Hidrologia Bacia Hidrografica pdf

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Hidrologia Aplicada
Eng. Julio César Sebastiani Kunzler
Msc. Eng. Civil e Ambiental.
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
Do ponto de vista da engenharia hidrológica o ciclo hidrológico é, geralmente,
analisado na fase terrestre, onde o elemento de análise é a bacia hidrográfica.
A bacia hidrográfica é a área de captação natural da água precipitada que irá
alimentar o fluxo do rio até seu exutório.
Uma bacia hidrográfica pode ser dividida em sub-bacias e cada uma das sub-
bacias pode ser considerada uma bacia hidrográfica.
Possui entradas (precipitação) e saídas (escoamento e evapotranspiração)
As características fundamentais de uma bacia que dependem do relevo e são:
Área; comprimento da drenagem principal e declividade.
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
• Delimitação de uma bacia hidrográfica
• Uma bacia hidrográfica é, normalmente, definida por um curso de água,
um ponto ou seção transversal desse curso de água, que pode ser
chamado de exutório, e por informações do relevo. Com as informações
de relevo, normalmente obtidas de um mapa topográfico, é possível
identificar os divisores de água.
• O divisor de águas é uma linha imaginária sobre o relevo que divide o 
escoamento das águas da chuva. A partir do divisor de águas o 
escoamento é divergente. Onde o relevo é apresentado na forma de 
curvas de nível o divisor de águas pode ser traçado imaginando a direção 
do escoamento da água sobre a superfície, indo dos pontos mais altos aos 
pontos mais baixos. O divisor de águas sempre intercepta as curvas de 
nível em um ângulo reto (ortogonal).
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
No processo de delimitação de uma bacia hidrográfica o divisar de águas
cruza o curso d'água apenas uma vez e, exatamente, em seu exutório.
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
Fonte: ANEEL
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
Fonte: WWF
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
Principais características:
As vertentes atuam, grosso modo, como produtoras de água, inicialmente
com a água que precipita sobre ela se infiltrando.
A capacidade de infiltração diminui gradualmente a medida que o solo torna-
se encharcado.
A água da chuva passa a gerar escoamento superficial, que corre, por
gravidade, a rede de drenagem e deste ao exutório da bacia.
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
Diversos fatores influenciam na forma como a água da chuva interage com a
bacia hidrográfica. Os fatores mais importantes são o clima, os solos, as
rochas do subsolo e a vegetação (Horton, 1932).
Outros fatores que influenciam o comportamento de uma bacia,
especialmente com relação ao movimento da água através da bacia, são os
fatores morfométricos .
As características morfométricas de uma bacia hidrográfica estão associadas
ao relevo, e incluem a área de drenagem, o comprimento do curso de água
principal, e a declividade.
Área da bacia hidrográfica: a característica mais importante de uma bacia
hidrográfica. A área é um dado fundamental para definir a potencialidade
hídrica de uma bacia, uma vez que a bacia é a região de captação da água da
chuva
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
• Amplitude altimétrica: é definida como a diferença entre o ponto mais
alto e o ponto mais baixo da bacia.
• Perfil longitudinal do rio principal: é obtido elaborando um gráfico da
altitude pela distância ao longo do curso de água principal da bacia.
• Comprimento da drenagem principal da bacia hidrográfica: é calculado
somando os comprimentos dos trechos de rios desde o ponto mais
distante do exutório onde é possível identificar o início da rede de
drenagem superficial (um pequeno canal, ainda que temporário) até o
exutório.
• Declividade da drenagem principal: é a diferença de cotas entre o ponto
mais distante e do exutório dividido pela distância entre os dois pontos.
• 𝑆 =
𝑍100−𝑍0
𝐿
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
• Forma da bacia
• o formato mais circular de uma bacia causaria uma natural concentração
temporal do escoamento superficial, já que o escoamento de um grande
número de afluentes tenderia a chegar mais ou menos ao mesmo tempo
ao exutório. Em bacias alongadas, pelo contrário, predominaria o
escoamento relativamente lento ao longo de um curso d'água principal,
mais longo do que todos os outros afluentes.
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
• Densidade de drenagem: é definida como a soma do comprimento de
todos os cursos d'água no interior da bacia, incluindo cursos efêmeros ou
intermitentes, dividida pela área da bacia
• 𝐷𝑑 =
 𝐿
𝐴
, com Dd sendo a densidade de drenagem, L o comprimento dos rios e A
a área da bacia.
• Ordem os cursos de água: Nas primeiras décadas do século XX, um
hidrólogo chamado Robert Horton propôs um critério para hierarquizar
cursos d'água (Horton, 1945). Esse critério foi, posteriormente, modificado
por Strahler (1957), e passou a ser conhecido como ordem do curso
d'água.
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
Tempo de Concentração da bacia (tc)
Tempo de viagem da gota de água da chuva que a atinge a região mais
remota da bacia até o exultório da bacia;
Tempo, a partir do início da precipitação, necessário para que toda a bacia
contribua com a seção de controle;
O tempo de concentração de uma bacia diminui com o aumento da
declividade de uma bacia;
Equação de Kirpich
𝑡𝑐 = 57
𝐿3
∆ℎ
0,385
, onte tc é o tempo de concentração, L é o comprimento do
rio principal e Dh é a diferença de altitude em metros ao longo do curso
d'água principal.
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• Equação do Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA (melhor resultado
para bacias rurais)
• 𝑡𝑐 = 11,46
𝐿0,76
𝑆0,19
, onde S é a declividade do rio principal
• Equação de Watt e Chow
• 𝑡𝑐 = 7,68
𝐿
𝑆0,5
0,79
• Equação de Carter (melhor resultado para bacias urbanas)
• 𝑡𝑐 = 5,96
𝐿0,6
𝑆0,3
• Equação de Dooge
• 𝑡𝑐 = 21,88
𝐴0,41
𝑆0,17
• Em todas as equações tc é dado em minutos, L em km, S é adimensional,
Dh em m e A em km²
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• Curva Hipsométrica
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• Representação digital de uma bacia hidrográfica
• Tradicionalmente, os estudos de hidrologia estiveram baseados em mapas
topográficos para a caracterização de bacias hidrográficas. A partir da
década de 1970, a popularização dos computadores permitiu que fossem
criadas formas de representar o relevo digitalmente, permitindo a
armazenagem e processamento de dados topográficos de uma forma
prática para análises hidrológicas.
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
• Balanço hídrico numa bacia: balanço entre entradas e saídas de água em
uma bacia hidrográfica é denominado balanço hídrico.
•
𝑑𝑉
𝑑𝑇
= 𝑃 − 𝐸𝑉𝑇 − 𝑄, ou, em um intervalo de tempo finito:
•
∆𝑉
∆𝑇
= 𝑃 − 𝐸𝑉𝑇 − 𝑄
• onde: DV é a variação do volume de água armazenado na bacia (m³); Dt é
o intervalo de tempo considerado (s): P é a precipitação (m³.s-1); Q é o
escoamento (m³.s-1); e EVT é a evapotranspiração (m³.s-1).
• Em intervalos de tempo longos, tipicamente de vários anos, a variação de
armazenamento pode ser desprezada na maior parte das bacias, e a
equação pode ser reescrita em unidades de mm.ano-1 o que é feito
dividindo os volumes pela área da bacia. A equação de balanço hídrico
para períodos longos (vários anos) é a equação:
• 𝑃 = 𝐸𝑉𝑇 + 𝑄, todos dados em mm.ano-1
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Percentual da chuva quese transforma em escoamento é chamado 
coeficiente de escoamento médio, ou de longo prazo, e é dado por: 𝐶 =
𝑄
𝑃
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Características de balanço hídrico das grandes regiões hidrográficas do Brasil
(valores em mm correspondem as lâminas médias precipitadas, escoadas e
evaporadas ao longo de um ano)
Bacia Hidrográfica e Balanço Hídrico
• Alterações produzidas pelo homem sobre o ecossistema pode alterar
parte do ciclo hidrológico quanto a quantidade e qualidade da água.
• A nível global: Emissões de gases para a atmosfera produz aumento no
efeito estufa, alterando as condições das emissões da radiação térmica,
poluição aérea, etc;
• A nível local: obras hidráulicas atua sobre o rios, lagos e oceanos;
desmatamento atua sobre o comportamento da bacia hidrográfica; a
urbanização também produz alterações localizadas nos processos do ciclo
hidrológico terrestre, contaminação das águas, etc.
• O impacto da emissão de gases pode alterar a variabilidade natural das
condições de precipitação, evapotranspiração, radiação solar, etc em
diferentes partes do globo;
• Existem a variabilidade natural e a modificação climática antrópica, a
primeira se refere aos condicionantes sem efeitos antrópicos e o segundo
devido aos efeitos antrópicos
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• Exercícios
– Qual seria a vazão de saída (m3/s) de uma bacia completamente
impermeável, com área de 60 km2, sob uma chuva constante à taxa de
precipitação de 10mm.hora-1?
– A região da bacia hidrográfica do rio Taquari recebe precipitações
médias anuais de 1600mm. Em Muçum (RS) há um local em que são
medidas as vazões deste rio e uma análise de uma série de dados
diários ao longo de 30 anos revela que a vazão média do rio é de
340m3.s-1. Considerando que a área da bacia neste local é de
15.000Km2, qual é a evapotranspiração média anual nesta bacia? Qual
é o coeficiente de escoamento de longo prazo?