hidrologia parte 2

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HIDROLOGIA APLICADA, 
 
PRIMEIRO MÓDULO 
 
CONCEITOS DE HIDROLOGIA 
 
A palavra HIDROLOGIA é originada das palavras gregas HYDOR, que 
significa “água” e LOGOS, que significa “ciência”. Hidrologia é, pois, a ciência que 
estuda a água (STUDART & CAMPOS, 2004). 
Durante a história, muitos conceitos errôneos e falhas de compreensão 
atravessaram o desenvolvimento da engenharia no seu sentido atual. Os gregos 
foram os primeiros filósofos que estudaram seriamente a Hidrologia, com Aristóteles 
sugerindo que os rios eram alimentados pelas chuvas (STUDART & CAMPOS, 
2004). 
No Século XIX, muitas equações, fórmulas e instrumentos de medição foram 
criados no tocante às águas superficiais. O Século XX marcou a utilização dos 
computadores, que tornaram as análises mais rápidas e os modelos mais robustos. 
A Hidrologia está presente no nosso dia-a-dia, no rio ou córrego que 
atravessa a cidade, no volume de chuva precipitado numa região, no estudo e 
avaliação das enchentes e inundações, na drenagem urbana, nos sistemas de 
captação de água para abastecimento público ou industrial, na irrigação, nas 
rodovias, etc. Torna-se essencial o seu entendimento para possibilitar a 
compreensão de questões cotidianas, bem como melhorar e aperfeiçoar ações 
executadas nos municípios brasileiros, que tenham as águas superficiais como tema 
central. 
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Segundo Studart & Campos (2004), o ciclo natural da água tem sido 
interrompido ou alterado em regiões muito artificializadas, como as megacidades. 
É consenso geral que a gestão das águas é uma necessidade. E assim, a 
Hidrologia ressurge, hoje, como ferramenta indispensável para tal fim, uma vez que 
é a ciência que trata do entendimento dos processos de suprimento de água. Só ela 
pode avaliar como e quanto o ciclo hidrológico pode ser modificado pelas atividades 
humanas (STUDART & CAMPOS, 2004). 
Definição 1 - Hidrologia: estuda as fases do ciclo hidrológico, descrevendo 
seu passado, tentando prever seu futuro. 
Fonte: STUDART & CAMPOS, 2004. 
 
Definição 2 – Hidrologia: é a ciência que estuda a dinâmica da água na 
Terra, sua circulação e distribuição, as suas propriedades físicas e químicas, e sua 
reação com o meio ambiente, incluindo sua relação com as formas vivas. 
Fonte: LUGON JR & RODRIGUES, 2008. 
 
Hidrologia Aplicada: está voltada para os diferentes problemas que 
envolvem a utilização dos recursos hídricos, preservação do meio ambiente e 
ocupação da bacia hidrográfica. 
Fonte: CARVALHO & SILVA, 2006. 
 
O objeto central da Hidrologia é o estudo do Ciclo Hidrológico (CH) e dos 
diversos subciclos que o compõem (LUGON JR &RODRIGUES, 2008). No próximo 
tópico deste curso vamos estudar em detalhes o ciclo hidrológico para seu perfeito 
entendimento. 
 
CICLO HIDROLÓGICO, IMPORTÂNCIA E BALANÇO HÍDRICO 
 
A água (H2O) é um dos condicionantes da vida no planeta, sendo um recurso 
escasso e raro em diversas regiões do planeta. É utilizada em diversos processos 
industriais, sendo que a quantidade de água existente no planeta é constante, mas a 
poluição e contaminação deste recurso é que tem diminuído o volume de água 
disponível para consumo. 
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Este mineral está presente em toda a natureza, nos estados sólido, líquido e 
gasoso. É um recurso natural peculiar, pois se renova pelos processos físicos do 
ciclo hidrológico em que a Terra se comporta como um gigantesco destilador, pela 
ação do calor do Sol e das forças da gravidade. É, ainda, parte integrante dos seres 
vivos, e essencial à vida (BARTH & BARBOSA, 1999). 
Apesar da maior parte da água do Planeta, em qualquer momento, estar 
contida nos oceanos, a mesma está em contínuo movimento, em um ciclo cuja fonte 
principal de energia é o sol e cuja principal força atuante é a gravidade. A esta 
transferência ininterrupta da água do oceano para o continente e do continente para 
o oceano, dá-se o nome de Ciclo Hidrológico (STUDART & CAMPOS, 2004). 
Todas as formas de vida existentes na Terra dependem da água. Cada ser 
humano necessita consumir diariamente vários litros de água doce para manter-se 
vivo. Contudo, a água doce é um prêmio. Mais de 97% da água do mundo é água do 
mar, indisponível para beber e para a maioria dos usos agrícolas. Três quartas 
partes da água doce estão presas em geleiras e nas calotas polares. Lagos e rios 
são as principais fontes de água potável, mesmo constituindo, em seu conjunto, 
menos de 0,01% do suprimento total de água. Recentemente, foi estimado que a 
humanidade consome, sobretudo para a agricultura, cerca de um quinto da água 
que escoa para os mares; e as previsões indicam que essa fração atingirá cerca de 
três quartas partes no ano de 2025 (BAIRD, 2007). 
O comportamento natural da água quanto à sua ocorrência, transformações 
de estado e relações com a vida humana é bem caracterizado por meio de conceito 
de ciclo hidrológico, que pode ser considerado como composto de duas fases 
principais: uma atmosférica e outra terrestre. Cada uma delas incluem o 
armazenamento temporário de água, o transporte e a mudança de estado. 
Com fins didáticos e tendo em vista a aplicação à Engenharia, apresenta-se o 
ciclo hidrológico como compreendendo quatro etapas principais: 
- precipitações atmosféricas (chuva, granizo, neve e orvalho); 
- escoamentos subterrâneos (infiltração, águas subterrâneas); 
- escoamentos superficiais (torrentes, rios, ribeirões, lagos, córregos); 
- evaporação (na superfície das águas e no solo) e transpiração dos 
vegetais e animais. 
Quando universalmente considerado, o volume de água compreendido em 
cada parte do ciclo é relativamente constante, porém, quando se considera uma 
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área limitada, as quantidades de água em cada parte do ciclo variam continuamente, 
dentro de amplos limites. A superabundância e a escassez de chuva representam, 
numa determinada área, os extremos dessa variação. 
Os conflitos de utilização da água têm aspectos econômicos, sociais e 
ambientais que não podem ser resolvidos unicamente pelos técnicos de formação 
em ciências exatas. Novas categorias de profissionais, formados em ciências 
humanas precisam participar das soluções dos conflitos, nos processos de 
negociação entre o poder púbico e a sociedade (BARTH & BARBOSA, 1999). 
Com isto os engenheiros, geólogos, agrônomos, tecnólogos e economistas 
precisam conviver, interagir, e atuar em sinergia com sociólogos, cientistas sociais e 
comunicadores, formando equipes multidisciplinares de recursos hídricos. Essas 
equipes terão de ir a campo para interagir com os usuários das águas, com as 
comunidades urbanas e rurais, com os industriais, agricultores e ambientalistas a fim 
de encontrar, em processo de negociação complexo e difícil, as soluções de 
consenso para os conflitos de uso dos recursos hídricos (BARTH & BARBOSA, 
1999). 
 
Figura 1 – Ciclo hidrológico e suas etapas 
(Fonte: DNAEE apud STUDART & CAMPOS, 2004). 
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Resumo do Aluno 
Ciclo Hidrológico: é o comportamento natural da água, transformações de 
estado e relações com a vida humana. Suas etapas são: 
- Precipitação, escoamento superficial, escoamento subterrâneo, evaporação 
e transpiração. 
 
 
Balanço Hídrico 
 
O balanço hídrico nada mais é do que o computo das entradas e saídas de 
água de um sistema. Várias escalas espaciais podem ser consideradas para se 
contabilizar o balanço hídrico. Na escala macro, o “balanço hídrico” é o próprio “ciclo 
hidrológico”, cujo resultado nos fornecerá a água disponível no sistema (no solo, 
rios, lagos, vegetação úmida e oceanos), ou seja, na biosfera (SENTELHAS & 
ANGELOCCI, 2009). 
Em uma escala intermediária, representada por uma microbacia hidrográfica, 
o balanço hídrico resulta na vazão de água desse sistema. Para períodos em que a 
chuva é menor do que a demanda atmosférica por vapor d’água, a vazão (Q) 
diminui, ao passo que nos períodos em que a chuva supera a demanda,Q aumenta 
(SENTELHAS & ANGELOCCI, 2009). 
Na escala local, no caso de uma cultura, o balanço hídrico tem por objetivo 
estabelecer a variação de armazenamentos e, consequentemente, a disponibilidade 
de água no solo. Conhecendo-se qual a umidade do solo ou quanto de água este 
armazena é possível se determinar se a cultura está sofrendo deficiência hídrica, a 
qual está intimamente ligada aos níveis de rendimento dessa lavoura (SENTELHAS 
& ANGELOCCI, 2009). 
De forma didática e simples, o balanço hídrico de uma bacia hidrográfica 
(vamos estudar seu significado nos próximos tópicos) pode ser dado pela equação: 
P = Qd + Qb + T + E, sendo: 
- P = Precipitação (chuva); 
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- Qd = Escoamento direto (água que deixa a bacia durante a chuva ou poucas 
horas após o seu encerramento); 
- Qb = Escoamento de base (água que infiltra no solo, alcançando camadas 
inferiores do solo, sendo temporariamente armazenada até contribuir para o rio na 
forma de escoamento de base, nas nascentes e áreas baixas); 
- T = Transpiração da vegetação; 
- E = Evaporação da água do solo e das superfícies líquidas. 
 
 
BACIA HIDROGRÁFICA COMO UNIDADE DE GEOPLANEJAMENTO 
 
Os desequilíbrios ambientais são originados muitas vezes, da visão 
setorizada dentro de um conjunto de elementos que compõe a paisagem. A bacia 
hidrográfica como unidade integradora desses setores (natural e social) deve ser 
administrada com essa função a fim de que os impactos ambientais sejam 
minimizados (CUNHA & GUERRA, 1996). 
Segundo Silveira (2003), a bacia hidrográfica é o elemento fundamental de 
análise do ciclo hidrológico. Christofoletti (1980) afirma que todos os acontecimentos 
que ocorrem numa bacia de drenagem repercutem, direta ou indiretamente, nos rios. 
Silva et al. (2001) salientam que dentre os recursos do meio físico que são 
degradados, os hídricos caracterizam-se como os mais facilmente afetados pelo 
processo de crescimento e ocupação desordenada. 
Conforme Cunha & Guerra (1996), sob o ponto de vista do auto-ajuste, pode-
se deduzir que as bacias hidrográficas integram uma visão conjunta do 
comportamento das condições naturais e das atividades humanas nelas 
desenvolvidas, uma vez que, mudanças significativas em qualquer dessas unidades, 
podem gerar alterações, efeitos ou impactos a jusante e nos fluxos energéticos de 
saída (descarga, carga sólida e dissolvida). 
 
A bacia hidrográfica, segundo Garcez & Alvarez (1988), pode ser 
considerado uma área definida e fechada topograficamente num ponto do curso de 
água, de forma que toda a vazão afluente possa ser medida ou descarregada 
através desse ponto. 
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Com este entendimento podemos visualizar que todos os impactos 
ambientais oriundos dos terrenos adjacentes, pelo mau uso do solo, ocupação 
inadequada, falta de saneamento ambiental e baixa cobertura vegetal nativa 
ocasionam impactos hidrológicos, influenciando os recursos hídricos. 
 
 
Figura 2 – Bacia hidrográfica e seus elementos 
Fonte: MACHADO, 2011. Disponível em: 
<www.prof2000.pt/users/elisabethm/geo8/rio1.htm>. Acessado em: 21 Julho 2011. 
 
A erosão e o consequente processo de sedimentação, quando ocorrem em 
níveis elevados, geram uma série de impactos econômicos, sociais e ambientais, 
cujos custos são divididos não apenas por um setor, mas por toda a sociedade 
(BRASIL, 2009). 
A produção de sedimentos está sempre relacionada a um sistema erosivo 
composto pelas fases de retirada, transporte e deposição de materiais enfraquecidos 
pelo intemperismo (PEREIRA, 2007). Seja de maneira natural, seja catalizada pela 
ação humana, este sistema erosivo pode estar associado à ação de vários agentes 
físicos, como é o caso do vento, do gelo, do mar ou da ação da água escoando em 
uma bacia hidrográfica (PEREIRA, 2007). 
Estes impactos são exportados para a população urbana através do 
abastecimento público de água, pela influência nas enchentes urbanas e prejuízos 
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relacionados ao turismo. Para os proprietários rurais, os impactos refletem em baixa 
produtividade agrícola, aumento da pobreza rural, deterioração da qualidade de vida 
e impactos no custo da terra. Ambos refletem para toda a sociedade, como no 
aumento e oscilação no preço dos alimentos, aumento na taxa de fornecimento de 
água potável, desastres naturais, êxodo rural e aumento dos impostos. 
 
Figura 3 – Delimitação da bacia hidrográfica na paisagem 
(Foto: Diego de Toledo Lima da Silva, 2011). 
 
 
Garcez & Alvarez (1988) observam que a maioria dos problemas práticos de 
hidrologia tem como referência a bacia hidrográfica de um curso de água em uma 
seção determinada deste. 
 
 
Portanto, a compreensão que a bacia hidrográfica é a unidade básica de 
planejamento territorial (geoplanejamento) na realização de uma obra no curso 
d’água (como uma ponte, canalização, barragem, entre outros); no controle de 
inundações e enchentes; no desenvolvimento urbano e regional; no aproveitamento 
dos recursos hídricos para irrigação, abastecimento público e geração de energia; e 
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na revitalização e recuperação ambiental de uma determinada área; é essencial 
para que a população seja cúmplice nas mudanças e/ou no sucesso do projeto. 
 
 
 
PRECIPITAÇÃO ATMOSFÉRICA E FORMAS DE MEDIÇÃO 
 
A precipitação é um fenômeno através do qual o vapor de água presente na 
atmosfera se condensa em microgotículas, que se aglutinando podem assumir peso 
suficiente para que a gravidade vença o transporte ascensional. Essa aglutinação 
pode ser induzida por partículas de poeira, gelo ou gotas maiores (PINTO et al., 
1990 apud LUGON JR & RODRIGUES, 2008). 
Entende-se por precipitações atmosféricas como o conjunto de águas 
originadas do vapor de água atmosférico que cai, em estado líquido ou sólido, sobre 
a superfície da terra. O conceito engloba, portanto, não somente a chuva, mas 
também a neve, o granizo, o nevoeiro, o sereno e a geada (GARCEZ & ALVAREZ, 
1988). 
De maneira prática para o curso, as chuvas serão o tipo de precipitação 
atmosférica que estudaremos. 
A chuva é o principal tipo de precipitação que ocorre no Brasil, uma vez que a 
precipitação de neve está restrita a áreas serranas da região sul em ocorrências 
ocasionais. Por isso é comum o termo precipitação ser utilizado para a chuva, o 
elemento climático que deflagra os principais desastres naturais no Brasil: as 
inundações e os escorregamentos. A precipitação pluviométrica, ou chuva, tem sido 
o elemento do clima que provoca as transformações mais rápidas na paisagem no 
meio tropical e subtropical, sobretudo durante o verão, em episódios de chuvas 
concentradas (chuvas intensas ou aguaceiros), que ocorrem anualmente 
(TAVARES, 2009). 
Há uma relativa facilidade para medir as precipitações. Dispõe-se muitas 
vezes de longas séries de observações (mais de 200 anos em algumas estações na 
Europa, e com frequência mais de cinquenta anos em certos postos brasileiros) que 
permitem uma análise estatística de grande utilidade (Adaptado de GARCEZ & 
ALVAREZ, 1988). 
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Ainda segundo Garcez & Alvarez (1988), as precipitações atmosféricas 
representam, no ciclo hidrológico, o importante papel de elo de ligação entre os 
fenômenos meteorológicos propriamente ditos e os do escoamento superficial. 
 
As características principais que devem ser observadas das chuvas são a 
distribuição espacial (área) e temporal (período). 
 
Tipos de chuva 
 
Conforme Tavares (2009), as chuvas são classificadas de acordo com sua 
formação, que é resultado do tipo de processo que controla os movimentos de 
elevação do ar geradores das nuvens das quais se precipitam. 
Segundo Mendonça & Danni-Oliveira (2007) apud Tavares (2009) são assim 
diferenciadas: 
- Chuva de origem térmica ou convectiva: a convecção resulta do forte 
aquecimento do ar que ocorre ao longo do dia e caracteriza-se por movimentos 
ascensionais turbilhonares e vigorosos, que elevam o ar úmido. Com a continuidadedo aquecimento e atingindo a saturação, expressa pela temperatura do ponto de 
orvalho (TPO), ocorre a formação de pequenas nuvens cumulus, que tendem a se 
transformar em cumulo nimbos, gerando a precipitação, e não raras vezes os 
aguaceiros tropicais de final de tarde (“chuva de verão”). 
 
 
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Figura 4 – Chuva convectiva ou térmica 
Fonte: Valente, 2009. Disponível em: <www.ecodebate.com.br/2009/03/25/como-
chove-aquela-chuva-artigo-de-osvaldo-ferreira-valente>. Acessado em: 11 Julho 
2011. 
 
- Chuva de origem orográfica ou de relevo: ocorrem por ação física do relevo 
que atua como uma barreira à advecção livre do ar, forçando-o ascender. O ar 
quente e úmido, ao ascender próximo às encostas, resfria-se adiabaticamente 
devido à descompressão promovida pela menor densidade do ar nos níveis mais 
elevados. O resfriamento conduz à saturação do vapor, possibilitando a formação de 
nuvens estratiformes e cumuliformes, que, com a continuidade do processo de 
ascensão, tendem a produzir chuvas. 
 
 
Figura 5 – Chuva orográfica ou de relevo 
Fonte: Valente, 2009. Disponível em: <www.ecodebate.com.br/2009/03/25/como-
chove-aquela-chuva-artigo-de-osvaldo-ferreira-valente>. Acessado em: 11 Julho 
2011. 
 
- Chuva de origem frontal: forma-se pela ascensão forçada do ar úmido ao 
longo das frentes. As frentes frias, por gerarem movimentos ascensionais mais 
vigorosos, tendem a formar nuvens cumuliformes mais desenvolvidas. A intensidade 
das chuvas nelas geradas, bem como sua duração, será influenciada pelo tempo de 
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permanência da frente no local, pelo teor de umidade contido nas massas de ar que 
a formam, pelos contrastes de temperaturas entre as massas e pela velocidade de 
deslocamento da frente. Nas frentes quentes, a ascensão é mais lenta e gradual, 
gerando nuvens preferencialmente do tipo estratiforme. 
 
Figura 6 – Chuva frontal 
Fonte: Valente, 2009. Disponível em: <www.ecodebate.com.br/2009/03/25/como-
chove-aquela-chuva-artigo-de-osvaldo-ferreira-valente>. Acessado em: 11 Julho 
2011. 
 
Resumo do Aluno 
Tipos de chuva: 
- Convectivas: grande intensidade e curta duração, restritas a pequenas 
áreas. São responsáveis por boa parte das inundações; 
- Orográficas: ocorrem quando frentes do oceano encontram barreiras 
montanhosas. São normalmente de baixa intensidade e longa duração; 
- Frontais: provém da interação de massas de ar quente e frio. Possuem 
grande duração e média intensidade, podendo inundar até grandes bacias. 
 
Medindo as chuvas 
 
A medição do volume de chuvas de determinado local pode ser realizada por 
instrumentos meteorológicos, como o pluviômetro ou o pluviógrafo. 
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A unidade de medida é o milímetro (mm), sendo que cada milímetro de chuva 
equivale a 1 litro por metro quadrado. Exemplo: quando ouvimos nos telejornais que 
choveu mais de 100 mm em determinado local, quer dizer que choveu mais de 100 
litros de água por metro quadrado neste local! 
Algumas grandezas e unidades de medida são muito utilizadas, vejamos: 
- Altura pluviométrica ou altura de precipitação (P): quantidade de água 
precipitada por unidade de área horizontal. Geralmente é expressa em milímetros 
(em polegadas nos Estados Unidos e Inglaterra) (GARCEZ & ALVAREZ, 1988); 
- Duração (t): intervalo de tempo decorrido entre o instante em que se iniciou 
a precipitação e seu término. É medida em geral em minutos (ou em horas) 
(GARCEZ & ALVAREZ, 1988); 
- Intensidade (i): precipitação por unidade de tempo. Geralmente expressa 
em mm/h (milímetro por hora) ou mm/min (milímetro por minuto); 
- Período de Retorno (T): intervalo médio de tempo, em anos, onde uma 
determinada chuva pode ser igualada ou superada pelo menos uma vez, em um ano 
qualquer; 
- Frequência (F): número de ocorrências de uma determinada precipitação 
(definida por uma altura pluviométrica e uma duração) no decorrer de um intervalo 
de tempo fixo (GARCEZ & ALVAREZ, 1988). Pode ser expressa pela equação 
abaixo: 
F = 1 / T, onde (/) representa o sinal de divisão, e: 
- F = Frequência; 
- T = Período de Retorno. 
 
Tipos de aparelhos 
 
Dois são os tipos principais de aparelhos utilizados para a medida das 
precipitações: os simples receptores, que recolhem a água tombada e a armazenam 
convenientemente para posterior medição volumétrica (pluviômetros), e os aparelhos 
registradores, que registram continuamente a quantidade de chuva que recolhem 
(pluviógrafos) (GARCEZ & ALVAREZ, 1988). 
 
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O pluviômetro é o dispositivo que se destina a registrar a quantidade de 
precipitação ocorrida em um determinado espaço de tempo. 
 
 
Os pluviômetros são normalmente observados uma ou duas vezes por dia, 
todos os dias, em horas certas e determinadas (importante); não indicam, portanto, a 
intensidade das chuvas ocorridas, mas tão somente a altura pluviométrica diária (ou 
a intensidade média em 12 h) (GARCEZ & ALVAREZ, 1988). 
 
Figura 7 – Pluviômetro instalado próximo de uma residência 
(Foto: Diego de Toledo Lima da Silva, 2011). 
 
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Figura 8 – O pluviômetro deve ser instalado em área aberta 
Fonte: FAEM/UFPEL, 2011. Disponível em: 
<www.ufpel.edu.br/faem/agrometeorologia/images/pluviometro86.jpg>. Acessado 
em: 21 Julho 2011. 
 
 
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Figura 9 – Pluviômetro utilizado nas áreas de risco da cidade de Petrópolis/RJ 
Fonte: DEFESA CIVIL – PETRÓPOLIS, 2011. Disponível em: 
<www.petropolis.rj.gov.br/index.php?url=http%3A//defesacivil.petropolis.rj.gov.br/def
esacivil/modules/mastop_publish/%3Ftac%3D33>. Acessado em: 21 Julho 2011. 
 
Pluviógrafo: instrumento que mede e registra automaticamente a quantidade 
de chuva precipitada em um determinado local e a duração da chuva, podendo ser 
de 3 tipos: flutuador (o mais utilizado no Brasil), balança e basculante. 
 
Os pluviógrafos geralmente registram os volumes de chuva de hora em hora, 
possibilitando conhecer a intensidade da chuva, importante, por exemplo, na 
elaboração de equações de chuva intensa, que estudaremos mais à frente, e no 
estudo de escoamento de águas pluviais e vazões de enchentes de pequenas 
bacias. 
 
Figura 10 – Pluviógrafo 
Fonte: DIRECCIÓN METEOROLÓGICA DE CHILE, 2011. Disponível em: 
<www.meteochile.cl/instrumentos/inst_convencional.html>. Acessado em: 21 Julho 
2011. 
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Instalação, operação e cuidados especiais com os pluviômetros 
 
Os aparelhos de medida de precipitação nunca medem exatamente a 
quantidade de água que cairia no local. Levando em conta que o valor medido 
deverá ser extrapolado para uma área muitas vezes superior à área de medição, há 
evidentemente um interesse grande em diminuir o mais possível essa discrepância, 
bem como em obter uma medida representativa de toda a região. Por isso devem 
ser tomados cuidados especiais na escolha do aparelho e em sua instalação, 
manutenção e operação (GARCEZ & ALVAREZ, 1988). 
Instalação: o pluviômetro deve ser instalado em local aberto, distante de 
qualquer obstáculo que possa causar interferência na coleta da chuva pelo 
recipiente. Na instalação, o pluviômetro deve ser colocado fixado a uma haste de 
madeira, a 1,5 de altura do solo. No caso de ser uma área densamente habitada, 
sem estas condições, o pluviômetro pode ser instalado no telhado da residência, 
fora de qualquer obstáculo. 
Operação: a medição do volume de chuvas deve ser realizada em horário 
fixo, de preferência toda manhã, às 07:00 hs ou 08:00 hs. O mesmo deve ocorrer 
com todos os pluviômetros da rede em uma determinada área. O operador deve 
tomar todo o cuidado na leitura, principalmente no tocante a erros grosseiros (golpe 
de vista). 
Manutenção: no geral, os pluviômetros não exigem manutenção constante. 
Apenas vistorias de acompanhamento. 
Distribuição: os pluviômetros devem ser distribuídos por bacia hidrográfica, de 
forma a se obter uma melhor cobertura de toda a área da bacia, uma melhor 
precisão nos resultados e evitar “zonas em branco”– sem qualquer tipo de medição. 
Vejam uma possível distribuição hipotética de pluviômetros em uma 
microbacia hidrográfica: 
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Figura 11 – Distribuição hipotética de pluviômetros em uma microbacia hidrográfica 
para um estudo detalhado (Foto: Diego de Toledo Lima da Silva, 2011). 
 
Análise de dados de uma estação pluviométrica 
 
A rede de estações pluviométricas distribuídas no Brasil fornece dados de 
vários anos que necessitam ser analisados. Segundo Garcez & Alvarez (1988), os 
dados colhidos pelos aparelhos de medida devem ser submetidos inicialmente a 
uma depuração prévia e a um preparo que possibilite seu emprego posterior. 
 
 
 
 
 
 
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Vários postos pluviométricos numa bacia 
hidrográfica 
 
Em alguns casos encontramos vários postos pluviométricos distribuídos 
dentro e fora da bacia hidrográfica, sendo que cada posto fornecerá um volume de 
chuvas. Isto é evidente, pois não chove de maneira uniforme em toda a bacia, um 
exemplo é que nas partes altas da bacia chove um determinado volume e nas áreas 
baixas outro. Para algumas análises existe a necessidade de apresentação de um 
único dado e existem basicamente 3 metodologias para o cálculo: Método da Média 
Aritmética Simples; Método Simplificado de Thiessen e Método das Isoietas. 
 
Método da Média Aritmética Simples 
 
A forma mais simples de determinar a lâmina média é admitir para toda a área 
considerada a média aritmética das alturas pluviométricas medidas nas diferentes 
estações nela compreendida ou em zonas vizinhas. A média assim determinada 
somente será representativa se a variação das precipitações entre as estações for 
muito reduzida e a distribuição das estações de medida for uniforme em toda a área 
(GARCEZ & ALVAREZ, 1988). 
 
 
Método Simplificado de Thiessen 
 
É uma espécie de média aritmética ponderada, onde cada posto pluviométrico 
assume um “peso”. Este método considera que os postos pluviométricos não estão 
uniformemente distribuídos. 
Procedimentos: 
- Ligue os postos por trechos retilíneos; 
- Trace linhas perpendiculares aos trechos retilíneos passando pelo meio da 
linha que liga os dois postos; 
- Prolongue as linhas perpendiculares até encontrar outra; 
- Formar um polígono pela intersecção das linhas, correspondente à área de 
influência de cada posto; 
 
 
 
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Método das Isoietas 
 
As isoietas são linhas de igual precipitação traçadas para um evento ou para 
uma duração específica. Neste curso não iremos abordar em detalhes este método, 
mas é bastante utilizado em trabalhos científicos e técnicos, e apresenta ótima 
precisão. 
 
 
 
 
EVAPOTRANSPIRAÇÃO 
 
Define-se por evaporação o processo físico, através do qual a água presente 
sobre a superfície terrestre ou nos poros do solo é transformada em vapor de água. 
Já a transpiração é um processo biológico, ativamente conduzido pelos vegetais no 
curso de suas atividades fisiológicas, resultando em liberação de água para a 
atmosfera, sob forma de vapor. Na maior parte das vezes, os dois fenômenos são 
tratados em conjunto, daí o termo evapotranspiração (PINTO et al., 1990 apud 
LUGON JR & RODRIGUES, 2008; TUCCI, 1993). 
 
Fatores que interferem no processo: 
- Relacionados à atmosfera: temperatura, insolação, umidade relativa do ar 
(URA), ventos, pressão atmosférica, etc. 
- Relacionados à superfície evaporante: superfície livre, solo nu ou 
cultivados, florestas, presença de óleos, etc. 
 
A unidade de medida normalmente utilizada é o mm. A intensidade da 
evapotranspiração pode ser expressa em mm/h ou mm/dia. 
 
A evaporação pode ser medida diretamente em águas não agitadas, através 
de evaporímetros. Esses se constituem em recipientes, cuja área de superfície 
21 
 
voltada para a atmosfera é conhecida, e que são colocados próximos aos corpos de 
água dos quais se pretende determinar a taxa de evaporação. Determina-se a 
evolução do volume presente no recipiente ao longo de um intervalo de tempo, 
monitorando-se, simultaneamente, as variáveis mais relevantes para o processo: 
temperatura, umidade do ar e velocidade do vento. Os cálculos devem, 
evidentemente, considerar o aporte de água decorrente da precipitação (LUGON JR 
& RODRIGUES, 2008). 
Por outro lado, a evapotranspiração decorrente do solo pode ser determinada 
através de lisímetros, que são tanques enterrados no solo, com geometria 
determinada, sendo recobertos pelo solo local, obedecendo à ordem original dos 
horizontes. Ao fundo do tanque são instalados drenos, que possibilitam recolher e 
medir a água drenada. Conhecendo-se a precipitação e determinando-se a 
quantidade de água percolada pelo solo, tem-se, por diferença, o total 
evapotranspirado (LUGON JR & RODRIGUES, 2008). 
A evapotranspiração também pode ser estimada por fórmulas matemáticas 
empíricas. Neste curso abordaremos a fórmula empírica para o cálculo da Taxa de 
Evaporação Mensal, conhecida como Fórmula de Vermuele (citada em Garcez & 
Alvarez, 1988): 
E = ( 1 + ( 0,75 * T )) * ( 3,94 + ( 0,0016 * P )), onde: 
- E = intensidade de evaporação (em mm/mês); 
- T = temperatura média anual (em °C); 
- P = altura pluviométrica anual (em mm). 
 
Exercício 7: No município de Extrema/MG, a temperatura média anual (T) de 
2010 foi de 19,6 °C e o volume de chuva anual (P) foi de 1.500,5 mm. Qual a 
intensidade de evaporação, conforme a Fórmula de Vermuele? 
Resolução: Substitua os dados fornecidos pelo exercício na fórmula 
matemática E = ( 1 + ( 0,75 * T )) * ( 3,94 + ( 0,0016 * P )). 
-> E = (1 + ( 0,75 * 19,6 )) * ( 3,94 + ( 0,0016 * 1.500,5 ) 
-> E = ( 15,7 ) * ( 6,34 ) 
-> E = 99,54 mm/mês 
A intensidade de evaporação do município foi de 99,54 mm/mês, o que 
totaliza uma evaporação total de 1.194,5 mm no ano de 2010, conforme a Fórmula 
de Vermuele. 
22 
 
 
 
Dica: Para os cálculos em hidrologia, a precisão de duas a três casas 
após a vírgula (Ex.: 99,54 ou 99,538) já é o suficiente! 
 
 
Observem que a Fórmula de Vermuele para o cálculo da evaporação só deve 
ser utilizada nos casos em que não houver nenhuma estação meteorológica local. 
Para o município de Extrema/MG, no ano de 2010, a Evapotranspiração Potencial 
(ETP) foi de 1.004 mm, valor este 16% inferior ao calculado pela Fórmula de 
Vermuele, apenas para Evaporação. 
Exemplos de dados de evaporação medidos em reservatórios 
 
Reservatório Billings (Grande SP) – 808,8 mm (Ano de 1930) – Fonte: 
Eletropaulo. 
Reservatório Guarapiranga (Grande SP) – 1.059,6 mm (Ano de 1941) – 
Fonte: Eletropaulo. 
Reservatório de Ilha Solteira (região noroeste do Estado de São Paulo) – 
1.771,8 mm (média de 1967 a 2007) – Fonte: Hernandez, 2007. 
Represa Hidrelétrica de Sobradinho (Bahia) – 2.025,7 mm – Fonte: Pereira, 
2004. 
 
Observação importante! 
 
Um dos impactos dos grandes reservatórios é a alteração do micro-clima 
local, devido ao alto volume de evaporação do barramento. Este processo é 
responsável pela retenção de umidade na região. A inundação de grandes áreas 
também altera a intensidade dos ventos, pois não existe mais a rugosidade do solo 
anterior, que funcionaria como uma barreira contra os ventos. 
Geralmente, os impactos deste processo são considerados para a agricultura, 
como por exemplo, a restrição de algumas culturas agrícolas, como o morango, 
devido à umidade, e o aumento de doenças fúngicas. Mas também é possível que 
23 
 
os padrões de chuva convectiva na região sejam alterados, principalmente pelo 
aumento da umidade do ar, um dos condicionantes deste tipo de chuva. 
 
INFILTRAÇÃO 
 
Define-se por infiltração o processo de penetração da água no interior do solo. 
Há diversos fatores que controlam tanto a capacidade de infiltração quanto a 
velocidade com que o processo ocorre no interior do solo. O tipo, grau de umidade e 
de compactação do solo, bem como a cobertura vegetal e até mesmo a temperatura 
podem atenuar ou acelerar o processode infiltração (LUGON JR & RODRIGUES, 
2008). 
 
 
As águas podem se infiltrar no solo sob ação da gravidade e 
capilaridade, formando assim a fase do escoamento subterrâneo do ciclo 
hidrológico. 
Intimamente ligado às características do solo e da cobertura vegetal! 
 
 
A infiltração pode ser medida diretamente no campo através de infiltômetros. 
Estes são tubos cilíndricos que, cravados verticalmente no solo, permitem um 
contato com a atmosfera, através dos quais um volume conhecido de água é 
adicionado, de maneira a manter-se constante uma lâmina de água sobrejacente a 
esse contato. Conhecendo-se a taxa de adição de água sobre essa superfície livre, 
é possível determinar-se a taxa de infiltração. Alternativamente, a exemplo da 
determinação da evapotranspiração, lisímetros podem ser utilizados para 
determinação da taxa de infiltração (LUGON JR & RODRIGUES, 2008). 
Tipo de solo e fatores que influenciam o processo de infiltração: 
- Quanto mais poroso um solo, maior a sua capacidade de infiltração; 
- A camada superficial do solo (os 20 cm superiores) influencia bastante no 
processo – quanto maior as partículas, maior a capacidade de infiltração; 
24 
 
- Grau de umidade do solo antes do evento de chuva, pois quanto maior o 
grau de umidade, menor a capacidade de infiltração (solo saturado, em vias de 
saturação ou encharcado); 
- Substâncias coloidais presentes no solo, que podem obstruir os poros 
quando o solo estiver úmido. 
 
Tipos de solo aplicados à Hidrologia 
 
Com o objetivo de facilitar a aplicação e os estudos desenvolvidos neste 
curso, podemos agrupar os solos brasileiros em 4 Grupos (A, B, C e D). 
 
Grupo A – Solos arenosos com baixo teor de argila total, inferior a uns 8%, 
não há rocha nem camadas argilosas e nem mesmo densificadas até a profundidade 
de 1,5 m. O teor de húmus é muito baixo, não atingindo 1% (PORTO & SETZER, 
1979; PORTO et al., 1995). 
Solos que produzem baixo escoamento superficial e alta infiltração. Solos 
arenosos profundos com pouco silte e argila (TUCCI et al., 1993). 
Capacidade mínima de infiltração – 7,62 a 11, 43 mm/h; média - 9,53 mm/h 
(MCCUEN, 1998). 
 
Grupo B – Solos arenosos menos profundos que os do Grupo A e com menor 
teor de argila total, porém ainda inferior a 15%. No caso de terras roxas, esse limite 
pode subir a 20% graças à maior porosidade. Os dois teores de húmus podem subir, 
respectivamente, a 1,2 a 1,5%. Não pode haver pedras e nem camadas argilosas 
até 1,5 m, mas é, quase sempre, presente camada mais densificada que a camada 
superficial (PORTO & SETZER, 1979; PORTO et al., 1995). 
Solos menos permeáveis do que o anterior, solos arenosos menos profundo 
do que o tipo A e com permeabilidade superior à média (TUCCI et al., 1993). 
Capacidade mínima de infiltração – 3,81 a 7,62 mm/h; média – 5,72 mm/h 
(MCCUEN, 1998). 
 
Grupo C – Solos barrentos com teor de argila de 20% a 30%, mas sem 
camadas argilosas impermeáveis ou contendo pedras até profundidade de 1,2 m. No 
caso de terras roxas, esses dois limites máximos podem ser de 40% e 1,5 m. Nota-
25 
 
se a cerca de 60 cm de profundidade, camada mais densificada que no Grupo B, 
mas ainda longe das condições de impermeabilidade (PORTO & SETZER, 1979; 
PORTO et al., 1995). 
Solos que geram escoamento superficial acima da média e com capacidade 
de infiltração abaixo da média, contendo percentagem considerável de argila e 
pouco profundo (TUCCI et al., 1993). 
Capacidade mínima de infiltração – 1,27 a 3,81 mm/h; média – 2,54 mm/h 
(MCCUEN, 1998). 
 
Grupo D – Solos argilosos (30% a 40% de argila total) e ainda com camada 
densificada a uns 50 cm de profundidade. Os solos arenosos como do grupo B, mas 
com camada argilosa quase impermeável ou horizonte de seixos rolados (PORTO & 
SETZER, 1979; PORTO et al., 1995). 
Solos contendo argilas expansivas e pouco profundos com muito baixa 
capacidade de infiltração, gerando a maior proporção de escoamento superficial 
(TUCCI et al., 1993). 
Capacidade mínima de infiltração – 0 a 1,27 mm/h; média – 0,64 mm/h 
(MCCUEN, 1998). 
 
Condições de umidade antecedente do solo 
 
Podemos distinguir 3 condições de umidade antecedente do solo, que 
influenciará o processo de infiltração e, consequentemente, da geração de 
escoamento superficial. 
- Condição I: solos secos – as chuvas nos últimos 5 dias não ultrapassam 15 
mm. 
- Condição II: situação média na época de cheias – as chuvas nos últimos 5 
dias totalizam entre 15 e 40 mm. 
- Condição III: solo úmido (próximo da saturação) – as chuvas nos últimos 5 
dias foram superiores a 40 mm e as condições meteorológicas foram desfavoráveis 
a altas taxas de evaporação. 
 
26 
 
Lembrem-se: o tipo de solo, a condição de umidade antecedente e o uso e 
ocupação do solo serão utilizados nos modelos hidrológicos que trabalharemos mais 
à frente. Não é necessário decorar, apenas saber onde procurar estes dados 
quando necessitar! 
 
ESCOAMENTO SUPERFICIAL 
 
Define-se por escoamento superficial todo deslocamento de água que ocorra 
sobre a superfície terrestre. Para uma mesma precipitação, diversos fatores 
condicionam a intensidade e duração do escoamento superficial: área drenada, 
topografia, tipo de cobertura vegetal, tipo de solo e geologia da área drenada. Há 
ainda fatores decorrentes da atividade humana, tais como irrigação, canalização, 
captação e construção de barragens (LUGON JR & RODRIGUES, 2008). 
De maneira simplificada, o escoamento superficial pode ser calculado pela 
fórmula abaixo (Equação da Continuidade): 
Escoamento Superficial (ES) = Precipitação (P) – Infiltração (Inf.) – 
Evaporação (Evap.) – Transpiração (Transp.) 
O escoamento em uma bacia é, normalmente, estudado em duas partes: 
geração de escoamento e propagação de escoamento. O escoamento tem origens 
diferentes dependendo se está ocorrendo um evento de chuva ou não 
(COLLISCHONN, 2009). 
Durante as chuvas intensas, a maior parte da vazão que passa por um rio é a 
água da própria chuva que não consegue penetrar no solo e escoa imediatamente, 
atingindo os cursos d’água e aumentando a vazão. É desta forma que são formados 
os picos de vazão e as cheias ou enchentes. O escoamento rápido que ocorre em 
consequência direta das chuvas é chamado de escoamento superficial 
(COLLISCHONN, 2009). 
 
 
- Escoamento superficial: ocorre durante e imediatamente após a chuva. 
- Escoamento subterrâneo: é o que mantém a vazão dos rios durante as 
estiagens. 
Fonte: COLLISCHONN, 2009. 
27 
 
 
Hidrograma 
 
Hidrograma é a denominação dada ao gráfico que relaciona a vazão no 
tempo. A distribuição da vazão no tempo é resultado da interação de todos os 
componentes do ciclo hidrológico, que se dá entre a ocorrência da precipitação e a 
vazão na bacia hidrográfica (LUGON JR & RODRIGUES, 2008). 
Segundo Pinto et al. (1990), considerando-se chuvas de distribuição uniforme 
e intensidade constante sobre uma bacia, três proposições básicas podem ser 
enunciadas com respeito a um hidrograma: 
- em uma dada bacia hidrográfica, o tempo de duração do escoamento 
superficial é constante para chuvas de igual duração; 
- duas chuvas de igual duração, produzindo volumes diferentes de 
escoamento superficial, dão lugar a fluviogramas em que as ordenadas, em tempos 
correspondentes, são proporcionais aos volumes escoados; 
- a distribuição, no tempo, do escoamento superficial de determinada 
precipitação independe de precipitações anteriores. 
Segundo Collischonn (2009), a geração do escoamento é um dos temas mais 
complexos da hidrologia porque a variabilidade das características da bacia é muito 
grande, e porque a água pode tomar vários caminhos desde o momento em que 
atinge a superfície, na forma de chuva, até o momento em que chega ao curso 
d’água. 
Por último, deve ser destacado que a forma do hidrograma dá indicativos de 
algumas características da bacia hidrográfica à qual se relaciona. Assim,hidrogramas de bacias essencialmente rurais apresentam boa distribuição da vazão 
ao longo do tempo, enquanto que de bacias urbanas apresentam picos 
pronunciados. Por outro lado, bacias em forma radial (circular) apresentam 
hidrogramas com picos mais acentuados e prematuros, se comparadas com bacias 
em forma alongada (LUGON JR & RODRIGUES, 2008). 
28 
 
 
Figura 12 – Exemplo do Hidrograma de uma bacia em resposta a uma chuva 
Fonte: COLLISCHONN, 2009. 
 
 
Observem no hidrograma que: 
- durante e imediatamente após a chuva predomina o escoamento superficial; 
- durante a estiagem predomina o escoamento subterrâneo. 
 
Vazão 
 
Vazão ou descarga de um rio é o volume de água que passa entre dois 
pontos por um dado período de tempo. Normalmente, é expressa em metros cúbicos 
por segundo (m³/s). A vazão é influenciada pelo clima, aumentando durante os 
períodos chuvosos e diminuindo durante os períodos secos. Também pode ser 
influenciada pelas estações do ano, sendo menor quando as taxas de evaporação 
são maiores (PALHARES et al., 2007). 
 
Vejam outros conceitos: 
 
29 
 
- Vazão líquida, ou simplesmente vazão, é o volume de água por unidade 
de tempo que é transportada por uma seção transversal de um curso de água 
(LUGON JR & RODRIGUES, 2008). 
 
.- Chama-se vazão ou descarga, numa determinada seção, o volume de 
líquido que atravessa essa seção na unidade de tempo (AZEVEDO NETTO et al., 
1998). 
 
As determinações de vazões realizam-se para diversos fins. Entre eles, citam-
se sistemas abastecimento de água, estudos de lançamento de esgotos, instalações 
hidrelétricas, obras de irrigação, defesa contra inundações, etc. (AZEVEDO NETTO 
et al., 1998). 
De modo geral, a vazão pode ser representada (e determinada) pela 
Equação da Continuidade: 
 
 
Q = A * v, onde: 
Q = vazão (m³/s – metro cúbico por segundo, L/s – litros por segundo; m³/h – 
metro cúbico por hora, sendo que 1 m³ equivale a mil litros); 
A = área da seção de escoamento (m² - metro quadrado); 
v = velocidade média na seção (m/s – metros por segundo). 
 
Segundo Azevedo Netto et al. (1998), essa equação é de grande importância 
em todos os problemas da Hidrodinâmica. 
 
Hidrodinâmica: tem por objeto o estudo do movimento dos fluídos 
(AZEVEDO NETTO et al., 1998). 
 
Existem diferentes processos de medições de vazões, sendo que neste curso 
abordaremos os seguintes métodos: 
- Processo direto ou volumétrico; 
- Flutuador; 
- Vertedores; 
30 
 
- Químico; 
- Medidores de regime crítico (Calha Parshall); 
- Integração da velocidade (molinete); 
- Acústico (Doppler). 
 
Processo direto ou volumétrico 
 
Segundo Azevedo Netto et al. (1998), consiste na medição direta em 
recipiente de volume conhecido, (V); mede-se o tempo de enchimento do recipiente 
obtendo-se: 
 
Q = V / t, onde: 
Q = vazão (neste caso como estamos medindo pequenas descargas, 
geralmente expressa em l/s); 
V = Volume conhecido (em litros); 
t = tempo necessário para o enchimento do recipiente (em segundos). 
 
O método volumétrico baseia-se no tempo necessário para o enchimento de 
um volume conhecido. Embora seja o mais preciso de todos os métodos, é de difícil 
aplicação para a maioria das situações práticas (LUGON JR & RODRIGUES, 2008). 
Conforme Azevedo Netto et al. (1998), esse processo geralmente só é 
aplicável nos casos de pequenas descargas, como, por exemplo, de fontes, riachos, 
bicas e canalizações de pequeno diâmetro. 
 
 
 
 
Método do Flutuador 
 
A vazão medida por flutuadores consiste em determinar-se a velocidade de 
deslocamento de objetos que flutuem na lâmina de água. Conhecendo-se a área 
média das seções onde se conduz a medição, determina-se a vazão (LUGON JR & 
RODRIGUES, 2008). 
31 
 
Os flutuadores, conforme Azevedo Netto et al. (1998), consistem em objetos 
flutuantes que adquirem a velocidade das águas que os circundam. Os flutuadores 
simples ou de superfície podem ser uma garrafa plástica com água do próprio rio 
pela metade; uma laranja ou qualquer outro objeto que flutue satisfatoriamente. A 
velocidade média pode ser calculada como 80 a 90% da velocidade obtida pelo 
método, em superfície. 
Atualmente, os flutuadores são pouco usados para medições precisas, devido 
a muitas causas de erros (como as ondas, os ventos, irregularidades do leito do 
curso de água, etc.). Apenas são empregados para determinações expeditas e na 
falta de outros recursos (AZEVEDO NETTO et al., 1998). 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO E CARACTERÍSTICAS DE BACIAS HIDROGRÁFICAS 
 
A maioria dos problemas práticos de Hidrologia tem como referência a bacia 
hidrográfica de um curso de água em uma seção determinada deste (quase sempre 
um ponto medidor de vazão). As características topográficas, geológicas, 
geomorfológicas, pedológicas e térmicas, bem como o tipo de cobertura da bacia, 
desempenham papel essencial no seu comportamento hidrológico, sendo importante 
medir numericamente algumas dessas influências. O objetivo deste capítulo é fixar a 
terminologia e expor os diversos métodos empregados para individualizar as 
principais características de uma bacia (GARCEZ & ALVAREZ, 1988). 
É necessário frisar o importante papel desempenhado pelo tipo de cobertura e 
uso da bacia hidrográfica em estudo e sua referência na avaliação do 
comportamento hidrológico desta. A tendência cada vez mais acentuada de 
ocupação de todas as partes do globo pelo homem, para aproveitar os materiais 
disponíveis, faz com que o tipo de cobertura do terreno de uma bacia se modifique, 
em alguns casos substancialmente, alterando as características da bacia no tempo 
(GARCEZ & ALVAREZ, 1988). 
32 
 
 
Índice de Conformação ou Fator de Forma (Kf) 
 
A relação entre a área de uma bacia hidrográfica e o quadrado de seu 
comprimento axial, medido ao longo do curso de água, da desembocadura ou seção 
de referência à cabeceira mais distante, constitui o índice de conformação ou fator 
de forma (Adaptado de GARCEZ & ALVAREZ, 1988). 
 
Como calcular? 
Kf = A / L2, onde: 
Kf = Índice de Conformação ou Fator de Forma, adimensional (sem unidade 
de medida); 
A = Área da bacia hidrográfica, em km²; 
L = Comprimento da bacia, medida ao longo do curso da água principal, em 
km. 
 
O fator de forma é um indicador da tendência para enchentes/inundações em 
uma determinada bacia hidrográfica. Os valores do fator de forma variam de 0 a 1. 
- Fator de forma baixo: bacia menos sujeita a enchentes/inundações que 
outra de mesmo tamanho, porém com maior fator de forma; 
- Fator de forma alto: bacia mais sujeita a enchentes/inundações que outra de 
mesmo tamanho, porém com menor fator de forma. 
Isso se deve ao fato de que uma bacia hidrográfica estreita e longa, com fator 
de forma baixo, há menor possibilidade de ocorrência de chuvas intensas cobrindo 
ao mesmo tempo, toda sua extensão, bem como a contribuição dos afluentes 
(tributários) atinge o rio principal em vários pontos ao longo do mesmo, afastando-se 
da condição ideal de bacia circular, em que a concentração de todo o escoamento 
superficial (deflúvio) da bacia hidrográfica se dá num só ponto. 
 
Coeficiente de Compacidade (Kc) 
 
É a relação do perímetro de uma bacia hidrográfica e a circunferência de 
círculo de área igual à da bacia (Adaptado de GARCEZ & ALVAREZ, 1988). 
33 
 
 
Como calcular? 
Kc = 0,28 * ( P / √ A ), onde: 
Kc = Coeficiente de Compacidade, adminesional; 
P = Perímetro da bacia hidrográfica, em km; 
A = Área da bacia hidrográfica, em km²; 
Observação: √ - Raiz Quadrada. 
 
O coeficiente de compacidade é um número que varia conforme a forma da 
bacia hidrográfica, independentemente do seu tamanho. 
- Bacia mais irregular: maior coeficiente de compacidade; 
- Bacia menos irregular: menor coeficiente de compacidade, ou seja, mais 
próximo ou igual a 1. 
Se outros fatores forem iguais, a tendência para picosmaiores de 
enchentes/inundações é mais acentuada quanto mais próximo de 1 for o coeficiente 
de compacidade. 
 
Índice de Circularidade (Ic) 
 
Definido como a razão entre a área da bacia e a área do círculo de igual 
perímetro. Apresentando significado semelhante ao fator de forma e coeficiente de 
compacidade. À medida que o valor do índice de circularidade se aproxima de 1, a 
bacia hidrográfica tende à forma circular e, portanto é mais sujeita a 
enchentes/inundações. 
 
Como calcular? 
Ic = 12,57 * ( A / P2 ), onde: 
Ic = Índice de Circularidade, adimensional; 
A = Área da bacia hidrográfica, em km²; 
P = Perímetro da bacia hidrográfica, em km. 
 
Densidade de Drenagem (Dd) 
 
34 
 
A relação entre o comprimento total dos cursos de água efêmeros, 
intermitentes e perenes de uma bacia hidrográfica e a área total da mesma bacia é 
denominada densidade de drenagem (GARCEZ & ALVAREZ, 1988). 
 
Como calcular? 
Dd = LT / A, onde: 
Dd = Densidade de Drenagem, em km/km²; 
LT = Comprimento total dos cursos d’água da bacia hidrográfica, em km; 
A = Área da bacia hidrográfica, em km². 
 
Se existir um número bastante grande de cursos de água numa bacia 
(relativamente a sua área), o deflúvio atinge rapidamente os rios. E haverá 
provavelmente picos de enchentes altos e deflúvios de estiagem baixos (GARCEZ & 
ALVAREZ, 1988). Segundo Villela & Mattos (1975), índices em torno de 0,5 km/km² 
indicaria uma drenagem pobre, índices maiores que 3,5 km/km² indicariam bacias 
excepcionalmente bem drenadas. 
 
Declividade (pura) do curso d’água 
 
A velocidade de escoamento de um rio depende da declividade dos canais da 
bacia hidrográfica. Quanto maior a declividade, maior a velocidade do escoamento, 
bem mais pronunciados e estreitos serão os gráficos vazão x tempo de pico das 
enchentes, num dado hidrograma. A declividade também reflete o potencial erosivo 
e de aeração do curso d’água, além da capacidade dos cursos d’água da bacia de 
escoarem as enchentes/inundações. 
 
Como calcular? 
S = ∆h / L, onde: 
S = Declividade do canal, em m/m; 
∆h = Desnível altimétrico do canal, ou seja, diferença entre as cotas 
topográficas da nascente e da desembocadura ou seção de controle, em m; 
L = Extensão do canal, em m. 
 
35 
 
Hierarquia Fluvial (Lei de Horton) 
 
É uma classificação das ordens dos cursos d’água de uma bacia, que 
funciona como uma medida de sua ramificação. Portanto, um curso d’água de 1ª 
ordem é um tributário sem ramificações; um curso d’água de 2ª ordem é um 
tributário formado por dois ou mais cursos d’água de 1ª ordem, e assim por diante. 
Vejam a figura abaixo e as dicas no quadro seguinte: 
 
 
Figura 14 – Ordens dos cursos d’água de uma bacia, conforme a Lei de Horton 
Fonte: EQUIPE DE BIOLOGIA – CDCC/USP, 2011. Disponível em: 
<www.cdcc.usp.br/bio/mat_bacias.htm>. Acessado em: 30 Julho 2011. 
 
 
Dicas ao aluno 
Para ordenação dos canais de uma bacia, deve-se iniciar pelos cursos d’água 
que não apresentam ramificação. A estes canais será atribuído o número 1, ou seja, 
é um canal de 1ª ordem. Quanto maior o número de canais de 1ª ordem de uma 
bacia hidrográfica, maior o número de nascentes existentes naquela área, indicando, 
por exemplo, que é uma área de cabeceira – onde se formam os cursos d’água. 
36 
 
Quando há a junção (encontro) de dois canais de 1ª ordem, forma-se um 
canal de 2ª ordem. Quando há junção de dois canais de 2ª ordem, forma-se um 
canal de 3ª ordem, e assim por diante. 
Quando há junção de um canal de 2ª ordem e um canal de 1ª ordem, o canal 
de 2ª ordem continua sendo da mesma ordem, não alterando a hierarquia fluvial. 
O canal de maior ordem da bacia constitui o rio principal. 
 
 
Tempo de Concentração (tc) 
 
Segundo Tomaz (2002), há duas definições básicas de tempo de 
concentração: 
 
 
Tempo de concentração: é o tempo em que leva para que toda a bacia 
considerada contribua para o escoamento superficial. 
Tempo de concentração: é o tempo que leva uma gota de água mais 
distante até o trecho considerado na bacia. 
 
 
Existe uma diversidade de fórmulas matemáticas e métodos para 
determinação do valor do tempo de concentração, uma informação muito importante 
para o estudo de bacias hidrográficas e execução de projetos. Mas, conforme 
McCuen (1993) apud Tomaz (2002), o verdadeiro valor do tempo de 
concentração nunca será encontrado. 
Neste curso abordaremos as seguintes metodologias empíricas para o cálculo 
do tempo de concentração: 
- Tempo de concentração para lagos ou reservatórios; 
- Fórmula de Kirpich; 
- Fórmula de Picking; 
- Fórmula Califórnia Culverts Practice (com declividade pura e declividade 
equivalente). 
37 
 
O importante é o entendimento que, geralmente, o tc será encontrado por 
uma média dos resultados de várias fórmulas empíricas ou por meio de uma análise 
de sensibilidade. Em caso de necessidade, consulte um técnico da área, a Prefeitura 
Municipal e/ou o órgão estadual de recursos hídricos para verificar a metodologia 
aplicada em sua região. As pesquisas e trabalhos técnicos/científicos, muitos deles 
disponíveis na internet, podem contribuir para a resolução do problema. 
 
 
 
Tempo de concentração para lagos ou reservatórios 
 
Conforme Tomaz (2002), a AASHTO Highway Drainage Guidelines trás 
sugestões para o cálculo de tempo de trânsito da água dentro de um reservatório ou 
lago. A equação é a seguinte: 
 
Vw = ( g * Dm )0,5, onde: 
- Vw = velocidade de propagação da onda através do lago (m/s) e que varia 
entre 2,5 m/s a 9,0 m/s (TOMAZ, 2002); 
- g = aceleração da gravidade = 9,81 m/s²; 
- Dm = profundidade média do lago ou reservatório, em m. 
 
Fórmula de Kirpich 
 
Outra fórmula muito usada é de Kirpich, feita em 1940. Kirpich possui duas 
fórmulas, uma que vale para o Estado da Pennsylvania e outra para o Tennessee, 
ambas dos Estados Unidos. Valem para pequenas bacias até 50 hectares (ha) ou 
seja 0,5 km² (1 a 112 acres) e para terrenos com declividade de 3 a 10% (TOMAZ, 
2002). A equação de Kirpich, conforme Chin (2000) é: 
 
Tennessee – tc = 0,019 * L0,77 / S0,385, onde: 
tc = tempo de concentração, em minutos; 
L = comprimento do talvegue, em metros; 
S = declividade do talvegue, em m/m. 
38 
 
 
Segundo Porto (1993) apud Tomaz (2002), quando o valor de L for superior a 
10.000 m a fórmula de Kirpich subestima o valor de tc. Segundo Chin (2000) apud 
Tomaz (2002), a equação de Kirpich é usualmente aplicada em pequenas bacias na 
área rural em áreas de drenagem inferior a 80 ha. 
 
Fórmula de Picking (citada por SILVEIRA et al., 2007) 
 
A Fórmula de Picking estabelece que: 
tc = 5,3 * ( L2 / I )1/3, onde: 
tc = tempo de concentração, em minutos; 
L = comprimento do talvegue, em km; 
I = declividade, em m/m. 
 
Fórmula Califórnia Culverts Practice 
 
A grande vantagem desta fórmula é a fácil obtenção dos dados, isto é, o 
comprimento do talvegue e a diferença de nível H (PORTO, 1993). Geralmente é 
aplicada em bacias rurais para áreas maiores que 1 km² (TOMAZ, 2002). 
O DAEE (Departamento de Águas e Energia Elétrica), do Estado de São 
Paulo, recomenda a utilização desta fórmula. 
tc = 57 * ( L³ / ∆h )0,385, onde: 
- tc = tempo de concentração, em minutos; 
- L = comprimento do talvegue do curso d’água, em km; 
- ∆h = desnível altimétrico entre a seção e o ponto mais distante da bacia, em 
metros. 
 
Segundo São Paulo (2005), essa equação simplificada pode ser usada 
quando não há dados topográficos que permitam um melhor detalhamento do perfil 
do talvegue. Havendo informações topográficas, com a definição de pontos 
intermediários entre a seção de estudo e o ponto mais distante, é possível conhecer 
melhor o perfil longitudinal do talvegue, com as diferentes declividades de cada 
trecho. Nesses casos, calcula-se tc utilizando-se a declividade equivalente (Ieq) na 
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equação, resultando a expressão abaixo que fornece valores maisrepresentativos 
para tc (min): 
 
tc = 57 * ( L² / Ieq )
0,385 e Ieq = ( L / ( L1 / √j1 + L2 / √j2 + ... + Ln / √jn )), onde: 
- Ieq = declividade equivalente, em m/km; 
- L = L1 + L2 + ... +Ln = comprimento total do talvegue, em km; 
- jn = ∆hn / Ln, declividade de cada trecho n, em m/km. 
 
Figura 15 – Mapa da bacia hidrográfica do rio Jacareí, a montante do bairro Beira-
Rio, município de Joanópolis/SP (Imagem: GOOGLE EARTH, 2007). 
 
. 
 
 
Hierarquia Fluvial (Lei de Horton) 
40 
 
 
Figura 16 – Ordenação dos canais, conforme a Lei de Horton 
(Imagem: GOOGLE EARTH, 2007). 
 
A bacia hidrográfica em estudo (área em amarelo) apresenta: 
- Canais de 1ª ordem: 15 canais; 
- Canais de 2ª ordem: 10 canais; 
- Canais de 3ª ordem: 3 canais. 
Observe a grande quantidade de canais de 1ª ordem na bacia, relativamente 
a outros canais, o que indica que é uma bacia hidrográfica de cabeceira. Realmente 
a bacia hidrográfica do rio Jacareí está localizada na Serra da Mantiqueira, numa 
das cabeceiras do rio Jaguari, afluente formador do rio Piracicaba, afluente do rio 
Tietê, no Estado de São Paulo. 
 
MODELOS DE TRANSFORMAÇÃO CHUVA-VAZÃO 
 
Bacias hidrográficas pequenas, como as existentes em áreas urbanas, 
raramente têm dados observados de vazão e nível de água. Assim, a estimativa de 
vazões extremas nestas bacias não pode ser feita usando os métodos estatísticos 
tradicionais. Para contornar este problema, costuma-se utilizar métodos de 
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estimativa de vazões máximas a partir das características locais das chuvas intensas 
(COLLISCHONN, 2009). 
Os métodos para estimativa das vazões máximas a partir da chuva dependem 
do tamanho da bacia. Em bacias muito pequenas pode ser utilizado um método 
conhecido como método racional. O método racional permite estimar a vazão de 
pico, mas não gera informações completas sobre o hidrograma. Em bacias maiores 
normalmente são utilizados modelos de transformação chuva-vazão, que estão 
baseados em métodos de cálculo de chuva efetiva (COLLISCHONN, 2009). 
Ainda segundo Collischonn (2009), os métodos de estimativa de vazões 
máximas a partir da chuva são especialmente importantes em bacias urbanas e em 
processo de urbanização. É possível utilizar estes métodos para fazer previsões 
sobre as vazões máximas em cenários alternativos de desenvolvimento, com 
diferentes graus de urbanização. 
Neste curso estudaremos 3 métodos: Método Racional, Método I-PAI-WU e 
Método SCS.