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IAD137 - Hidrologia Aplicada Aula 2 Propriedades da água e o ciclo hidrológico Barreiras, 18 de março de 2015. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico A água é a única substância na Terra naturalmente presente nas formas líquida, sólida e gasosa. O fato de a água existir naturalmente nas três fases torna a Terra um planeta único. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Massa específica da água (r) Massa por unidade de volume [kg.m-3]. 68,1 98,3019549,01000 Tr (Dingman, 2002) Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Massa específica da água (r) A variação do valor da massa específica da água com a temperatura é bastante incomum, e tem um importante papel no meio ambiente. A água líquida a 0°C é mais densa que o gelo. Quando a água líquida a 0°C é aquecida, sua massa específica inicialmente aumenta até a temperatura de 3,98 °C, quando atinge 1000 kg.m-3. A partir desta temperatura, a massa específica da água diminui com o aumento da temperatura, como acontece com a maior parte das substâncias. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Massa específica da água (r) Importante no comportamento de lagos e reservatórios: - O gelo bóia sobre a água fria; - Os lagos congelam pela superfície. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Massa específica da água (r) A presença de substâncias dissolvidas ou em suspensão na água pode alterar a sua massa específica: - A água salgada é mais densa do que a água doce; - A água com alta concentração de sedimentos de alguns rios pode ter densidade significativamente diferente da água limpa à mesma temperatura. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Peso específico da água (g) Peso por unidade de volume [N.m-3]. • Aplicando-se a segunda lei de Newton: Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Calor específico da água (cP) Quantidade de energia absorvida ou liberada por determinada massa de água para que sua temperatura aumente ou diminua de um determinado valor [J.kg-1.K-1]. É necessário fornecer 4216 Joules (1.006,97 cal) de energia para cada Kg de água ter sua temperatura aumentada em 1 grau Kelvin. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Calor específico da água (cP) Inércia térmica: a temperatura da água varia de forma lenta. O sol aquece as superfícies de terra e de água do planeta com a mesma energia, entretanto as variações de temperatura são muito menores na água. Em função deste aquecimento diferenciado e do papel regularizador dos oceanos, o clima da Terra tem as características que conhecemos. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Calor específico da água (cP) Inércia térmica: a temperatura da água varia de forma lenta. O sol aquece as superfícies de terra e de água do planeta com a mesma energia, entretanto as variações de temperatura são muito menores na água. Em função deste aquecimento diferenciado e do papel regularizador dos oceanos, o clima da Terra tem as características que conhecemos. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Calor latente de fusão (Lf) Quantidade de energia recebida pela água congelada a 0°C durante o processo de fusão. O valor do calor latente de fusão da água é de, aproximadamente, 334 kJ.kg-1. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Calor latente de vaporização (Lv) Quantidade de energia recebida pela água na passagem da fase líquida para a fase gasosa (vapor). A 100°C, o calor latente de vaporização da água é de 2.261 kJ.kg-1. A grande capacidade de armazenar calor da água na forma de vapor tem um papel importante no transporte de energia na atmosfera, das regiões tropicais para as regiões mais próximas dos polos. A liberação de energia que ocorre durante a condensação tem um papel fundamental na formação das nuvens e no processo de formação das chuvas. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico O Ciclo Hidrológico Conceito central da Hidrologia. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico O Ciclo Hidrológico Fenômeno global de circulação fechada da água entre a superfície terrestre e a atmosfera, impulsionado pela energia solar associada à gravidade e à rotação terrestre (TUCCI, 1993). Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico O Ciclo Hidrológico A energia do sol promove o aquecimento do ar, do solo e da água superficial, o que resulta na evaporação da água e no movimento das massas de ar. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico O Ciclo Hidrológico O vapor é transportado pelo ar e pode condensar formando nuvens. Em circunstâncias específicas o vapor condensado nas nuvens pode voltar à superfície da Terra na forma de precipitação. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico O Ciclo Hidrológico A evaporação dos oceanos é a maior fonte de vapor para a atmosfera e para a posterior precipitação, mas a evaporação de água dos solos, dos rios e lagos e a transpiração da vegetação também contribuem. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico O Ciclo Hidrológico A precipitação que atinge a superfície pode infiltrar no solo ou escoar sobre o solo até atingir um curso d’água. A água que infiltra umedece o solo, abastece os aqüíferos e cria o fluxo subterrâneo. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico O Ciclo Hidrológico É um ciclo fechado, se considerado em escala global. Se considerado em escala regional, é um ciclo aberto. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico O Ciclo Hidrológico Em escala regional, podem ocorrer subciclos: a água precipitada que está escoando em um rio pode evaporar, condensar e novamente precipitar antes de retornar ao oceano. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Fases do ciclo hidrológico - Evaporação; - Transpiração; - Condensação; - Precipitação; - Interceptação; - Infiltração; - Escoam. superficial; - Escoam. sub-superficial; - Percolação; - Escoamento subterrâneo. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Fases do ciclo hidrológico Evaporação: A água evapora dos oceanos, rios, lagos e superfícies da terra e vai para a atmosfera. A evaporação é afetada pela temperatura, umidade do ar, radiação solar, vento e pelas características da vegetação e uso do solo. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Fases do ciclo hidrológico Transpiração: Parte da água disponível no solo é absorvida pelas plantas, que a liberam na forma de vapor d’água pelo processo de transpiração. A transpiração é afetada pelas características da vegetação e pela temperatura, umidade do ar, radiação solar, vento e uso do solo. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Fases do ciclo hidrológico Evapotranspiração (Evaporação + Transpiração) Volume de água (em km³) movimentado na terra no período de um ano. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Fases do ciclo hidrológico Condensação: Com o movimento ascendente da massa de ar úmido, a temperatura do ar vai diminuindo até que o vapor do ar começa a condensar. Quando o vapor se condensa, pequenas gotas começam a se formar, dando origem às nuvens. Em certas condições, as gotas crescem, atingindo tamanho e peso suficiente para vencer as correntes de ar que as sustentam. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Fases do ciclo hidrológico Precipitação: A umidade atmosférica volta à superfície terrestre na forma de chuva,granizo, neve ou orvalho. Variabilidade sazonal e espacial. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Fases do ciclo hidrológico Interceptação: Retenção de parte da precipitação acima da superfície do solo. Depende do tipo de cobertura do solo (áreas vegetadas, urbanizadas, etc.). As perdas por interceptação vegetal podem chegar a 25% do total precipitado. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Fases do ciclo hidrológico Infiltração: A água que infiltra no solo atinge primeiramente a região das raízes. O solo pode armazenar uma quantidade limitada de água (capacidade de campo). Depende das características do solo (textura, estrutura e manejo). Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Fases do ciclo hidrológico Percolação: Se mais água infiltrar no solo quando este já tiver atingido a capacidade de campo, a água percolará para uma zona mais profunda (zona de escoamento subterrâneo. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Fases do ciclo hidrológico Escoamento superficial: Nem toda a água que chega ao solo infiltra devido à capacidade limitada do solo em absorvê-la. A parcela que não infiltra no solo escoa superficialmente até atingir um manancial. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Fases do ciclo hidrológico Escoamento superficial: Quando a vegetação de uma área é removida, a água flui sobre o solo mais rapidamente, reduzindo o volume que infiltra. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Fases do ciclo hidrológico Escoamento sub-superficial: Escoamento logo abaixo da superfície. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Fases do ciclo hidrológico Escoamento subterrâneo: Quando o solo está saturado, a água percola até os lençóis d’água subterrâneos. O lençol freático abastece nascentes e cursos d’água. Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico • Chuva, infiltração, escoamento superficial Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico • Chuva, infiltração, escoamento superficial, escoamento subterrâneo Camada saturada Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico • Escoamento sub-superficial Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Camada saturada • Depois da chuva: Escoamento sub-superficial e escoamento subterrâneo Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico • Estiagem: apenas escoamento subterrâneo Camada saturada Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico • Estiagem: apenas escoamento subterrâneo Camada saturada Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico • Estiagem: apenas escoamento subterrâneo Camada saturada Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico Camada saturada • Estiagem: apenas escoamento subterrâneo Aula 2 - Propriedades da água e o ciclo hidrológico • Estiagem muito longa = rio seco Rios intermitentes Camada saturada
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