Ciclo Hidrológico - Apostila completa

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO PARÁ 
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL 
 
HIDROLOGIA 
PROFESSOR: OCTAVIO CASCAES DOURADO JUNIOR 
 
 
OBJETIVO: Definir o Ciclo Hidrológico, bom como identificar e compreender os 
fenômenos que o compõem, quer individualmente, quer em suas múltiplas inter-
relações. 
 
1. DEFINIÇÕES: 
 
 Hidrologia: 
É a ciência que trata do estudo da água na Natureza. Faz parte da 
Geografia Física, e abrange as propriedades, os fenômenos e a distribuição 
da água na atmosfera, na superfície da Terra e no subsolo. 
 
 Ciclo Hidrológico: 
 
É o conjunto de fenômenos em que a água se encontra, seja na atmosfera, 
na superfície terrestre ou nos oceanos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. ESQUEMA GRÁFICO DO CICLO HIDROLÓGICO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. FENÔMENOS DO CICLO HIDROLÓGICO 
3.1. Condensação 
3.2. Precipitação 
3.3. Interceptação 
3.4. Infiltração 
3.5. Evapotranspiração 
3.6. Escoamento Superficial 
3.7. Escoamento Subterrâneo 
 
3.1. CONDENSAÇÃO 
 
 Conceito: 
É o fenômeno de passagem do vapor para o estado líquido. 
 
 Definição do fenômeno no Ciclo Hidrológico: 
Quando as gotículas de água, formadas por condensação, atingem 
determinada dimensão, precipitam-se para a superfície terrestre ou os 
Oceanos. 
3.2. PRECIPITAÇÃO 
 Definição: 
È a água proveniente do vapor de água da atmosfera depositada na 
superfície terrestre de qualquer forma, como chuva, granizo, orvalho, 
neblina, neve ou geada. 
 
 Estados Físicos da Água na Precipitação 
 Gelo: 
Forma-se quando a precipitação, em sua queda, atravessa zonas de 
temperatura abaixo de zero, dando origem ao granizo. 
 
 Neve: 
Ocorre quando as temperatura estão abaixo do ponto de 
congelamento. 
 
 Geada ou Orvalho: 
Quando a condensação ocorre diretamente sobre uma superfície 
sólida. 
 
 
 Chuva: 
Quando a precipitação encontra camadas com temperatura acima de 
zero grau centígrado durante a sua queda. 
 
 Tipos de Chuva: 
 Frontal: 
São aquelas ocorridas ao longo de uma linha de descontinuidade, 
separando duas massas de ar com características diferentes. 
 
 Orográfica: 
Aquelas que ocorrem quando o ar é forçado a transpor barreiras de 
montanhas. 
 
 Convectiva (tempestade ou trovoada): 
São as chuvas que ocorrem quando o ar é elevado devido às 
diferenças de temperatura na camada vizinha da atmosfera. 
 
 Principais Características: 
As chuvas frontais e orográficas ocupam grandes áreas, têm 
intensidade de baixa a moderada, longa duração e são relativamente 
homogêneas. Interessam aos projetos de grandes trabalhos de obras 
hidrelétricas, controle de cheias e navegação,etc.. 
As chuvas convectivas são caracterizadas por terem curta duração e 
são independentes das “frentes”, apresentam fenômenos elétricos, grande 
intensidade e ocupam pequenas áreas. Interessam para projetos de obras 
em pequenas bacias, como cálculo de bueiros, galerias de águas pluviais, 
etc. 
 
 
3.3. INTERCEPÇÃO 
 
 Definição do fenômeno no Ciclo Hidrológico: 
É a parte da precipitação que não atinge o solo, seja devido à 
evaporação durante a própria queda, seja porque fica retida pela vegetação 
ou edificações. 
 
3.4. INFILTRAÇÃO 
 Definição do fenômeno no Ciclo Hidrológico: 
É o fenômeno da penetração da água nas camadas de solo próximas 
à superfície do terreno, movendo-se para baixo, através dos vazios, sob a 
ação da gravidade, mate atingir uma camada-suporte, que a retém, 
formando então a água no solo. 
 
 
 
 Fases da Infiltração: 
 
 Fase de intercâmbio: 
Nesta fase, a água está próxima à superfície do terreno, sujeita a 
retornar à atmosfera por uma aspiração capilar, provocada pela ação da 
evaporação ou absorvida pelas raízes das plantas e em seguida 
transpirada pelos vegetais. 
 
 Fase de descida: 
Existe o deslocamento vertical da água quando a ação do seu peso 
próprio supera a adesão e a capilaridade. Esse movimento acontece até a 
água atingir a camada-suporte de solo impermeável. 
 
 Fase de circulação: 
 
Na fase de circulação, devido ao acúmulo da água, são constituídos 
os lençóis subterrâneos, cujo movimento se deve também a ação da 
gravidade, obedecendo as leis de escoamento subterrâneo. 
 
 Grandezas Características do Solo: 
 Capacidade de infiltração: 
É a quantidade máxima de água que um solo, sob uma dada 
condição, pode absorver na unidade de tempo por unidade de área 
horizontal. 
 
 Distribuição granulométrica do solo: 
É a distribuição das partículas constituintes do solo em função das 
suas dimensões. Podem ser homogêneas, onde as partículas têm 
dimensões aproximadamente iguais, e heterogêneas, que tem partículas 
com características diversificadas. As homogêneas têm maior capacidade 
de infiltração que as heterogêneas. 
 
 Porosidade: 
É a relação entre o volume de vazios de um solo e o seu volume 
total, expressa geralmente em porcentagem. 
 
 Suprimento específico: 
É a quantidade máxima que pode ser obtida de um solo por 
drenagem natural sob ação exclusiva de gravidade. É expresso em 
porcentagem de volume de solo. 
 
 Retenção específica: 
É a quantidade de água que fica no solo por adesão e capilaridade, 
após a drenagem natural. É também expressa em porcentagem do volume 
do solo. A soma dos valores do suprimento e retenção específica dá como 
resultado a porosidade do solo. 
 
3.5. ESCOAMENTO SUPERFICIAL 
 Definição: 
É o segmento do ciclo hidrológico que estuda o deslocamento das águas 
na superfície da Terra. 
 Ocorrência: 
Parte das chuvas é interceptada pela vegetação e outros obstáculos, de 
onde se evapora posteriormente. Do volume que atinge a superfície do 
solo, parte é retida em depressões do terreno, parte se infiltra e o restante 
escoa pela superfície logo que a intensidade da precipitação supere a 
capacidade de infiltração no solo e nos espaços nas superfícies retentoras 
tenham sido preenchidos. 
 
 Movimento das Águas : 
 
a) Movimento das águas livres: 
As trajetórias descritas pela água no seu movimento são 
determinadas, principalmente, pelas linhas de maior declive de terreno e 
são influenciadas pelos obstáculos existentes. Nesta fase temos o 
movimento das águas livres. 
b) Formação de microrredes de drenagem: 
Ocorrem na medida em que as águas vão atingindo os pontos mais 
baixos do terreno e passam a escoar em canalículos, formando as 
microrredes de drenagem. 
c) Movimento das águas sujeitas: 
Sob a ação da erosão, vai aumentando a dimensão desses 
canalículos e o escoamento se processa, cada vez mais, por caminhos 
preferenciais. Formam-se torrentes, cuja duração está associada, 
praticamente à precipitação; a partir delas, formam-se os cursos d’água 
propriamente ditos. 
d) Formação da rede de drenagem: 
É o conjunto dos cursos d’água, desde pequenos córregos 
formadores até o rio principal. 
 
3.6. EVAPOTRANSPIRAÇÃO 
 
 Definição de Evaporação: 
É o conjunto de fenômenos da natureza física que transformam em 
vapor a água da superfície do solo, a dos cursos d’água, lagos reservatórios 
de acumulação e mares. 
 
 
 Definição de Transpiração: 
É a evaporação devida à ação fisiológica dos vegetais. As plantas, 
através de suas raízes, retiram do solo a água para suas atividades vitais. 
Parte dessa água é cedida à atmosfera, sob forma de vapor, na superfície 
das folhas. 
 
 Grandezas Características: 
 Perda por evapotranspiração: 
É a quantidade de água evaporada por unidadede área horizontal 
durante um certo intervalo de tempo. 
 
 Intensidade de evapotranspiração: 
É a velocidade com que se processam as perdas por evaporação. 
Pode ser expressa em mm/hora ou em mm/dia. 
 
3.7. ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO 
 
 Definição: 
É o movimento das águas no subsolo. 
 
 Distribuição Vertical da Água Subterrânea: 
 
 Zona Não-Saturada ou de Aeração: 
Situa-se entra a superfície do terreno e a zona de saturação. 
a) Zona capilar: 
Se estende da superfície da zona de saturação até o limite de 
ascensão capilar da água. A sua espessura depende principalmente da 
distribuição de tamanho dos poros e da homogeneidade do terreno. 
 
b) Zona intermediária: 
 Compreendida entre o limite de ascensão capilar da água e o limite 
de alcance das raízes das plantas. 
 
c) Zona de água do solo ou de evapotranspiração 
 Situada entre os extremos radiculares da vegetação e a superfície do 
terreno. A sua espessura pode variar de poucos centímetros (ausência de 
cobertura vegetal) até vários metros em regiões de vegetação abundante. 
 
 Forças que Retêm a Água no Solo 
 
a) Força de atração elétrica (zona de água no solo): 
Existe sob duas formas: água higroscópica, que forma porções 
isoladas adsorvidas pelas superfícies dos grãos sólidos e só pode ser 
recuperada em forma de vapor e água pelicular, que forma uma película ou 
filme sobre a superfície dos grãos sólidos e sobre a água higroscópica e 
que se desprende por centrifugação. 
 
b) Força capilar (zona Capilar): 
Explica-se pelo fato de que no contato de dois fluidos não miscíveis, 
como a água e o ar, existe uma diferença de pressão na interface que os 
separa, produzida pela tensão superficial. 
 
c) Força gravitacional (zona Intermediária): 
É a força aplicada pela gravidade e atua sob o peso próprio da água. 
 
 Zona Saturada 
 Definição de Aquífero: 
È a formação geológica que contem água e permite que quantidades 
significativas dessa água se movimentem no seu interior em condições 
naturais. 
 
 Tipos de Aquíferos 
 Aquífero Confinado 
 Aquífero Confinado não Drenante: 
É um aquífero cujas camadas limítrofes, superior e inferior, 
são impermeáveis. 
 
 Aquífero Confinado Drenante: 
É um aquífero no qual pelo menos uma das camadas 
limítrofes é semipermeável, permitindo a entrada e saída de 
topos pelo topo e/ou pela base. 
 
 Aquífero Livre 
É aquele cujo limite superior é a superfície do solo, onde todos 
os pontos se encontram sob pressão atmosférica. 
 
4. BALANÇO HÍDRICO 
 
 Como a quantidade total de água disponível na Terra é finita e indestrutível, 
podemos considerar o Ciclo Hidrológico como um sistema fechado. 
 
 Um Balanço Hídrico pode ser desenvolvido para explicar a relação entre os 
componentes hidrológicos. 
 
 
 
 
dt
dS
RP 
 
 
onde : 
 
P = precipitação (entrada) por unidade de tempo 
R = deflúvio (saída) por unidade de tempo 
 
 
 
 Em geral, para uma região, a equação básica do balanço hídrico pode ser 
escrita da seguinte forma: 
 
 
 
 
 
tempo de unidadepor sistema do dentro ntoarmazename no variaçãodtdS
SIRETRP 
Onde: 
P = precipitação 
ETR = evapotranspiração 
R = deflúvio 
I = Infiltração 
S = variação de armazenamento