Hidrologia (40)

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Hidrologia 
Bacias Hidrográficas 
Bacia Hidrográfica 
 Uma região em que a chuva ocorrida em qualquer 
ponto drena para a mesma seção transversal do curso-
d’água. 
 
 Área de captação natural das precipitações, que faz 
convergir os escoamentos para um único ponto de 
saída: o exutório. 
 
 Para definir uma bacia: 
• Curso d’água 
• Seção transversal de referência (exutório) 
• Informações de topografia. 
 Diferenciar áreas que contribuem para um ponto 
Definição de Bacia Hidrográfica 
 Identificar para onde escoa a água sobre o relevo 
usando como base as curvas de nível. 
Definição de Bacia Hidrográfica 
• A água escoa na direção da 
maior declividade. 
 
• Assim, as linhas de 
escoamento são ortogonais 
às curvas de nível. 
 
adaptado do original de Francisco Olivera, Ph.D., P.E. 
Texas A&M University 
Department of Civil Engineering 
 
250 300 350 400
50
100
150
200
250
250 300 350 400
50
100
150
200
250
Identificação do 
Divisor de Águas 
250 300 350 400
50
100
150
200
250
250 300 350 400
50
100
150
200
250
Identificação do 
“Talweg” 
413000 414000 415000 416000 417000 418000
6614000
6615000
6616000
6617000
6618000
6619000
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
520
540
413000 414000 415000 416000 417000 418000
6614000
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413000 414000 415000 416000 417000 418000
6614000
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6617000
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6619000
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460
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500
520
540
Fontes de dados de topografia 
Seção de 
referência, 
ou exutório 
IPH 01027 
Bacia 
Hidrográfica 
Divisor não corta drenagem 
exceto no exutório. 
 
Divisor passa pela região mais 
elevada da bacia, mas não 
necessariamente pelos pontos 
mais altos. 
Exemplo delimitação de bacia: 
Características físicas da bacia 
Exemplo delimitação de bacia: 
Características físicas da bacia 
• A bacia do rio dos Sinos é uma sub-bacia da bacia do 
rio Guaíba. A bacia do rio Paranhanha é uma sub-bacia 
da bacia do rio dos Sinos. 
• Bacias hidrográficas são compostas por sub-bacias 
hidrográficas. Cada sub-bacia é uma bacia hidrográfica 
que pode ser subdividida em sub-bacias, etc. 
Bacia Hidrográfica 
Sub - bacia 
 divisor superficial x divisor subterrâneo 
 Divisor: 
 Características da Bacia Hidrográfica: 
• Área de drenagem 
• Comprimento 
• Declividade 
• Curva hipsométrica 
• Forma 
• Cobertura vegetal e uso do solo 
• …… 
Bacia Hidrográfica 
Características físicas da bacia 
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) 
SAÍDA 
(vazão na foz) 
Algumas convenções importantes em hidrologia: 
Características físicas da bacia 
• Característica mais importante da bacia 
 
• Reflete o volume total de água que pode ser 
gerado potencialmente na bacia 
• Bacia impermeável e chuva constante: 
• Q = P . A 
• Se A = 60 km2 (60 milhões de m2) 
• e P = 10 mm/hora (2,7 . 10-6 m/s) 
• Q = 166 m3/s 
 
Área da Bacia Hidrográfica 
• Uma vez definidos os contornos (divisor), a área pode ser 
calculada por uma integral numérica (SIG) ou por métodos 
manuais (planímetro, contagem, pesagem). 
Área da Bacia Hidrográfica 
• SIG são Sistemas de Informação Geográfica 
• Equivalem a sistemas CAD para a hidrologia 
• Além de CAD são bancos de dados e permitem 
análises dos dados 
Bacia Hidrográficas e SIG 
• Isolinhas = curvas de nível 
• Matriciais = modelos digitais de elevação 
• TIN = Triangular irregular network 
Representações do relevo 
 no computador 
• Representação do 
relevo na forma de 
uma matriz 
MDE ou MNT 
• Direção de fluxo é aquela que tiver a maior 
declividade. 
• Cálculo declividade para cada uma das 8 direções 
possíveis. 
• Se todas as células tem a mesma 
altura estou numa depressão, ou 
região plana. 
• Se todas as células do entorno tem altitude maior do 
que a célula central estou numa depressão. 
• Equação declividade .... 
1
2
4816
32
64 128
Direção de escoamento 
• Direção de escoamento 
• Rios principais (rede de drenagem) 
• Comprimento do rio principal 
•Etc.. 
• Definição de Bacia e Sub-bacias 
• Áreas das bacias 
• Declividade das bacias 
O que pode ser obtido do MDE 
Direção de fluxo 
71 
56 
44 53 69 
74 
78 72 69 
47 68 
58 55 
21 
31 
67 
58 
49 46 
37 38 
64 22 
61 16 
DEM 
2 2 
2 2 2 
2 
4 4 
4 4 
1 1 2 4 8 
128 
128 1 2 4 
128 1 4 1 
128 
Códigos de direção Rede de drenagem 
(vetorial) 
Function: Flow direction 
Argument: DEM 
adaptado do original de Francisco Olivera, Ph.D., P.E. 
Texas A&M University 
Department of Civil Engineering 
 
Direções de escoamento 
Área da bacia 
• Usando as direções de fluxo 
seria possível contar o 
número de células que 
drenam um ponto. 
 
 
Área da bacia 
• Usando as direções de fluxo 
seria possível contar o 
número de células que 
drenam um ponto. 
 
 
• Mas existe um método 
automático um pouco 
diferente... 
Área acumulada no Idrisi 
• No IDRISI existe a função Runoff que calcula área de drenagem (área 
acumulada) onde são realizadas de forma automática as operações 
intermediárias 
– Remoção de depressões 
– Determinação de direção de fluxo 
– Área acumulada 
Rede de drenagem e sub-bacias 
Aproximação 
Mesma bacia, aproximada com células de maior ou menor resolução. 
 
Veja que o contorno é melhor aproximado quando a resolução é maior (células 
menores) 
• ARC-GIS 
• Idrisi 
• GRASS 
• Erdas 
Softwares 
Características físicas da bacia 
“Bacias com mesma área podem responder de maneiras distintas” 
Bacia Local Área 
 (km
2
) 
Qmax 
 (m
3
/s) 
Qmax 
(ls/km
2
) 
Rio Souris Minot, ND 26.600 340 12,8 
Rio Deschutes Moody, OR 27.185 1.235 46,8 
Rio Gila Coolige Dam, AR 33.370 3.680 110,8 
Rio Cumberland Carthage, Tenn 27.700 5.270 190,9 
Rio Susquehanna Wilkes-Barre, Pa 25.785 6.570 225,6 
Rio Potomac Point of Rocks, Md 24.980 13.595 545,2 
Rio Little Cameron, Texas 18.200 18.320 1009,2 
 
Como isso é possível? 
 Comprimento da bacia 
 
 Comprimento do rio 
principal 
Comprimento da Bacia Hidrográfica 
• Os comprimentos da bacia e do 
rio principal são importantes para 
a estimativa do tempo que a 
água leva para percorrer a bacia. 
Medição do comprimento de um rio 
• CAD 
• SIG – Sistema de Informação Geográfica 
• Curvímetro 
• Tem relação com a velocidade com a qual ocorre o 
escoamento. 
• Diferença de altitude entre o início e o fim da 
drenagem dividida pelo comprimento da drenagem. 
• Equação de Manning: V proporcional a S0.5 
Declividade da Bacia Hidrográfica 
Ponto mais alto: 
300 m 
Ponto mais baixo: 
20 m 
Comprimento drenagem = 7 km 
Declividade = 0,04 m/m ou 40 m por km 
Perfil típico: 
alto médio baixo 
Distância ao longo do rio principal 
A
lt
it
u
d
e
 d
ol
e
it
o
 
Valores típicos: 
Baixa declividade: alguns cm por km 
Alta declividade: alguns m por km 
Perfil Longitudinal 
• Descrição da relação entre área de contribuição e altitude. 
Altitude (m) 
350 
890 
Fração da área 
0 1,0 0,25 0,75 0,5 
Curva Hipsométrica 
Tempo de viagem = 2 minutos Tempo de viagem = 15 minutos 
Tempo de escoamento 
15 minutos 
Q 
P 
tempo 
Chuva de curta duração 
15 minutos 
Q 
P 
tempo 
Chuva de curta duração 
• Tempo necessário para que a água precipitada no ponto 
mais distante da bacia escoe até o ponto de controle, 
exutório ou local de medição. 
• Relação com: 
 Comprimento da bacia (área da bacia) 
 Forma da bacia 
 Declividade da bacia 
 Alterações antrópicas 
 Vazão (para simplificar não se 
considera) 
Tempo de concentração 
• Fórmulas empíricas para tempo de concentração 
tc = tempo de concentração em minutos 
L = comprimento do talvegue (km) 
h = diferença de altitude ao longo do talvegue (m) 
• Kirpich 
385,0
3
h
L
57tc 







Tempo de concentração 
Efeito do tempo de concentração 
• Mesma área, tempo de concentração 
diferente 
Q 
P 
tempo 
bacia com alto tempo de concentração 
bacia com baixo tempo de concentração 
Forma da bacia hidrográfica 
• Avaliação qualitativa 
• Avaliação quantitativa 
– índice de compacidade 
– índice de conformação ou fator de forma 
São Francisco 
Outras: 
 Tietê; 
 Paranapanema; 
 Tocantins. 
Exemplos: Alongadas 
Taquari Antas - RS 
Rio Itajaí - SC 
Exemplos: Circular 
Efeito da forma da bacia 
• Mesma área, forma diferente 
Q 
P 
tempo 
bacia alongada 
bacia circular 
 Densidade da Rede 
de Drenagem: 
 Forma da Rede de 
Drenagem: 
• Controlada pela 
Geologia e pelo Clima 
• Controlada pela 
Geologia 
Rede de Drenagem 
Ordem do curso d’água principal 
• Horton propôs, e 
Strahler modificou um 
critério para 
hierarquizar cursos 
d’água. 
• Passou a ser conhecido 
como ordem do curso 
d’água 
 
Ordem de Strahler 
• Um curso d’água a partir da nascente é de 
ordem 1 
• Quando dois cursos de ordem 1 se encontram 
formam um curso de ordem 2 
• Quando dois cursos de ordem 2 se encontram 
formam um curso de ordem 3 
• e assim por diante… 
Ordem de Strahler 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
2 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
2 
2 
2 
2 
2 
2 
2 
2 2 
2 2 
3 
3 
3 
3 
3 
3 
1 
1 1 
1 
 Maior profundidade de raízes = água consumida pela 
evapotranspiração pode ser retirada de maiores 
profundidades do solo. 
 Florestas: maior interceptação; maior profundidade 
de raízes. 
 Maior interceptação = escoamento demora mais a 
ocorrer. 
Cobertura Vegetal 
 Substituição de florestas por 
lavoura/pastagens 
 Urbanização: telhados, ruas, passeios, 
estacionamentos e até pátios de casas 
 Modificação dos caminhos da água 
• Aumento da velocidade do escoamento (leito 
natural rugoso x leito artificial com revestimento 
liso) 
• Encurtamento das distâncias até a rede de 
drenagem (exemplo: telhado com calha) 
Uso do solo 
 Agricultura = compactação do solo 
• Redução da quantidade de matéria orgânica no 
solo 
• Porosidade diminui 
• Capacidade de infiltração diminui 
• Raízes mais superficiais: Consumo de água das 
plantas diminui 
Uso do solo 
Uso do solo e vegetação 
Solo nú Solo vegetado 
 Solos arenosos = menos escoamento superficial 
 Solos argilosos = mais escoamento superficial 
 Solos rasos = mais escoamento superficial 
 Solos profundos = menos escoamento superficial 
Tipos de solos 
 Rochas do sub-solo afetam o comportamento da bacia 
hidrográfica. 
 Rochas porosas tem a propriedade de armazenar grandes 
quantidades de água (rochas sedimentares – arenito). 
 Rochas magmáticas tem pouca porosidade e armazenam 
pouca água, exceto quando são muito fraturadas. 
 Bacias com depósitos calcáreos tem grandes cavidades no 
sub-solo onde a água é armazenada. 
Geologia 
 Vertentes: 
 Rede de drenagem: 
• Escoamento superficial difuso 
• Não há canais definidos 
• Escoamento sub-superficial e subterrâneo 
• Escoamento superficial 
• Canais bem definidos 
Partes da Bacia 
FIM