Introdução à Hidrologia - Conceitos e Importância

Prévia do material em texto

Hidrologia 
Aula 01 
Introdução à Hidrologia - Conceitos 
Prof. Dr Bruno Pinheiro 
Bibliografia 
• Hidrologia para Engenharia e Ciências Ambientais 
 W. Collischonn, F Dornelles 
• Hidrologia Aplicada 
Carlos Eduardo M. Tucci 
• Hidrologia – Ciência e Aplicação 
Carlos Eduardo M. Tucci – ABRH 
• Hidrologia Aplicada 
Carlos Eduardo M. Tucci 
• Engenharia Hidrológica 
ABRH 
• Hidrologia e Recursos Hídricos 
Antonio Marozzi Righetto 
1) O QUE É HIDROLOGIA? 
2) QUAL A IMPORTÂNCIA DA HIDROLOGIA 
PARA A SOCIEDADE? 
3) QUAL A IMPORTÂNCIA DA HIDROLOGIA 
PARA A ENGENHARIA? 
• Ciência natural que trata dos fenômenos relativos à 
água em todos os seus estados, de sua distribuição 
e ocorrência na atmosfera, na superfície terrestre e 
no solo, e da relação desses fenômenos com a vida 
e com as atividades do homem. 
 
• A Importância da Água nos Dias Atuais: 
 
• Substância mais abundante da Terra; 
• Melhor e mais comum solvente disponível na natureza; 
• Constituinte principal dos seres vivos; 
• Força de conformação do relevo da Terra; 
• Condiciona a vida humana e o progresso da civilização; 
• Um recurso natural renovável, porém finito. 
1.1 – O que é Hidrologia 
Conceitos Básicos 
a) Escolha de fontes de abastecimentos de água para uso 
doméstico, rural e industrial; 
 
b) Projeto e construção de obras hidráulicas; 
 
c) Drenagem (estudo dos lençóis freáticos, condições de 
alimentação e de escoamento natural do lençol freático, etc); 
 
d) Irrigação; 
 
e) Estudos evaporimétricos e de infiltração de água no solo; 
 
f) Regularização de cursos d’água e controle de inundação; 
 
g) Controle da poluição e da erosão (Bacias Hidrográficas); 
 
h) Navegação. 
 
1.2- Aplicação da Hidrologia na Engenharia: 
Conceitos Básicos 
• A atividade de planejamento de recursos hídricos tão antiga quanto a civilização. 
• Historicamente 
 Uso Obras Caracteristica 
Atividades individuais 
básicos 
Beber, higiene pessoal, etc… Obras únicas p/ atender 
finalidade únicas 
 Progresso 
Uso coletivos Afastamento e diluição dos 
produtos e sua atividades, 
irrigação, industria, geração 
de energia elétrica… 
Obras para 
aproveitamento múltiplos 
 Elevação do 
 Padrão de vida 
Usos Múltiplos: 
Conflitos 
Obras de vulto de grande 
repercução, grande 
investimentos de capital 
Sistema de 
aproveitamento múltiplos 
 P
o
lu
iç
ã
o
, 
T
e
m
p
o
 
CONCEITOS 
ÁREAS DA HIDROLOGIA 
(Recursos Hídricos) 
 
• HIDROMETEOROLOGIA: água na atmosfera. 
• LIMNOLOGIA: água nos lagos e reservatórios. 
• POTAMOLOGIA: água nos arroios e rios. 
• GLACIOLOGIA: água nas geleiras e neve. 
• HIDROGEOLOGIA: águas subterrâneas. 
 
 
 
 
Extremos do Ciclo Hidrológico 
Extremos do Ciclo Hidrológico 
• Definição: 
 
• É a descrição do comportamento natural da água em volta do 
globo terrestre, ou seja, do sistema ATMOSFERA-TERRA 
(reservatórios). 
 
• A água pode ser encontrada de três formas: 
– Líquida; 
– Sólida (granizo e neve), e 
– Vapor d’água. 
 
• A circulação da água na Atmosfera é governada: 
– Pelos ventos; 
– Alterações da pressão atmosférica. 
1.2- O CICLO HIDROLÓGICO E OS SEUS PROCESSOS: 
• A circulação da água na superfície da Terra depende: 
– Do Relevo; 
– Das bacias hidrográficas; 
– Da Rede de drenagem. 
 
• Os principais agentes da circulação da água são: 
– Energia Solar: Evaporação e Ventos; 
– Gravidade: Esc. Superficial e Subterrâneo. 
 
• Distribuição de Água na Terra: 
 
• Fluxos e Reservas Globais de Água: 
 
 
1.2- O CICLO HIDROLÓGICO E OS SEUS PROCESSOS: 
Figura 1: Esquema do Ciclo Hidrológico. 
CICLO HIDROLÓGICO: ALVO DOS ESTUDOS 
HIDROLÓGICOS 
 O ciclo hidrológico é o processo cíclico e contínuo de transporte 
das águas da Terra, interligando atmosfera, continentes e oceanos. 
Trata-se de um processo complexo, que tem como fonte de energia o 
Sol, contendo muitos subciclos. Como praticamente todo o 
abastecimento de água doce é resultante da precipitação 
proveniente da evaporação das águas marítimas, o ciclo hidrológico 
pode ser entendido basicamente como o processo de transferência 
da água dos mares para os continentes e seu retorno aos mares. O 
vapor d’água que tem origem na evaporação das águas dos mares é 
transportado para os continentes pelo movimento das massas de ar. 
Se o vapor for resfriado até o seu ponto de orvalho, ele se condensa 
na forma de pequenas gotas visíveis, vindo a constituir as nuvens, as 
quais, sob condições meteorológicas favoráveis, avolumam-se e, sob a 
ação da gravidade, e precipitam-se. À medida que as chuvas caem, 
parte delas é interceptada pela vegetação e evaporada. Parte da 
precipitação que atinge a superfície do solo é devolvida para a 
atmosfera por evaporação, a partir das superfícies líquidas, do solo e 
da vegetação, e da transpiração dos seres vivos. O restante retorna aos 
mares por vias superficiais, subsuperficiais e subterrâneas. 
 Do total de 1360 quatrilhões de toneladas de água do 
planeta 
 
 
Ciclo Hidrológico 
CICLO HIDROLÓGICO: 
DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NO PLANETA. 
• OCEANOS E MARES.... 97,206% 
• ÁGUA SUBTERRÂNEA... 0,625% 
• CALOTAS POLARES E GLACIARES(ÁGUA 
DOCE)......................... 2,150% 
• UMIDADE ATMOSFÉRICA(ÁGUA 
DOCE).......................... 0,001% 
• RIOS E LAGOS(ÁGUA DOCE).. 0,018% 
• 1.3.1- Precipitação: 
 
• Conjunto de água originada do vapor atmosférico, que cai em 
estado líquido ou sólido sobre a superfície do solo. 
 
• São influenciadas diretamente pelos fatores: 
– Topografia (altitude e velocidade do esc. superficial); 
– Geologia (Exerce influência na topografia); 
– Fatores Climáticos (Temperatura, Umidade e Vento): 
 
• Aparelhos Medidores: Pluviógrafo e Pluviômetro. 
 
• Algumas características das precipitações são fundamentais para 
uma série de obras hidráulicas: 
– Precipitações máximas; 
– Tempo de retorno; 
– Intensidade; 
– Duração. 
1.3- Principais Etapas do Ciclo Hidrológico: 
• A intensidade pode ser calculada pela fórmula: 
 
 i = K . Tr
m 
 (t + t0)
n 
 i = intensidade de precipitação (mm/h); 
t = tempo de duração da chuva (hora, min, seg.); 
Tr = tempo de retorno (anos); 
K, t0, m e n = parâmetros a determinar no local da medição 
 
• Algumas cidades brasileiras já possuem a sua fórmula de 
intensidade, inclusive a cidade de Belém-Pa, que é: 
 
i = 2300 . T0,20 
 (t + 20)0,91 
1.3- Principais Etapas do Ciclo Hidrológico: 
• Ex.: Calcular as intensidades de chuva para a cidade de Belém 
através da equação de intensidade de chuva para o período de 
retorno de 10 anos e durações de 5, 15 e 30 min. 
 
• i = 2300 . T0,20 para i5 = 2300 . 10
0,20 = 194,83 mm/h 
• (t + 20)0,91 (5 + 20)0,91 
 
• i = 2300 . T0,20 para i15 = 2300 . 10
0,20 = 143,42 mm/h 
• (t + 20)0,91 (15 + 20)0,91 
 
• i = 2300 . T0,20 para i30 = 2300 . 10
0,20 = 133,67 mm/h 
• (t + 20)0,91 (30 + 20)0,91 
1.3- Principais Etapas do Ciclo Hidrológico: 
• O período de retorno também é conhecido como período de 
recorrência ou tempo de recorrência, é o intervalo de tempo 
estimado de ocorrência de um determinado evento. 
 
• É também definido como o inverso da probabilidade de um 
evento ser igualado ou ultrapassado. 
 
• T = 1 . P = probabilidade do evento ser igualado ou superado 
 P 
 
• Se uma determinada grandeza hidrológica tem a 
probabilidade de ser igualada ou excedida igual a 5% (p = 
0.05) 
 
• T = 1/p = 1/0.05 = 20 anos 
1.3.1. Período de Retorno: 
• Aplicações do Período de Retorno: 
• Eventos associados a um período de retorno: chuvas, 
enchentes, secas, terremotos, furacões, entre outros. 
 
• Este parâmetro estatístico tem grande utilidade para análises 
de risco e dimensionamento de obras de engenharia, com 
objetivo de minimizar os efeitos prejudiciaisde certo 
fenômeno natural. Ex. de obras: vertedouros, quebra-mares e 
obras de drenagem. 
 
• Se um evento hidrológico, como uma cheia, é igualada ou 
excedida em média a cada 100 anos terá um período de 
retorno T = 100 anos. 
 
• Não quer dizer que o evento ocorrerá regularmente a cada 
100 anos. Dado um período de 100 anos, a cheia de 100 anos 
poderá ocorrer várias vezes ou até não ocorrer 
 
1.3.1. Período de Retorno: 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Chuvas
http://pt.wikipedia.org/wiki/Enchentes
http://pt.wikipedia.org/wiki/Secas
http://pt.wikipedia.org/wiki/Terremotos
http://pt.wikipedia.org/wiki/Furac%C3%B5es
http://pt.wikipedia.org/wiki/Vertedouros
http://pt.wikipedia.org/wiki/Quebra-mares
http://pt.wikipedia.org/wiki/Quebra-mares
http://pt.wikipedia.org/wiki/Quebra-mares
http://pt.wikipedia.org/wiki/Drenagem
• É a fase do ciclo hidrológico, que trata da ocorrência e 
transporte da água na superfície terrestre. 
• Precipitação que atinge o solo: 
– Parte fica retida em depressões; 
– Parte infiltra no solo (pode posteriormente aflorar na superfície 
como fonte de novo escoamento superficial); e 
– Parte escoa superficialmente (excesso de precipitação). 
 
• Fatores que influenciam o escoamento superficial: 
– Fatores Climáticos (intensidade e duração das precipitações e 
precipitação antecedente); 
– Fatores Fisiográficos (Área da bacia e permeabilidade do solo); 
– Obras Hidráulicas. 
1.3.2- Escoamento Superficial: 
• Hidrograma ou Hidrógrafa: é a representação gráfica da 
variação da vazão em relação ao tempo. 
1.3.2- Escoamento Superficial: 
Figura 2: Hidrograma da Usina Barra Bonita, mostrando as vazões médias diárias para um ano. 
• É a parte da precipitação, que atinge a superfície e irá 
penetrar no interior do solo através dos seus poros 
abastecendo os lençóis subterrâneos. 
 
• Fatores que influenciam na Infiltração: 
– Porosidade do solo; 
– Permeabilidade do solo; 
– Temperatura do solo; 
– Umidade do solo. 
 
• No período de seca os lençóis subterrâneos alimentam 
diretamente os leitos dos corpos d’água superficiais. 
• A cobertura vegetal tem papel fundamental na infiltração, 
pois: 
– Deixa o solo mais poroso; 
– Diminui o esc. superficial; 
– Reduz a erosão e o assoreamento. 
 
 
1.3.3- Infiltração: 
• É uma das etapas de conclusão do ciclo, é responsável por 
parte da purificação da água. As impurezas ficam retidas no 
subsolo. 
• O escoamento subterrâneo movimenta-se lentamente e 
continuamente, devido: 
– Pressão da água infiltrada; 
– Pela gravidade. 
 
1.3.5- Interceptação: 
• A cobertura vegetal intercepta parte da precipitação (retida 
nas folhas e caules). 
• Posteriormente, pode evaporar através da ação da energia 
solar. 
• A interceptação, diminui o impacto da chuva sobre o solo, 
reduzindo a sua ação erosiva. 
 
 
1.3.4- Escoamento Subterrâneo: 
• É a captura da água do solo, através das raízes das plantas. 
Está água, é transferida para as folhas e evapora. 
 
• É a evaporação decorrente das ações físicas e fisiológicas dos 
vegetais. 
 
• A evapotranspiração em áreas de clima quente e úmido, 
devolve a atmosfera até 70 % da precipitação. 
 
1.3.7- Evaporação: 
 
• Ocorre através da energia solar e ventos sobre a superfície 
dos lagos, oceanos e rios. A água sairá no sentido terra-
atmosfera. 
 
1.3.6- Transpiração: 
O Ciclo Hidrológico pode ser descrito através da Equação do 
Balanço Hídrico: 
    tStOI 
Onde: 
I - INFLOW = Entrada de água no sistema, no tempo t; 
O - OUTFLOW = Saída de água do sistema, no tempo t; 
∆S - Variação no armazenamento nas várias formas de retenção, no tempo t. 
• A equação que representa o Sistema Atmosfera-Terra nas 
Bacias Hidrográficas é: 
P – EVT – Q = 0 
 
• Onde: 
– P = é o volume de água precipitado sobre a área; 
– EVT = volume de água perdida evapotranspiração; 
– Q = Vazão total da área (escoamento total). 
 
1.4 – Equação do Balanço Hídrico: 
Bacia Hidrográfica 
• A Bacia hidrográfica ou bacia de drenagem de 
uma seção de um curso d’água é a área 
geográfica coletora de água de chuva que escoa 
pela superfície do solo e atinge a seção 
considerada. (limitada pela divisor topográfico) 
 
• Importante para obtenção de dados para 
dimensionamento de pontes, bueiros, barragens, 
galerias de águas pluviais, etc. 
 
• O que é a Bacia Hidrográfica? 
1.5- O Ciclo Hidrológico nas Bacias Hidrográficas: 
Figura 4: Esquema de uma bacia hidrográfica 
• A bacia hidrográfica configura a fase terrestre do ciclo 
hidrológico, sendo considerada um sistema físico onde: 
– A entrada de água: é o volume precipitado e a contribuição 
subterrânea, e 
– A saída: é o volume de água escoado pelo exutório, tendo 
como perdas intermediárias os volumes evaporados, 
transpirados e infiltrados profundamente. 
 
• A equação do balanço volumétrico, conhecida como Balanço 
Hídrico, para porção representada pela superfície do solo da 
bacia, é conhecida como: 
 
• P(t) - (Es + Ts + I + It + Qs)(t) = Ss(t) 
 
1.5- O Ciclo Hidrológico nas Bacias Hidrográficas: 
• No interior do solo, o balanço é dado por: 
 
I (t) - (Eb + Tb + Qb )(t) = (Sb)(t) 
 
• Para a bacia como um todo (superfície mais subsolo): 
 
P(t) - (EVT + It + I + Q)(t) = S(t) 
 
1.5- O Ciclo Hidrológico nas Bacias Hidrográficas: 
Bacia Hidrográfica 
690 
695 
 700 
 700 
 700 
 700 
 695 
 695 
 695 
 690 
 690 
 690 
 685 
 685 
 680 
 680 
 675 
 675 680 
 680 
 670 
 670 
 665 
 665 
 660 655 
 685 
 680 
 685 
Divisor de Águas 
700 
 Exutório 
Exemplo de delimitação de B. H. 
Características Fluvio-morfológicas 
• A forma da bacia hidrográfica é importante devido 
ao tempo de concentração, definido como o tempo, 
a partir do início da precipitação, para que toda a 
bacia correspondente passe a contribuir com a 
vazão na seção em estudo 
 
Bacia Hidrográfica 
 
Rede de Drenagem 
• Ordem do curso d’água: 
 A ordem dos rios é uma classificação que 
reflete o grau de ramificação ou bifurcação 
dentro de uma bacia. Normalmente designa-
se o afluente que não se ramifica como de 
primeira ordem, sem levar em conta se ele 
deságua no rio principal ou não. Quando dois 
rios de primeira ordem se juntam é formado 
um rio de segunda ordem. Dois rios de ordem 
n dão lugar a um rio de ordem n+1. 
 
Características Fluvio-morfológicas 
• Fator de Forma ou Coeficiente de conformação, kf 
 
 
• Coeficiente de conformidade, kc 
 
A
P
A
P
r
P
kc 28,0
..2
..2




2f L
A
k  Mais sujeito a enchentes 
Mais irregular é a bacia, 
kc = 1 (bacia circular) 
Rede de Drenagem 
• É constituída pelo rio principal e seus afluentes. A 
disposição em planta dos cursos d’água é uma 
característica muito importante. Tal importância se deve: 
• I) Eficiência da drenagem – quanto mais eficiente for a 
drenagem menos rápido se formará enchente, e quanto 
maior a drenagem mais fácil de se formar a enchente. 
• II) Indicação da natureza do solo e das condições 
superficiais que existem na bacia. (Arenoso – infiltração 
elevada, só caudal principal; argiloso – rede bem 
ramificada). 
 
Rede de Drenagem 
• Densidade de drenagem 
• É a relação entre o comprimento total dos cursos d’água (efêmeros, 
intermitentes e perenes) de uma bacia hidrográfica e a área total da bacia. 
 
 
 
• Extensão média do escoamento superficial 
 
 
 
A
L
Dd 
L
A
.4

Características do relevo de uma bacia 
• O relevo de uma bacia hidrográfica tem 
grande influência sobre os fatores 
meteorológicos e hidrológicos, pois a 
velocidade do escoamento superficial é 
determinada pela declividade do terreno, 
enquanto que a temperatura, a precipitação, a 
evaporação, etc, são funções da altitude da 
bacia. 
 
Características do relevo de uma bacia 
• Declividade de Álveo 
S1 
S2 S3 
2
3

























i
i
i
DL
L
S
 
Precipitação 
• PRECIPITAÇÃO é o nome que se atribui a toda 
forma de umidade que, proveniente da 
atmosfera, deposita-se sobre a superfície da 
Terra. 
• Ocorre na forma de chuva, granizo, neve, 
neblina, orvalho e geada. 
 
Tipos de Chuvas (Precipitações 
Pluviométricas) 
• Frontais: 
 
Tipos de Chuvas 
(Precipitações Pluviométricas) 
• Orográficas: 
 
Tipos de Chuvas 
(Precipitações Pluviométricas) 
• Convectivas: 
 
Estudo da precipitação. Análise de 
dados e tratamento estatístico 
Evaporação e Evapotranspiração 
Medida da Precipitação 
 Pluviômetro Pluviógrafo 
 
 
 
 
 
 
 
Grandezas características 
• Altura de Precipitação ou Altura pluviométrica: 
É a altura de água precipitada, h, em mm. Trata-se, portanto, de 
uma medida pontual representativa da água precipitada por 
unidade de área horizontal. 
• Intensidade de chuva: 
É a relação entre a altura pluviométrica e a duração da 
precipitação, expressa em geral em mm/h ou mm/min ou l/s*ha. 
• Duração: 
Período de tempo contado desde o início até o fim da 
precipitação. 
Grandezas características 
 
Precipitação Média Sobre uma Bacia 
• Método Aritmético 
 
 
• Método de Thiessen 
 
 
• Método das Isoietas 
Precipitação 
• Verificação da Homogeneidade do Dados 
 
 
 
 
 
• Preenchimento de Falhas 
Evapotranspiração 
 A evaporação é o processo físico no qual um 
líquido ou sólido passa para o estado gasoso 
(vapor). A transpiração é o processo pelo qual as 
plantas retiram a umidade do solo e a libertam no 
ar sob a forma de vapor. Os processos só ocorrem 
se houver introdução de energia no sistema, 
proveniente do sol, da atmosfera, ou de ambos 
Mais da metade da precipitação que cai sobre os 
continentes volta à atmosfera através da ação 
conjunta desses dois processos, a 
evapotranspiração. 
Fatores que Afetam a Evaporação 
• Temperatura do ar 
• Pressão Atmosférica 
• Pressão de vapor 
• Radiação solar 
• Velocidade do vento 
 
Mensuração da Evaporação 
• Transferência de Massa (difícil aplicação) 
• Balanço Hídrico (imprecisos) 
• Empíricas 
• Balanço Energético 
• Evaporímetros (Classe A e Russo) 
 
 
Evapotranspiração 
• A evapotranspiração é considerada como a 
perda de água por evaporação do solo e 
transpiração das plantas. A evapotranspiração 
é importante para o balanço hídrico de uma 
bacia como um todo e, principalmente, para o 
balanço hídrico agrícola, que poderá envolver 
o cálculo da necessidade de irrigação. 
 
• Evapotranspiração potencial (ETP): quantidade de 
água transferida para a atmosfera por evaporação 
e transpiração, na unidade de tempo, de uma 
superfície extensa completamente coberta de 
vegetação de porte baixo e bem suprida de água. 
• Evapotranspiração real (ETR): quantidade de água 
transferida para a atmosfera por evaporação e 
transpiração, nas condições reais (existentes) de 
fatores atmosféricos e umidade do solo. A 
Evapotranpiração 
Medidas de Evapotranspiração 
• medidas diretas; 
• métodos baseados na temperatura; 
• métodos baseados na radiação; 
• método combinado; 
• balanço hídrico. 
Infiltração 
• A Infiltração é o processo 
pelo qual a água penetra 
nas camadas superficiais do 
solo e se move para baixo, 
em direção ao lençol 
freático d’água 
 
Infiltração 
Medidas da Infiltração 
• Infiltrômetros 
 
Lisímetro 
 
Medidas da Infiltração 
Medidas da Umidade no Solo 
Tensiômetro 
Sonda 
de Neutron 
Medidas da 
Umidade 
 no Solo 
Capacidade de Infiltração 
• O conceito de capacidade de infiltração é 
aplicado ao estudo da infiltração para 
diferenciar o potencial que o solo tem de 
absorver água pela sua superfície, em 
termos de lâmina por tempo, da taxa real 
de infiltração que acontece quando há 
disponibilidade de água para penetrar no 
solo. 
 
Infiltração 
Dados Hidrometeorológicos 
• Estações Climatológicas 
• Estações Pluviométricas 
• Estações Fluviométricas 
• Radar meteorológico 
• Sensoriamento Remoto 
Estações Climatológicas 
• Actinógrafo 
• Heliógrafo 
• Geotermômetro ou termógrafo de solo 
• Termômetro de máxima e mínima e termógrafos 
• Psicrômetro 
• Higrômetro 
• Barômetro 
• Anemômetro de canecas 
• Anemógrafo Universal 
• Pluviômetro, Pluviógrafo 
• Evaporímetro 
• Anemômetro de Piche 
• Evapotranspirômetro 
 
 
 ESTIMATIVA DA 
EVAPOTRANSPIRAÇÃO 
Prof. Eudes José Arantes 
 
 
Estimativa da Evapotranspiração 
A Evapotranspiração pode ser estimada por: 
 
• Equações com base na temperatura do ar: 
• Método de Thornthwaite, 
• Método de Blaney-Criddle; 
 
• Equações com base nos dados do tanque classe A; 
 
• Equações com base na evaporação potencial: 
• Método do Balanço de Energia; 
• Método Aerodinâmico; 
• Método Combinado. 
Método de Thornthwaite 
O Método de Thornthwaite foi desenvolvido com 
base em dados de evapotranspiração medidos e dados 
de temperatura média mensal, para dias com 12 horas 
de brilho solar e mês com 30 dias. 
Método de Thornthwaite 
O método de Thorntwaite é calculado da seguinte forma: 
a
c
T
FETP 






I
1016









12
1
514,1
5i
iTI
Onde: 
• ETP = Evapotranspiração potencial (mm/mês) 
• Fc = Fator de correção em função da latitude e mês do ano; 
• a = 6,75 . 10-7 . I3 – 7,71 . 10-5 . I2 + 0,01791 . I + 0,492 (mm/mês) 
• I = índice anual de calor, correspondente a soma de doze 
índices mensais; 
 
• T =Temperatura média mensal (oC) 
Método de Thornthwaite 
Método de Thornthwaite 
Para corrigir os valores da evapotranspiração para cada tipo de 
cultura é só multiplicar a ETP pelo coeficiente de cultura Kc: 
 
ETPcultura = Kc . ETP 
 
Onde: 
ETPcultura = Evapotranspiração potencial da cultura (mm/mês); 
ETP = evapotranspiração potencial (mm/mês). 
Kc = coeficiente de cultura. 
Coeficiente de Cultivo 
Os valores de Kc são tabelados para diferentes culturas 
nos seus vários estágios de desenvolvimento. 
Exercício 
Para uma latitude de 7º S , calcule o valor da ETP pelo 
Método de Thornthwaite para cada mês, sabendo que 
a bacia é coberta por pasto. 
Fator Jan Fev Mar Abr MAi Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 
T (°C) 26,9 26,1 26,2 25,6 25,5 24,9 25,0 25,7 26,7 27,3 27,5 27,1 
Método de Blaney-Criddle 
Foi desenvolvido originalmente para estimativas de 
uso consutivo , e utiliza a seguinte equação: 
 
ETP = (t - 0,5 . T) . p 
Onde: 
ETP = evapotranspiração mensal (mm/mês); 
T = temperatura média anual em oC 
t = temperatura média mensal em oC 
p = percentagem de horas diurnas do mês sobre o total de horas 
diurnas do ano 
Método de Blaney-Criddle 
Método de Blaney-Criddle 
Para corrigir os valores da evapotranspiração para cada tipo de 
cultura é só multiplicar a ETP pelo coeficiente de cultura Kc: 
 
 
ETPcultura = Kc . ETP 
 
 
Onde: 
ETPcultura = evapotranspiração potencial da cultura (mm/mês); 
ETP = evapotranspiração potencial (mm/mês); 
Kc = coeficiente de cultura. 
Coeficiente de Cultivo 
Os valores de Kc são tabelados para diferentes culturas 
nos seus vários estágios de desenvolvimento. 
Exercício 
Para uma latitude de 7º C , calcule o valor da ETP pelo 
Método de Blaney-Criddle para cada mês, sabendo que a 
bacia é coberta por pasto. 
Fator Jan Fev Mar Abr MAi Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 
T (°C) 26,9 26,1 26,2 25,6 25,5 24,9 25,0 25,7 26,7 27,3 27,5 27,1 
Estimação da Evapotranspiração pelo Tanque 
Classe A 
A Evapotranspiração Potencial pode ser estimada a partir da 
evaporação potencial medida pelo Tanque Classe A. 
Ou seja, só é necessário corrigir os valores da evaporação 
com o coeficiente de cultura Kc: 
 
ETP = Kc . EP 
Ou seja, 
 
ETP = Kc . (Kt . Etanque) 
Onde: 
ETP = evapotranspiração potencial (mm/dia) 
E = evaporação do tanque classe A (mm/dia) 
Kt = coeficiente do tanque (No semi-árido, adotar-se Kt = 0,75). 
Coeficiente deCultivo 
Os valores de Kc são tabelados para diferentes culturas 
nos seus vários estágios de desenvolvimento. 
Exercício 
Calcule o valor da ETP através do Tanque Classe A para 
cada mês, sabendo que a bacia é coberta por pasto. 
Fator Jan Fev Mar Abr MAi Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 
ETanque 231,9 159,5 164,0 138,9 202,8 194,5 234,1 283,3 291,7 301,9 285,1 275,6 
Equações com base na evaporação 
potencial 
Para estimar os valores da evapotranspiração potencial através 
da evaporação potencial, é preciso multiplicar a EP pelo 
coeficiente de cultura Kc. 
Ou seja, é necessário acrescentar o coeficiente de 
cultura (Kc) em cada equação dos métodos de 
estimativa de evaporação citados abaixo: 
 
• Método do Balanço de Energia; 
 
• Método Aerodinâmico; 
 
• Método Combinado. 
Método do Balanço de Energia 










 6104,86
wv
l
c
l
R
KETP

Onde: 
ETP = Evapotranspiração potencial diária (mm/dia) 
RL = Radiação líquida (W/m
2); 
lv = Calor latente de vaporização (J/kg) 
 lv = 2,501 . 10
6 – 2370 . T ; 
ρw = massa específica da água (ρw = 977 kg/m
3); 
T = Temperatura do ar (°C); 
Kc = Coeficiente de Cultivo. 
Onde: 
ETP = Evapotranspiração potencial (mm/dia); 
Kc = Coeficiente de Cultivo; 
es = Pressão de vapor saturado (Pa) 
 
 
ea = Pressão de vapor atual (Pa) ea = UR . es ; 
Método Aerodinâmico 
  asc eeBKETP 









T
T
s ee
3,237
27,17
611
u = Velocidade do vento na altura z2 (m/s); 
z2 = Altura da medição da velocidade do vento 
(geralmente é adotado 2 m a partir da 
superfície); 
z1 = Altura de rugosidade da superfície natural. 
Método Combinado ou de Penmam 





















 arc EEKETP



Onde: 
ETP = Evapotranspiração potencial (mm/dia); 
Kc = Coeficiente de Cultivo; 
Er = Evaporação calculada pelo método do balanço de energia 
 (mm/dia); 
Ea = Evaporação calculada pelo método aerodinâmico 
 (mm/dia); 
∆ = 4098 . es / (237,3 + T)
2 (Pa/°C) 
 = 66,8 Pa/°C 
Método de Priestley - Taylor 









 rc EKETP


Onde: 
ETP = Evapotranspiração potencial (mm/dia) 
Er = Evaporação calculada pelo método do balanço de energia 
 (mm/dia); 
∆ = 4098 . es / (237,3 + T)
2 (Pa/°C) 
 = 66,8 Pa/°C 
 = 1,3 
Coeficiente de Cultivo 
Os valores de Kc são tabelados para diferentes culturas 
nos seus vários estágios de desenvolvimento. 
Exercício 
Para um albedo igual a 0,3 e a altura da rugosidade natural igual a 0,41 cm, e 
sabendo que a bacia é coberta por pasto, calcule o valor da ETP pelos 
métodos: 
- Balanço de Energia para cada mês; 
- Aerodinâmico; 
- Combinado ou Penmam; 
- Priestley – Taylor. 
Fator Jan Fev Mar Abr MAi Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 
T 26,9 26,1 26,2 25,6 25,5 24,9 25,0 25,7 26,7 27,3 27,5 27,1 
Ri 488 499 482 464 424 399 410 501 527 553 537 506 
UR 60,3 67,7 72,1 71,4 68,4 64,6 60,3 55,8 54,0 53,3 54,8 56,0 
u 1,33 1,04 1,05 1,07 1,29 1,73 1,75 2,14 2,04 2,11 1,73 1,44 
T (oC); Rl (cal / cm
2 / dia); UR (%) ; u (m/s) 
Bacias Hidrográficas 
• Fenomenologia da Bacia Hidrográfica 
– Uso e ocupação do solo 
– Infra-estrutura hidráulica 
– Precipitações 
– Aspectos Fisiográficos 
Bacias Hidrográficas 
• Fenomenologia da Bacia Hidrográfica 
– Uso e ocupação do solo 
• Primeiros subsídios sobre extração e produção de água 
• Suscetibilidade a processos como evapotranspiração, 
infiltração, deflúvio e erosão 
Uso e ocupação do solo (cont.) 
• Combinação de fatores propicia 
– Maior produtividade de água 
– Maior produtividade econômica 
– Perdas econômicas e danos. 
Fonte: Tucci (2000) 
Infra-estrutura hidráulica 
• Armazenamento 
• Aumento da velocidade 
Fonte: Tucci (2000) 
• Precipitação é resultado do contexto climático e 
micro-climático da bacia 
– processos convectivos 
– sistemas frontais 
– menores durações possuem maiores intensidades 
– deslocamento de uma chuva pode produzir dois picos 
descarga distintos 
Fonte: Tucci (2000) 
Aspectos Fisiográficos 
• O aspecto fisiográfico é avaliado pela 
associação dos índices: 
– Declividade 
– Densidade de drenagem 
– Forma 
Talvegues de uma Região 
Montanhosa 
Ilhas de uma Região de Planície 
Delimitação da bacia 
 
Exutório 
Rede 
Hidrográfica 
Topografia 
Divisores? 
Escoamento Superficial 
Fonte: Tucci (2000) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
132 
Águas Subterrâneas 
Eudes José Arantes 
133 
 Importância das 
Águas Subterrâneas 
134 
Ciclo Hidrológico 
135 
Formações Geológicas 
Rochas Ígneas 
Rochas Sedimentares 
Rochas Metamórficas 
Arenito 
Folhelhos Argilosos 
Granito 
Rochas Calcárias 
 
 
Quartzito 
Filitos e Micaxistos 
Gnaisse 
Mármore 
 
136 
Formações Geológicas 
Isotrópico e Homogêneo Isotrópico e Heterogêneo 
Anisotrópico e Homogêneo Anisotrópico e Heterogêneo 
137 
 Formações Geológicas 
(porosidade) 
138 
Tipos de Aqüíferos 
139 
Aqüífero Freático. 
140 
Zonas de Aeração e Saturação 
Origem das Águas Subterrâneas 
Superfície do terreno 
 Camada Impermeável 
Zona de aeração 
ou não saturada 
 Zona saturada 
L. livre, com P = Patm 
 = saturado; K = K
s 
L. confinado, com P > Patm 
 = s; K = K
s 
Zona de transmissão 
Zona radicular 
Água do Solo 
 < s; K = K() 
 Água Gravitacional 
 < saturado; K = K() 
 = umidade volumétrica; s
 = umidade na saturação ; 
 Ks
 = condutividade na saturação 
Águas Subterrâneas 
• Do ponto de vista hidrológico, a água encontrada na zona 
saturada do solo, chamada de aqüífero, é dita subterrânea. 
 
• Segundo Linsley, chama-se aqüífero a formação geológica 
que contém água e esta pode mover-se em quantidades 
suficientes para permitir um aproveitamento econômico. 
 
• Aqüífero: Formação porosa (camada ou estrato) de rocha, 
areia capaz de armazenar e transmitir água através dos 
poros. 
• Os aqüíferos têm propriedades ligadas ao armazenamento 
de água no solo tais como a porosidade, a condutividade 
hidráulica, a umidade, etc. 
 
 
• Chama-se porosidade efetiva a quantidade de água que 
pode drenar livremente de uma amostra saturada dividida 
pelo volume da amostra. 
 
 
• O solo possui duas zonas distintas: a zona não saturada ou 
de aeração e a zona saturada 
 
Águas Subterrâneas 
Hipóteses: 
• escoamento permanente (Q = constante) 
• meio homogêneo e isotrópico saturado ( mesmo solo e mesmas 
propriedades nas três direções – Kx = Ky = Kz = Ks = K) 
K 
Q 
Q L 
H 
Lei de Darcy 
145 
145 
Lei de Darcy 
 
dl
dh
AK Q 
A α Q
Δh α Q
L
1
 α Q
Condutividade 
Hidráulica [L/T] 
Perda de carga = decréscimo na carga hidráulica pela dissipação de energia 
devida ao atrito no meio poroso. 
O sinal negativo denota que a carga diminui a medida que x aumenta 
Lei de Darcy 
• A Lei de Darcy rege o escoamento da água nos solos saturados e é 
representada pela seguinte equação: 
Onde: 
 V = velocidade da água através do meio poroso; 
 K = condutividade hidráulica saturada 
 dh = variação de Carga Piezométrica 
 dx = variação de comprimento na direção do fluxo 
 dh/dx = perda de carga 
dx
dh
KV 
Lei de Darcy 
 Condutividade Hidráulica K  medida da habilidade de um aqüífero 
conduzir água através do meio poroso; é expressa em m/dia, m/s, mm/h 
[K = v/(dh/dx)]. 
 
• Condutividade Hidráulica é a não resistência ao fluxo, por exemplo: 
 
– Na Areia a velocidade do fluxo é maior, então K é maior 
 
– Na argila a velocidade do fluxo é menor, então o K é menor. 
 
Algumas Propriedades Hidrogeologias 
 Porosidade   razão entre o volume de vazios e o volume de solo: 
 
 
 
 
 Umidade   razão entre o volume de vazios e o volume de água;para 
condições saturadas, todos os vazios estão preenchidos com água e, 
portanto, a umidade é dita saturada e se aproxima do valor da 
porosidade: 
totalVolume
vaziosVolume

totalVolume
águaVolume

Tipos de Aqüíferos 
 Não-Confinado (Freáticos ou Livres): Aqüífero encerrado 
apenas por uma formação impermeável na parte de 
abaixo. A água num aqüífero livre é também dita lençol 
freático.. 
 
 Confinado (Artesiano ou Cativo): Aqüífero encerrado 
entre formações impermeáveis ou quase impermeáveis. 
Ele está sob pressão maior do que a pressão atmosférica. 
A água num aqüífero confinado é também dita lençol 
artesiano. 
 
Tipos de Aqüíferos 
A= l .h 
v = k . dh/dx 
Aqüífero livre 
dhhlKdxQ 
Q = v. A 
Q = (k.dh/dx).(l.h) 
Q = k.l.h.dh/dx 
 
Integrando: 
l 
Q h1 h 
h2 
L 
Δh 
As cargas h1 e h2 
são avaliadas 
através de 
piezômetros 
 
2
10
h
h
L
dhhlKdxQ 
Q = k.l.(h1
2 - h2
2)/(L.2) 
Algumas Definições Importantes 
 Perda de Carga: Decréscimo na carga hidráulica causada pela 
dissipação de energia (fricção no meio poroso). 
 
 
 Para o aqüífero freático: 
 
 Nível Freático ou Nível de Água: Altura da água de um aqüífero não-
confinado, freático ou livre medida num poço de observação. 
 
 Superfície Freática: Superfície cujos pontos em relação igual ao nível 
de água no aqüífero freático. 
1. Calcule a condutividade hidráulica e a vazão no aqüífero 
livre. Dados: K= 1 x 10-3 m/s e l = 10m. 
1 2 
L= 780m 
15m 18m 
Imper. 
Datum 
10m 7m 
Exercício 
 
Q = V. A 
Q =[ K . dh/dx] . A 
Como: A = l . b , então: 
Q = K . l . b dh/dx 
 
Integrando: 
Aqüífero confinado 
As cargas h1 e h2 são 
avaliadas através de 
manômetros 
l 
Q 
h1 h2 
L 
Δh 
b 
dhblKdxQ   
2
10
h
h
L
dhblKdxQ 
Q = k.l.b.(h1 - h2)/L 
Algumas Definições Importantes 
 Perda de Carga: Decréscimo na carga hidráulica causada pela dissipação de 
energia (fricção no meio poroso). 
 
 
 Para o Aqüífero Confinado: 
 
 Carga Piezométrica ou Altura Piezométrica: Altura da água de um 
aqüífero confinado medida num piezômetro em relação ao fundo do 
aqüífero (z + P/). 
 
 Superfície Piezométrica: Superfície cujos pontos estão em elevação 
igual à altura piezométrica. 
 
Algumas Propriedades Hidrogeologias 
 Trasmissividade T  taxa volumétrica de fluxo através de uma secção 
de espessura “b”. 
 T = K . b 
 Onde:T é a coeficiente de transmissividade (m2/s) 
 K é a condutividade hidráulica (m/dia; m/s); 
 b é a espessura do aqüífero confinado (m). 
b 
2. Calcule a condutividade hidráulica e a vazão no aqüífero 
confinado. Dados: K= 1 x 10-3 m/s e l = 10m. 
Imper. 
Datum 
1 2 
L= 780m 
10m 13m 
5m 
Exercício 
Hidráulica de Poços 
• Poço é uma obra de engenharia regida por norma técnica destinada a captação 
de água do aqüífero; 
 
• Quando iniciamos o bombeamento de um poço, ocorre um rebaixamento do 
nível da água do aqüífero, criando um gradiente hidráulico (uma diferença de 
pressão) entre este local e suas vizinhanças. 
 
• Este gradiente provoca o fluxo de água do aqüífero para o poço, enquanto estiver 
sendo processado o bombeamento. 
 
• A condição de exploração permanente (Q=cte) dá-se quando a vazão de 
exploração é igual a vazão do aqüífero para o poço; 
 
• Se o bombeamento parar, o nível d’água retorna ao nível original (recuperação). 
 
Hidráulica de Poços 
• Ao nível em que se encontra a água dentro do poço quando este está 
sendo bombeado chamamos de nível dinâmico. 
Hidráulica de Poços 
• O rebaixamento do nível d’água possui a forma cônica, cujo eixo é o 
próprio poço. 
 
• A formação deste cone responde à necessidade de a água fluir em direção 
ao poço para repor a que está sendo extraída. 
 
• A forma do cone de depressão dependerá dos seguintes fatores: 
 
1. Do volume de água que está sendo bombeado: um mesmo poço apresentará 
cones de tamanhos diferentes em função do volume de água que está sendo 
extraída. 
 
2. Da permeabilidade do aqüífero: esta determinará a velocidade com que a 
água se movimenta para o poço. 
Hidráulica de Poços 
• A vazão que deve ser retirada do poço deve ser menor ou igual a vazão 
que chega ao poço, para que não ocorra uma depreciação até a 
exaustão do aqüífero. 
 
• A estimativa da vazão de exploração através do poço é baseada na 
equação de Darcy considerando fluxo permanente (Q=cte). 
 
• A equação de Darcy descreve o comportamento hidráulico dos poços, 
com base nas seguintes suposições: 
 
– o poço é bombeado à taxa constante (Q = cte) 
– o fluxo d’água para o poço é radial e uniforme (A = h.2..r) 
– o poço penetra por toda a espessura do aqüífero; 
– o aqüífero é homogêneo em todas as direções; 
Hidráulica de Poços 
Q = vazão 
rp = raio do poço de produção 
r1 = distância ao poço de observação p1 
r2 = distância ao pço de observação p2 
h1,2 = cargas hidráulicas nos poços 1 e 2 
Aqüífero Livre 
r2 
r1 
Q = cte 
rp 
Solo 
Linha Piezométrica 
Impermeável 
h1 
h2 h r 
Hidráulica de Poços 
Aqüífero Livre 
 
– v = -K.dh/dr 
– Q = v.A 
– A = h.2..r 
Logo: Q = (-K.dh/dr).(h.2..r) 
 [Q/(K.2 )].dr/r = -h.dh 
 
integrando entre h1 e h2 quando r=r1 e r=r2 respectivamente, 
obtém-se 
 
Q = K. .(h1
2 – h2
2)/[ln(r1/r2)] 
Hidráulica de Poços 
Q = vazão 
rp = raio do poço de produção 
r1 = distância ao poço de observação p1 
r2 = distância ao pço de observação p2 
h1,2 = cargas hidráulicas nos poços 1 e 2 
b = espessura da camada confinada 
Aqüífero Confinado 
r2 
r1 
Q = cte 
rp 
Solo 
Linha Piezométrica 
Impermeável 
h1 
h2 
b 
Hidráulica de Poços 
Aqüífero Confinado 
 
– v = -K.dh/dr 
– Q = v.A 
– A = b.2..r 
Logo: Q = -K.dh/dr (b.2..r) 
 [Q./(K.2.b.)]dr/r = -dh 
 
integrando entre h1 e h2 quando r=r1 e r=r2 respectivamente, 
obtém-se 
 
Q = K. b.2..(h1 – h2)/[ln(r1/r2)] 
 1 Um poço de 50 cm de diâmetro penetra totalmente em 
um aqüífero não confinado com espessura de 30m. O 
rebaixamento no poço bombeado é de 10 m e a 
permeabilidade doaqüífero de pedregulho é de 6,4 x 10-3 
m/s. Se o escoamento é permanente e a vazão 
bombeada é 0,414 m3/s, determine o rebaixamento da 
linha freática em um ponto distante 100m do poço. 
 
2 Um aqüífero artesiano de 10 m de espessura com uma 
superfície piezométrica de 40 m acima do fundo da 
camada confinante está sendo bombeado por um poço 
totalmente penetrante. O aqüífero é um meio arenoso 
com permeabilidade de 1,5 x 10-4 m/s. Dois poços de 
observação alinhados com o poço tem rebaixamentos 
observados de 5 e 1 m e estão distanciados, 
respectivamente, a 20 e 200m do poço bombeado. 
Determine a vazão. 
Exercício: 
167 
Parâmetros de Aqüíferos 
• Transmissividade (T) [L2/T] 
 É a capacidade de um aqüífero de transmitir água 
horizontalmente. 
 
• Coeficiente de Armazenamento (S) 
 As capacidades dos meios recebedores de água em 
armazenarem transmitir água. 
• Difusividade Hidráulica (X) [L2/T] 
 É um parâmetro pouco utilizado, este representa o 
transporte de uma onda mecânica através do aqüífero. 
 
 
 
 
bKT .
0S
K
S
T
X 
168 
Parâmetros de Aqüíferos 
Coeficiente de Armazenamento 
• Aqüífero Confinado 
 
 
 
 
• Aqüífero Livre 
 
bSS .0 we SSS 000 
S
S0 = Armazenamento específico 
porosidade 
169 
Parâmetros de Aqüíferos 
Determinação dos Parâmetros 
Métodos de campo. 
• Teste de Bombeamento: Determinação de K, T e S. 
• Infiltração: Determinação de K 
• Open-end-test: Determinação de K 
• Infiltrômetros: Determinação de K 
Métodos de Laboratório. 
• Ensaios de Permeabilidade (transiente ou permanente): 
Determinação de K 
• Granulometria: Estimativa de K 
 
 
 
170 
170 
Redes de Fluxos 
171 
O Aqüífero Guarani. 
 Características 
 
Extensão: 1,2 milhões de Km2 
 
Profundidade média ≈ 250 m 
 
Profundidade máxima ≈ 1500 m 
 
Formações Geológicas: Formação 
Botucatu e Pirambóia.Área de Afloramento ≈ 150000 Km2 
 
Taxa de recarga estimada ≈ 166 km2/ano 
 
 
172 
O Aqüífero Guarani 
173 
O Aqüífero Guarani 
174 
O Aqüífero Guarani 
(No estado de São Paulo) 
175 
Interação 
Rio x Aqüíferos 
176 
176 
Tipos de Interação