Interceptacao

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Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Instituto de Pesquisas Hidráulicas
Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos 
e Saneamento Ambiental
Disciplina Hidrologia I
CAPITULO 6 - INTERCEPTAÇÃO
Conceição de Maria Marques de Oliveira
Prof. Dr. Carlos E. M. Tucci
Texto preparado com base nas anotações de aula da disciplina de Hidrologia I
22/04/2003
SUMÁRIO
	6.1
	Introdução
	01
	6.2
	Conceito Interceptação
	01
	 6.2.1
	Interceptação
	02
	6.3
	Equação da Continuidade
	02
	 6.3.1
	Medições das variáveis
	02
	6.4
	Quantificação da Interceptação
	03
	6.5
	Interceptação em Modelos hidrológicos
	04
	6.6
	Armazenamento nas depressões
	05
	6.7
	Alteração de Uso e Manejo do Solo
	05
	6.8
	Metodo de Avaliação do Impacto do Desmatamento
	06
	6.9
	Alteração da Precipitação devido ao Desmatamento
	06
	6.10
	Impacto do Desmatamento sobre o Escoamento
	07
	6.11
	Referencias Bibliográficas
	07
INTERCEPTAÇÃO
6.I Introdução
	A parcela que atinge o solo, a mesma pode infiltrar ou escoar superficialmente dependendo da capacidade do solo em infiltrar.
	Essa capacidade depende de condições variáveis como a quantidade de umidade já existentes tais como: características do solo e da cobertura.
	A água que cai na superfície pode infiltrar, pode percolar para o aqüífero ou gerar um escoamento sub-superficial ao longo dos canais internos do solo, até a superfície ou um curso d' água. A água que infiltra na superfície do solo percola até o aqüífero, é armazenada e transportada até os rios criando condições de manter os rios perenes nos períodos de longa estiagem. 
	A interceptação pode ocorrer devido a vegetação ou outra forma de obstrução ao escoamento como a depressão do solo. O volume retido é perdido por evaporação;
	Este processo interfere no balanço hídrico da bacia hidrográfica, funcionando como um reservatório que armazena uma parcela da precipitação para consumo. A tendência é de que a interceptação reduza a variação da vazão ao longo do ano, retarde e reduza o pico das cheias.
6.2 Conceito Interceptação
	
É o processo de retenção de água acima da superfície do solo(vegetal, solo). O volume de precipitação que é retido ou armazenado pela vegetação, e eventualmente perdido por evaporação, constitui a interceptação.
	Em estudos de chuvas intensas ou eventos extremos, seu valor é normalmente desprezado mas, dependendo do tipo de cobertura vegetal e das características da precipitação, sua influencia no balanço hídrico pode-se tornar significativo. 
	Linsley et al (1949) mencionaram que, sob certas condições as perdas por interceptação pode atingir 25% da água total anual.
	Quando se inicia a chuva, a água molha a superfície das folhas e armazena nas concavidades das mesmas, gastando uma certa quantidade que fica aderida a enorme superfície foliar. Se continuar a capacidade de interceptação é ultrapassada, e toda a água que chega as folhas e caules escoa; simultaneamente, processa-se uma parcela continua por evaporação à partir das folhas úmidas. Quando há vento, esse processo pode ser acelerado, aumentando as perdas por interceptação. A precipitaçào atinge o solo(figura 1): a)atravessando a vegetação da floresta(em em média 85% da precipitação inicidente) ou; (b) através(1 a 2% precipitação). A diferença é a interceptação.
	
	Figura 6.1
	Processo de interceptação vegetal na bacia(Bruijnzeel,1990)
6.2.1 Interceptação 
A interceptação vegetal depende de vários fatores: características da precipitação e condições climáticas, tipo e densidade da vegetação e o período do ano.
 as características da precipitação são: intensidade, volume precipitado e a chuva antecedente.
Em floresta, para pequenos volumes de precipitação (< 0.3mm), todo o volume é retido e para precipitação superior a 1mm, de 0 a 40% pode ficar retido( Kittredge Viessman et al 1977).
 condições climáticas. O vento, é o fator climático mais significativo na interceptação. Em regiões em que ocorre maior vegetação climáticas, latitude elevadas, a vegetação apresenta uma significativa variação da folhagem ao longo do ano, que interfere diretamente com a interceptação.
densidade da vegetação. O tipo de vegetação caracteriza a quantidade de gotas que cada folha pode reter e a densidade da mesma indica o volume retido numa superfície de bacia. As folhas geralmente interceptam a maior parte da precipitação, mas a disposição dos troncos contribuem significativamente..
 período do ano. Época, também pode caracterizar alguns tipos de cultivos que apresentam as diferentes fases de crescimento e colheita. 
6.3 Equação da Continuidade 
	Equação da continuidade do sistema de interceptação pode ser escrita por:
	Si = P - T - C 	
	Equação 61
		Onde: Si :precipitação interceptada
P: precipitação
	T: precipitação que atravessa a vegetação
C: parcela que escoa pelo tronco das arvores
6.3.1 Medições das variáveis
	precipitação: a quantidade de precipitação é realizada com postos localizados em clareiras próximas as áreas de interesse. A distribuição dos postos depende do tipo de precipitação no local e do grau de precisão desejado.
	precipitação que atravessa a vegetação: Esta precipitação é medida por drenagem especial colocada abaixo das arvores e distribuída de tal forma a obter uma representatividade espacial variável. 
	Dependendo do tipo de cobertura, a quantificação desta variável é ainda mais difícil, como em gramas e vegetação rasteiras.
	 escoamento pelos troncos: esta variável apresenta uma parcela pequena do total precipitado( de 1 a 15% do total precipitado), e em muito casos está dentro da faixa de erros de amostragem das outras variáveis. A medição desta variável somente é viável para vegetação com troncos de magnitude razoável..
6.4 Quantificação da Interceptação
Fórmulas conceituais
 Horton( 1919), a descrever e apresentar resultados e equações para descrever o comportamento da interceptação vegetal. Relacionou o volume interceptado durante uma enchente com a capacidade de interceptação da vegetação e a taxa de evaporação. O primeiro termo da linha representa a parcela retida e o segundo a evaporação.
	Si = Sv + (Av/A) E tr
	Equação 62
Onde: Sv: é a capacidade de armazenamento da vegetação para a area (mm);
	Av: área da vegetação
	A: área total
	E: evaporação da superfície de evaporação(mm/h)
	tr: duração da precipitação em horas
	
Esta equação representa algumas limitações:
- nela, a interceptação é independente da precipitação
- a capacidade de armazenamento deve ser preenchida, o que necessariamente não ocorre.
	
	Algumas outras equações também foram introduzida na equação de Horton, como a Miriam(1960).
	Si = Sv (1- e-9/Sv ) + R E tr
	Equação 63
	
Onde: p: precipitação
	R: AV/A
	K: (R E tr)/P (é adotado como uma constante).
	Nesta equação quando a intensidade aumenta, o termo exponencial reduz, convergindo para uma constante igual Sv.
Equação empíricas: 
O uso de equação de regressão relacionando as principais variáveis e ajustadas a diferentes tipos de dados tem sido uma praticas freqüentes. Uma das equações é a seguinte:
	Si = a + b P n
	Equação 64
				
Onde: a, b , n : parâmetros ajustados ao local
	Si e P: precipitação em polegadas
	Para a estimativa do volume total interceptado utiliza-se o fator de projeção "f" que é multiplicado ao valor de Si para se obter a interceptação média da área. Portanto "f"representa a parcela de vegetação sobre a área de interesse
	
	Tabela 61
	Coeficientes para cultivos são multiplicado pela altura da planta "h" em pés.
	Cobertura Vegetal
	a
	b
	c
	Fator de projeção
	Pomar
	0.04
	0.018
	1.0
	
	Ash
	0.02
	0.018
	1.0
	
	Beech
	0.04
	0.18
	1.0
	
	Carvalho
	0.05
	0.18
	1.0
	
	Maple
	0.04
	0.18
	1.0
	
	Arbustos
	0.02
	0.40
	1.0
	
	Pinus
	0.05
	0.20
	0.50
	
	Feijào, batata, e outras
	
	
	
	
	Pequenas culturas
	0.02h
	0.15h
	1.00h
	0.25h
	Pastos
	0.005h
	0.08h
	1.00
	1.0
	Forrgeiras
	0.01h
	0.10h
	1.00
	1.0
	Pequenos grãos
	0.005h
	0.05h
	1.00
	1.0
	Milho
	0.05h0.005h
	1.00
	0.10h
6.5 Interceptação em Modelos hidrológicos
	Nos modelos conceituais que retratam a transformação da chuva em vazão a interceptação tem sido tratada como um reservatório com uma capacidade máxima de acordo com o tipo de cobertura. Durante a simulação este reservatório retira água da precipitação até atingir a sua capacidade máxima. Nos períodos secos o reservatórios é deplecionado com base na evaporação e evapotranspiração. Como mostra a figura 2 abaixo.
	Crowford e Linsley (1966) utilizam critério no modelo Stamford IV e sugeriam os valores da Tabela 6.2.
	Tabela 62
	Capcidade máxima do reservatório de interceptação utilizado pelo modelo Stanford IV(Crawford e Linsley. 1966).
	Cobertura
	Capacidade Máxima(mm)
	Campo, prado
	2.50
	Floresta ou mato
	3.75
	Floresta ou mato denso
	5.00
Vmaxx
V(t)
evap.
 preci.
	 (reservatório)
	Figura 6.2
	Transferencia de fluxos verticais no reservatório
6.6 Armazenamento nas depressões
	
Na bacia hidrográfica existem obstruções naturais e artificias ao escoamento, acumulando parte do volume precipitado. Isso pode ser observado após uma enchente, quando areas sem drenagem formam pequenas depressões e somente pode ser diminuído com a evaporação e infiltração.
	Bacias com baixa drenagem tendem a ter menor vazão media e maior capacidade de regularização natural do escoamento.
	Em bacias urbanas, podem ser criadas artificialmente áreas com retenção do escoamento em função de aterros, pontes e construções. O somatório destas perdas se reflete na redução da vazão média e no abatimento dos picos de enchentes.
	Linsley et al.(1949), utilizou a seguinte expressão empírica para retratar o volume retido pelas depressões do solo após o inicio da precipitação.
		Vd = Sd ( 1 - e-kPe )
	Equação 65
	
			
6.7 Alteração de Uso e Manejo do Solo
	6.7.1 Características e Classificação das alterações
	A alteração da superfície da bacia tem impactos significativos sobre o escoamento. Esse impacto normalmente é caracterizado quanto ao efeito que provoca no comportamento das enchentes, nas vazões mínimas e na vazão máxima.							
	As alterações sobre o uso e manejo do solo da bacia podem ser classificados quanto: 
I)ao tipo de mudanças; II) ao tipo da superfície; III) a forma de desmatamento.
Tabela 63. Classificação sobre a mudança e uso do solo
		Classificação
	tipo
	Mudança da superfície
	Desmatamento
	
	Reflorestamento
	
	Impermeabilização
	Uso da superfície
	Urbanização
	
	Reflorestamento para exploração sistemática
	
	Desmatamento extração de madeira, cultura de subsistência, culturas anuais, cultura permanentes
	Método de alteração
	Queimada
	
	Manual
	
	Equipamento
	
6.8 Metodo de Avaliação do Impacto do Desmatamento 
	Segunso McCulloch e Robinson(1993), os estudos experimentais em bacias utilizados para avaliar o impacto das suas modificações físicas podem ser classificados em três grupos principais.
1. Estudo de Correlação: analise de correlação entre bacias de diferentes características de clima cobertura solo e morfologia.
2. Estudos de uma única bacia para uma bacia experimental busca-se estabelecer a relação entre as condições previa a mudanças e após a mesma. Considerando climatologia e o comportamento da bacia. Após a alteração da cobertura e uso do solo são examinadas nas relações hidrológicas.
3. Estudos experimentais com pares de bacia: selecionam duas bacias de características similares. Uma é submetida a alteração do solo, denominada de experimental e a outra é mantida preservada denominada de bacia de controle.
6.9 Alteração da Precipitação devido ao Desmatamento
	Com a retirada da floresta os fluxos envolvidos no ciclo hidrológico se alteram, ocorrendo o seguinte:
aumento do albedo. A floresta absorve maior radiação de onda curta e reflete menos.
maiores flutuações da temperatura e déficit de tensão de vapor das superfície das áreas desmatadas.
o volume evaporado é menor devido a redução de interceptação vegetal pela retirada da vegetação das arvores.
menor variabilidade da umidade das camadas profundas do solo, já que a floresta pode retirar umidade de profundidade superiores a 3.6m, enquanto que a vegetação rasteira como pasto age sobre profundidades de 20cm.
6.10 Impacto do Desmatamento sobre o Escoamento
	O efeito do desmatamento sobre o escoamento deve ser separado de acordo com o efeito sobre a: I. vazão média; II vazão mínima; III vazões máximas.
I. Vazões média: a redução da cobertura de floresta aumenta a vazão média; o estabelecimento de cobertura florestal em áreas de vegetação esparsa diminui a vazão média; a resposta a mudança é muito variável e na maioria das vezes, não é possível prever.
II. Vazões mínimas: Pode-se aumentar ou diminui, vai depender muito das características reais do solo. Quando as condições de infiltração após o desmatamento ficam deterioradas, por exemplo o solo fica compacto pela energia da chuva, a capacidade de infiltração pode ficar reduzida e aumentar o escoamento superficial, com a redução da alimentação do aqüífero. Se a água que não é perdida pela floresta, atinge o solo e infiltra, o aqüífero tem uma maior recarga, aumentando as vazões mínimas.
	Antes de analisar o impacto em cada uma das estatísticas do escoamento é necessário caracterizar os principais aspectos que influenciam as alterações no escoamento como : diferenças de umidade de solo, climatologia sazonal, diferenças de elevação, profundidade do solo e declividade do solo, grau de alteração devido ao método de desmatamento, grau de desmatamento da bacia, cobertura que substitui a floresta ou vegetação natural.
	
Em bacias com floresta e vegetação fechada as precipitações de baixa intensidade normalmente não geram escoamento. No entanto, após um período chuvoso de grande intensidade, quando a capacidade de interceptação da bacia é atingida, o escoamento aparece e as diferenças com relação ao volume escoado em bacias desmatadas são menores. Portanto cheia de pequeno e médio período de retorno tende a aumentar, quando ocorre o desmatamento, enquanto que nas cheias de maior magnitude as diferenças diminuem.
6.11 Referencias Bibliográficas
McCulloch e Robinson., 1993. History of florest hydrology Journal of Hidrology, 150: 189-216
Tucci, C.E.M. Interceptação. In: Hidrologia, Ciência e Aplicação. Tucci, C.E.M. 2.ed. Porto Alegre. Editora Universidade/ UFRGS: BARH. 2000.
Tucci, C.E.M. Revista Brasileira de Recurso Hídricos. Volume2. N:1 1997.pg.135-152.
Tucci, C .E.M., 2002. Impacto da Variabilidade Climatica e o uso do solo nos recursos hidricos. ANA.Camara Climatica de Recursos Hidricos. Forum Brasileiros de Mudanças Climaticas. 
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