Hidrologia Ciclo Hidrologico pdf

Prévia do material em texto

Hidrologia Aplicada
Eng. Julio César Sebastiani Kunzler
Msc. Eng. Civil e Ambiental.
Hidrologia aplicada
• A hidrologia é uma ciência que trata da água na Terra, sua
ocorrência, circulação, distribuição espacial, suas
propriedades físicas e químicas e sua relação com o ambiente.
(O que acontece com a água da chuva?)
• Hidráulica + física + estatística
• Utiliza as observações realizadas no passado para analisar a
sazonalidade de um evento. (Ex. precipitação)
• Processos hidrológicos numa bacia hidrográfica são causados
por eventos meteorológicos.
• Dificuldade de prever (médio e logo prazo) eventos
meteorológicos
Hidrologia aplicada
• HISTÓRIA DO CICLO HIDROLÓGICO
• A hidrologia, começou como ciência tratando do ciclo
hidrológico desde tempos remotos, com muitas especulações
a respeito da circulação da água na Terra, incluindo o poeta
Homer (1000 a.c.) os filósofos Thales, Platão e Aristóteles
(Grécia antiga) Lucrécio, Sêneca e Plinio (Roma antiga).
• Apesar de muitas teorias não terem base cientifica nenhuma,
Anaxagoras (~450 a.c.) propôs uma versão primitiva do ciclo
hidrológico. Teofrastus (~300 a.c.), descreveu corretamente o
ciclo hidrológico na atmosfera, fornecendo explicação para
formação das chuvas devido a condensação e resfriamento do
umidade.
Hidrologia aplicada
• Marcus Vitruvius extendeu a teoria de Teofrastus, afirmando
que as águas subterrâneas derivavam da chuva e da neve,
através da infiltração destas.
• Paralelamente, na Ásia, uma versão dinâmica do ciclo
hidrológico parece ter surgido na China (900 a.c.), na Índia
(400 a.c.) e na Pérsia (século X). Estas ideias tiveram impacto
muito pequeno no ocidente.
Hidrologia aplicada
• Durante o renascimento há uma mudança na visão do ciclo
hidrológico, passando da filosofia para o campo
observacional.
• Leonardo da Vinci mediu a velocidade de rios. Bernard Palissy
demonstrou que os rios e nascentes se originavam da chuva.
Pierre Perrault mediu o escoamento superficial e demonstrou
que era apenas uma parcela da precipitação.
• No século XVIII surgiu a equação de Bernoulli e de Chezy
assim como melhores instrumentos de medição (como um
pluviômetro que é utilizado até hoje).
Hidrologia aplicada
• Dalton (1802) estabeleceu o princípio da evaporação. A
equação de Hagen-Poiseuille (1839) descreveu o fluxo capilar;
e o método racional, para determinação de vazão de pico de
enchente, foi proposto por Mulvaney (1850); Darcy
estabeleceu sua lei para o fluxo em meios porosos (1856); Ripl
(1883) apresentou seu diagrama para determinação dos
volumes requeridos para armazenamento e Manning (1891)
propôs uma fórmula para escoamento em canais abertos.
• No século XIX podemos destacar o modelo de Green e Ampt
(1911) de infiltração, equação de Richards (1931) para meios
não saturados, a teoria do hidrograma unitário (Sherman,
1932), teoria da infiltração de Horton (1933) e a lei estatística
para valores hidrológicos extremos (Gumbel, 1945).
Hidrologia aplicada
PRINCIPAIS USOS DA ÁGUA
• Tipos de Uso: Consuntivo (altera a quantidade de água) e Não
Consuntivo (não altera a quantidade de água)
• Abastecimento Humano: Consumo de 200 l/hab/dia com retorno de
80% na forma de esgoto;
• Abastecimento Industrial: Uso no produto e no processo fabril
(refrigeração, por exemplo);
• Geração de Energia: utiliza a vazão de um rio para a geração de
energia hidrelétrica ou para resfriamento de equipamentos e geração de
vapor;
Hidrologia aplicada
• Irrigação: Uso com maior volume utilizado (o consumo depende de
vários fatores como tipo de irrigação, cultura, solos, etc.);
• Navegação: Depende de características do corpo d’água com calado;
• Assimilação e transporte de Poluentes: Lançamento de efluentes
domésticos e industriais, mesmo que tratados;
• Recreação: Geralmente depende da qualidade da água e ocorre no
próprio corpo d’água;
• Preservação de Ecossistemas: depende tanto de qualidade como de
uma quantidade mínima.
Hidrologia aplicada
• Conflitos em Recursos Hídricos
• A origem da palavra rival vem do latim rivale, que designava
duas pessoas que usavam água do mesmo rio;
• Exemplos das papeleras uruguaias, do rio Jordão, de aquíferos
e da usina de Belo Monte.
Hidrologia aplicada
PROPRIEDADES DA ÁGUA E O CICLO HIDROLÓGICO
• Propriedades Físicas e Químicas da Água
• Massa Específica
• 𝜌 = 1000 − 0,019549 𝑇 − 3,98 1,688
• Peso Específico da Água
• 𝛾 = 𝜌𝑔
• Calor específico da Água
• Quantidade de energia que uma determinada massa de água requer para 
aumentar a temperatura em determinado valor
• 𝐶𝑝 = 4216𝐽. 𝑘𝑔−1. 𝐾−1
Hidrologia aplicada
• Calor Latente de Fusão
• É a quantidade de energia liberada pela água 
congelada à temperatura de 0 °C durante o processo 
de fusão. Cerca de 334 kJ/kg
• Calor Latente de Vaporização
• É a quantidade de energia absorvida pela água na 
passagem da água do estado líquido, à 100 °C, para o 
estado de vapor.
• 𝜆 = 2,501 − 0,002361. 𝑇, sendo l o calor latente de 
vaporização (em MJ) e T (°C)
Hidrologia aplicada
• A Hidrosfera
• Termo utilizado para denominar toda a água da do planeta, cerca de 
1,4.1015 m³.
• Distribuição
• Tabela 1
Volume (10³
km³)
Percentual da água da Terra 
(%)
Percentual da água doce 
da Terra (%)
Oceanos/água 
salgada
1.338.000 97 -
Gelo permanente 24.064 1,7 69
Água subterrânea 
(doce)
10.530 0,76 30
Lagos (água doce) 91 0,007 0,26
Umidade do solo 16,5 0,001 0,05
Água atmosférica 12,9 0,001 0,04
Banhados 11,5 0,0008 0,03
Rios 2,12 0,0002 0,006
Biota 1,12 0,0001 0,003
Hidrologia aplicada
Processo Oceanos Continentes
Precipitação 458.000 119.000
Evaporação 505.00 72.000
Fluxo dos continentes para os oceanos 
(rios)
44.700
Fluxo dos continentes para os oceanos
por via subterrânea
2.200
Tabela 2: Valores em km³.ano-1
Hidrologia aplicada
• Energia do sol que atua sobre o sistema terrestre: 36% de toda
a energia que chega a terra é utilizada para a evaporação da
água presente na terra e nos oceanos;
• A água evaporada para a atmosfera fica em média dez dias na
atmosfera (tempo de residência);
• O fluxo sobre a superfície terrestre é positivo, ou seja a
precipitação é maior que a evapotranspiração, resultando nas
vazões dos rios (assim retornando ao oceano);
• Nos oceanos o fluxo é negativo, já que ocorre maior
evaporação sobre superfícies líquidas do que precipitação.
Hidrologia aplicada
Fonte: USGS.
Hidrologia aplicada
• Ocorre tanto no meio terrestre, como no atmosférico:
– Superfície terrestre → Atmosfera: ocorre na forma de vapor 
fundamentalmente como decorrência da evaporação e transpiração.
– Atmosfera → superfície terrestre: essa transferência ocorre em 
qualquer estado físico, sendo as mais importantes a chuva
(precipitações líquidas) e a neve.
CiHidrologia aplicadaclo
Hidrológico
Hidrologia aplicada
• 1- Mostre que o calor latente de vaporização da água à temperatura de
100 °C corresponde a mais de 5 vezes a energia necessária para aquecer a
água de 0 a 100 °C.
• 2- Calcule o aumento da temperatura médio da água em uma piscina com
100 m² de área e 2 m de profundidade devido à absorção de radiação de 7
MJ.dia-1.m-2. Considere que a temperatura inicial é de 20 °C, e que não
existem perdas de calor na água da piscina.
• 3- Qual é o tempo de residência da água na atmosfera, considerando os
volumes dados na tabela 1 e os fluxos médios dados na tabela 2.