Aula Teórica 02 - Propriedades da agua e ciclo hidrologico (1)

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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.
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Massa específica da água (r)
Massa por unidade de volume [kg.m-3].
68,1
98,3019549,01000  Tr
(Dingman, 2002)
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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. 
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Massa específica da água (r)
Importante no comportamento de lagos e reservatórios:
- O gelo bóia sobre a água fria;
- Os lagos congelam pela superfície.
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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.
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Peso específico da água (g)
Peso por unidade de volume [N.m-3].
• Aplicando-se a segunda lei de Newton:
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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O Ciclo Hidrológico
Conceito central da Hidrologia.
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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).
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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. 
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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. 
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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.
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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.
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O Ciclo Hidrológico
É um ciclo fechado, se considerado em escala global. Se considerado 
em escala regional, é um ciclo aberto.
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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. 
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Fases do ciclo hidrológico
- Evaporação;
- Transpiração;
- Condensação;
- Precipitação;
- Interceptação;
- Infiltração;
- Escoam. superficial;
- Escoam. sub-superficial;
- Percolação;
- Escoamento subterrâneo.
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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.
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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.
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Fases do ciclo hidrológico
Evapotranspiração (Evaporação + Transpiração)
Volume de água (em km³) movimentado na terra no período de um ano.
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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. 
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Fases do ciclo hidrológico
Precipitação:
A umidade atmosférica volta à superfície terrestre na forma de chuva,granizo, neve ou orvalho.
Variabilidade sazonal e espacial.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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Fases do ciclo hidrológico
Escoamento sub-superficial:
Escoamento 
logo abaixo da 
superfície.
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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.
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• Chuva, infiltração, 
escoamento superficial
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• Chuva, infiltração, 
escoamento superficial, 
escoamento subterrâneo
Camada saturada
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• Escoamento 
sub-superficial
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Camada saturada
• Depois da chuva: Escoamento sub-superficial e
escoamento subterrâneo
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• Estiagem: apenas escoamento subterrâneo
Camada saturada
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• Estiagem: apenas escoamento subterrâneo
Camada saturada
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• Estiagem: apenas escoamento subterrâneo
Camada saturada
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Camada saturada
• Estiagem: apenas escoamento subterrâneo
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• Estiagem muito longa = rio seco
Rios intermitentes
Camada saturada