Hidrologia Moacir Ferreira Aula1

Prévia do material em texto

HIDROLOGIA
Do Original do Prof. VINICIOS BARROS, com alterações
Professor Moacir Porto Ferreira
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
Onde eu aplico a Hidrologia na Engenharia Civil
• Construção de sistemas de drenagem, irrigação agrícola e de 
dragagens.
• Comportamento em sistemas de drenagens urbanas
• Calculo e dimensionamento de obras de arte corrente (sarjetas e 
bueiros) e especiais (pontes)
• Avaliação da capacidade dos mananciais de atender a demanda de 
adução (vide Cantareira...)
• Dimensionamento de lagos das barragens hidrelétricas
• Avaliação da capacidade do modal hidroviário (cheias e vazantes dos 
rios).
• Avaliação dos perfis de estradas (cortes e aterros)
• Entre outros.
INTRODUÇÃO
Definição
É a ciência que trata da água na Terra, sua ocorrência, circulação e 
distribuição, suas propriedades físicas e químicas e sua relação com o 
meio ambiente, incluindo sua relação com a vida.
� Hidrologia Científica: Arcabouço da hidrologia
� Hidrologia Aplicada: Está voltada para os diferentes problemas que 
envolvem a utilização dos recursos hídricos, preservação do meio 
ambiente e ocupação da bacia hidrográfica.
INTRODUÇÃO
Hidrologia Científica
• Hidrometeorologia: é a parte da hidrologia que trata da água na atmosfera.
• Geomorfologia: trata da análise quantitativa das características do relevo de bacias 
hidrográficas e sua associação com o escoamento.
• Escoamento Superficial: trata do escoamento sobre a superfície da bacia.
• Interceptação Vegetal: avalia a interceptação pela cobertura vegetal da bacia hidrográfica.
• Infiltração e Escoamento em Meio Não-Saturado: observação e previsão da infiltração e 
escoamento da água no solo.
• Escoamento em Rios, Canais e Reservatórios: observação da vazão dos canais e cursos de 
água, e do nível dos reservatórios.
• Evaporação e Evapotranspiração: perda de água pelas superfícies livres de rios, lagos e 
reservatórios, e da evapotranspiração das culturas.
• Produção e Transporte de Sedimentos: quantificação da erosão do solo.
• Qualidade da Água e Meio Ambiente: trata da quantificação de parâmetros físicos, químicos 
e biológicos da água e sua interação com os seus usos na avaliação do meio ambiente 
aquático.
INTRODUÇÃO
Hidrologia Aplicada
• Planejamento e Gerenciamento da Bacia Hidrográfica: planejamento e controle do uso dos 
recursos naturais.
• Abastecimento de Água: limitação nas regiões áridas e semi-áridas do país.
• Drenagem Urbana: cerca de 75% da população vive em área urbana. Enchentes, produção de sedimentos e 
problemas de qualidade da água.
• Aproveitamento Hidrelétrico: a energia hidrelétrica constitui 92% de toda energia produzida no país. 
Depende da disponibilidade de água, da sua regularização por obras hidráulicas e o impacto das mesmas 
sobre o meio ambiente.
• Uso do Solo Rural: produção de sedimentos e nutrientes, resultando em perda do solo fértil e assoreamento 
dos rios.
• Controle de Erosão: medidas de combate a erosão do solo.
• Controle da Poluição e Qualidade da Água: tratamento dos despejos domésticos e industriais e de cargas de 
pesticidas de uso agrícola.
• Irrigação: a produção agrícola em algumas áreas depende essencialmente da disponibilidade de água.
• Navegação.
• Recreação e Preservação do Meio Ambiente.
• Preservação dos Ecossistemas Aquáticos.
INTRODUÇÃO
Estudo Hidrológico
� Baseiam-se em elementos observados e medidos no campo.
� Estabelecimento de postos pluviométricos ou fluviométricos e sua manutenção 
ininterrupta são condições necessárias ao estudo hidrológico.
� Projetos de obras futuras são elaboradas com base em elementos do passado.
Importância da Água
INTRODUÇÃO
Importância da Água
� Fator limitante para o desenvolvimento de países. Exemplo: Israel, Territórios 
Palestinos, Jordânia, Líbia, Malta e Tunísia. www.waterfootprint.org.
� Problema que afeta países desenvolvidos e em desenvolvimento. Exemplo: 
Arábia Saudita, Iraque, Kuwait, Egito, Argélia, Cingapura, Hungria, Bélgica, 
França, Espanha, México e EUA.
�ONU prevê que metade da população não terá acesso à água limpa a partir de 
2025. Hoje já afeta 20% da população mundial (aproximadamente 1 bilhão de 
pessoas).
INTRODUÇÃO
Importância da Água
� América do Sul conta com abundantes recursos hídricos. No entanto, o baixo 
rendimento de utilização, gerenciamento, contaminação e degradação ambiental, 
ocasionam graves problemas de água. Exemplo: Argentina, Peru e Chile 
enfrentam sérios problemas de disponibilidade e contaminação da água por 
efluentes agro-industriais.
� Alerta de organismos internacionais indicam que nos próximos 25 anos, 
aproximadamente 3 bilhões de pessoas poderão viver em regiões com extrema 
falta de água, inclusive para o consumo.
INTRODUÇÃO
Importância da Água
� 12% da água doce está no Brasil (país mais rico desse recurso).
� E o Brasil? Como estamos?
�36% das moradias (aproximadamente 20 milhões de residências), não tem acesso 
à água.
� Enquanto em outros países existem bancos de dados do potencial hídrico 
subterrâneo, aqui o tema é tratado com meros palpites e avaliações grosseiras.
Saímos do 1º lugar para a 
23ª posição quando 
contrastamos a distribuição 
espacial das reservas com a 
distribuição espacial da 
população
INTRODUÇÃO
Lei 9433/97 – Lei das Águas
� Instituiu a Política Nacional de Recursos Hídricos – PNRH.
�Criou o Sistema Nacional de Gerenciamento dos Recursos Hídricos – 
SNGRH.
�Instituiu que a “COLABORAÇÃO” é fundamental para o futuro da disponibilidade 
hídrica.
�Com isso cria um sistema de gestão dotado de:
❑Descentralização;
❑Participação;
❑Integração;
❑Coordenação;
❑Financiamento Compartilhado. 
INTRODUÇÃO
Lei 9433/97 – Lei das Águas
❑Descentralização e Participação:
A gestão dos recursos hídricos deixa de ser responsabilidade de um pequeno 
conjunto de órgãos públicos e passa a ser atribuída à União, aos Estados, 
aos Municípios, aos Usuários e à Sociedade Civil.
❑Integração:
Para que o sistema de gestão dos recursos hídricos proporcione resultados 
satisfatórios, será necessário estabelecer mecanismos de integração das 
organizações de recursos hídricos.
❑Coordenação:
Adequada gestão dos recursos hídricos depende do estabelecimento de uma 
instituição central coordenadora.
❑Financiamento Compartilhado:
A cobrança pelo uso dos recursos hídricos garantirá a autonomia financeira 
das entidades gestoras e a sustentabilidade das operações, além de 
promover o uso racional desse recurso. A cobrança será aplicada segundo 
a orientação dos planos de bacia e obedecerá ao “Princípio Usuário 
Poluidor Pagador”. 
INTRODUÇÃO
Lei 9433/97 – Lei das Águas
A unidade de planejamento e gestão da água passa a ser a bacia 
hidrográfica, e o fórum de decisão no âmbito de cada bacia, sendo o 
comitê. Este sendo constituído por representantes dos usuários de recursos 
hídricos, da sociedade civil organizada e dos três níveis de governo.
� Fundamento da PNRH (Artigo 1º da Lei)
I – A água é um bem de domínio público.
II – A água é um recurso natural limitado, dotado de valor econômico.
III – Em situações de escassez, o uso prioritário dos recursos hídricos é o 
consumo humano e a dessedentação dos animais.
IV – A gestão dos recursos hídricos deve sempre proporcionar o uso múltiplo 
das águas.
V – A bacia hidrográfica é a unidade territorial para implementação da PNRH.
VI – A gestão dos recursos hídricos deve ser descentralizada e contar com a 
participação do poder público, dos usuários e das comunidades.
Possível 
questão de 
prova...
INTRODUÇÃO
Lei 9433/97 – Lei das Águas
� Instrumentos da PNRH (Artigo 5º da Lei)
I – Os planos de recursos hídricos.
II – O enquadramento dos corpos de água em classes, segundo os usos 
preponderantes da água (Lei ambiental criará asclasses).
III – A outorga dos direitos de uso de recursos hídricos.
IV – A cobrança pelo uso de recursos hídricos.
V – A compensação aos municípios.
VI – Sistema de informação sobre recursos hídricos.
Possível 
questão de 
prova...
INTRODUÇÃO
Usos Múltiplos da Água
Em função de suas qualidades e quantidades, a água propicia vários 
tipos de uso, isto é, múltiplos usos. O uso dos recursos hídricos por cada 
setor pode ser classificada como consuntivo e não consuntivo.
 
a) Uso Consuntivo. É quando, durante o uso, é retirado uma determinada 
quantidade de água dos manaciais e depois de utilizada, uma quantidade 
menor e/ou com qualidade inferior é devolvida, ou seja, parte da água 
retirada é consumida durante seu uso. Exemplos: abastecimento, 
irrigação.
 
b) Uso Não Consuntivo. É aquele uso em que é retirado uma parte de 
água dos mananciais e depois de utilizada, é devolvida a esses 
mananciais a mesma quantidade e com a mesma qualidade, ou ainda 
nos usos em que a água serve apenas como veículo para uma certa 
atividade, ou seja, a água não é consumida durante seu uso. Exemplos: 
pesca, navegação.
CICLO HIDROLÓGICO
CICLO HIDROLÓGICO
Ciclo da Água
É o fenômeno global de circulação fechada da água entre a superfície 
terrestre e a atmosfera, impulsionado fundamentalmente pela energia 
solar associada à gravidade e à rotação terrestre.
Componentes do ciclo hidrológico
CICLO HIDROLÓGICO
Evapotranspiração
A água que se infiltra no solo é sujeita a evaporação direta para a 
atmosfera e é absorvida pela vegetação, que através da transpiração, a 
devolve à atmosfera. Este processo chamado evapotranspiração ocorre 
no topo da zona não saturada, ou seja, na zona onde os espaços entre 
as partículas de solo contêm tanto ar como água.
Movimentação de água no perfil do solo
CICLO HIDROLÓGICO
Resumo do ciclo hidrológico:
 
a) circulação da água, do oceano, através da 
atmosfera, para o continente; retorno, após a 
detenção em vários pontos, para o oceano, através de 
escoamentos superficiais ou subterrâneos e, em 
parte pela própria atmosfera; e
 
b) curtos-circuitos que excluem segmentos diversos do 
ciclo completo, como por exemplo a movimentação 
da água do solo e da superfície terrestre para a 
atmosfera, sem passar pelo oceano.
CICLO HIDROLÓGICO
Equação Hidrológica
 
 I – O = ΔS
 
I - (entradas) incluindo todo o escoamento superficial por meio de 
canais e sobre a superfície do solo, o escoamento subterrâneo, 
ou seja, a entrada de água através dos limites subterrâneos do 
volume de controle, devido ao movimento lateral da água do 
subsolo, e a precipitação sobre a superfície do solo;
O - saídas de água do volume de controle, devido ao escoamento 
superficial, ao escoamento subterrâneo, à evaporação e à 
transpiração das plantas; e
ΔS - variação no armazenamento nas várias formas de retenção, 
no volume de controle.
Possível 
questão de 
prova...
CICLO HIDROLÓGICO
O ciclo hidrológico é um meio conveniente de 
apresentar os fenômenos hidrológicos, servindo 
também para dar ênfase às quatro fases básicas de 
interesse do engenheiro, que são: precipitação (P); 
escoamento subterrâneo (Esub); evaporação e 
transpiração (ET); escoamento superficial (ES).
 I – O = ΔS
 I = O
 P + ESub = ET + ES
CICLO HIDROLÓGICO
Embora possa parecer um mecanismo contínuo, com a água 
se movendo de uma forma permanente e com uma taxa 
constante, é na realidade bastante diferente, pois o movimento 
da água em cada uma das fases do ciclo é feito de um modo 
bastante aleatório, variando tanto no espaço como no tempo.
Em determinadas ocasiões, a natureza parece trabalhar em 
excesso, quando provoca chuvas torrenciais que ultrapassam a 
capacidade dos cursos d’água provocando inundações. Em 
outras ocasiões parece que todo o mecanismo do ciclo parou 
completamente e com ele a precipitação e o escoamento 
superficial. 
E são precisamente estes extremos de enchente e de seca 
que mais interessam aos engenheiros, pois muitos dos 
projetos de Engenharia Hidráulica são realizados com a 
finalidade de proteção contra estes mesmos extremos.
CICLO HIDROLÓGICO 
Antes de fazermos o exercício, vamos nos lembrar de uma tabela de 
conversão de áreas e volumes...
Comprimento
Área
Volume
CICLO HIDROLÓGICO 
...e, no caso de volume de chuvas e áreas de atuação, as 
conversões mais comuns que precisamos saber:
1 mm chuva 1 litro / m²
1 m³ 1000 litros (10³ litros = 10³ dm³)
1 km² 1.000.000 m² 
CICLO HIDROLÓGICO 
Exercícios:
1) Uma barragem irá abastecer uma cidade de 
100.000 habitantes e uma área irrigada de 5.000 ha. 
Verificar, através de um balanço hídrico anual, se o 
local escolhido para a barragem tem condições de 
atender à demanda, quando esta for construída. 
Informações disponíveis:
- área da bacia (Ab) = 300 km
2;
- precipitação média anual (Pm) = 1.300 mm/ano;
- evapotranspiração total (ET) para situação com a 
barragem pronta = 1.000 mm/ano;
- demanda da cidade = 150 L/(hab x dia);
�demanda da área irrigada = 9.000 m3/(ha x ano).
CICLO HIDROLÓGICO 
Informações disponíveis:
- área da bacia (Ab) = 300 km
2;
- precipitação média anual (Pm) = 1.300 mm/ano;
- evapotranspiração total (ET) para situação com a barragem pronta = 1.000 mm/ano;
- demanda da cidade = 150 L/(hab x dia);
�demanda da área irrigada = 9.000 m3/(ha x ano).
Solução:
Volume precipitado: VP = 1.300 x 10
-3 x 300 x 106 = 390 x 
106 m3
Volume perdido por evapotranspiração: VET = 1.000 x 10
-3 x 
300 x 106 = 300 x 106 m3
Volume escoado: VE = VP – VET = (390 – 300) x 10
6 = 90 x 
106 m3
Demanda da cidade: VDC = 100.000 x 150 x 10
-3 x 365 = 
5,475 x 106 m3
Demanda da área irrigada: VDI = 5.000 x 9.000 = 45 x 10
6 m3
Demanda total: VDT = (5,475 + 45) x 10
6 = 50,475 x 106m3
VE > VDT ∴ Atende à demanda.
Atenção às 
conversões é 
fundamental 
para o correto 
dimensionam
ento.
Normalmente 
os problemas 
são bem 
simples. Mas 
as conversões 
mostram-se 
preocupantes 
no momento 
do cálculo.
CICLO HIDROLÓGICO 
Exercícios:
2) Uma bacia hidrográfica de 25 km2 de área recebe uma precipitação 
média anual de 1.200 mm. Considerando que as perdas médias anuais 
por evapotranspiração valem 800 mm, determinar a vazão média de 
longo período na exutória, em m3/s.
Solução:
Volume precipitado: VP = 1.200 x 10(-3) x 25 x 10(6) = 30 
x 10(6) m3/ano
Volume perdido por evapotranspiração: VET = 800 x 
10-3 x 25 x 10(6) = 20 x 10(6) m3
Volume escoado: VE = VP – VET = (30 – 20) x 10(6) = 10 
x 10(6) m3
Transformando volume escoado em vazão:
 ∴ Q = 0,317 m3/s
BACIA HIDROGRÁFICA
BACIA HIDROGRÁFICA
Bacia Hidrográfica é uma área definida topograficamente, drenada por 
um curso d’água ou por um sistema conectado de cursos d’água, tal 
que toda a vazão efluente seja descarregada por uma simples saída. 
Esquema de bacias hidrográficas
Uma bacia hidrográfica 
compreende toda a área de 
captação natural da água 
da chuva que proporciona 
escoamento superficial 
para o canal principal e 
seus tributários. O limite 
superior de uma bacia 
hidrográfica é o divisor de 
águas (divisor topográfico), e 
a delimitação inferior é a 
saída da bacia 
(confluência, exutório).
BACIA HIDROGRÁFICA
Divisores
• Divisor superficial (topográfico)
• Divisor freático (subterrâneo)
O divisor subterrâneo é mais difícil de ser localizado e varia com o 
tempo. À medida que o lençol freático (LF) sobe, ele tende ao divisor 
superficial 
Corte transversal de bacias hidrográficas
BACIA HIDROGRÁFICA
A figura apresenta um exemplo de delimitação de uma bacia hidrográfica 
utilizando o divisor topográfico. Nesta Figura está individualizada a bacia 
do córrego da Serrinha.
Delimitação de uma bacia hidrográfica (linha tracejada)
Observação:O divisor subterrâneo só é 
utilizado em estudos mais 
complexos de hidrologia 
subterrânea e estabelece, 
portanto, os limites dos 
reservatórios de água 
subterrânea de onde é derivado 
o deflúvio básico da bacia. Na 
prática, assume-se por 
facilidade que o superficial 
também é o subterrâneo. 
BACIA HIDROGRÁFICA
✔ Diferenciar áreas que contribuem para um ponto
�Identificando para onde escoa a água sobre o relevo usando como base 
as curvas de nível.
❑ A água escoa na direção da maior 
declividade. Assim, as linhas de 
escoamento são ortogonais às curvas de 
nível.
❑ Sempre ortogonal às curvas de nível.
❑ Cruza apenas uma vez o curso d’água 
(no exutório).
BACIA HIDROGRÁFICA
✔ Exemplo de Delimitação da Bacia
Observação: 
Bacias 
hidrográficas são 
compostas por 
sub-bacias 
hidrográficas. 
Cada sub-bacia é 
uma bacia 
hidrográfica que 
pode ser 
subdividida em 
sub-bacias.
BACIA HIDROGRÁFICA
✔ Convenções Importantes em Hidrologia
BACIA HIDROGRÁFICA
1) Classificação das Bacias
No intuito de entender as inter-relações existentes entre os fatores de forma e os 
processos hidrológicos de uma bacia hidrográfica, torna-se necessário expressar 
características da bacia em termos quantitativos.
As bacias de drenagem podem ser classificadas em:
a) Exorreicas: quando o escoamento da água se faz de modo contínuo até o mar, 
isto é, quando as bacias deságuam diretamente no mar;
b) Endorreicas: quando as drenagens são internas e não possuem escoamento 
até o mar, desembocando em lagos, ou dissipando-se nas areias do deserto;
c) Arreicas: quando não há qualquer estruturação em bacias, como nas áreas 
desérticas;
d) Criptorreicas: quando as bacias são subterrâneas.
Observação:
O comportamento hidrológico de uma bacia hidrográfica é função de suas 
características morfológicas, ou seja, área, forma, topografia, geologia, solo, 
cobertura vegetal e etc.
BACIA HIDROGRÁFICA
✔Exorreica
BACIA HIDROGRÁFICA
✔Endorreica
BACIA HIDROGRÁFICA
✔Arreica
BACIA HIDROGRÁFICA
✔Criptorreica
BACIA HIDROGRÁFICA
2) Classificação dos Cursos D’água
Uma maneira utilizada para classificar os cursos d’água é a de tomar como base a 
constância do escoamento com o que se determinam três tipos:
 
a) Perenes: contém água durante todo o ano ou (pelo menos 90% do ano). O 
canal é bem definido e o lençol freático mantém uma alimentação contínua e não 
desce nunca abaixo do leito do curso d’água, mesmo durante as secas mais 
severas.
b) Intermitentes: em geral, escoam durante as estações de chuvas e secam nas 
de estiagem (50% do período ou menos). Durante as estações chuvosas, 
transportam todos os tipos de deflúvio, pois o lençol d’água subterrâneo 
conserva-se acima do leito fluvial e alimentando o curso d’água, o que não ocorre 
na época de estiagem, quando o lençol freático se encontra em um nível inferior 
ao do leito.
c) Efêmeros: existem apenas durante ou imediatamente após os períodos de 
precipitação e só transportam escoamento superficial. A superfície freática se 
encontra sempre a um nível inferior ao do leito fluvial, não havendo a possibilidade 
de escoamento de deflúvio subterrâneo.
BACIA HIDROGRÁFICA
3) Classificação da Forma da Rede de Drenagem
Esta classificação está baseada mais em critérios geométricos do que genéticos e 
engloba os seguintes tipos:
a) Dendrítica: lembra a configuração de uma árvore. É típica de regiões onde 
predominam rochas de resistência uniforme;
b) Treliça: composta por rios principais consequentes correndo paralelamente, 
recebendo afluentes subsequentes que fluem em direção transversal aos 
primeiros. O controle estrutural é muito acentuado, devido à desigual 
resistência das rochas. A extensão e a profundidade dos leitos serão maiores 
sobre rochas menos resistentes, dando formação a vales ladeados por 
paredes de rochas mais resistentes. Este tipo é encontrado em regiões de 
rochas sedimentares estratificadas, assim como em áreas de glaciação;
c) Retangular: variação do padrão treliça, caracterizado pelo aspecto ortogonal 
devido às bruscas alterações retangulares nos curso fluviais. Deve-se à 
ocorrência de falhas e de juntas na estrutura rochosa;
d) Paralela: também chamada “cauda equina”, ocorre em regiões de vertentes 
com acentuada declividade, ou onde existam controles estruturais que 
favoreçam a formação de correntes fluviais paralelas;
BACIA HIDROGRÁFICA
✔Dendrítica
a) Dendrítica: lembra a 
configuração de uma 
árvore. É típica de 
regiões onde 
predominam rochas de 
resistência uniforme;
BACIA HIDROGRÁFICA
✔Treliça
Treliça: composta por rios 
principais consequentes 
correndo paralelamente, 
recebendo afluentes 
subsequentes que fluem em 
direção transversal aos 
primeiros. 
BACIA HIDROGRÁFICA
✔Dendrítica
Retangular: variação 
do padrão treliça, 
caracterizado pelo 
aspecto ortogonal 
devido às bruscas 
alterações 
retangulares nos curso 
fluviais
BACIA HIDROGRÁFICA
3) Classificação da Forma da Rede de Drenagem
d) Radial: pode desenvolver-se sobre vários tipos e estruturas rochosas, como por 
exemplo, em áreas vulcânicas;
e) Anelar: a drenagem acomoda-se aos afloramentos das rochas menos 
resistentes.
BACIA HIDROGRÁFICA
3) Classificação da Forma da Rede de Drenagem
BACIA HIDROGRÁFICA
4) Parâmetros Físicos de uma Bacia Hidrográfica
Para entender o funcionamento de uma bacia, torna-se necessário expressar 
quantitativamente as manifestações de forma (a área da bacia, sua forma 
geométrica,etc.),de processos (escoamento superficial,deflúvio,etc.) e suas 
inter-relações. Vários parâmetros físicos foram desenvolvidos, alguns deles 
aplicáveis à bacia como um todo, enquanto que outros relativos a apenas algumas 
características do sistema. O importante é reconhecer que nenhum desses 
parâmetros deve ser entendido como capaz de simplificar a complexa dinâmica da 
bacia hidrográfica, a qual inclusive tem magnitude temporal.
Estas características são importantes para se transferir dados de uma bacia 
monitorada para uma outra qualitativamente semelhante onde faltam dados ou 
não é possível a instalação de postos hidrométricos (fluviométricos e 
pluviométricos).
É particularmente importante nas ciências ambientais, pois no Brasil, a densidade 
de postos fluviométricos é baixa e a maioria deles encontram-se nos grandes 
cursos d’água, devido a prioridade do governo para a geração de energia 
hidroelétrica.
BACIA HIDROGRÁFICA
4) Parâmetros Físicos de uma Bacia Hidrográfica
 
Estes parâmetros e suas inter-relações podem ser classificados em:
a) Parâmetros físicos: área, fator de forma, compacidade, altitute média, 
declividade média, densidade de drenagem, número de canais, direção e 
comprimento do escoamento superficial, comprimento da bacia, hipsometria 
(relação área- altitude), comprimento dos canais, padrão de drenagem, 
orientação, rugosidade dos canais, dimensão e forma dos vales, índice de 
circularidade, Lei do Número de Canais (razão de bifurcação), Lei do 
Comprimento dos Canais (relação entre comprimento médio dos canais e 
ordem), Lei das Áreas (relação entre área e ordem),etc..
b) Parâmetros geológicos: tipos de rochas, tipos de solos, tipos de sedimentos 
fluviais, etc.;
c) Parâmetros de vegetação: tipos de cobertura vegetal, espécies, densidade, 
índice de área foliar, biomassa, etc.;
BACIA HIDROGRÁFICA
4) Parâmetros Físicos de uma Bacia Hidrográfica
a) Parâmetros Físicos
• Área de Drenagem
É a área plana (projeção horizontal) inclusa entre os seus divisores topográficos. A 
área de uma bacia é o elemento básico para o cálculo das outras características 
físicas. É normalmente obtida por planimetria . São muito usados os mapas do 
IBGE (escala 1:50.000 e 1:100.000).
• Declividade
O relevo de uma bacia hidrográfica tem grandeinfluência sobre os fatores 
meteorológicos e hidrológicos, pois a velocidade do escoamento superficial é 
determinada pela declividade do terreno, enquanto que a temperatura, a 
precipitação e a evaporação estão também em função da altitude da bacia.
Quanto maior a declividade de um terreno, maior a velocidade de escoamento, 
menor Tc e maior as perspectivas de picos de enchentes. A magnitude desses 
picos de enchente e a infiltração da água, trazendo como conseqüência, maior ou 
menor grau de erosão, dependem da declividade média da bacia (determina a 
maior ou menor velocidade do escoamento superficial), associada à cobertura 
vegetal, tipo de solo e tipo de uso da terra.
BACIA HIDROGRÁFICA
4) Parâmetros Físicos de uma Bacia Hidrográfica
• Declividade 
Ponto mais baixo
20 m
Ponto mais alto
480 m
Comprimento drenagem = 7km
Declividade = 0,066 m/m
BACIA HIDROGRÁFICA
4) Parâmetros Físicos de uma Bacia Hidrográfica
• Declividade
Diferença de altitude entre o início e o fim da drenagem dividida pelo comprimento 
da drenagem. Tem relação com a velocidade com a qual ocorre o escoamento.
Existem alguns procedimentos para se determinar a declividade média do curso d’
água:
 1o) Declividade baseada nos extremos (S1): obtida dividindo-se a diferença total 
de elevação do leito pela extensão horizontal do curso d’água entre esses dois 
pontos. Este valor superestima a declividade média do curso d’água e, 
consequentemente, o pico de cheia. Essa superestimativa será tanto maior quanto 
maior o número de quedas do rio.
 
2o) Declividade ponderada (S2): um valor mais representativo que o primeiro 
consiste em traçar no gráfico uma linha, tal que a área, compreendida entre ela e 
a abcissa, seja igual à compreendida entre a curva do perfil e a abcissa.
 
3o) Declividade 15 – 85 (S3): obtida de acordo com o método da declividade 
baseada nos extremos, porém descartando-se 15% dos trechos inicial e final do 
curso d’água. Isto se deve, pois a maioria dos cursos d’água têm alta declividade 
próximo da nascente e torna-se praticamente plano próximo de sua barra.
BACIA HIDROGRÁFICA
4) Parâmetros Físicos de uma Bacia Hidrográfica
 
• Forma da Bacia
É uma das características da bacia mais difíceis de serem expressas em termos 
quantitativos. Ela tem efeito sobre o comportamento hidrológico da bacia, como 
por exemplo, no tempo de concentração (Tc).
❖Tempo de concentração: é definido como sendo o tempo necessário para que a 
água precipitada no ponto mais distante da bacia escoe até o ponto de controle, 
exutório ou local de medição.
BACIA HIDROGRÁFICA
4) Parâmetros Físicos de uma Bacia Hidrográfica
 
• Forma da Bacia
❖ Coeficiente de compacidade (Kc): é a relação entre o perímetro da bacia e o 
perímetro de um círculo de mesma área que a bacia.
O Kc é sempre um valor > 1 (se fosse 1 a bacia seria um círculo perfeito). Quanto 
menor o Kc (mais próximo da unidade), mais circular é a bacia, menor o Tc e maior 
a tendência de haver picos de enchente.
❖ Fator de forma (Kf): é a razão entre a largura média da bacia ( ) e o 
comprimento do eixo da bacia (L) (da foz ao ponto mais longínquo da área)
Quanto menor o Kf, mais comprida é a bacia e portanto, menos sujeita a picos de 
enchente, pois o Tc é maior e, além disso, fica difícil uma mesma chuva intensa 
abranger toda a bacia.
BACIA HIDROGRÁFICA
4) Parâmetros Físicos de uma Bacia Hidrográfica
• Sistema de Drenagem
O sistema de drenagem de uma bacia é constituído pelo rio principal e seus tributários; o estudo 
das ramificações e do desenvolvimento do sistema é importante, pois ele indica a maior ou 
menor velocidade com que a água deixa a bacia hidrográfica. O padrão de drenagem de uma 
bacia depende da estrutura geológica do local, tipo de solo, topografia e clima.
❖ Ordem dos cursos d’água.
1) os cursos primários recebem o numero 1;
2) a união de 2 de mesma ordem dá origem a um curso de ordem 
superior; e
3) a união de 2 de ordem diferente faz com que prevaleça a ordem do 
maior.
❖ Razão de bifurcação (Rb).
Onde:
Nu - é o número de segmentos de determinada ordem
Nu+1 – é o número de segmentos da ordem imediatamente superior
Observação:
Quanto maior Rb média, maior o grau de ramificação da rede de drenagem 
de uma bacia e maior a tendência para o pico de cheia.0
BACIA HIDROGRÁFICA
4) Parâmetros Físicos de uma Bacia Hidrográfica
 
❖ Densidade de Drenagem (Dd): é uma boa indicação do grau de desenvolvimento de um 
sistema de drenagem. Expressa a relação entre o comprimento total dos cursos d’água 
(sejam eles efêmeros, intermitentes ou perenes) de uma bacia e a sua área total. 
Bacias com drenagem pobre → Dd < 0,5 km/km2 
Bacias com drenagem regular → 0,5 ≤ Dd < 1,5 km/km2 
Bacias com drenagem boa → 1,5 ≤ Dd < 2,5 km/km2
Bacias com drenagem muito boa → 2,5 ≤ Dd < 3,5 km/km2
Bacias excepcionalmente bem drenadas → Dd ≥ 3,5 km/km2 
BACIA HIDROGRÁFICA
4) Parâmetros Físicos de uma Bacia Hidrográfica
b) Parâmetros Geológicos da Bacia
Tem relação direta com a infiltração, armazenamento da água no solo e com a 
suscetibilidade de erosão dos solos. 
Tipos de Solo
BACIA HIDROGRÁFICA
4) Parâmetros Físicos de uma Bacia Hidrográfica
c) Parâmetros Agro-climáticos da Bacia:
São caracterizadas principalmente pelo tipo de precipitação e pela cobertura vegetal.
BACIA HIDROGRÁFICA
✔ O principal interesse em estudar a bacia hidrográfica é de que suas características 
constituem um sistema natural de transformação de chuva em vazão.
Entrada (Chuva)
Sistema (Bacia)
Resultado (Exutória)
Freqüência de Totais Precipitados
O conhecimento das características das precipitações apresenta grande 
interesse de ordem técnica por sua freqüente aplicação nos projetos 
hidráulicos.
Nos projetos de obras hidráulicas, as dimensões são determinadas em 
função de considerações de ordem econômica, portanto, corre-se o risco 
de que a estrutura venha a falhar durante a sua vida útil. 
É necessário, então, se conhecer este risco. Para isso analisam-se 
estatisticamente as observações realizadas nos postos hidrométricos, 
verificando-se com que freqüência elas assumiram cada magnitude. Em 
seguida, pode-se avaliar as probabilidades teóricas. O objetivo deste 
estudo é, portanto, associar a magnitude do evento com a sua freqüência 
de ocorrência. Isto é básico para o dimensionamento de estruturas 
hidráulicas em função da segurança que as mesmas devam ter.
Freqüência de Totais Precipitados
A freqüência é uma estimativa da probabilidade e, de um modo geral, 
será mais utilizada quanto maior for o número de ocorrência. Para se 
estimar a freqüência para os valores máximos, os dados observados 
devem ser classificados em ordem decrescente e a cada um atribui-se o 
seu número de ordem. Para valores mínimos, fazer o inverso. A 
freqüência com que foi igualado ou superado um evento de ordem m é:
Freqüência de Totais Precipitados
Inversamente, a probabilidade de NÃO ser igualado ou de não ocorrer é 
P’ = 1 - P, isso porque as únicas possibilidades são de que ele ocorra ou 
não dentro de um ano qualquer e assim:
no ordem 
(m) valor F (%) T (anos)
1 90 9 11,1
2 80 18 5,5
3 70 27 3,7
4 65 36 2,8
5 60 45 2,2
6 50 54 1,8
7 45 63 1,6
8 35 72 1,4
9 25 81 1,2
10 20 90 1,1
Freqüência de Totais Precipitados
A distribuição geral que associa a freqüência a um valor (magnitude) é 
atribuída a Ven te Chow:
 
 
 
em que: 
PT = valor da variável (precipitação) associado à freqüência T;
 = média aritmética da amostra;
S = desvio padrão da amostra; e
KT = coeficiente de freqüência. É função de dois fatores: T e da 
distribuição de probabilidade.
 
Em se tratando de séries de totais anuais, é comum se utilizar a 
distribuição de Gauss (normal), e para séries de valores extremosanuais, 
a distribuição de Gumbel fornece melhores resultados e é de uso 
generalizado em hidrologia.
Freqüência de Totais Precipitados
Distribuição Normal ou de Gauss
 
É uma distribuição simétrica, sendo empregada para condições aleatórias 
como as precipitações totais anuais. Ao contrário, as precipitações 
máximas e mínimas seguem distribuições assimétricas.
Algumas propriedades importantes da distribuição normal:
✔Apresenta simetria em relação à média;
✔Em se tratando de séries de totais anuais, é comum se utilizar a 
distribuição de Gauss (normal), e para séries de valores extremos anuais, 
a distribuição de Gumbel fornece melhores resultados e é de uso 
generalizado em hidrologia;
✔A função probabilidade é tabelada para associar a variável reduzida e 
freqüência. 
✔O cálculo de T se faz por 1/P=1/F para F<0,5 (mínimo) e por 1/(1-P) = 
1/(1-F) para F >= 0,5 (máximo). 
Freqüência de Totais Precipitados
Distribuição de Gumbel
 
✔ Também conhecida como distribuição de eventos extremos ou de 
Ficher-Tippett e é aplicada a eventos extremos, em séries anuais;
✔ Quando for de interesse estudar os valores máximos prováveis de um 
fenômeno, a série anual deve conter os valores máximos observados em 
cada ano, ordenados no sentido decrescente, que é o caso das 
precipitações e vazões máximas;
✔Quando for de interesse estudar os valores mínimos prováveis de um 
fenômeno, a série deverá conter os valores mínimos de cada ano, 
ordenados de forma crescente; este é o caso das vazões mínimas.
Esta distribuição assume que os valores de X são limitados apenas no 
sentido positivo; a parte superior da distribuição X, ou seja, a parte que 
trata dos valores máximos menos freqüentes é do tipo exponencial, a 
função tem a seguinte forma:
Freqüência de Totais Precipitados
Entende-se por P’, a probabilidade de que o valor extremo seja igual ou 
superior a um certo valor XT. Então, (1 – P’), será a probabilidade de que 
o valor extremo seja inferior a XT. O período de retorno do valor XT, ou 
seja, o número de anos necessários para que o valor máximo iguale ou 
supere XT é obtido por:
 
 (P ≥ PT) sendo PT a precipitação de freqüência conhecida.
 
Substituindo a equação anterior na função de probabilidade, o período de 
retorno (T) pode ser estimado da seguinte forma:
A variável γ é a variável reduzida e o seu valor é deduzido tomando duas 
vezes o logaritmo neperiano na função de probabilidade. O resultado final 
desta operação é:
 
 
Freqüência de Totais Precipitados
Empregando-se esta distribuição, as freqüências teóricas podem ser 
calculadas a partir da média e o desvio padrão da série de valores 
máximos.
Desta forma:
 
 
em que 
X = é o valor extremo com período de retorno T;
 = é a média dos valores extremos;
Sx = desvio padrão dos valores extremos;
n = número de valores extremos da série;
γ = variável reduzida;
 = média da variável reduzida com n valores extremos; e
Sn= desvio padrão da variável γ.
Freqüência de Totais Precipitados
Risco
Dentro deste estudo, uma outra possibilidade a considerar é a de que um 
certo fenômeno se repita ou não com certa intensidade pelo menos uma 
vez, porém dentro de N anos. Esse tipo de estudo é particularmente 
importante quando se analisam eventos (chuvas máximas, enchentes, 
etc.) para dimensionamento de estruturas hidráulicas de proteção.
Neste caso, o valor de T (período de retorno) corresponde a um valor 
extremo da série anual. Nesses projetos são também considerados 
fatores econômicos e a ociosidade da estrutura se for 
superdimensionada. Por isso, um critério para a escolha de T é baseado 
no chamado risco permissível ou o risco que se quer correr para o caso 
de ruptura ou falha da estrutura.
A probabilidade de que uma precipitação extrema de certa intensidade 
seja igualada ou superada uma vez dentro de um ano é:
Freqüência de Totais Precipitados
Risco
A probabilidade de não ser superada é:
 
 
 
A probabilidade de não ocorrer um valor igual ou maior (ou de não ser 
superada) dentro de N quaisquer anos é:
 
 
Por outro lado, a probabilidade de ser superada pelo menos uma vez 
dentro de N anos é:
e portanto:
 
 
em que: J é denominado o índice de risco. 
Em outras palavras (J) é a probabilidade de ocorrência de um valor 
extremo durante N anos de vida útil da estrutura. 
Exercícios
1) Uma precipitação elevada tem um tempo de recorrência de 5 anos.
a) Qual a sua probabilidade de ocorrência no próximo ano? 
b) Qual a sua probabilidade de ocorrência nos próximos três anos?
2) No projeto de uma estrutura de proteção contra enchentes deseja-se 
correr um risco de ruptura de 22% para uma vida útil de 50 anos. Qual o 
período de retorno para o valor de enchente em média esperado? 
 P = 1/T = 1/5 = 0,20 ou 20%
n = 3;