Ciclo Hidrológico e Bacias Hidrográficas na Hidrologia

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Curso: Engenharia civil
Disciplina: Hidrologia
Prof. Dr. Elvis Bergue Moreira 
CICLO HIDROLÓGICO E BACIAS 
HIDROGRÁFICAS
Hidrologia Aplicada 
• Voltada para os diferentes problemas que envolvem a utilização dos 
recursos hídricos, preservação do meio ambiente e ocupação do solo;
• Área que estuda o comportamento físico da ocorrência e o 
aproveitamento da água: 
– quantifica e qualifica os recursos hídricos no tempo e no espaço;
– avalia o impacto da modificação do uso do solo sobre o 
comportamento dos processos hidrológicos.
• A quantificação da disponibilidade hídrica serve de base para o projeto e 
planejamento dos recursos hídricos. Exemplos:
– produção de energia hidrelétrica;
– abastecimento de água;
– navegação;
– controle de enchentes;
– impacto ambiental.
• Planejamento e gerenciamento da bacia hidrográfica;
• Águas urbanas;
• Energia;
• O uso do solo rural; 
• Abastecimento de água;
• Irrigação;
• Navegação;
• Controle de eventos críticos;
• Qualidade da água e meio ambiente; 
• Monitoramento hidrológico.
Hidrologia Aplicada
Ciclo hidrológico
Ciclo hidrológico
2,4% no resto do país9,6% na região amazônica
O Brasil possui 12 % da água
doce disponível no mundo
Atende 95% da populaçãoAtende 5% da população
12,00%
Ciclo hidrológico
Ciclo Hidrológico
• Fenômeno global de circulação fechada da água entre a 
superfície terrestre e a atmosfera (reservatórios, oceanos, 
geleiras, rios, lagos, atmosfera, lençóis subterrâneos e água 
retida nos seres vivos), e que é movimentado pela energia 
solar e pela energia gravitacional, representando o processo 
mais importante da dinâmica externa terrestre.
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Fatores que contribuem para a grande 
variabilidade nas manifestações do ciclo 
hidrológico:
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• Desuniformidade com que a energia solar atinge os
diferentes locais na superfície da terra
• O diferente comportamento térmico dos continentes em
relação aos oceanos devido a variabilidade espacial de
solos e cobertura vegetais
• A quantidade de vapor d´água, CO2 e ozônio na
atmosfera (aquecimento global)
• Influencia do movimento de rotação e inclinação do eixo
terrestre na circulação atmosférica
• Movimento de translação e inclinação do eixo terrestre –
responsáveis pelas estações do ano
• Processos do ciclo hidrológico
– precipitação;
– interceptação;
– infiltração;
– evaporação;
– transpiração;
– percolação;
– escoamentos: superficial e subterrâneo;
Processos Verticais
Ciclo Hidrológico
Bacia Hidrográfica
• É uma área delimitada geograficamente pelos
divisores de água “sendo drenada para o mesmo
curso de água tal que toda vazão seja descarregada
através de uma simples saída”;
• Processos do ciclo hidrológico podem mais
facilmente ser representados na sua área – sistema
hídrico;
• A cada seção do rio está associada a uma única bacia
– a posição da seção do rio escolhida para definir a
bacia depende do estudo que se pretende realizar.
Ex.: ponte; reservatório; retiradas de água para
abastecimento urbano ou rural.
 
Figura 1 drenagem da bacia hidrográfica do
A Lei 9433 de 8 de janeiro de
1997 (Brasil, 1997) que instituiu a
Política Nacional de Recursos
Hídricos e criou o Sistema
Nacional de Gerenciamento de
Recursos Hídricos definiu a bacia
como a unidade territorial de
gestão dos recursos.
Bacia Hidrográfica
Exutório
A bacia hidrográfica pode
ser definida como uma
área onde tem-se a
convergência das águas
que caem sobre ela para
um mesmo ponto de saída
(exutório) através de
canais que formam a sua
rede de drenagem.
Suas características 
governam os processos 
de formação do 
escoamento.
Bacia Hidrográfica
Ciclo hidrológico na bacia hidrográfica: Balanço Hídrico
Sistema 
Hidrológico
Precipitação
Evaporação
Perdas e Ganhos
Escoamento
Bacia Hidrográfica
Caracterização física
• Divisores:
– Divisor topográfico ou
superficial: fixa a área da qual
provém o escoamento superficial
da bacia e, como seu nome indica,
é condicionado pela topografia.
– Divisor freático ou subterrâneo:
é determinado pela estrutura
geológica dos terrenos e
estabelece os limites dos
reservatórios de água subterrâneo
de onde é derivado o escoamento
(deflúvio) básico da bacia.
Bacia Hidrográfica
• Vazão total de uma bacia é composta pela água que atinge os cursos 
d’água por meio dos escoamentos superficial, sub-superficial e 
subterrâneo.
• Dificuldade de determinar o divisor freático: variação sazonal do 
nível do lençol  bacia determinada pelo divisor topográfico.
• Características físicas de uma bacia hidrográfica
– aquelas que podem ser extraídas de mapas, fotografias e 
imagens de satélites. Basicamente são áreas, comprimentos, 
declividades e coberturas do solo medidos diretamente ou 
expressos por índices;
– grande importância para a hidrologia: existe uma estreita 
correspondência entre o regime hidrológico (formação do 
escoamento) e estes elementos;
– Principais características:
1. Área de drenagem;
2. Forma da bacia;
3. Sistema de drenagem;
4. Relevo da bacia.
Bacia Hidrográfica
Bacia Hidrográfica
• Área de drenagem
– Projeção horizontal (área plana) da área inclusa entre os divisores topográficos 
da bacia;
– Principal indicador da potencialidade hídrica de uma região;
– expressa em hectares ou km²: 1 ha = 10.000 m² (100m X 100m) = 0,01 Km²;
– Normalmente, determina-se o perímetro da bacia junto com a sua área.
• Forma da bacia
– A forma superficial de uma bacia hidrográfica é importante devido ao tempo 
de concentração (tc), definido como o tempo, a partir do inicio da precipitação, 
necessário para que toda a bacia contribua na seção de deságüe, ou seja, é o 
tempo que a água leva para deslocar-se do ponto mais remoto da bacia até sua 
saída;
– Exemplo: 3 bacias com mesma área e sujeitas a mesma precipitação
Bacia Hidrográfica
Bacia A: 10 unidades de tempo 
(digamos horas) para que 
todos os pontos da bacia 
tenham contribuído para a 
vazão (tempo de 
concentração);
Bacia B: 5 horas;
Bacia C: 8,5 horas.
• Forma da bacia
– A forma da bacia depende da estrutura geológica 
do terreno;
– Procura-se utilizar índices que relacionam a forma 
da bacia com formas geométricas conhecidas:
• Coeficiente de compacidade (Kc) relaciona a bacia 
com um círculo;
• Fator de forma (Kf) relaciona a bacia com um 
retângulo.
Bacia Hidrográfica
• Forma da bacia
– Coeficiente de compacidade (Kc)
• Relaciona a forma da bacia com um círculo;
• Relação entre o perímetro da bacia (P) e a 
circunferência de círculo de área igual a da bacia.
• Sendo:
– Kc – coeficiente de compacidade, adimensional;
– P – perímetro da bacia hidrográfica, km; e
– A - raio do círculo de área igual à área da bacia 
hidrográfica, km.
Bacia Hidrográfica
• Coeficiente de Compacidade KC
• O Kc é um número adimensional que sempre assume valores iguais ou
superiores a 1, variando com a forma da bacia, independentemente do
seu tamanho;
• Quanto mais irregular for a bacia hidrográfica, tanto maior será o
coeficiente de compacidade.
• Kc = 1  bacia hidrográfica com forma circular;
• O coeficiente de compacidade é útil para dar uma idéia sobre a
susceptibilidade da bacia à ocorrência de enchentes, sendo que uma
bacia será mais susceptível à ocorrência de enchentes quando seu Kc
for mais próximo da unidade.
Forma da Bacia
Kc = 1 Kc >1
– Fator de forma
• O fator de forma é a relação entre a largura média e o comprimento axial da 
bacia;
• Para calculá-lo, mede-se o comprimento axial da bacia (L)quando se segue 
o curso d’água mais longo desde a desembocadura (foz) até a cabeceira mais 
distante na bacia;
• Sendo:
– Kf – fator de forma, adimensional;
– L – largura média da bacia, km; e
– L – comprimento axial da bacia hidrográfica, km.
• A largura média (L) é obtida quando se divide a área da bacia pelo seu 
comprimento axial, isto é L = A/L, tem-se:
Bacia Hidrográfica
O fator de forma, assim como o Kc, é outro índice indicativo
da maior ou menor tendência para a ocorrência de enchentes
em bacias hidrográficas.
Baixo Kf (≈0,5) está menos propensa à ocorrência de
enchentes que outra de mesma área, mas cujo valor de Kf é
maior. Isso se deve ao fato de que numa bacia estreita e longa
(baixo Kf) há menos possibilidade de ocorrência chuvas
intensas cobrindo simultaneamente toda sua extensão.
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• Forma da bacia - exercícios
Bacia Hidrográfica
• Sistema de drenagem
– O sistema de drenagem de uma bacia é constituído pelo rio 
principal e seus tributários (afluentes);
a) Perenes: são os cursos nos quais a água escoa durante todo o
tempo, isto porque o lençol d’água subterrâneo mantém uma
alimentação contínua e nunca se rebaixa para baixo da cota do leito
do curso d’água, mesmo durante as secas mais severas;
b) Intermitentes: são os cursos d’água que apresentam escoamento
durante as estações de chuvas, mas que secam nas de estiagem –
na época de estiagem o lençol freático se encontra em um nível
inferior ao do leito, fazendo com que cesse o escoamento;
Bacia Hidrográfica
c) Efêmeros: são aqueles que existem apenas durante ou
imediatamente após a ocorrência de precipitação e só
transportam água proveniente do escoamento superficial -
superfície freática encontra-se sempre a nível inferior ao
do leito fluvial.
– O estudo das ramificações e do desenvolvimento do
sistema é importante, pois ele indica a maior ou menor
velocidade com que a água deixa a bacia hidrográfica,
sendo fator indicativo de sua propensão à ocorrência de
cheias.
Bacia Hidrográfica
• Sistema de drenagem
– Ordem dos Cursos de Água:
• Classificação que reflete o grau de ramificação ou bifurcação 
da rede de drenagem da bacia - posição hierárquica que um 
curso d’água ocupa na rede de drenagem;
• O mapa representativo da rede de drenagem de uma bacia 
hidrográfica deve conter tanto os cursos d’água perenes como 
os intermitentes, todavia, não devem constar os cursos d’água 
efêmeros, pois estes não se desenvolveram ainda em canais 
definitivos;
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• Horton propôs, e Strahler 
modificou um critério para 
hierarquizar cursos d’água.
• Passou a ser conhecido 
como ordem do curso 
d’água
Ordem de Strahler
• Um curso d’água a partir da
nascente é de ordem 1
• Quando dois cursos de 
ordem 1 se encontram
formam um curso de ordem
2
• Quando dois cursos de 
ordem 2 se encontram
formam um curso de ordem
3
• e assim por diante…
1
1
1
1
1
1
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22
22
3
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3
3
3
3
1
11
1
Bacia Hidrográfica
• Sistema de drenagem
Bacia Hidrográfica
• Sistema de drenagem
– Densidade de drenagem (Dd):
• Índice que indica o grau de desenvolvimento do sistema de drenagem 
fornecendo uma indicação da eficiência da drenagem da bacia;
• Razão entre o somatório dos comprimentos de todos os canais da rede e a 
área da bacia:
• Sendo:
– Dd – densidade de drenagem; km/km²; e
– Lt – comprimento total dos cursos d’água da bacia (somatório do 
comprimento de todos os cursos d’água - efêmeros, intermitentes ou 
perenes), km.
– A – Área da bacia hidrográfica
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< 0,5 km/km² - drenagem pobre; 
0,5 km/km² a 1,5 km/km² - drenagem regular; 
1,5 km/km² a 2,5 km/km² - boa drenagem; 
2,5 km/km² a 3,5 km/km² - muito boa drenagem;
> 3,5 km/km² - excepcionalmente bem drenada;
• Dd depende do clima, topografia, solos e do material 
rochoso;
• Baixos valores de Dd são observados em bacias 
localizadas em regiões de baixa altitude, com vegetação 
densa e possuindo com solos altamente permeáveis. 
• Valores altos de Dd são observados em áreas com intenso 
processo de erosão natural, em terrenos montanhosos e 
escarpados, com vegetação esparsa e intensa precipitação.
Bacia Hidrográfica
• Sistema de drenagem
– Sinuosidade do curso d’ água (Sin):
• Controla e velocidade do escoamento;
• É a relação entre o comprimento do rio principal (L) e o comprimento do 
talvegue (Lt).
• Sin = 1, curso d’água 
sem sinuosidade.
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Forma da rede de Drenagem
Extraído do livro Para Conhecer a Terra (Press et al. XXXX)
Forma da rede de Drenagem
Extraído do livro Para Conhecer a Terra (Press et al. XXXX)
Forma da rede de Drenagem
Extraído do livro Para Conhecer a Terra (Press et al. XXXX)
Extraído do livro Para Conhecer a Terra (Press et al. XXXX)
Forma da rede de Drenagem
Bacia Hidrográfica
• Características do relevo
– O relevo tem grande efeito sobre a velocidade de escoamento superficial e, 
conseqüentemente, sobre o potencial erosivo de uma bacia hidrográfica;
– Além disso, possui grande influência sobre os elementos meteorológicos 
(temperatura, precipitação, evaporação, entre outros);
– Declividade da bacia
• Controla em parte a velocidade de escoamento superficial, afetando assim o 
tempo que leva a água da chuva para concentrar-se nos leitos fluviais da rede 
drenagem da bacia, afetando os valores de enchentes máximas; 
• quanto > a declividade da bacia > velocidade do escoamento superficial < a 
possibilidade de haver infiltração e, portanto, < quantidade de água armazenada 
no solo, havendo maior risco de ocorrência de enchentes;
• Declividade média: fator imprescindível para o seu correto manejo, uma vez que 
a proposta de práticas de conservação do solo e da água tem por base o seu 
conhecimento.
Bacia Hidrográfica
• Características do relevo
– Declividade da bacia
Método das Quadrículas:
Definem-se pontos de interseção com um 
vetor perpendicular à curva de nível mais 
próxima (orientado no sentido do 
escoamento). As declividades em cada 
vértice são obtidas, medindo-se na 
planta, as menores distâncias entre curvas 
de níveis subseqüentes; a declividade é o 
quociente entre a diferença da cota e a 
distância medida em planta entre as 
curvas de nível. 
Bacia Hidrográfica
• Características do relevo
– Curva hipsométrica
• Representação gráfica do relevo médio de uma bacia;
• Gráfico com a porcentagem da área de drenagem que existe acima ou abaixo das 
várias elevações.
Bacia Hidrográfica
• Características do relevo
– Declividade dos cursos d’água
• Quanto maior a declividade, maior será a velocidade de escoamento;
• S1: A declividade entre a foz e nascente de um curso d’água qualquer obtida 
dividindo-se a diferença total de elevação do leito do rio principal pela extensão 
horizontal do curso d’água entre a nascente e a seção de referência.
• S2: declividade de equivalência entre áreas - obtida traçando-se, no gráfico do 
perfil longitudinal do rio uma linha de declividade tal que a área compreendida 
entre ela e o eixo das abscissas seja igual à área entre o perfil longitudinal e o 
eixo das abscissas;
• S3: declividade equivalente constante - este índice dá a idéia sobre o tempo de 
percurso da água ao longo da extensão do perfil longitudinal – mais 
representativo.