Hidrologia Ambiental - POLI-USP - Eng. Ambiental - 03 Bacias Hidrográficas

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1 
PHA3308 - Hidrologia Ambiental 
 
Bacias Hidrográficas 
Mario Thadeu Leme de Barros 
Renato Carlos Zambon 
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 
Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental 
exercício da 
aula anterior: 
balanço 
hídrico 
2 
Pmédia = 1303 mm 
Qmédia = 580 mm 
=> 
Emédia = 723 mm 
 
Qmédia = 
45% da Pmédia 
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
1931 1933 1935 1937 1939 1941 1943 1945
Ano
P (mm)
Q (mm)
Q, P e E médios 
variam muito entre 
diferentes bacias... 
Ano P (mm) Q (m³/s) QL (mm) P/Pmed Q/Qmed SP (mm) SQL (mm)
1931 1626 15,1 756 1,25 1,30 1626 756
1932 1648 12,5 626 1,27 1,08 3274 1382
1933 970 7,7 385 0,74 0,66 4244 1767
1934 1424 13,1 656 1,09 1,13 5668 2423
1935 1717 13,3 666 1,32 1,15 7385 3089
1936 1267 10,7 536 0,97 0,92 8652 3624
1937 1406 14,8 741 1,08 1,28 10058 4365
1938 1398 12,9 646 1,07 1,11 11456 5011
1939 1137 8,8 441 0,87 0,76 12593 5451
1940 1243 11,3 566 0,95 0,98 13836 6017
1941 1186 9,1 456 0,91 0,79 15022 6472
1942 1115 13,1 656 0,86 1,13 16137 7128
1943 1031 9,4 471 0,79 0,81 17168 7599
1944 1077 10,4 521 0,83 0,90 18245 8119
1945 1294 11,6 581 0,99 1,00 19539 8700
exercício da aula anterior: balanço hídrico 
3 
y = 0.367x + 101.9
R² = 0.582
200
300
400
500
600
700
800
800 1200 1600 2000
Q
 (
m
m
)
P (mm)
y = 0.447x - 121.6
R² = 0.999
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
0 5000 10000 15000 20000
S
Q
 (
m
m
)
SP (mm)
P EQ S   
0 
P Q E S
P Q E
n n n n


     
   
EP SQ     
0 
Vamos ver na aula de hoje: 
 
O que é uma bacia hidrográfica. 
Como delimitar sua área. 
Quais as suas principais 
características. 
4 
5 
Uma bacia hidrográfica 
é uma determinada área 
de terreno que drena 
água, partículas de solo 
e material dissolvido 
para um ponto de saída 
comum, situado ao 
longo de um rio, riacho 
ou ribeirão (Dunne e 
Leopold, 1978). 
... dentro de uma bacia hidrográfica, podem existir 
inúmeras sub-bacias. 
6 
cumeada, 
espigão, 
crista.... 
talvegue 
secundário 
talvegue 
principal 
Exutório da 
Bacia 
7 
Delimitação de Bacias: O Divisor de Águas 
 Informações de topografia: 
• Identificar para onde escoa a água sobre o relevo 
usando como base as curvas de nível 
– a água escoa na direção da maior declividade, o 
escoamento é ortogonal às curvas de nível 
• Diferenciar as áreas que contribuem para um ponto no 
curso d’água (seção transversal de referência ou 
exutório) => divisor (cumeada, espigão, crista) 
– o divisor não corta a drenagem exceto no exutório e passa 
pelas regiões mais elevadas da bacia, mas podem existir 
pontos internos mais altos. 
8 
 Rede de drenagem, cursos d’água ou talvegues: 
perenes, intermitentes ou efêmeros 
9 
10 
Divisor Topográfico / Superficial 
x Divisor Geológico / Freático / Subterrâneo 
=> possibilidade de escoamento subterrâneo 
com origem em bacias vizinhas... 
 
Pequenas Bacias ou Lençol Freático Alto 
 
Erros 
Delimitação de Bacias 
11 
Delimitação de Bacias 
12 
Delimitação de Bacias 
Utilizando plantas planialtimétricas 
13 
Delimitação 
de Bacias 
Utilizando imagens 
de satélite 
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
col
r
o
w
740 760 780 800 820
jen1_ele
14 
Exemplo em 3-D e em planta de um DEM (digital elevation 
model) simples, composto por 12 linhas e 12 colunas 
0
2
4
6
8
10
row
0
2
4
6
8
10col
725
750
775
800
825
jen1_ele
740 760 780 800 820
jen1_ele
Fonte : Comet2000 
Delimitação de Bacias 
Utilizando modelo digital de terreno (DEM) 
15 
c. Definir as 
sub-bacias. 
a. Definir os rios 
b. Definir os 
trechos dos rios 
Os passos seguintes para definir a bacia são: 
Delimitação de Bacias 
Utilizando modelo digital de terreno (DEM) 
16 
A bacia hidrográfica é adotada como o espaço da 
Gestão dos Recursos Hídricos (superficiais e 
subterrâneos) no Brasil: Bacias Federais e Estaduais 
17 
Características Físicas 
 Importância: 
• Comparação entre bacias hidrográficas 
• Transferência de dados entre bacias vizinhas 
• Projeção do comportamento da bacia no futuro 
• Fórmulas empíricas (regionalização) 
18 
Algumas Características Físicas 
• Área da Bacia 
• Forma da Bacia 
• Uso e tipo de solo 
• Declividade dos terrenos 
• Declividade dos cursos d’água 
• Ordem dos cursos d’água 
• Densidade de drenagem 
19 
Área da Bacia 
• medida por planímetro (mecanicamente) 
• calculada pelas coordenadas do polígono, 
(equação de Gauss) 
• aproximação por composição de figuras 
geométricas 
• calculada a partir de imagens digitalizadas em 
softwares como AutoCAD, ArcVIEW, Spring, 
Idrisi, Grass, Erdas, etc 
20 
21 
xn-1*ynxn*yn-1Coord yCoord xPonto
5.86.60
40.2637.76.16.51
3937.2166.12
37.2135.46.15.93
35.429.8964.94
28.42275.84.55
26.124.365.84.26
23.9423.785.74.17
23.3721.665.73.88
22.4219.955.93.59
19.9518.295.73.110
17.3615.395.62.711
11.615.044.30.912
3.513.443.90.813
2.961.953.70.514
1.51.4830.415
0.962.72.40.916
2.071.922.30.817
1.521.841.90.818
1.282.091.61.119
1.321.921.21.220
1.321.681.11.421
1.121.650.81.522
1.051.360.71.723
1.021.260.61.824
1.261.380.72.325
0.461.750.22.526
1.50.640.63.227
3.841.861.23.128
7.754.22.53.529
8.0510.252.34.130
9.0211.042.24.831
9.6112532
9111.85.533
9.910.261.85.734
12.5410.442.25.835
17.412.9835.936
21.2417.13.65.737
24.5120.524.35.738
27.3625.84.8639
3030.2456.340
34.65325.56.441
37.1236.35.86.642
609.87567.72Soma =
21.075Área = 
0 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
0 1 2 3 4 5 6 7 
0
1234
5678
9
1011
12
13
14
15
1617
18
19
2021
222324 25
26
27
28
29
30 31
32
3334
35
36
37
38
39
40
41
42
)n"" ponto"0" (ponto 
2
1
1
1
1
1







 




n
i
ii
n
i
ii YXYXA
22 
23 
Área da Bacia 
Influência nas vazões 
 Vazão específica: vazão de contribuição por 
unidade de área (L/(s.km²)) 
• Mínimas: bacias maiores tem vazões específicas 
mínimas normalmente maiores por efeito da 
complementariedade hidrológica de sub-bacias 
• Médias: pouco efeito sobre as vazões específicas 
• Máximas: em bacias maiores as vazões 
específicas máximas são normalmente 
atenuadas e os tempos de base maiores 
24 
Forma da Bacia 
 Índices Empíricos : 
• Fator de Compacidade (ou índice de 
Gravelius): relação entre o perímetro da bacia e 
o perímetro de um círculo de mesma área 
 
 
 
 Kc>1, quanto mais irregular a bacia, maior o Kc 
e menor a tendência de produção de enchentes 
rápidas, com vazões de picos elevados 
A
P
A
P
r
P
Kc 28,0
2
2




25 
Forma da Bacia 
 Índices Empíricos : 
• Fator de Forma: Largura Média / Comprimento 
Axial 
 
 
 Quanto mais alongada a bacia, menor o Kf e 
menor a tendência de produção de enchentes 
rápidas com vazão de pico elevada 
2
/
L
A
L
LA
L
L
Kf 
26 
27 
28 
Uso do Solo 
 Influência na infiltração e velocidade do escoamento 
• Áreas de florestas: maior interceptação, folhas e galhos 
retardam o escoamento, raízes profundas e maior 
consumo de água das plantas 
• Agricultura: redução da quantidade de matéria 
orgânica no solo,porosidade diminui, infiltração 
diminui, raízes mais superficiais e menor consumo de 
água das plantas 
• Áreas urbanas: impermeabilização, pouca infiltração e 
grande velocidade do escoamento => grandes picos de 
cheias 
29 
Tipo do Solo 
 
• Solo arenoso, menor escoamento superficial 
• Solo argiloso, maior escoamento superficial 
 
• Solo raso, maior escoamento superficial 
• Solo profundo, menor escoamento superficial 
30 
Forma da rede de Drenagem 
31 
Exemplo: 
principais 
bacias e 
sub-bacias 
do SIN 
32 
Tocantins 
(Tucuruí) 
33 
São Francisco 
(Xingó) 
34 
Paraná 
(Itaipu) 
35 
Exemplo: Itajaí 
36 
37 
Exemplo: Cabuçu de Baixo 
38 
39 
40 
41 
42 
 
 
 
 
 
 
Declividade do Terreno 
43 
H 
L 
 H 
Declividade dos Rios L
H
S

1
Elevação total / comprimento 
44 
H 
L 
 H 
A 
Declividade dos Rios 
22
2
L
A
S 
Considerando a área... 
45 
H 
L 
 H 
2
3 )(



i
i
i
S
L
L
S
Li 
Si 
Declividade dos Rios 
“Declividade equivalente constante” 
46 
Densidade de Drenagem 
 Topografia: 
• Plana = Rios longos e escassos 
• Acidentada = Rios pequenos e numerosos 
 
 Influência no escoamento, maior densidade = 
• Menor tempo de concentração 
• Maior vazão de pico de cheia 
47 
Densidade de Drenagem 
 Índices: 
 
• Densidade de cursos d’água = nº de 
cursos d’água por unidade de área 
 
• Densidade de drenagem = comprimento 
total de cursos d’água por unidade de 
área 
48 
1 
1 1 
1 
1 
1 
1 
3 
2 
2 
2 
2 
3 
Densidade de Drenagem 
Ordem dos Cursos D’Água 
49 
50 
Planta do IBGE 
Escala 1: 50000 
(e outras fontes...) 
como fazer... 
51 
Destaque da Rede 
de Drenagem 
52 
Localização de Pontos 
Altos e Cotados 
53 
Junção dos pontos altos 
e identificação do divisor 
54 
Destaque do rio principal e 
pontos de cruzamento das 
curvas de nível (20m) com 
o curso d’água 
55 
860 
960 
1060 
1160 
1260 
C
o
ta
 (
m
)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 
Distância ( km)
Perfil Longitudinal
Ribeirão Santo Antônio - ( Caconde )
56 
D2IntegralD1Cota (m)D (km)D' (cm)D (cm)
86008608608160
86022508608807.77515.550.45
86082508609007.57515.150.85
860557508609206.62513.252.75
860662508609406.47512.953.05
8601022508609606.07512.153.85
8601160008609805.9511.94.1
86014200086010005.7511.54.5
86024325086010205.07510.155.85
86050250086010403.557.18.9
86058800086010603.16.29.8
86069300086010802.65.210.8
86079650086011002.154.311.7
86085275086011201.9253.8512.15
86093375086011401.6253.2512.75
86099900086011601.42.813.2
860111525086011801.0252.0513.95
860123900086012000.651.314.7
860126525086012200.5751.1514.85
860129300086012400.5115
860133200086012600.40.815.2
860141400086012800.20.415.6
860150000086013000016
( m/km)55.0000i1=
( m/km)46.8750i2=
Tabela para cálculo das declividades 
57 
860 
960 
1060 
1160 
1260 
C
o
ta
 (
m
)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 
Distância ( km)
Perfil Longitudinal
Ribeirão Santo Antônio - ( Caconde )
S 1= 55 m/km
S 2= 47 m/km
58 
próxima aula: 
prática 
Características Físicas 
de uma Bacia