aula_01_ciclo_hidrológico

Prévia do material em texto

O Ciclo Hidrológico é definido como os processos
físicos que controlam a distribuição e os movimento da água
na Terra.
A água na terra, distribui-se por 3 reservatórios principais,
entre os quais:
•Oceanos
•Continentes
•Atmosfera
Entre estes reservatórios, existe uma circulação continua
a que se chama ciclo de água/Ciclo Hidrológico.
É o fenômeno global de circulação fechada da água
entre a superfície terrestre e a atmosfera, impulsionado pela
energia solar associada à gravidade e à rotação terrestre.
Ciclo hidrológico
O Ciclo Hidrológico Global e Regional
•Ciclo global:
➢ciclo fechado
➢recirculação de toda a água
➢oceanos: mais evaporação do que precipitação
➢continentes: mais precipitação do que evaporação
•Ciclo regional
➢ciclo aberto
➢parte da água retorna
➢parte da água é trazida de fora pela atmosfera
➢balanço hídrico
Balanço Hídrico Global
Valores em 1.000 Km³. Gleick,1993
Balanço Hídrico Regional
Simplificado
• Escoamento subterrâneo
• Evaporação
• Transpiração
• Condensação
• Precipitação
• Escoamento superficial
• Infiltração
Fases do ciclo hidrológico
➢ Interceptação
• Escoamento sub-superfial
ൢ Evapotranspiração
Precipitação
Em meteorologia, precipitação descreve qualquer tipo
de fenômeno relacionado à queda de água do céu.
Isso inclui neve, chuva e chuva de granizo.
A precipitação é uma parte importante do ciclo
hidrológico, sendo responsável por retornar a maior parte
da água doce ao Planeta.
Esta Foto de Autor Desconhecido está 
licenciado em CC BY-SA-NC
Esta Foto de Autor Desconhecido está 
licenciado em CC BY-SA Esta Foto de Autor Desconhecido está 
licenciado em CC BY
http://coisasdeseler.blogspot.com/2011/10/do-dia-do-arquivista.html
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/
http://photo.stackexchange.com/questions/5273/how-should-i-photograph-falling-snow
https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/
http://globedia.com/forma-granizo-consecuencias
https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/
Uma gota de chuva pode ser interceptada pela vegetação
ou cair diretamente sobre o solo. A quantidade de água
interceptada somente pode ser avaliada indiretamente e é
normalmente pequena em relação à precipitação total.
A água que atinge o solo poderá evaporar, penetrar no solo
ou escoar superficialmente. A quantidade evaporada durante as
chuvas intensas é desprezível em relação ao total precipitado.
A água infiltrada sofrerá a ação de capilaridade e será retida
nas camadas superiores do solo se esta prevalecer sobre a força
da gravidade.
À medida que o solo se umedece, a força da gravidade
passa a prevalecer e a água percorre em direção às camadas mais
profundas. O conhecimento deste processo é essencial para o
dimensionamento de projetos de irrigação.
Infiltração
Tem origem, fundamentalmente, nas precipitações.
Ao chegar ao solo, parte da água se infiltra, parte é
retirada pelas depressões do terreno e parte se escoa pela
superfície.
Inicialmente, a água se infiltra; tão logo a intensidade
da chuva exceda a capacidade de infiltração do terreno, a
água é coletada pelas pequenas depressões.
Escoamento Superficial
É um fenômeno no
qual átomos ou moléculas no estado líquido (ou
sólido, se a substância sublima) ganham energia
suficiente para passar ao estado vapor.
Evaporação
É o processo pelo qual a água contida em um corpo é
eliminada devido a uma elevação de temperatura externa ou
interna que a permita fluir para a superfície do mesmo corpo.
Apesar de qualquer corpo contendo água em sua
composição estar sujeito à transpiração sob temperaturas
elevadas, é nos seres vivos que a transpiração adquire
importância vital.
Transpiração
É a perda de água do solo por evaporação e a
perda de água da planta por transpiração.
Esses dois processos ocorrem
concomitantemente e, devido à sua necessidade de
mensuração (ou estimação), denominou-se
evapotranspiração.
Evapotranspiração
É uma das fases em que ocorre a transformação da
matéria, do estado gasoso para o estado líquido.
A condensação, que normalmente ocorre quando o
vapor é resfriado, pode ocorrer em sistemas fechados com o
vapor comprimido, sendo que ambas as situações dependem
somente do equilíbrio entre a pressão e temperatura.
Condensação
EVAPOTRANSPIRAÇÃO 
Evapotranspiração
Evaporação
Evaporação ou vaporização
É o processo pelo qual as moléculas de água na superfície líquida
ou na umidade do solo, adquirem energia suficiente (através da
radiação solar e outros fatores climáticos) e passam do estado líquido
para o estado de vapor.
Compreende:
▪ Evaporação da água contida no solo (umidade)
▪ Evaporação direta da água de rios, lagos, oceanos e água
interceptada
umidade
Elíquida
Esolo
•Perda por evaporação (E)
É o volume de água evaporada por unidade de área
horizontal (expressa em mm) durante um certo período de
tempo.
•Intensidade de evaporação(mm/h)
É a velocidade com que se processa as perdas por
evaporação.
Grandezas características da 
evaporação
• Cálculos de perdas de água em reservatórios e cálculos de
necessidades de irrigação.
• Cálculo do balanço hídrico:
Q = Precipitação – Evapotranspiração
• Operação de reservatórios: Volume, Área = f (cota)
Vol
Área,Volume
Cota
Demandas
Q
Importância da evaporação
•Evaporação potencial
É a máxima quantidade de água que pode evaporar de
uma superfície com disponibilidade de água para a
realização do processo.
Ex: a evaporação da água da superfície de rios, lagos e
oceanos.
•Evaporação Real
É a que ocorre a uma taxa inferior à taxa potencial
devido a deficiência de água para o processo.
Ex: a evaporação água do solo.
Tipos de Evaporação
• Temperatura
• Pressão atmosférica
• Pressão de vapor
• Umidade relativa do ar
• Vento
• Radiação solar
• Natureza da superfície
Fatores que influenciam a evaporação
• Temperatura
O aumento a temperatura do ar aquece a superfície da
terra e provoca a evaporação das massas líquidas expostas
na superfície e também no interior do solo.
Fatores que influenciam a evaporação
• Temperatura
• Pressão atmosférica
Fatores que influenciam a evaporação
A pressão exercida pelos vários gases contidos na
atmosfera, inclusive o vapor d’água afeta a quantidade de
vapor que a atmosfera pode absorver.
• Temperatura
• Pressão atmosférica
• Pressão de vapor (Pv)
Fatores que influenciam a evaporação
É a pressão exercida por um vapor, no nosso caso
esse vapor é a água. A pressão de vapor é uma tendência de
evaporação desse líquido.
E quanto maior for essa pressão, maior será a umidade do ar.
O valor máximo é chamada pressão saturada de
vapor (PSV) e nessas condições o ar não absorve mais
umidade sendo considerado saturado.
FÓRMULA DE MAGNUS
Pressão de saturação de água x Temperatura
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
800,00
900,00
1000,00
1100,00
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Temperatura (°C)
P
re
s
s
ã
o
 d
e
 s
a
tu
ra
ç
ã
o
 (
h
P
a
) mbar em C; em 
112,6
12,243
62,17
S
T
T
S
PT
eP








+

• Temperatura
• Pressão atmosférica
• Pressão de vapor
• Umidade relativa do ar
Fatores que influenciam a evaporação
A razão entre a pressão de vapor reinante e a pressão
de saturação de vapor é denominado de umidade relativa do
ar.
𝑼𝑹(%) =
𝑷𝑽
𝑷𝑺𝑽
𝟏𝟎𝟎
• Temperatura
• Pressão atmosférica
• Pressão de vapor
• Umidade relativa do ar
• Vento
Fatores que influenciam a evaporação
O vento é também responsável pela evaporação da
água devido a transferência de massa de vapor entre as
camadas.
A velocidade do vento também interfere na circulação
da água na atmosfera.
• Temperatura
• Pressão atmosférica
• Pressão de vapor
• Umidade relativa do ar
• Vento
Fatores que influenciam a evaporação
O vento é também responsável pela evaporação da
água devido a transferência de massa de vapor entre as
camadas.
A velocidade do vento também interfere na circulação
da águana atmosfera.
• Temperatura
• Pressão atmosférica
• Pressão de vapor
• Umidade relativa do ar
• Vento
• Natureza da superfície
Fatores que influenciam a evaporação
A evaporação depende muito da cobertura do solo pela
vegetação.
Quanto maior for a área vegetada, menor é a
evaporação, pois a vegetação protege o solo.
• Temperatura
• Pressão atmosférica
• Pressão de vapor
• Umidade relativa do ar
• Vento
• Radiação solar
• Natureza da superfície
Fatores que influenciam a evaporação
Fornecida pelo Sol, constitui a energia motora para o
próprio Ciclo Hidrológico e diretamente afeta a evaporação da
água na superfície do solo.
Radiação Solar
São três os tipos de radiação solar:
I. Radiação incidente ou global (Ri);
II. Radiação refletida (Rr);
III. Radiação líquida (RL).
Que se relacionam assim se relacionam:
𝑹𝑳 = 𝑹𝒊 − 𝑹𝒓
A radiação líquida é expressa por:
𝑹𝑳 = (𝟏 − 𝜶) ∙ 𝑹𝒊
Onde: α é o albedo
Valores do Albedo (Raudkivi, 1979)
Superfície Albedo
Florestas coníferas 0,1 a 0,15
Áreas cultivadas 0,1 a 0,25
Água 0,03 a 0,1
Solos escuros 0,05 a 0,2
Solos Argilosos (secos) 0,2 a 0,35
Solos arenosos (secos) 0,15 a 0,45
Albedo é a capacidade de reflexão da radiação solar de uma
determinada superfície.
Evapotranspiração
É o processo conjunto da evaporação do solo e da água
mais a transpiração das plantas.
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
EVAPORAÇÃO TRANSPIRAÇÃO
TRANSPIRAÇÃO
É o resultado da extração da água contida no solo
pelas raízes das plantas e liberadas para a atmosfera pelos
poros da planta.
É a água que evapora das plantas quando se dá o
processo de fotossíntese, e depende da espécie de cada
planta, do seu estágio de crescimento, do meio ambiente e
dos fatores climáticos (ventos, temperatura, umidade relativa
do ar, insolação, etc.).
É a evaporação devida à ação fisiológica dos vegetais,
isto é, as plantas, através de suas raízes, retiram do solo a
água para suas atividades vitais, e parte dessa água é cedida
à atmosfera, sob a forma de vapor, na superfície das folhas.
A Evapotranspiração compreende:
1. Evaporação dos corpos de água;
2. Evaporação da água do solo;
3. Evaporação da água interceptada das plantas;
4. Transpiração das plantas.
1. Disponibilidade de água
Se não existir água para o processo se desenvolver , não
haverá a evaporação e nem a transpiração;
2. Presença da vegetação
Se não existir vegetação não ocorrerá a transpiração;
3. Radiação solar e ação dos ventos
Definem o poder de evaporação da atmosfera que é
condicionada a absorver vapor dependendo da pressão
reinante
A Evapotranspiração depende da:
É toda água proveniente da atmosfera que
atinge o meio terrestre.
Formas de precipitação:
Chuvas; granizo; neve; orvalho; neblina; geada.
O que diferencia é o estado em que se
encontra a água e a possibilidade de gerar volume
líquido.
Toda precipitação esta sujeita as
variabilidades temporais e espaciais
Conceitos
Variável climática mais importante e representa a
alimentação dos sistemas hídricos;
A precipitação esta relacionada com o total
ocorrido num tempo definido. O valor isolado não
tem significado.
Por exemplo:
100 mm é muito é 1 hora e muito pouco num ano.
A variabilidade temporal e espacial da
precipitação influencia o comportamento da
disponibilidade hídrica de uma bacia. Esta
variabilidade é aleatória.
Massa de ar úmido se eleva, a temperatura
diminui, mais vapor se condensa, gotas crescem e se
precipitam.
• tamanho das gotas
• nuvem: 0,02 mm
• chuva: 0,5 a 2 mm
Mecanismos de precipitação
Tamanhos das gotículas nas nuvens:
Diâmetros de 0,01 a 0,03 mm, espaçadas por cerca
de 1 mm, com massa de 0,5 a 1 g de água/m3 – A
quantidade total varia de 1,5 a 7 g/m3
Gotas de chuva:
Diâmetro de 0,5 a 2 mm, velocidade de queda de 9
m/s
A formação de vapor de água na atmosfera não é
garantia de que o líquido contido irá precipitar.
Para que ocorra precipitação é necessário que as
gotas engordem e seu peso seja superior as forças
que a sustentam no ar;
Distribuição da precipitação à superfície da Terra 
Precipitação média anual
Precipitação média em julho
Precipitação média em janeiro
Fatores intervenientes
Condições atmosféricas:
✓Temperatura;
✓Pressão;
✓Umidade;
✓Vento.
Condições da superfície:
✓Relevo;
✓Vegetação.
Do ponto de vista do hidrólogo a chuva tem três
mecanismos fundamentais de formação:
• chuvas orográficas;
• chuvas frontais ou ciclônicas;
• chuvas convectivas térmicas.
Formação da Precipitação
Orográficas
Ventos quentes e úmidos
provenientes do oceano
encontram barreiras físicas,
sobem condensam e
precipitam sobre áreas
montanhosas.
O vento que ultrapassa a
barreira é seco, retirando
umidade do ambiente,
podendo gerar áreas
desérticas;
A precipitação varia com a
altitude, tendo algumas
alturas onde a precipitação é
muito alta;
Atua sobre bacias
pequenas com intensidade
variável.
Ar úmido
chuva
Ar seco
Clima 
desértico
Ocorre quando o ar é forçado a romper barreiras
naturais, esfriam e precipitam-se. São chuvas de média
abaixa intensidade e curta duração.
Orográficas
Interação de massas de ar
quente e frias.
Quando chega uma frente
fria forma-se junto a frente
um grande gradiente de
temperatura.
Os dias anteriores a
chegada da frente ficam
quentes;
O ar frio é a mais denso e
penetra, fazendo o ar quente
mais leve subir condensar e
precipitar.
Atua sobre grandes
bacias com intensidade
variável.
Tende a ter duração
prolongada e abrangência
de grandes áreas
Processos frontais
de grande extensão e
duração são os que
produzem inundações em
grandes bacias.
O movimento das
frentes depende dos
sistemas de pressão
regional
Frontais ou Ciclônicas
Ocorrem ao longo da linha de descontinuidade,
separando duas massas de ar em de características
diferentes. São chuvas de longa duração.
Frontais ou Ciclônicas
O ar úmido aquecido na 
vizinhança do solo fica 
menos denso sobe, diminui a 
temperatura, condensa e 
precipita. 
São formações locais com 
pequena abrangência 
espacial e alta intensidade. 
Atinge principalmente 
pequenas bacias;
Ocorre principalmente no 
verão em climas tropicais
• Abrangência
espacial pequena;
• Alta intensidade;
• Pequena duração
temporal;
• Também conhecida
como chuva de verão;
• Importante para
pequenas bacias
hidrográficas com
pequeno tempo de
concentração.
Convectiva
São provocadas pela ascensão do ar devido às
diferenças de temperatura na camada vizinha da atmosfera.
São chuvas de curta duração, grande intensidade e
ocorre em pequenas extensões
Convectiva
Florianópolis verão 2008
Florianópolis verão 2008
Cariri paraibano - 2008
Cariri paraibano - 2008
Cariri paraibano - 2008
• Benedetto Castelli, século XVII: Quanto
deve aumentar o nível da água de um lago
com a chuva?
Medição de chuva
Pluviômetros:
Medição de chuva
• Altura ou lâmina de chuva – medida normalmente em
milímetros
• 1 mm de chuva = 1 litro de água distribuído em 1 m2
• Intensidade da chuva é a razão entre a altura precipitada e
o tempo de duração da chuva.
• Grandezas:
–Duração
–Intensidade
–Frequência
Grandezas características 
da precipitação
• Altura Pluviométrica (h): é dada pela altura que a água atingiria se ela
se mantivesse no local da precipitação sem evaporar, escoar ou infiltrar
(mm).
• Duração (t): intervalo de tempo decorrido entre o instante em que se
inicia a precipitação e seu término (min, hs)
• Intensidade (i): é a relação entre a altura pluviométrica (h) e a duração
(t) da precipitação (mm/h ou mm/min).
• Frequência (f): Definida como o tempo médio em anos para que um
evento seja igualado ou superado, e com o significado de que, para a
mesma duração t, a intensidade i correspondente será provavelmente
igualada ou superada apenas uma vez em T anos.
Medidas Pluviométricas
Mapas de 
chuva
Linhas de mesma
precipitação são 
chamadas
ISOIETAS
•Apresentação em mapas
•Utiliza dados de postos pluviométricos
•Interpolação
Isoietas