Aula1 Bacia Hidrográfica 2014 2

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CICLO HIDROLÓGICO E 
BACIAS HIDROGRÁFICAS 
 
Eng. Walter Corrêa Carvalho Junior, Esp. 
GPA – CIÊNCIAS AGRÁRIAS, BIOLÓGICAS E ENGENHARIAS 
 
 
Conteúdo da Aula 
 Ciclo Hidrológico 
 
 Bacias hidrográficas. 
 
 Atividade Interna: Delimitação de uma bacia hidrográfica. 
 
 
2 
Ciclo Hidrológico 
Componentes do Ciclo 
 
 Precipitação – geralmente sob a forma de 
chuva, mas pode ocorrer como neve, 
granizo, geada, orvalho, garoa, etc.. 
 
 Evaporação Direta – evaporação no 
trajeto da precipitação. Em alguns locais a 
precipitação pode ser totalmente 
vaporizada antes de chegar ao solo; 
 
 Interceptação – a vegetação intercepta 
parte da precipitação e esta evapora daí, 
sem chegar ao solo; 
 
 Infiltração – ocorre até a saturação do solo 
e é responsável pela recarga do lençol 
freático e, eventualmente, dos aqüíferos 
subterrâneos. A partir do ponto de 
saturação tem início o escoamento 
superficial. A infiltração cria reservatórios 
subterrâneos que alimentam as chamadas 
vazões de base e são responsáveis pelas 
vazões mínimas. 
3 
Componentes do Ciclo 
 Escoamento superficial (3): reflete a excedência de chuvas em relação ao potencial de infiltração no 
solo e é responsável pela flutuação das vazões dos rios em relação às vazões mínimas. São 
também responsáveis pelas vazões máximas; 
 Escoamento sub-superficial (5): escoamento presente no lençol não confinado; 
 Percolação (6): movimento descendente do escoamento subterrâneo; 
 Escoamento subterrâneo (7): movimento de água na zona saturada; 
 Precipitação direta (8): componente da precipitação que incide diretamente nos rios, lagos e 
represas; 
 Evaporação direta (9): evaporação a partir da própria superfície líquida; 
 Interceptação no solo (13): a presença de depressões no terreno e a presença de vegetação 
provoca a interceptação de parte do escoamento superficial; 
 Capilaridade (14): movimento ascendente fruto das tensões de sucção que aparecem no solo. 
Componentes do Ciclo 
 Evaporação (10): a evaporação 
depende do clima (temperaturas e 
ventos, tensões de vapor no ar). A 
evaporação pode ocorrer também 
diretamente de geleiras; 
 
 Transpiração (11): parte da água 
que infiltra no solo é absorvida 
pelas raízes da plantas que é 
devolvida à atmosfera através do 
fenômeno da transpiração, que é 
característico de cada tipo de 
planta; 
 
 Evapotranspiração (12): fenômeno 
mensurável que depende das 
características do solo e da 
cultura; 
 
 Condensação (14): é o fenômeno 
responsável pela formação das 
nuvens. 
4 
Vazões 
Q = A x V 
Q = vazão (m³/s) 
A = área (m²) 
V = velocidade (m/s) 
Q = Vol / t 
Q = vazão (m³/s) 
Vol = volume (m³) 
t = tempo (s) 
VAZÃO 
• Vazão = Volume 
 Tempo 
 
• Unidades Usuais  m³/s; m³/h; m³/dia; l/s 
 
• Vazão Específica = Q/A  l/s/Km² 
– A = área de drenagem (Próximo Tema) 
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Regimes hidrológicos 
Pequenas cheias 
Início de verão 
Vazões Máximas 
anuais 
Período de recessão 
– mantido pelo fluxo 
subterrâneo 
Vazões Mínimas 
anuais 
I (mm/h) 
F (mm/h) 
Q (mm/h) 
Q = I – F 
Geração de Escoamento 
• Intensidade da precipitação é 
maior do que a capacidade de 
infiltração do solo 
 
 
• A ação antrópica interfere 
neste fenômeno? Como? 
 
6 
Bacia Hidrográfica 
F
o
n
te
: 
D
A
E
E
/S
P
 (
2
0
0
5
) 
“É uma unidade fisiográfica, limitada por divisores topográficos, tal que recolhe a precipitação, age 
como um reservatório de água e sedimentos, é drenada por um curso d’água ou um sistema 
conectado de cursos d’água, e toda vazão efluente é descarregada em uma seção fluvial única, 
denominada seção exutória ou exutório.” 
Para cada seção transversal de 
um curso d’água está associada 
uma área de drenagem, ou seja, 
uma BACIA HIDROGRÁFICA 
7 
DELIMITAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA 
F
o
n
te
: 
D
A
E
E
/S
P
 (
2
0
0
5
) 
Delimitação da bacia 
• Para o traçado do divisor de águas 
(D.A) ou divisor topográfico de uma 
bacia hidrográfica, deve-se considerar 
(Pedrazzi, 2004): 
 
– o D.A. não corta nenhum curso 
d’água EXCETO no exutório; 
– os pontos mais altos (“pontos 
cotados”) geralmente fazem parte 
do D.A.; 
– o D.A. deve passar igualmente 
afastado quando estiver entre duas 
curvas de mesmo nível; 
– o D.A deve cortar as curvas de nível 
o mais perpendicular possível. 
8 
HIDROGRAFIA NACIONAL 
9 
HIDROGRAFIA DE MATO GROSSO 
NORTE 
10 
Área da Bacia 
 Métodos de cálculo: 
 Planímetro; 
 Imagem digital (software); 
 Composição de figuras 
geométricas (aproximação). 
t 
q 
Bacia 
Menor 
Bacia 
Maior 
 Importância: 
 Cálculo de vazões específicas 
(q) (l/s/km2); 
 É o parâmetro mais utilizado 
para fazer comparação 
hidrológicas. 
 Unidade Básica de Gestão de 
Recursos Hídricos 
 Análise do Hidrograma: 
 Bacias maiores  vazões 
mínimas específicas são maiores 
(complementaridade); 
 Bacias menores  maiores 
picos de enchente e menor 
tempo de base da onda de 
enchente. 
A BACIA HIDROGRÁFICA COMO SISTEMA 
Transformação 
Chuva-vazão 
Hidrograma 
Resposta 
Estímulo 
Fonte: SILVA (2011) - ANA 
 Importância: 
 Possibilita cálculos indiretos de 
vazão. 
11 
• Uma vez definidos os contornos (divisor), a área pode ser 
calculada por uma integral numérica (SIG) ou por métodos 
manuais (planímetro, contagem, pesagem). 
Fonte: COLLISCHONN (2008) - UFRGS 
Escala 
1:10.000 
Características físicas 
• Área de drenagem (AD) ou (A) 
• Declividade 
Razão entre o desnível e o comprimento de um curso d’água 
Influência sobre o escoamento, infiltração 
Fatores de Forma 
 
*Determinar os índices possibilita fazer comparação entre bacias. 
**Define comportamentos hidrológicos. 
12 
• Perfil do rio (Declividade do álveo) 
– Permite avaliar as velocidades de escoamento na calha dos rios 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
– Declividade equivalente do rio – Ieq 
• Relação entre o desnível e o comprimento do curso d’água 
 Ieq = ΔHr / Lr 
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DAS BACIAS 
Altitude 
(m) 
Comprimento (km) 
Fonte: SILVA (2011) - ANA 
Imed = ΔHmed / Lr 
ΔHmed 
Ponto mais alto: 
300 m 
Comprimento drenagem = 7 km 
Declividade = 0,04 m/m ou 40 m por km 
F
o
n
te
: 
A
d
a
p
ta
d
o
 A
p
o
st
ila
 F
A
C
E
N
S
 
Declividade Média do Rio 
Ponto mais baixo: 
20 m 
13 
F
o
n
te
: 
A
d
a
p
ta
d
o
 A
p
o
st
ila
 U
S
P
 
Declividade pela Média Harmônica 
• Utiliza conceito cinemático = tempo de translação acumulado ao 
longo dos trechos é igual ao tempo de translação de uma linha de 
declividade constante. Parte do princípio de que a velocidade em 
trecho qualquer é inversamente proporcional a sua declividade. 
Declividade pelo Google Earth 
• Sistema de Informação Geográfica (SIG) 
14 
SIG na Engenharia 
• Cada vez mais 
utilizado em topografia!!! 
 
15 
 
 
16 
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO 
17 
• Tempo necessário para que a água precipitada no ponto 
mais distante da bacia escoe até o ponto de controle, 
exutório ou local de medição. 
• Relação com: 
 Comprimento da bacia (área da bacia) 
 Forma da bacia 
 Elevação ou Declividade da bacia 
 Alterações antrópicas 
Tempo de concentração 
Fonte: Adaptado de Collischonn - UFRGS 
15 minutos 
Q 
P 
tempo 
Chuva de curta duração 
Fonte: Adaptado de Collischonn - UFRGS 
18 
• Fórmulas empíricas paratempo de concentração 
tc = tempo de concentração em minutos 
L = comprimento do talvegue (km) 
h = diferença de altitude ao longo do talvegue (m) 
• Kirpich 
385,0
3
h
L
57tc 







Tempo de concentração 
Tempo de concentração 
• Estimativa do tempo de concentração para bacias maiores; 
• Equação de Watt e Chow, publicada em 1985 (Dingman, 
2002) 
 
 
 
 
• onde tc é o tempo de concentração em minutos; L é o 
comprimento do curso d’água principal em Km; e S é a 
declividade do rio curso d’água principal (adimensional). 
• Esta equação foi desenvolvida com base em dados de 
bacias de 1000 Km² até 5840 Km2. 
79,0
5,0
68,7 






S
L
tc
19 
FORMA DA BACIA 
 Fator de conformação ou Fator de Forma: relação 
entre a área e o comprimento axial. 
Fc = A/L
2 
 se Fc é baixo (bacia comprida – A), há menor 
tendência de enchentes do que numa bacia com 
maior Fc. 
 
 Coeficiente de compacidade ou Índice de 
Gravelius - relação entre os perímetros da bacia e o 
de um círculo com a área igual a da bacia. 
kc = 0,28.P/(A)1/2 
 
 Forma da Bacia 
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Propensão à Enchentes 
• Critérios para classificação: 
 
1. 2 Fatores Vencem 1; 
2. Kc tem significância maior (Kc manda); 
3. Excessão (S=Alta), o maior fator manda; 
 
ATIVIDADE EXTERNA 
Próxima Semana 
 Realizar os seguintes cálculos na bacia: 
 
1. Declividade Média do Rio Principal; 
2. Tempo de Concentração; 
3. Fator de Forma e Coeficiente de Compacidade; e 
4. Analisar a Tendência desta bacia a enchentes. 
 
 Pesquisar sobre Run Off!!!