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Circulação da água nos reservatórios da hidrosfera devida a energia solar, gravidade e rotação da Terra. Ciclo hidrológico Ciclo rápido devido à energia solar, gravidade e rotação da Terra. Ciclo lento devido à tectônica de placas: até 10 km profundidade. Ciclo hidrológico Reservatórios da hidrosfera Tempo de permanência Oceanos 4.000 anos Geleiras 20.000 anos Água Subt. 14 dias a 10.000 anos Rios e Lagos 14 dias a 10 anos Atmosfera 10 dias Biosfera 7 dias CicIo hidrológico: sistema P ercolação Preci- pitação Escoamento superficialInfiltração Armazenamento no sub-solo rio Escoamento sub-superficial Vazão no rio Evap. Escoamento subterrâneo Armazenamento no solo Interceptação Depressões C a p i l . CicIo hidrológico: sistema Equação da continuidade • sistema fechado • massa constante Balanço hídrico: quantificação do ciclo hidrológico na bacia hidrográfica. P = Q + E ± ∆s P = precipitação Q = escoamento E = evapotranspiração S = Armazenamento subterrâneo Balanço hídrico Variação do armazenamento subterrâneo tende a zero para medidas acumuladas em longos períodos de tempo: ano, sequência de anos. P = precipitação Q = escoamento E = evapotranspiração S = Armazenamento subterrâneo ΣP = ΣQ + ΣE Balanço hídrico • Entrada: • precipitação (P) • Saída: • escoamento (Q) • evapotranspiração (ET) P = Q + ET Bacia hidrográfica: balanço hídrico anual Para períodos de tempo de um ou mais anos, a variação do armazenamento subterrâneo tende a zero. Consequentemente, o somatório da altura (altura acumulada) da água precipitada na bacia hidrográfica (P) corresponde ao somatório da altura da água escoada na bacia hidrográfica (Q) mais o somatório da altura da água evapotranspirada na bacia hidrográfica (ET). ΣP = ΣQ + ΣET Balanço hídrico Precipitação (P), escoamento no exutório (Q) e evapotranspiração (ET) expressas em alturas (mm). Para medidas acumuladas em longos períodos de tempo: ano, sequência de anos, a variação do armazenamento subterrâneo tende a zero, valendo a expressão: Ex.:Bacia Rio Passo Fundo: somatório da precipitação anual 1941 mm, somatório da altura anual da água drenada no exutório 803 mm. COEFICIENTE de ESCOAMENTO SUPERFICIAL (DEFLÚVIO) “C” C = ΣQ/ΣP = 803/1941 = 0,413 = 41,3 % (Q = 41,3% de P) EVAPOTRANSPIRAÇÃO ΣET = ΣP – ΣQ`= 1941 - 803 = 1138 mm (ET = 58,7% de P) ΣP = ΣQ + ΣET Balanço hídrico CICLO HIDROLÓGICO 2.1. O Ciclo da Água 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. O conceito de ciclo hidrológico (Figura 4) está ligado ao movimento e à troca de água nos seus diferentes estados físicos, que ocorre na Hidrosfera, entre os oceanos, as calotes de gelo, as águas superficiais, as águas subterrâneas e a atmosfera. Este movimento permanente deve-se ao Sol, que fornece a energia para elevar a água da superfície terrestre para a atmosfera (evaporação), e à gravidade, que faz com que a água condensada se caia (precipitação) e que, uma vez na superfície, circule através de linhas de água que se reúnem em rios até atingir os oceanos (escoamento superficial) ou se infiltre nos solos e nas rochas, através dos seus poros, fissuras e fraturas (escoamento subterrâneo). Nem toda a água precipitada alcança a superfície terrestre, já que uma parte, na sua queda, pode ser interceptada pela vegetação e volta a evaporar-se. A água que se infiltra no solo é sujeita a evaporação direta para a atmosfera e é absorvida pela vegetação, que através da transpiração, a devolve à atmosfera. Este processo chamado evapotranspiração ocorre no topo da zona não saturada, ou seja, na zona onde os espaços entre as partículas de solo contêm tanto ar como água. A água que continua a infiltrar-se e atinge a zona saturada, entra na circulação subterrânea e contribui para um aumento da água armazenada (recarga dos aquíferos). Na Figura 5 observa-se que, na zona saturada (aquífero), os poros ou fraturas das formações rochosas estão completamente preenchidos por água (saturados). O topo da zona saturada corresponde ao nível freático. No entanto, a água subterrânea pode ressurgir à superfície (nascentes) e alimentar as linhas de água ou ser descarregada diretamente no oceano. A quantidade de água e a velocidade com que ela circula nas diferentes fases do ciclo hidrológico são influenciadas por diversos fatores como, por exemplo, a cobertura vegetal, altitude, topografia, temperatura, tipo de solo e geologia. 11 Figura 4 – Componentes do ciclo hidrológico. Figura 5 – Movimentação de água no perfil do solo. 12 Resumo do ciclo hidrológico: a) circulação da água, do oceano, através da atmosfera, para o continente, retorno, após a detenção em vários pontos, para o oceano, através de escoamentos superficiais ou subterrâneos e, em parte pela própria atmosfera; e 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. 2.2. Equação Hidrológica I - O = ∆S I = (entradas) incluindo todo o escoamento superficial por meio de canais e sobre a superfície do solo, o escoamento subterrâneo, ou seja, a entrada de água através dos limites subterrâneos do volume de controle, devido ao movimento lateral da água do subsolo, e a precipitação sobre a superfície do solo; O = saídas de água do volume de controle, devido ao escoamento superficial, ao escoamento subterrâneo, à evaporação e à transpiração das plantas; e ∆S = variação no armazenamento nas várias formas de retenção, no volume de controle. Apesar dessa simplificação, o ciclo hidrológico é um meio conveniente de apresentar os fenômenos hidrológicos, servindo também para dar ênfase às quatro fases básicas de interesse do engenheiro, que são: precipitação; evaporação e transpiração; escoamento superficial; escoamento subterrâneo. Embora possa parecer um mecanismo contínuo, com a água se movendo de uma forma permanente e com uma taxa constante, é na realidade bastante 13 diferente, pois o movimento da água em cada uma das fases do ciclo é feito de um modo bastante aleatório, variando tanto no espaço como no tempo. Em determinadas ocasiões, a natureza parece trabalhar em excesso, quando provoca chuvas torrenciais que ultrapassam a capacidade dos cursos d’água provocando inundações. Em outras ocasiões parece que todo o mecanismo do ciclo parou completamente e com ele a precipitação e o escoamento superficial. E são precisamente estes extremos de enchente e de seca que mais interessam aos engenheiros, pois muitos dos projetos de Engenharia Hidráulica são realizados com a finalidade de proteção contra estes mesmos extremos. 2.3. Exercícios 1) (Questão 19 Prova de Hidrologia Concurso CPRM 2002 - Certo ou Errado) a) (item 2) o ciclo hidrológico é o fenômeno global de circulação fechada de água entre a superfície terrestre e a atmosfera, impulsionada exclusivamente pela energia solar. b) (item 5) Os principais componentes associados ao ciclo hidrológico são a precipitação (P), a infiltração (I), a evapotranspiração (ET) e o escoamento superficial (ES). A equação do balanço hídricopara uma bacia hidrológica qualquer pode ser expressa por P + I = ET + ES. 2) Como se pode explicar o fato de que uma região que não houve aumento populacional, os recursos hídricos se tornaram escassos; mesmo havendo a renovação de água por meio do Ciclo Hidrológico. 3) Qual a função da Engenharia com relação aos extremos do Ciclo Hidrológico. 4) Explique o Ciclo Hidrológico, enfatizando cada um de seus componentes. 5) Discuta a renovação da água pelo Ciclo Hidrológico e a velocidade de degradação ambiental. 14 02_o.pdf 02_o.pdf 02_HIDRO Ciclo (+ defluvio).pdf 02_HIDRO Ciclo (+ defluvio).pdf 02_HIDRO Ciclo.pdf 02_HIDRO Ciclo.pdf 02_HIDRO Ciclo.pdf 02_HIDRO Ciclo.pdf 02_HIDRO Ciclo.pdf 02_HIDRO Ciclo.pdf 02_HIDRO Ciclo.pdf 02_HIDRO Ciclo.pdf 02a_HIDRO Ciclo (texto).pdf 02a_HIDRO Ciclo (texto).pdf 02_Ciclo_Hidrologico.pdf 02_Ciclo_Hidrologico.pdf Ciclo_Hidrologico.pdf Ciclo_Hidrologico.pdf Página 1 Página 2 Página 3 Página 4 Página 5 Página 6 Página 7 Página 8 Página 9 Página 10 Página 11 Página 12 Página 13 Página 14 Página 15 Página 16 Página 17
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