Dd = SL /A 
Densidade de Drenagem 
Rugosidade do canalA rugosidade atua como um desacelerador da água no canal 
 
 A rugosidade do canal aumenta com a presença de pedras, vegetação e 
detritos 
 
 Canais artificiais aumentam muito a velocidade da água, fazendo com 
que a água de chuva deixe a bacia muito rapidamente: diminuição do 
fluxo de base e aumento do runoff 
Bacia Hidrográfica 
– Conceitos associados 
 
• Ordem dos cursos 
– Mostra o grau de ramificação do rio 
 
Aspectos Ambientais da Terra 
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Bacia Hidrográfica 
– Conceitos associados 
 
• Ordem dos cursos 
 
Bacia Hidrográfica 
– Características da drenagem 
 
• Relação de bifurcação 
– Estabelece a razão entre o número de ordens consecutivas 
 
Rb = Nn /Nn+1 
Onde: 
Rb = Relação de bifurcação 
Nn = Número de segmentos de uma determinada ordem 
Nn+1 = Número de segmentos de uma ordem superior 
Bacia Hidrográfica 
– Outras características da bacia hidrográfica 
 
• Geológicas 
– Tipos de solo em camadas profundas até a superfície 
» Altura das camadas geológicas 
» Permeabilidade do solo em suas camadas 
» Potencial erosivo 
– Aquíferos 
» Altura do lençol freático 
» Altura do lençol artesiano 
» Presença de lençol empoleirado 
 
 
 
Bacia Hidrográfica 
– Outras características da bacia hidrográfica 
 
• Climáticas 
– Temperatura 
– Umidade absoluta 
– Umidade relativa 
– Exposição solar anual média 
– Influência plani-altimétrica 
– Regime dos ventos 
» Direção e intensidade 
» Influência continental ou marítima 
» Corredores preferenciais 
 
Aspectos Ambientais da Terra 
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Bacia Hidrográfica 
– Outras características da bacia hidrográfica 
 
• Ambientais 
– Vegetais 
» Tipo de cobertura vegetal natural 
» Tipo de cobertura vegetal intensiva 
» Tipo de cobertura vegetal extensiva 
» Áreas de cobertura 
» Espécies em extinção 
» Biodiversidade 
– Animais 
» Espécies em extinção 
» Biodiversidade 
 
 
Bacia Hidrográfica 
 ARTIGO IV-015: CONGRESSO ABES 
CARACTERIZAÇÃO HÍDRICA DA SUB-BACIA 
HIDROGRÁFICA DO RIO ARAGUAIA – MT 
Urbanização 
Exercício 
Considere, inicialmente, uma bacia cujo recobrimento da superfície é totalmente 
natural (solos arenosos e vegetação de pequeno porte) onde a infiltração era da 
faixa de 82% da precipitação. Na execução de um empreendimento habitacional na 
bacia foi utilizada pavimentação asfáltica e o percentual de infiltração reduziu para 
30% da precipitação. Estime o incremento da vazão no exutório da bacia. 
 
Informações disponibilizadas: 
Área da bacia: 5km² 
Chuva sob taxa constante de 4,5mm/h 
 
 
Aspectos Ambientais da Terra 
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Bacia Hidrográfica 
 
 ARTIGO IX-075: CONGRESSO ABES 
 IMPERMEABILIZAÇÃO DO SOLO E VELOCIDADE 
DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL EM BACIAS 
HIDROGRÁFICAS URBANAS COM AUXÍLIO DE 
TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO