Aula Bacias Hidrograficas

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Bacias Hidrográficas
Prof. Hudson de Paula Carvalho
Engenharia Ambiental/UFU
Abordagem Introdutória
Bacias hidrográficas são definidas como áreas nas quais a água drena para um único ponto de saída. Todos os corpos d’água que nascem nas cabeceiras de uma bacia fluem para a seção de controle ou exutório da bacia. Portanto, consiste de uma área na qual ocorre o escoamento (drenagem) da água, a partir de limites geográficos conhecidos como divisores de água com direcionamento do fluxo para a seção de controle.
Cabeceira ou nascente
Barra ou foz ou desembocadura ou seção de controle ou exutório
Bacias hidrográficas normalmente fazem parte de outras bacias de maior porte e assim sucessivamente, até as grandes bacias como do Rio Paraná, São Francisco e Amazonas. Sendo assim, a adoção do termo sub-bacia hidrográfica é mais apropriada do que microbacia, haja vista que os critérios de definição quanto ao tamanho, são imprecisos.
Grandes BH brasileiras
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.
Como se delimita uma BH?
Delimitando o divisor de águas da BH do córrego Capão Grande.
Planta baixa e corte transversal de uma bacia hidrográfica, detalhando os divisores de águas e o talvegue.
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 a estação de déficit hídrico, tais canais secam.
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.
Corte transversal através de 3 bacias adjacentes (Villela, 1975).
1) Área da Bacia Hidrográfica
Corresponde à área limitada pelos divisores de água, conectando-se na seção de controle. É um dos elementos mais importantes da Bacia Hidrográfica, pois é básico para quantificação de quase todos os parâmetros e grandezas hidrológicas.
2) Solos da Bacia Hidrográfica
O Levantamento Pedológico é uma das primeiras etapas do estudo fisiográfico e geomorfológico de uma bacia hidrográfica. A clara distinção entre classes de solo permite estabelecer como os manejos deverão ser implantados visando ao uso adequado de cada solo, ou seja, visando à aplicação do manejo conservacionista, que objetiva adequar o uso do solo dentro de sua capacidade física e química e sugerir as melhores formas de correção de deficiências.
Mapa de solos de uma bacia hidrográfica da região de Nazareno, MG.
3) Forma da Bacia Hidrográfica
A forma superficial da bacia hidrográfica é importante pela influência que exerce no tempo de transformação da chuva em escoamento e sua constatação na seção de controle. Comparando-se bacias de mesma área e que geram a mesma quantidade de escoamento (deflúvio), aquela cujo tempo de deflúvio é menor deve possuir proporcionalmente maior valor para a vazão máxima. A forma superficial da bacia é que determina este comportamento diferenciado.
Existem alguns coeficientes que são utilizados para quantificar a influência da forma no modo de resposta de uma bacia à ocorrência de uma precipitação. Especialmente, podem-se destacar os seguintes:
É a relação entre o perímetro da bacia e a circunferência (perímetro) de um círculo de área igual à da bacia, sendo, portanto, adimensional. Assim, por meio de manipulação matemática, pode-se chegar à seguinte expressão:
a) Coeficiente de compacidade – kc
Substituindo 1 em 2 tem-se:
Pela definição de kc, tem-se:
Substituindo 3 em 4, obtém-se:
Em que, Ac é a área do círculo e igual à área da bacia (ABH), Pc é o perímetro do círculo, PBH, o perímetro da bacia hidrográfica e D, o diâmetro da circunferência de área igual à área da bacia. Normalmente, PBH e ABH são dados em km e km2, respectivamente.
Observa-se que quanto mais próximo de um círculo a forma de uma bacia se assemelhar, maior será a sua capacidade de proporcionar grandes cheias. Isto ocorre porque há conversão do escoamento superficial, ao mesmo tempo, para um trecho pequeno do rio principal, havendo acúmulo do fluxo. Na figura abaixo pode-se observar o comportamento do escoamento em uma bacia circular e em uma elipsóide.
Nesta, o fluxo é mais distribuído ao longo de todo o canal principal, produzindo cheias de volume inferior.
Quanto mais próximo da unidade for o valor de kc, mais a bacia se assemelha a um círculo. Assim, pode-se resumi-lo da seguinte forma: 
1,00 – 1,25 = bacia com alta propensão a grandes enchentes;
1,25 – 1,50 = bacia com tendência mediana a grandes enchentes; 
> 1,50 = bacia não sujeita a grandes enchentes
Expressa a relação entre a largura média da bacia e o seu comprimento axial. Assim, tem-se:
Em que, é largura média e Lax, o comprimento axial da bacia. A unidade de ambos, normalmente, é o km.
b) Fator de forma – kf (Índice de Gravelius)
A figura a seguir mostra como este índice pode ser obtido. É feito um polígono contornando a bacia e a partir das dimensões da largura, faz-se uma média dos valores.
A largura média ( ) pode ser obtida da seguinte forma:
O fator de forma pode assumir os seguintes valores:
	1,00 – 0,75 = sujeito a enchentes
	0,75 – 0,50 = tendência mediana
	< 0,50 = não sujeito a enchentes
Representa a relação entre a área da bacia e um quadrado de lado igual ao comprimento axial da bacia. Este índice pode ser matematicamente expresso por:
Este índice expressa a capacidade da bacia em gerar enchentes. Quanto mais próximo de 1, maior a propensão à enchentes, pois a bacia fica cada vez mais próxima de um quadrado.
c) Índice de conformação - Ic
4) Sistema ou Rede de Drenagem
Constituída por um curso d’água principal e seus tributários, está associada à eficiência de drenagem da área da bacia e à potencialidade para formar picos elevados de enchente. Podem ser denominados de perenes, intermitentes e efêmeros.
a.1) Método de Horton
Esta metodologia pode ser resumida da seguinte forma:
 Cursos d’água de 1ª Ordem: são aqueles que não possuem tributários;
 Cursos d’água de 2ª Ordem: formados pela união de 2 ou mais cursos de 1ª ordem;
 Cursos d’água de 3ª Ordem: formados pela união de 2 ou mais cursos de 2ª ordem, podendo receber cursos d’água de 1ª ordem.
a) Classificação dos cursos d’água
Silveira (2001) resume este método da seguinte forma: um canal de ordem u pode possuir tributários de ordem u-1 até 1. Isto significa designar a maior ordem ao rio principal, desde a seção de controle até sua nascente. O mesmo raciocínio é valido para cursos d’água de 2ª ordem, ou seja, desde a junção com um de 3ª ordem até sua nascente. Portanto, tem-se uma subjetividade associada com a localização desta
nascente.
Existe um método para separar a nascente do tributário de ordem 1, que consiste em passar uma reta pela junção dos canais e adotar o canal determinado pelo menor ângulo. Exemplificando:
Como o ângulo y é menor que x, tem-se que o canal principal (ordem 2) passa a ser o de cor azul.
a.2) Método de Strahler
Esta metodologia pode ser resumida da seguinte forma:
 Cursos d’água de 1ª ordem: são todos os canais sem tributários, mesmo que corresponda à nascente dos cursos d’água principais;
 Cursos d’água de 2ª ordem: são formados pela união de 2 ou mais cursos de 1ª ordem, podendo ter afluentes de 1ª ordem;
Cursos d’água de 3ª ordem: são formados pela união de 2 ou mais cursos de 2ª ordem, podendo receber cursos d’água de 2ª e 1ª ordens.
Da mesma forma,
resume-se este método da seguinte maneira: um canal de ordem u é formado por 2 canais de ordem u-1, podendo receber afluência de qualquer ordem inferior. Observa-se que a subjetividade a respeito de nascentes deixa de existir neste método. Pode-se analisar também que, o método de Horton apresentará um menor número de canais. No exemplo anterior, a classificação seria dada da seguinte forma:
O canal de 2ª ordem começa na junção dos de 1ª ordem, ou seja, não há designação de nascentes.
A ordem a rede de drenagem fornece uma noção do grau de ramificação dos cursos d’água e permite inferir-se sobre o relevo da bacia. De modo geral, quanto mais ramificada for a rede de drenagem, mais acidentado deve ser o relevo.
Reflete as condições topográficas, pedológicas, hidrológicas e de vegetação da bacia. É a relação entre o comprimento total dos canais (L ) e a área da Bacia Hidrográfica (ABH).
O valor obtido é muito dependente do material utilizado, ou seja, fotografia aérea ou carta topográfica. Podem variar de 0,93 km/km2 a 2,09 km/km2, quando se utiliza cartas topográficas, e 5 a 13 quando se utiliza fotografias aéreas. 
b) Densidade de drenagem (Dd)
Pode-se classificar uma bacia, com base neste índice, da seguinte forma:
	- baixa densidade: <5 km km-2
	- média densidade: 5-13 km km-2
	- alta densidade: >13 km km-2
Existem controvérsias quanto aos valores absolutos que indicam se a densidade é elevada ou baixa. De toda forma, o que se conclui através da comparação das densidades de duas bacias, é que, aquela de maior Dd é mais acidentada e provavelmente, possui cobertura vegetal de maior porte.
Representa a relação entre o comprimento do canal principal (L) e o comprimento de seu talvegue (Lt), medido em linha reta. Observa-se que o fator é adimensional. 
e) Sinuosidade do curso d’água principal (S)
A figura abaixo representa um curso d’água principal e seu talvegue.
Este parâmetro é de suma importância para o manejo de bacias haja vista que influencia diretamente na velocidade de escoamento da água na calha da bacia e consequentemente no tempo de concentração da mesma. Existem 3 métodos de determinação, contudo abordaremos somente os dois mais importantes:
f) Declividade do Curso d’água principal (Álveo) (D)
f.1) Cálculo direto com base na diferença entre cotas da nascente e o da seção de controle (h1):
Neste caso, D1 será obtido em porcentagem, pois, h1 e L deverão ser fornecidos na mesma unidade, ou m ou km.
f.2) O segundo método baseia-se na média harmônica ponderada da raiz quadrada das declividades dos diversos trechos retilíneos, tomando-se como peso a extensão de cada trecho.
Em que, dni é diferença de cotas entre um trecho e outro; Li é o comprimento do respectivo trecho; Di é a declividade do respectivo trecho.
A figura a seguir ilustra como obter Li e Di.
Obs: Vários autores ressaltam que o cálculo mais adequado é fornecido pelo método de ponderação pela raiz quadrada da declividade de cada trecho. Este método é o que mais se aproxima do perfil do curso d’água principal.
5) Características do relevo da Bacia Hidrográfica
a) Declividade da Bacia Hidrográfica
A declividade da bacia é um parâmetro importante uma vez que está diretamente associada ao tempo de duração do escoamento superficial e de concentração da precipitação nos leitos dos cursos d’água. Isto irá afetar a forma e os valores máximos do hidrograma de projeto da bacia.
Pode-se defini-la matematicamente da seguinte forma:
Em que, I é a declividade média da bacia (%), d é a equidistância entre as curvas de nível (m) e CNi é o comprimento total das curvas de nível (m). A área da bacia deve estar em m2.
b) Elevação média da Bacia Hidrográfica
A elevação média da BH influencia a velocidade de escoamento da água pela rede de drenagem.
Em que, E é a elevação média da bacia (m), ei a elevação média entre duas curvas de nível consecutivas (m), ai área entre as curvas de nível (km2).
c) Curva hipsométrica
A curva hipsométrica representa a variação da elevação das áreas de uma bacia hidrográfica. Esta curva é obtida quando se acumula as áreas que estão acima ou abaixo de determinada altitude.
Com base no conteúdo apresentado, fazer um estudo da forma, da rede de drenagem e das características do relevo de uma bacia hidrográfica cujas características fisiográficas (rede de drenagem e curvas de nível) estão esquematizadas na Figura 1. Construir, no Excel, a curva hipsométrica com a porcentagem de área acima e abaixo da cota da nascente. Dados: ABH = 8,5 km2, L = 14,98 km, Lt = 5,2 km e CN = 41,9 km.
Exercício
Figura 1. Esquema de uma BH hipotética.
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