Introdução à Hidrologia

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. INTRODUÇÃO À HIDROLOGIA 
 
Não é a toa que o Planeta Terra é chamado de “o Planeta Azul” - dois terços de sua superfície são 
cobertos pela água de mares e oceanos (Figura 1.1). Na realidade, existe água em praticamente todo 
lugar: sobre a superfície terrestre, na forma de rios, lagos, mares e oceanos; sob a superfície 
terrestre, na forma de água subterrânea e umidade do solo e na atmosfera, na forma de vapor 
d’água. A água, em certos locais, pode ocorrer de forma quase ilimitada, como nos oceanos, ou em 
quantidades praticamente nulas, como nos desertos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.1 – Planeta Terra 
Apesar da maior parte da água do Planeta, em qualquer momento, estar contida nos oceanos, a 
mesma está em contínuo movimento, em um ciclo cuja fonte principal de energia é o sol e cuja 
principal força atuante é a gravidade. A esta transferência ininterrupta da água do oceano para o 
continente e do continente para o oceano (Figura 1.2), dá-se o nome de Ciclo Hidrológico. 
 
 
Ticiana Studart e Nilson Campos 
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Cap 1_Introdução_18 de jul de 2003.doc�
 
2Capítulo 1 Hidrologia Aplicada
 
 
 
 
OCEANOS CONTINENTE 
 
 
CICLO HIDROLÓGICO 
Figura 1.2 – Transferência da água oceano x continente 
1.1. Etimologia e definição de Hidrologia 
A palavra HIDROLOGIA é originada das palavras gregas HYDOR, que significa “água” e LOGOS, que 
significa “ciência”. Hidrologia é, pois, a ciência que estuda a água. 
Definição 1: Hidrologia é a ciência que trata da água na Terra, sua ocorrência, circulação e 
distribuição, suas propriedades físicas e químicas, e sua reação com o meio ambiente, incluindo 
sua relação com as formas vivas relacionada com toda a água da Terra, sua ocorrência, 
distribuição e circulação, suas propriedades físicas e químicas, seu efeito sobre o meio ambiente 
e sobre todas as formas da vida. (Definição proposta pelo US Federal Council for Sciences and 
Technology (Chow, 1959)). 
Por ser muito ampla, é difícil pensar numa ciência que não esteja incluída nesta definição. A Botânica, 
ao estudar o transporte de água através dos vegetais ou a Medicina, ao estudar a água no corpo 
humano, fariam parte da Hidrologia. Na prática, a definição de Hidrologia é: 
Definição 2: A Hidrologia estuda as fases do ciclo hidrológico, descrevendo seu passado, 
tentando prever seu futuro. 
2. CICLO HIDROLÓGICO 
A água diferencia-se dos demais recursos naturais pela notável propriedade de renovar-se 
continuamente, graças ao ciclo hidrológico. Embora o movimento cíclico da água não tenha princípio 
nem fim, costuma-se iniciar seu estudo descritivo pela evaporação da água dos oceanos, seguida de 
sua precipitação sobre a superfície que, coletada pelos cursos d’ água, retorna ao local de partida. 
Ticiana Studart e Nilson Campos 
 
3Capítulo 1 Hidrologia Aplicada
 
 
A descrição acima simplifica sobremaneira o processo que realmente ocorre (Figura 1.3), uma vez que 
não estão computadas as eventuais interrupções que podem ocorrer em vários estágios (Ex. 
precipitação sobre o oceano) e a íntima dependência das intensidade e freqüência do ciclo hidrológico 
com a geografia e o clima local. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.3 – Ciclo Hidrológico. (Fonte: Dnaee) 
Alguns tópicos podem ser destacados: 
1. O sol constitui-se na fonte de energia para a realização do ciclo. O calor por ele liberado 
atua sobre a superfície dos oceanos, rios e lagos estimulando a conversão da água do 
estado líquido para gasoso. 
2. A ascensão do vapor d’ água conduz à formação de nuvens, que podem se deslocar, sob a 
açã do vento, para regiões continentais. 
3. Sob
gra
 
 (1) Quando a precifusão. 
o 
 condições favoráveis a água condensada nas nuvens precipita (sob forma de neve, 
nizo ou chuva)(1) podendo ser dispersada de várias formas: 
pitação se dá sob forma de neve ou granizo, a retenção no solo é mais demorada, até que ali se processe a 
Ticiana Studart e Nilson Campos 
 
4Capítulo 1 Hidrologia Aplicada
 
 
 
ƒ Retenção temporária ao solo próximo de onde caiu; 
ƒ Escoamento sobre a superfície do solo ou através do solo para os rios; 
ƒ Penetração no solo profundo. 
4. Atingindo os veios d’ água, a água prossegue seu caminho de volta ao oceano, 
completando o ciclo. 
5. As depressões superficiais porventura existentes retém a água precipitada 
temporariamente. Essa água poderá retornar para compor fases seguintes do ciclo pela 
evaporação e transpiração da plantas. 
6. Os escoamentos superficial e subterrâneo decorrem da ação da gravidade, podendo parte 
desta água ser evaporada ou infiltrada antes de atingir o curso d’ água. 
7. Atingindo os veios d’água, a água prossegue seu caminho de volta ao oceano, 
completando o ciclo. 
8. A evaporação acompanha o ciclo hidrológico em quase todas as suas fases, seja durante a 
precipitação, seja durante o escoamento superficial. 
Dotado de certa aleatoriedade temporal e espacial, o ciclo hidrológico configura processos bem mais 
complexos que os acima descritos. Uma vez que as etapas precedentes à precipitação estão dentro do 
escopo da meteorologia, compete ao hidrólogo conhecer principalmente as fases do ciclo que se 
processam sobre a superfície terrestre, quais sejam, precipitação, evaporação e transpiração, 
escoamento superficial e escoamento subterrâneo. 
3. UM POUCO DA HISTÓRIA DA HIDROLOGIA 
Os mais antigos trabalhos de drenagem e irrigação em larga escala são atribuídos ao Faraó Menés, 
fundador da primeira dinastia egípcia, que barrou o rio Nilo próximo a Mênphis, com uma barragem 
de 15m e extensão de aproximadamente 500 metros, para alimentar o canal de irrigação. 
Também no Egito encontram-se os primeiros registros sistemáticos de níveis de enchentes. Estes 
registros datam de 3.500 a.C. e indicavam aos agricultores a época oportuna de romper os diques para 
inundar e fertilizar as terras agricultáveis. Nota-se que, aos egípcios, pouco importava o estudo da 
Hidrologia como ciência e sim. A sua utilização. 
Ticiana Studart e Nilson Campos 
 
5Capítulo 1 Hidrologia Aplicada
 
 
Muitos conceitos errôneos e falhas de compreensão atravessaram o desenvolvimento da engenharia 
no seu sentido atual. Os gregos foram os primeiros filósofos que estudaram seriamente a Hidrologia, 
com Aristóteles sugerindo que os rios eram alimentados pelas chuvas. Sua maior dificuldade eram 
explicar a origem da água subterrânea. Somente na época de Leonardo da Vinci (por volta de 1.500 
d.C)a idéia da alimentação dos rios pela precipitação começou a ser aceita. No entanto, foi apenas no 
ano de 1694 que Perrault, através de medidas pluviométricas na bacia do rio Sena, demonstrou, 
quantitativamente, que o volume precipitado ao longo do ano era suficiente para manter o volume 
escoado. 
O astrônomo inglês Halley, em 1693, provou que a evaporação da água do mar era suficiente para 
responder por todas as nascentes e fluxos d’água. Mariotte, 1em 1686, mediu a velocidade do rio 
Sena. Estes primeiros conhecimentos de Hidrologia permitiram inúmros avanços no Século XVIII, 
incluindo o teorema de Bernoulli, o Tubo Pitot e a Fórmula de Chèzy, que formam a base da Hidráulica 
e da Mecânica dos Fluidos. 
Durante o Século XIX, foram feitos significantes avanços na teoria da água subterrânea, incluindo a 
Lei de Darcy. No que se refere à Hidrologia de águas superficiais, muitas fórmulas e instrumentos de 
medição foram criados. 
Chow (1954) chamou o período compreendido entre 1900 e 1930 ficou conhecido como o Período do 
Empirismo. O período de 1930 a 1950 seria o Períododa Racionalização. Datam desta época o 
Hidrograma Unitário de Sherman (1932) e a Teoria da Infiltração de Horton (1933). Entre 1940 a 1950 
foram feitos significantes avanços no entendimento do processo de evaporação. Em 1958, Gumbel 
llança as bases da moderna hidrologia estocástica. A partir da década de 70, a Hidrologia passa a 
contar com o avanços computacionais, o que levaram ao desenvolvimento de muitos modelos de 
simulação 
4. DISPONIBILIDADES HÍDRICAS MUNDIAIS 
Segundo Lvovich (apud Raudikivi, 1979), a ordem de grandeza e a distribuição das disponibilidades 
hídricas no mundo são as mostradas na Tabela 1.1. 
 
Ticiana Studart e Nilson Campos 
 
6Capítulo 1 Hidrologia Aplicada
 
 
Tabela 1.1 – Distribuição das disponibilidades hídricas no mundo 
 
Fonte 
 
Superfície 
(106 Km2) 
 
Volume 
(106 Km2) 
 
% do Volume Total
Oceanos 360 1.370.323 93,93 
Águas Subterrâneas - 64.000 4,39 
Geleiras e Neve Perpétua 16 24.000 1,65 
Lagos - 230 0,016 
Umidade do Solo - 75 0,005 
Água na Atmosfera 510 14 0,001 
Rios 1,2 0,0001 
 Total 1.458.643 100 
Fonte: Raudikivi (1979) 
Deste total, cerca de 94% é de água salgada e apenas 6%, de água doce. Desconsiderando a 
quantidade de água doce sob forma de geleiras, águas subterrâneas e umidade atmosférica, ínfimos 
0,0161% do total da água do Planeta estão disponíveis em rios e lagos (Figura 1.4), os quais não se 
encontram eqüitativamente distribuídos sobre todo o Planeta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.4 – Água doce disponível em lagos e rios 
Para se dar uma pequena idéia da má distribuição espacial da água, cita-se o exemplo do Brasil, que 
possui cerca de 12% das reservas hídricas superficiais do mundo, mas com aproximadamente 65% 
destes recursos concentrados na Amazônia. 
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7Capítulo 1 Hidrologia Aplicada
 
 
Questões a se pensar: 
 1. Por que se preocupar com as várias fases do ciclo hidrológico? 
 2. Se o estudo da Hidrologia não era importante há 30-40 anos atrás, por que o deveria 
ser hoje? 
 3. Se essa quantidade de água doce nunca foi motivo de grandes preocupações, por que o 
seria agora? 
5. A ÁGUA E O DESENVOLVIMENTO 
A água sempre desempenhou um papel fundamental na história da humanidade. O surgimento das 
cidades sempre se deu ao longo os rios. Entretanto, não se tinha a percepção da importância da água 
como hoje, uma vez que sua qualidade e quantidade eram adequadas às necessidades da época – 
abastecimento, diluição de dejetos, pesca, geração de energia, entre outros. Como as fontes hídricas 
não eram desenvolvidas no limite de sua possibilidades, havia pouco interesse em se obter dados e 
conhecimento a respeito de suas capacidades máximas, e assim a Hidrologia, como ciência, pouco 
se desenvolveu. 
Hoje, o cenário é outro. Segundo a Organização das Nações Unidas (ONU), o consumo mundial de 
água doce dobrou nos últimos 50 anos e corresponde, atualmente, à metade de todos os recursos 
hídricos acessíveis. Explorar tais recursos foi o motor do desenvolvimento econômico de muitos países, 
sobretudo na agricultura, abastecimento humano e animal, geração de energia, indústria e transporte. 
Porém a competição por água entre tais setores vem degradando as fontes naturais, das quais o 
mundo depende. O ciclo natural da água tem sido interrompido ou alterado em regiões muito 
artificializadas, como as megacidades. 
É consenso geral que a gestão das águas é uma necessidade. E assim, a Hidrologia ressurge, hoje, 
como ferramenta indispensável para tal fim, uma vez é a ciência que trata do entendimento dos 
processos naturais que dão base aos projetos de suprimento de água. Só ela pode avaliar como e 
quanto o ciclo hidrológico pode ser modificado pelas atividades humanas. 
No passado, já existiam estes sinais de desconhecimento da Hidrologia, mas os mesmos só afetavam 
pequenas parcelas da população e tinham pouca divulgação. Isto tem mudado significativamente nos 
últimos 30 anos. Hoje já se tem o entendimento que a prosperidade e a sobrevivência da humanidade 
é função da disponibilidade de água doce e potável e que, a cada ano nascem mais alguns milhões de 
consumidores e não é criada, sequer, uma gota d’água a mais no Planeta. 
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8Capítulo 1 Hidrologia Aplicada
 
 
Os múltiplos usos e usuários disputando um mesmo litro de água e a perspectiva de demandas 
ainda maiores no futuro indicam que mais e mais profissionais – e não somente o engenheiro – 
necessitam ter conhecimentos de Hidrologia. Somente assim os tomadores de decisão poderão avaliar 
as vantagens e desvantagens de cada alteração proposta no ciclo hidrológico. 
Exemplos da falta de conhecimentos de Hidrologia na sociedade moderna: 
 1. Construção nas planícies aluviais de rios 
 2. Reservatórios superdimensionados 
 3. Problemas de drenagem urbana 
 4. Construção e reservatórios pouco profundos em regiões com altas taxas de evaporação
 5. Perfuração de poços secos em regiões cristalinas 
 6. Problemas de salinização de solos em projetos de irrigação em regiões áridas e semi-
áridas 
Exemplo conc to 1: o Açude Cedro – Ce 
O Açude Cedro i construído em 1906, no município de Quixadá, Ceará. Exemplo clássico de falta de 
conhecimento 
acumulação equ
desde sua cons
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
re
fo
hidrológico, o reservatório foi superdimensionado, construído com capacidade de 
ivalente a seis vezes seu volume afluente anual. Tendo sangrado pouquíssimas vezes 
trução, a Figura 1.5 mostra uma das ocasiões em que esvaziou totalmente, em 2001.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 1.5 - Açude Cedro – Ce (vazio em novembro de 2001) 
Ticiana Studart e Nilson Campos 
 
9Capítulo 1 Hidrologia Aplicada
 
 
Exemplo concreto 2: Inundação em Fortaleza, Ce 
A Figura 1.6 mostra um problema de drenagem urbana característicos das grandes cidades, no caso, 
Fortaleza, Ce. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.6--Enchente em Fortaleza, Ce em 1997 
6. APLICAÇÕES DA HIDROLOGIA À ENGENHARIA 
A Hidrologia não é uma ciência pura, uma vez que o objeto de estudo é usualmente dirigido para 
aplicações práticas, sendo assim, o termo “Hidrologia Aplicada” é freqüentemente utilizado. Eis 
algumas das aplicações da hidrologia: 
ƒ Escolha de fontes de abastecimento de água 
ƒ Subterrânea - locação do poço e capacidade de bombeamento 
ƒ Sup rficial – locação da barragem, estimativa da vazão afluente e da vazão a ser 
reg
ƒ Drenag
ƒ Drenag
ƒ Irrigaçã
e
ularizada, dimensionamento do reservatório e do sangradouro 
em urbana – dimensionamento de bueiros 
em de rodovias – dimensionamento de pontes e pontilhões 
o – fonte de abastecimento, estimativa da evapotranspiração da cultura 
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10Capítulo 1 Hidrologia Aplicada
 
 
ƒ Controle de enchentes – dragagem do leito do rio, construção de reservatórios de controle 
de cheias 
Exemplo concreto 1: cheias e secas no rio Capibaribe 
A Bacia do rio Capibaribe, Pernambuco, tem sua história intimamente ligada a episódios de cheias 
catastróficas, notadamente na Região Metropolitana de Recife. Entretanto, nos últimos anos, a cidade 
vem sendo atingida por uma grave crise no abastecimento d’água, sendo obrigatório o uso extensivo 
de carros-pipa. Os quatro maiores açudes da bacia – Jucazinho, Carpina, Goitá e Tapacurá, 
representam cerca de 91% do totalacumulado nos açudes mais importantes da bacia e são utilizados 
tanto para controle de cheias como para o abastecimento. A operação de reservatórios com múltiplas 
finalidades é feita tradicionalmente com a divisão do volume total armazenável em zonas para o 
atendimento de seus diferentes objetivos. Na prática, a divisão consiste em se alocar volumes de 
reserva para as respectivas finalidades. Objetivos diametralmente conflitantes, como controle de 
cheias – que requer que a parte do volume destinada a este fim permaneça seca para que a cheia 
possa assim ser contida – e conservação – que precisa que a água seja efetivamente armazenada 
para usos futuros em irrigação e abastecimento municipal e industrial – não são fáceis de conciliar. 
As figuras 1.7 e 1.8 mostram, respectivamente, um esquema da bacia hidrográfica do rio Capibaribe 
com seus barramentos construídos ao longo de seu leito, e Recife em um episódio de inundação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.7 -- Bacia hidrográfica do rio Capibaribe (Pe) e seus barramentos 
 
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11Capítulo 1 Hidrologia Aplicada
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.6--Enchente em Recife, Pe 
7. RELAÇÃO DA HIDROLOGIA COM OUTRAS CIÊNCIAS 
Devido a natureza complexa do ciclo hidrológico e suas relações com os padrões climáticos, tipos de 
solos, topografia e geologia, as fronteiras entre a hidrologia e as outras ciências da terra, tais como 
meteorologia, geologia, ecologia e oceanografia não são muito distintas. Na realidade, tais ciências 
também podem ser consideradas ramos da hidrologia: 
ƒ Meteorologia e Hidrometeorologia – estudo da água atmosférica. 
ƒ Oceanografia – estudo dos oceanos. 
ƒ Hidrografia – estudo das águas superficiais. 
ƒ Potamologia – estudo dos rios. 
ƒ Limnologia – estudo dos lagos e reservatórios. 
ƒ Hidrogeologia – estudo das águas subterrâneas. 
Sendo assim, poucos problemas hidrológicos podem ficar limitados a apenas um desses ramos. 
Freqüentemente, devido a grande inter-relações do fenômeno, a solução do problema só pode ser 
dada através de uma discussão interdisciplinar com profissionais de um ou mais desses ramos. Muitas 
outras ciências podem ainda ser utilizadas na Hidrologia, tais como física, química, geologia, geografia, 
mecânica dos fluidos, estatística, economia, computação, direito, etc. 
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