Hidrologia UFABC

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Hidrologia
EN2019
Prof.ª Andréa de Oliveira Cardoso,
Prof.ª Maria Valverde Brambila e 
Prof.ª Melissa P. Graciosa
Plano da disciplina
Objetivos:
Transmitir ao aluno conceitos e conhecimentos básicos de hidrologia, com
ênfase ao estudo dos componentes envolvidos no ciclo da água e na inter-
relação entre os fatores: precipitação, evaporação, infiltração, escoamento
superficial e água subterrânea. Fornecer subsídio teórico e prático para que os
alunos compreendam e sejam capazes de desenvolver estudos relacionados a
recursos hídricos e hidrologia urbana, tais como: obtenção e análise de dados,
métodos de estimativas; hidrograma unitário; tempo de concentração; período
de retorno; e estudos de bacias hidrográficas. Ao final do curso o aluno
deverá estar capacitado a entender os elementos hidrológicos e realizar
estudos aplicados a essa área.
Ementa:
Ciclo hidrológico, tipos de chuvas, pluviometria, evaporação, infiltração,
escoamento superficial, bacia hidrográfica, equação das chuvas, período de
retorno, tempo de concentração, hietograma e hidrograma unitário, métodos
de estimativa de vazões.
Plano da disciplina
Bibliografia Básica:
CANHOLI, Aluisio Pardo. Drenagem urbana e controle de enchentes. São 
Paulo: Oficina de Textos, 2005. 302 p.
PINTO, Nelson L. de Souza et al. Hidrologia básica. 11 ed. São Paulo: 
Edgard Blucher, 2008.
TUCCI, C. E. M. (Org.). Hidrologia – ciência e aplicação. 2 ed. Porto 
Alegre: Ed. da UFRGS/ABRH; Col. ABRH de Recursos Hídricos, v. 4. 
1997.
Bibliografia Complementar:
CAVALCANTI, I. F. A. et al. Tempo e clima no Brasil. Editora Oficina de 
Textos, 1ª. ed., 464 p. São Paulo, 2009. 
CHIN, David A. Water-resources engineering. 2 ed. Upper Saddle River, 
EUA: Pearson; Prentice Hall, 2006, 962 p.
TUCCI, Carlos E. M. et al. Drenagem urbana. 1 ed. Porto Alegre: Editora 
da Universidade ABRH/UFRGS, 1995.
VIESSMAN, W.; LEWIS, G. L. Introduction to hydrology. 5 ed. Upper 
Saddle River, EUA: Prentice Hall, 2003, 612 p.
VILLELA, S. M.; MATTOS, A. Hidrologia aplicada. São Paulo: McGraw-
Hill do Brasil, 1975. 278 p.
Plano da disciplina – Cronograma
Data Tema da Aula
25/5 Apresentação da Disciplina e Ciclo Hidrológico
27/5 Pluviometria e Hidrometria; Chuvas e mecanismos causadores
1/6 Séries temporais de chuva e vazão e Hidrologia Estatística. Temas doTrabalho.
3/6 Aula prática - vazão de refêrencia (q90,q95) (laboratório computação)
8/6 Evaporação
10/6 Infiltração
15/6 Prova I (conteúdo da primeira parte da disciplina)
17/6 Bacias Hidrograficas 
22/6 O conceito de chuva critica, vazões e Período de Retorno
24/6 Aula prática - delimitação de bacias (laboratório computação) 
29/6 Métodos de estimativa de vazões
1/7 Coeficiente de escoamento superficial, Metodo Racional e Método do Hidrograma Unitário
6/7 Aula prática - aplicação de metodologias (laboratório computação)
8/7 Regularização de vazões e controle de estiagem
13/7 Controle de Enchentes
15/7 Prova I I (conteúdo da segunda parte da disciplina)
20/7 Introdução a modelagem hidrológica
22/7 Prática de modelagem hidrológica (laboratório computação, turma 1)
27/7 Prática de modelagem hidrológica (laboratório computação, turma 2)
29/7 Prática de modelagem hidrológica (laboratório computação, turma 1)
3/8 Prática de modelagem hidrológica (laboratório computação, turma 2)
5/8 Apresentacao do trabalho - estudo hidrológico
10/8 Reposição
12/8 Prova de Recuperação
Plano da disciplina – Sistema de Avaliação
Duas avaliações (P1 e P2), um trabalho escritos (TE) com apresentação oral
(TO). A nota final resultará no aproveitamento nas três avaliações anteriores.
Também será considerada a participação do aluno em sala de aula, através de
exercícios (E). Assim, o conceito será obtido considerando:
Nota final (NF) =P1*0,3 + P2*0,3+TE*0,2+TO*0,1+ E*0,1
Conceitos: A 8,5 a 10,0
B 7,5 a 8,4
C 6,0 a 7,4
D 5,0 a 5,9
F < 5,0
Com Prova de Recuperação (PR) se têm a nota final por recuperação (NFR):
NFR = (NF+PR)/2 
Conceitos: C > 6,0
D 5,0 a 6,0
F < 5,0
Plano da disciplina – Sistema de Avaliação
Prova substitutiva:
Aplicada somente aos casos de perda da prova por razões médicas
(justificadas), por viagens à trabalho ou congressos (também justificadas)
e destacados na Resolução CONSEPE 181. O professor deve ser avisado
antecipadamente ou na aula seguinte ao ocorrido. Não serão aceitos
atestados antigos.
Conforme o artigo 1º da Resolução Consepe nº 182, que regulamenta os
mecanismos de avaliação de recuperação na UFABC, “Além dos critérios
estabelecidos pelo docente, fica garantido ao discente que for aprovado
com conceito D ou reprovado com conceito F em uma disciplina o direito
a fazer uso de um Mecanismo de Recuperação”;
Prova de recuperação (PR):
Será aplicada somente aos alunos que obtiverem no final da disciplina os
conceitos D ou F (reprovado), podendo o aluno atingir no máximo o
conceito C após a prova de recuperação.
Plano da disciplina – Observações
Presença:
A frequência mínima obrigatória para aprovação é de 75% das aulas
ministradas e/ou atividades realizadas em cada disciplina. Portanto, fique
atento às faltas.
Problemas com faltas por longo período, decorrente a problemas de 
saúde:
Os casos em que o aluno precisou se ausentar das aulas por um período
muito longo (superior a 25%), com justificativa médica, devem ser
resolvidos com a sessão acadêmica e não diretamente com o professor.
O material apresentado em aula, sugestões para leitura,
informações, dados sobre as atividades e recados importantes
serão disponibilizados pelo TIDIA:
Acesso ao material e comunicação
Os exercícios solicitados devem ser entregues no prazo, pelo
TIDIA, pois não serão aceitos exercícios atrasados. O arquivo
deverá ser em PDF, da seguinte forma:
Nome arquivo: CódigoExercício_Nome(s)do(s)aluno(s).pdf 
Título: Código exercício – Nome completo do(s) aluno(s)
Inclua-se no TIDIA-AE da disciplina
Turma diurno: EN2019_Hidro_diurno
Turma noturno: EN2019_Hidro_noturno
Introdução
Hidrologia é a ciência que trata da água na
Terra, sua ocorrência, circulação e
distribuição, suas propriedades físicas e
químicas, e sua relação com o meio
ambiente, incluindo sua relação com as
formas vivas.
(Conselho Federal de Ciências e Tecnologia dos
Estados Unidos, citado por Chow,1959)
Hidrologia é o estudo científico das águas na
Terra, que analisa as propriedades da água, sua
ocorrência, distribuição e circulação planetária.
Introdução
A Hidrologia baseia-se, essencialmente, em
elementos observados e medidos no campo.
O início dos estudos de medições de precipitação e vazão
ocorreu no século 19, porém, após 1950 com o advento do
computador e o desenvolvimento dos programas de
observação, as técnicas usadas em estudos apresentaram
um grande avanço.
Postos fluviométricos e pluviométricos
(estabelecimento e manutenção ininterrupta) 
Introdução
Áreas de estudo da Hidrologia:
• Hidrometeorologia – água na atmosfera
• Liminologia – lagos e reservatórios
• Potamologia – arroios (córregos) e rios
• Glaciologia – relacionada com neve e gelo
• Hidrogeologia – águas subterrâneas
Aplicação da Hidrologia
Hidrologia é uma ciência interdisciplinar, que tem
evoluído continuamente para atender as necessidades
atuais.
Abastecimento de água: Relacionado à disponibilidade e qualidade da
água. Há limitações de disponibilidade de água para abastecimento não
somente nas regiões áridas e semi-áridas do nordeste brasileiro, mas também
nas grandes concentrações urbanas, devido a redução da qualidade da água;
 Energia: A maior parte da energia produzida no Brasil é de origem
hidrelétrica,sendo dependente da disponibilidade hídrica, da sua
regularização por obras hidráulicas e do impacto no meio ambiente;
 Planejamento e gerenciamento da bacia hidrográfica: Política pública
para o planejamento e controle do uso dos recursos naturais;
Aplicação da Hidrologia
 Drenagem urbana: Enchentes, produção de sedimentos e qualidade da água
são problemas sérios encontrados em grande parte das cidades brasileiras;
Irrigação: Dada a importância da disponibilidade de água para o sucesso da
produção agrícola, sendo a irrigação essencial para algumas regiões país e
determinadas culturas;
 Navegação: Transporte interno pelos rios dependem de aspectos
hidrológicos: disponibilidade hídrica para calado, previsão de níveis e
planejamento e operação de obras hidráulicas para navegação;
 Monitoramento hidrológico e atuação em eventos críticos: Observação dos
processos hidrológicos e controle de inundações e secas;
 Uso do solo rural: Intenso uso agrícola e sua expansão têm gerado impacto
significativos na produção de sedimentos e nutrientes nas bacias rurais,
resultando em perda de solo fértil e assoreamento dos rios;
 Qualidade da água e meio ambiente: O meio ambiente aquático (oceanos,
rios, lagos, reservatórios e aqüíferos) sofre com a falta de tratamento dos
despejos domésticos e industriais e de cargas de pesticidas de uso agrícola.
Água no planeta
A água é um recurso natural indispensável para a vida na Terra. Três
quartos da superfície terrestre é coberto por água, na forma de
oceanos, rios, lagos e geleiras. Também existem os aqüíferos
localizados no seu subsolo, que são abundantes em certas regiões e
escassos em outras.
Vivemos num planeta com 70,8% de sua superfície coberta de água e
temos disponíveis para consumo apenas 0,3% dos escassos 2,2% de
água doce existente.
Peixoto e Oort (1990), citado por Tucci (2007) - 97,5% se encontram nos
oceanos e 2,5% se distribuem entre geleiras, rios, lagos, águas
subterrâneas, biosfera e atmosfera.
A água não é somente um recurso crítico em termos de segurança
humana e ambiental, mas oferece também grandes oportunidades para
novos avanços em termos de desenvolvimento sustentável (ANA, 2007).
Disponibilidade Hídrica do Brasil
O Brasil tem posição privilegiada no mundo, em relação à
disponibilidade de recursos hídricos. A vazão média anual dos rios
em território brasileiro é de cerca de 180 mil m3/s ( equivalente ao
conteúdo de 72 piscinas olímpicas fluindo a cada segundo). Este
valor corresponde a aproximadamente 12% da disponibilidade
mundial de recursos hídricos (Fonte: Agência Nacional de Águas).
Disponibilidade Hídrica superficial (vazão com permanência de 95%) – ANA (2013)
Relação demanda versus disponibilidade hídrica superficial
ANA (2012)
Água subterrânea – Aquífero Guarani
Extensão de cerca de 1.196.500
Km², estendendo-se pelo Brasil
(840.800 Km²), Paraguai (71.700
Km²), Uruguai (58.500 Km²) e
Argentina (225.500 Km²).
Fonte: Ribeiro (2008) 
O Aqüífero Guarani é o maior manancial de
água doce subterrânea transfronteiriço do
mundo (taxa extração da água pode chegar a
1.000 m3/h, ou seja, 1.000.000 L/h).
No Brasil é bastante explorado para consumo,
sendo os principais usos o abastecimento público,
turismo térmico e a agricultura.
Recarga natural anual (principalmente pelas
chuvas) é de 160 Km³/ano, sendo que desta, 40
Km³/ano constitui o potencial explotável sem
riscos para o sistema aqüífero.
http://www.scielo.br/pdf/ea/v22n64/a14v2264.pdf
No Brasil (70% da área total) abrange os
Estados de Goiás, Mato Grosso do Sul, Minas
Gerais, São Paulo, Paraná, Santa Catarina e Rio
Grande do Sul.
Fonte: ANA, 2010
Mananciais subterrâneos 
explorados
Estudos hidrológicos mais complexo
- Secas e estiagens;
- Eventos críticos: Enchentes, alagamentos, enxurradas e
inundações;
- Redução da vegetação nativa;
- Potencial de contaminação (agrotóxicos, fertilizantes).
Hidrologia
O desafio da hidrologia é tratar de processos 
que ocorrem em sistemas moldados pela 
natureza e que são afetados pelas condições 
climáticas e por mudanças causadas pelo 
homem. Por essa razão é uma área que 
necessita de contínuo aperfeiçoamento e 
possui grande demanda profissional. 
Hidrologia
A hidrologia é baseada na Lei de Conservação de Massa, ou seja:
água que entra (I) - água que sai (O) = variação na água armazenada (S)
I - O = ± ∆S -> também chamada de equação da continuidade
O volume de água em qualquer ponto de um sistema hidrológico pode ser
visto simplesmente como a diferença entre a entrada e saída do sistema e as
mudanças resultantes de armazenamento.
Lei da Conservação das Massas
De acordo com essa lei, em qualquer sistema, físico ou químico, nunca se
cria nem se elimina matéria, apenas é possível transformá-la de uma forma
em outra. Portanto, “na natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se
transforma” (Lei de Lavoisier).
Métodos mais complexos também são utilizados em hidrologia, por
exemplo, para estimar a velocidade da água, a circulação da água através de
uma rede de canal corrente e o movimento da água através do solo, entre
outros processos físicos.
Ciclo 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 e
associado à gravidade e à rotação terrestre.
Também chamado de ciclo da água, é caracterizado por
movimentos verticais e horizontais da água, na forma
líquida, sólida ou vapor, sobre a superfície e sub-superfície
continental, atmosfera e oceanos.
Ciclo Hidrológico
Superfície terrestre (abrange continentes e oceanos): Parte do ciclo
é constituída pela circulação da água no interior e na superfície dos
solos e rochas, nos oceanos e nos seres vivos;
Atmosfera: A água circula no interior da atmosfera, principalmente
na troposfera, camada mais baixa (com espessura média de 12 Km
(altitude) e aproximadamente 90% da umidade);
O ciclo hidrológico só é fechado em nível global. Os volumes
evaporados em um determinado local do planeta não precipitam no
mesmo local, devido aos movimentos contínuos, com dinâmicas
diferentes, na atmosfera e também na superfície terrestre.
Intercâmbio entre as circulações
Atmosfera
Superfície terrestre
Vapor
Evaporação
Transpiração
Qualquer
Estado
> Precipitação de 
chuva e neve
Componentes do Ciclo Hidrológico
Processos 
Verticais:
• Evaporação;
• Transpiração; 
(evapotranspiração)
• Condensação;
• Precipitação
• Interceptação;
• Infiltração;
• Percolação;
Processos Horizontais:
Escoamento superficial (superfície do solo e fluxo do rio); Escoamento subsuperficial
(após a infiltração); Fluxo subterrâneo (aqüíferos); Descarga ou ressurgência da água
subterrânea (em oceanos ou nascentes);
A água pode ser encontrada na atmosfera sob a forma de vapor, partículas líquidas,
gelo ou neve.
Pode-se começar a descrever o ciclo hidrológico a partir do vapor de água presente
na atmosfera que, sob determinadas condições meteorológicas, condensa-se,
formando micro gotículas de água. A umidade no estado de vapor é invisível, sendo
as nuvens um conjunto de aerossóis visíveis, de microgotículas de água e partículas
de gelo, dependendo da região e estação do ano. As nuvens são causadas pelo
arrefecimento do ar até a condensação da água, devido à subida e expansão do ar.
A precipitação em forma de chuva ocorre quando as gotículas de água, formadas
por condensação, atingem determinada dimensão, com tamanho e peso suficientes
para que a força gravitacional supere a turbulência normal ou movimentos
ascendentes do meio atmosférico.
Se durante os movimentos dasgotas na nuvem atravessarem zonas de temperatura
abaixo de zero, pode haver formação de gelo, dando origem ao granizo.
No caso da condensação ocorrer sob temperaturas abaixo do ponto de
congelamento, haverá a formação de neve.
Quando a condensação se verifica diretamente sobre uma superfície sólida, ocorrem
os fenômenos de orvalho e geada, sendo que a geada ocorre quando a temperatura
da superfície exposta atinge 0ºC.
Ciclo Hidrológico
Parte da precipitação não atinge o solo, seja devido a evaporação durante a queda, ou
porque ficou retida pela vegetação. Esta ultima perda em relação ao volume de água
que atinge o solo é denominada como interceptação.
Do volume que atinge o solo, parte nele se infiltra. A infiltração é o processo de
penetração da água no solo. Quando a intensidade da precipitação excede a capacidade
de infiltração do solo, a água se escoa superficialmente. Inicialmente são preenchidas as
depressões do terreno e em seguida inicia-se o escoamento superficial, impulsionado
pela gravidade para as cotas mais baixas, atingindo os canais naturais, que vão se
concentrando nos vales principais, formando o curso dos rios, para finalmente
dirigirem-se aos grande volumes de água contidos pelos rios principais, lagos, mares e
oceanos. Com raras exceções, a água escoada pela rede de drenagem mais estável
destina-se ao oceano.
A percolação é a passagem da água da camada superficial do solo para camadas mais
profundas.
Nos oceanos a circulação das águas é regida por uma complexa combinação de
fenômenos físicos e meteorológicos, destacando-se a rotação terrestre, os ventos de
superfície, variação espacial e temporal da energia solar recebida e as marés.
A água retida nas depressões ou como umidade superficial do solo pode evaporar-se ou
infiltrar-se. Em qualquer tempo e local por onde circula a água na superfície terrestre,
seja nos continentes ou nos oceanos, há evaporação, fenômeno no qual a água no estado
líquido, pela energia recebida do Sol ou de outras fontes, passa ao estado vapor.
Ciclo Hidrológico
Pela evaporação se mantêm o equilíbrio do ciclo hidrológico
Em nível global o equilíbrio médio anual em volume entre a
precipitação e a evapotranspiração apresenta o valor:
P=E= 423 X 1012 m3/ano
Oceano
E=361
P=99
ET=62
P=324
ES=37
37
Continente
Atmosfera
Unidades : 1012 m3/ano 
Superfície terrestre
Atmosfera
Fluxos entre a superfície terrestre e a atmosfera
Bacia Hidrográfica
O ciclo hidrológico é normalmente estudado com maior interesse na fase
terrestre, onde o elemento fundamental de análise é a bacia hidrográfica.
É composta por um conjunto de superfícies vertentes e uma rede de drenagem
formada por cursos de água que confluem até resultar um leito único no exutório.
A bacia hidrográfica é uma área de captação natural da água da precipitação
que faz convergir os escoamentos para um único ponto de saída, seu exutório
(Q). A formação da bacia hidrográfica dá-se através dos desníveis
dos terrenos que orientam os cursos da água, sempre das áreas mais altas para
as mais baixas
Bacia Hidrográfica
A precipitação que cai sobre as vertentes infiltra-se totalmente nos solos até haver saturação
superficial destes, momento em que começam a decrescer as taxas de infiltração e a surgir
crescentes escoamentos superficiais, se a precipitação persistir. O escoamento superficial gerado
nas vertentes, no contexto de bacia hidrográfica, pode ser interpretado como uma “produção”
de água para escoamento rápido e, portanto, as vertentes seriam vistas como as fontes
produtoras. Seguindo com este enfoque, a água produzida pelas vertentes tem como destino
imediato a rede de drenagem, que se encarrega de transportá-la à seção de saída da bacia.
EX1) A figura abaixo mostra a resposta hidrológica de uma bacia
hidrográfica. Com base nos componentes do ciclo hidrológico,
detalhe os processos expressos nesta figura.
Fonte (Tucci, 2007)
Exercício
O Exercício (EX1) contendo o texto de descrição deve ser
enviado pelo TIDIA-ae até as 23h do dia 31/05/2015, em arquivo
PDF, na forma: CódigoExercício_NomeAluno.pdf
Referências
ANA (2010). ATLAS Brasil - Abastecimento Urbano de Água: Panorama
Nacional/Agência Nacional de Águas. www.ana.gov.br/atlas
ANA (2007) GEO Brasil : Recursos Hídricos : Resumo Executivo. /
Ministério do Meio Ambiente. Agência Nacional de Águas; Programa das
Nações Unidas para o Meio Ambiente. Brasília : MMA.
ANA (2012). Relatório de conjuntura.
http://arquivos.ana.gov.br/imprensa/arquivos/Conjuntura2012.pdf
ANA (2013). Relatório de conjuntura.
http://conjuntura.ana.gov.br/docs/conj2013_rel.pdf
PINTO, Nelson L. de Souza et al. Hidrologia básica. 11 ed. São Paulo:
Edgarb Blucher, 2008.
RIBEIRO, W. C. (2008). Aqüífero Guarani: gestão compartilhada e
soberania. Estudos Avançados, 22(64), 227-238.
TUCCI, C. E. M. Hidrologia: ciência e aplicação. Editora da Universidade
– ABRH, Porto Alegre, 4ª ed., 2007, 943 p.