02 - Ciclo Hidrológico e Bacia Hidrológica

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Centro de Ciências Exatas e Tecnologia
Disciplina: Hidrologia Aplicada
CICLO HIDROLÓGICO E BACIA 
HIDROLÓGICA
CICLOS
CONCEITO:
Ciclos são ocorrências de repetição, podendo o intervalo
entre essas ocorrências serem largos ( ciclos lentos) ou
curtos (ciclos rápidos).
• Do ponto de vista fisico-químico podemos dizer que
todos os elementos presentes na Terra são cíclicos.
• Geralmente elementos que não possuem fase gasosa
possuem ciclos mais lentos.
CICLO HIDRLÓGICO
CONCEITO:
É o movimento permanente da água, resultante dos
fenômenos de evaporação, transpiração das plantas,
precipitação, infiltração, escoamento superficial e
subterrâneo, etc.
• tudo movido em função da energia solar.
ETAPAS DO CICLO HIDRLÓGICO
• Com fins didáticos, apresenta-se o ciclo hidrológico como
compreendendo quatro etapas principais:
a) Precipitações atmosféricas (chuva, granizo, neve, orvalho);
b) Escoamentos subterrâneos (infiltração, águas subterrâneas);
c) Escoamentos superficiais (torrentes, rios e lagos);
d) Evaporação (na superfície das águas e no solo) e transpiração dos
vegetais e animais.
BALANÇO HIDRICO
BALANÇO HIDRICO
CONCEITO:
Soma de todas as contribuições positivas ou negativas para
aquela bacia hidrográfica, qual seja da precipitação,
evaporação, transpiração, escoamento superficial e
subterrâneo, que gera um armazenamento superficial e
subterrâneo.
P
E
Esup
Esup
Asup
Asub
Esub Esub
P - E + Esup - Esup + Esub - Esub = Asup + Asub
Onde:
Entrada no Sistema = P, Esup, Esub
Saída do Sistema = E, Esup, Esub
Retido no Sistema = Asup, Asub
1. ÁGUA EVAPORA DOS OCEANOS E LAGOS DA TERRA
2. ÁGUA EVAPORADA FORMA NUVENS
3. AS NUVENS DESLOCAM-SE PELA ATM EM PADRÕES 
CLIMÁTICOS GLOBAIS
4. VAPOR D’ÁGUA SE CONDENSA E SE PRECIPITA NA 
FORMA DE CHUVA NEVE E GRANIZO
5. A CHUVA CHEGA AO SOLO E ESCOA POR TERRA ATÉ 
PEQUENOS CÓRREGOS 
RISCOS URBANOS DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL
• Empoçamentos;
• Inundações;
• Erosões;
• Assoreamentos;
EXEMPLO: Belém-PA.
• É o processo em que se observa no leito dos rios
acúmulo de detritos, lixo, entulho e outros.
• No fundo dos rios e lagoas, esse acúmulo interfere na
topografia de seus leitos impedindo-os de portar todo o
seu volume hídrico, provocando transbordamento em
épocas de grande quantidade de Chuvas.
ASSOREAMENTO
EXEMPLO: ASSOREAMENTO
OBJETIVOS DO SISTEMA DE DRENAGEM
• Proteger e preservar os fundos de vale e curos d´água;
• Proteger as propriedades;
• Controlar erosões;
• Assegurar o transito;
• Eliminar a proliferação de doenças;
SISTEMA DE DRENAGEM URBANA
• O sistema de drenagem urbana deve ser considerado
como composto por dois sistemas distintos, que devem
ser planejados e projetados sob critérios diferenciados.
Microdrenagem Macrodrenagem
• É o sistema de condutos pluviais a nível de
loteamento ou de rede primária urbana que propicia a
ocupação de espaço urbano ou periurbano por uma
forma artificial de assentamento, adaptando-se ao
sistema de circulação viária.
MICRODRENAGEM URBANA
• MEIO-FIO:
São constituídos de blocos de concreto ou de pedra,
situados entre a via publica e o passeio, com sua face
superior nivelada com o passeio, formando uma faixa
paralela ao eixo da via publica.
• SARJETAS:
São as faixas formadas pelo limite da via publica com os
meio-fios, formando uma calha que coleta as águas
pluviais oriundas da rua.
ELEMENTOS QUE COMPÕEM UM SISTEMA DE 
MICRODRENAGEM URBANA
EXEMPLOS:
• SARJETÕES:
São formados pela própria pavimentação nos cruzamentos
das vias publicas, formando calhas que servem para
orientar o fluxo das águas que escoam pelas sarjetas.
EXEMPLO:
• BOCA DE LOBO:
São dispositivos de captação das águas das sarjetas.
EXEMPLO:
EXEMPLOS:
• Ambos os lados da rua, quando a saturação da sarjeta assim o exigir
ou quando forem ultrapassadas as suas capacidades de engolimento;
• Pontos baixos da quadra;
• Recomenda-se adotar um espaçamento máximo de 60 m entre as
bocas-de-lobo, caso não seja analisada a capacidade escoamento da
sarjeta;
• Pontos pouco a montante de cada faixa de cruzamento usada pelos
pedestres, junto às esquinas;
• Não é conveniente a sua localização junto ao vértice de ângulo de
interseção das sarjetas de duas ruas;
POSICIONAMENTO DAS BOCAS DE LOBO
EXEMPLO:
• POÇOS DE VISITA:
São dispositivos colocados em pontos convenientes
dosistema para permitir o acesso às canalizações para
limpeza e inspeção.
EXEMPLO:
• Pontos de mudança de direção;
• Cruzamentos de ruas (reunião de vários coletores);
• Mudanças de declividade;
• Mudanças de diâmetro;
POSICIONAMENTO DOS POÇOS DE VISITA
Diâmetro (m) Espaçamento (m)
0,30 120
0,50-0,90 150
1,0 ou mais 180
• CONDUTOS DE LIGAÇÃO:
São dispositivos que partem de uma boca de lobo e
descarregam a jusante, em outra boca de lobo, numa caixa
de ligação ou em um poço de visita.
• Devem ser retilíneos;
• Seguir o traçado de menor desenvolvimento;
• Diâmetro mínimo de 300mm,;
• Declividade mínima de 0,01 m/m;
o que permite escoamento de vazão de 150 l/s
(declividade de 0,01m/m).
EXEMPLO:
• GALERIAS:
São as canalizações públicas destinadas a escoar as águas
pluviais oriundas das ligações privadas e das bocas-de
lobo.
EXEMPLO:
• CAIXAS DE LIGAÇÃO:
São estruturas hidráulicas subterrâneas, não visitáveis,
destinadas a reunir até três condutos de ligação
provenientes de bocas coletoras para a seguir, através de
um outro conduto de ligação encaminhar a vazão reunida
até o poço de visita mais próximo.
EXEMPLO:
• CONDUTOS FORÇADOS E ESTAÇÕES DE
BOMBEAMENTO:
Quando não ha condições de escoamento por gravidade
para a retirada da água de um canal de drenagem para um
outro, recorre-se aos condutos forçados e as estações de
bombeamento.
EXEMPLO:
• É responsável pelo escoamento final das águas,
podendo ser formada por canais naturais ou
artificiais, galerias de grandes dimensões e estruturas
auxiliares.
• A macrodrenagem de uma zona urbana corresponde a
rede de drenagem natural pré-existente nos termos
antes da ocupação, sendo constituída pelos igarapés,
corregos, riachos e rios localizados nos talvegues
(fundo de vale) e valas.
MACRODRENAGEM URBANA
• Retificação e ampliação das seções de canais naturais;
• Construção de canais artificiais;
• Galerias de grandes dimensões;
OBRAS USUAIS DE MACRODRENAGEM
• Proteção contra erosões e assoreamento;
• Travessias e estações de bombeamento;
• etc.;
ESTRUTURAS AUXILIARES DE CONTROLE
EXEMPLO:
EXEMPLO: Belém-PA.
PROJETO DA MACRODRENAGEM
Etapas iniciais.
• Reunião sobre o projeto;
• Mapa topográfico;
• Reconhecimento do local;
• Regulamentos sobre o uso e a ocupação do solo no
local;
• Relatório ou projetos de engenharia relacioados;
PROJETO
• Escolha do o corpo receptor;
• Escolha dos pontos de instalação dos aparelhos de
microdrenagem;
• Elaboração do projeto hidráulico (determinação do
diametro dos tubos trecho a trecho);
ESCOLHA DO CORPO RECEPTOR
• Bacia de drenagem ou Bacia hidrográfica ou área de
captação.
EXEMPLO:
Bacia do rio Piracicaba/SP, situada na região sudeste do
Brasil, possui área aproximada de 12.400 Km2,
considerada uma bacia de drenagem.
EXEMPLO:
• I – Intensidade:
É quantidade de chuva por unidade de tempo.
• D – Duração:
É a duração da chuva, isto é, o tempo em que a chuva se
mantém com aquela intensidade. Costuma-se classificar a
duração das chuvas em intervalos de 5 minutos, 10, 15 e
até 24 horas.
VAZÃO PLUVIOMÉTRICA
• F – Frequência:
A quantidade em que a chuva ocorre em determinado
período de tempo. Uma determinada chuva, por exemplo a
chuva de I = 80 mm/h, pode acontecer todo ano em
determinada região e a mesma chuva de I = 80 mm/h vai
acontecer somente a cada 10 anos em outra região.
• T - Período de Retorno:
A chuva é um fenômeno cíclico. Podemos entender que
não existe uma única chuva mas sim chuva de 70 mm,
chuva de 90 mm, etc. O que a hidrologia estuda é o
período de retorno de cada uma dessas chuvas.
INTENSIDADE• A quantidade de água que cai em uma chuva é medida
por aparelhos especiais denominados Pluviômetros e
Pluviografos.
EXEMPLO:
CURVAS DE INTENSIDADE-DURAÇÃO-FREQUÊNCIA
BACIA HIDROGRÁFICA
CONCEITO:
• A expressão bacia hidrográfica é usada para denotar a
área de captação natural da água de precipitação que faz
convergir os escoamentos para um único ponto de saída,
que é chamado de exutório.
• A bacia é constituída por um conjunto de superfícies
vertentes – terreno sobre o qual escoa a água precipitada
– e de uma rede de drenagem formada por cursos d’água
que confluem até resultar um leito único no exutório.
EXEMPLO:
• A bacia hidrográfica pode ser considerada como um sistema
físico, cuja entrada é o volume de água precipitado e cuja saída é
o volume de água escoado pelo exutório.
• Porém, é um sistema aberto, já que nem toda a precipitação
(entrada de água) se torna escoamento no exutório (saída) ou fica
armazenada na própria bacia.
• Há perdas intermediárias, relativas aos volumes evaporados,
transpirados (pela vegetação) ou infiltrados profundamente .
• Tais volumes de água representam parcela da entrada no sistema
que é “perdida” para a atmosfera ou para camadas profundas do
subsolo.
BACIA HIDROGRÁFICA – SISTEMA FÍSICO
EXEMPLO:
• A precipitação que cai sobre as vertentes infiltra-se
totalmente no solo até saturá-lo.
• Assim, decresce a taxa de infiltração, que passa a ser
inferior à precipitação e aumenta o escoamento
superficial, que segue até a rede de drenagem e daí até
o exutório da bacia.
• Esse processo de formação do escoamento superficial é
geralmente caracterizado como uma “produção de
água” pelas vertentes.
EXEMPLO:
• Normalmente, os limites da bacia são estabelecidos
analisando a topografia do terreno (relevo), através das
curvas de nível (linhas indicativas da altitude do terreno
– cotas – em relação a um referencial, como o nível do
mar).
DELIMITAÇÃO DA BACIA
EXEMPLO:
• É importante ter em mente o conceito de “bacias dentro
de bacias”.
• Se a bacia de drenagem for muito grande ou não
homogenia o bastante, ela deve ser subdividida em
unidades menores chamadas subáreas ou sub bacias.
SUB-BACIA
EXEMPLOS:
EXEMPLO:
• Divisores de água: São linhas de separação entre bacias
hidrográficas.
• Divisor topográfico: Fixa a área da qual provêm o
escoamento superficial.
• Divisor freático: Limite dos reservatórios de água
subterrânea, de onde provêm o escoamento subterrâneo
da bacia.
CARACTERÍSTICAS DAS BACIAS
EXEMPLO:
• É definido como sendo o tempo necessário para que
toda a bacia hidrográfica contribua para o ponto (seção)
analisado.
• Em outras palavras, o tempo de concentração também
pode ser entendido como o tempo necessário para que a
agua precipitada no ponto mais distante da bacia se
desloque até a seção analisada.
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO
Dx, Dt
EXEMPLO: TEMPO DE CONCENTRAÇÃO
• Escoamento sobre o solo: É o primeiro tipo de
escoamento conforme a gota atinge o ponto mais remoto,
caracteriza-se por um escoamento laminar, semelhante a
maneira como a água escoa, calculado por um
nomógrafo, ou por equações empíricas, (alcance 30 m).
• Escoamento concentrado raso: quando as reentrâncias
naturais do terreno fazem o escoamento formarem
pequenos regatos. Como os regatos são mais
concentrados, a eficiência do escoamento aumenta
portanto, também a velocidade, tempo determinado por
um homógrafo empírico
• Escoamento de um curso d’água: geralmente o último e
o mais rápido que ocorre ao longo da vertente. O tempo
pode ser calculado pela Equação de Manning.
• ÁREA DA BACIA: A área da bacia (A) corresponde a
sua área de drenagem, cujo valor corresponde à área
plana entre os divisores topográficos projetada
verticalmente.
• O conhecimento da área da bacia permite estimar qual o
volume precipitado de água, para uma certa lâmina de
precipitação, pela equação:
volume precipitado = lâmina precipitada x área da bacia
FISIOGRAFIA DA BACIA HIDROGRÁFICA
• FORMA DA BACIA: É função da delimitação da área da
bacia e tem influência no tempo transcorrido entre a
ocorrência da precipitação e o escoamento no exutório.
• Em bacias de formato mais arredondado esse tempo tende
a ser menor do que em bacias mais compridas.
• Dois coeficientes são comumente empregados como
indicativos da forma da bacia: coeficiente de
compacidade e fator de forma.
• CONCEITO: Esse coeficiente é definido como a relação
entre o perímetro da bacia e a circunferência de um
círculo de mesma área da bacia.
• Assim, considerando uma bacia de área A e um círculo
também de área A, tem- se que:
COEFICIENTE DE COMPACIDADE
Sendo:
P – perímetro da bacia em km;
A – área da bacia em km².
• Quanto mais irregular a forma bacia, maior será o
coeficiente de compacidade. O coeficiente igual à
unidade corresponde a uma bacia circular. O valor mais
próximo à unidade indica a tendência à maiores
enchentes.
• CONCEITO: Corresponde ao coeficiente que é definido
pela relação entre a largura média da bacia e o
comprimento axial do curso d’água principal (LC). A
largura média L é calculada pela equação:
FATOR DE FORMA
• CONCEITO: É constituído pelo rio principal e pelos
seus afluentes. O estudo das ramificações é importante,
pois indica a maior ou menor velocidade com que a água
deixa a bacia.
SISTEMA DE DRENAGEM DE UMA BACIA
• 1ª ORDEM: Canais pequenos sem efluentes.
• Dois canais de ordem n dão lugar a um canal de ordem
n+1.
ORDEM DOS CURSOS D'ÁGUA 
1
11
1
1
1
1
1
2
1
2
3
2
EXEMPLO:
• CONCEITO: É a relação entre o comprimento total dos
cursos de água efêmeros, intermitentes e perenes de uma
bacia hidrográfica e a área total da mesma.
• Se existir um número bastante grande de cursos de água
numa bacia, o deflúvio atinge rapidamente os rios e
haverá provavelmente picos de enchentes altos e
deflúvios de estiagem baixos.
DENSIDADE DE DRENAGEM
Dd < 0,5 Km / Km2 - drenagem muito pobre.
Dd > 3,5 Km / Km2 - bacia excepcionalmente bem drenada.
• CONCEITO: Relação entre o comprimento do curso
principal e o comprimento do talvegue, sendo um fator
controlador da velocidade do escoamento.
SINUOSIDADE DE UM CURSO D'ÁGUA
Lt
• CONCEITO: São importantes, pois a velocidade de
escoamento superficial depende da declividade do
terreno, o que determina o seu relevo.
CARACTERÍSTICAS DO RELEVO
CURVA HIPSOMÉTRICA:
Gráfico cota x área percentual da bacia situada acima da cota 
de referência. As áreas são obtidas a partir das curvas de nível na 
bacia.
cotas
percentagem
da área
100 %0
ELEVAÇÃO MÉDIA DA BACIA:
Onde:
E = elevação média da bacia;
e = elevação média entre duas curvas de nível
consecutivas;
a = área entre as duas curvas de nível;
A = área total.
PERFIL LONGITUDINAL:
Gráfico elevação x distância até um ponto considerado.
elevações
distância
RETÂNGULO EQUIVALENTE:
Retângulo com área igual ao da bacia, com lados l e L.
• No retângulo equivalente são representadas as áreas entre as
curvas de nível.
L
l
curvas de
nível
• Perenes: Contém água durante todo o tempo. O lençol
subterrâneo mantém uma alimentação contínua e não
desce abaixo do leito do curso d'água.
• Intermitentes: Escoam durante as estações das chuvas
e secam nas de estiagem, transportando tanto
escoamento superficial quanto subterrâneo.
• Efêmeros: Existem apenas durante ou imediatamente
após o período de precipitação, só transportando o
escoamento superficial.
CLASSIFICAÇÃO DOS CURSOS D’ÁGUA
• Exemplo: da bacia do rio Anhangava.
• Conforme solução de Villela/Mattos, página 10;
EXEMPLO DE BACIA HIDROGRÁFICA
REFERÊNCIAS
GARCEZ, L. N. e ALVAREZ, G. A. Hidrologia. São Paulo: 
Blücher Ltda., 1988.
PINTO, N. L. de S.; HOLTZ, A. C. T.; MARTINS, J. A. e 
GOMIDE, F. L. S. Hidrologia básica. Rio de Janeiro: Edgar 
Blücher, 2000.