Aula 2 - Bacia Hidrografica e Balanco_sincrona2

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HIDROLOGIA E
DRENAGEM
PROF. TAISON ANDERSON BORTOLIN
AULA 2 - BACIA HIDROGRÁFICA E BALANÇO HÍDRICO
AULA 2 - BACIA HIDROGRÁFICA E BALANÇO HÍDRICO
O QUE É UMA BACIA HIDROGRÁFICA?
BACIA HIDROGRÁFICA
▪ É uma região em que a chuva que cai em
qualquer ponto drena para a mesma seção
transversal do curso-d’água.
▪ Área de captação natural das precipitações,
que faz convergir os escoamentos para um
único ponto de saída: o exutório.
▪ Vertentes:
▪ Rede de drenagem:
• Escoamento superficial difuso
• Não há canais definidos
• Escoamento sub-superficial e subterrâneo
• Escoamento superficial
• Canais bem definidos
CLASSIFICAÇÃO DOS RIOS
• Perene – contém água durante o tempo 
todo, o lençol freático promove uma 
alimentação contínua;
• Intermitentes – cursos que escoam 
durante as estações das chuvas e secam 
nas estiagens. Nas estações chuvosas o 
lençol freático conserva-se acima do leito 
fluvial e alimentando o rio;
• Efêmeros – rios que existem apenas 
durante ou imediatamente após períodos 
de precipitação. O lençol freático está 
sempre abaixo do leito fluvial.
SISTEMAS FLUVIAIS
Retilínio Meandrante
Entrelaçado Anastomosado
Fatores que influenciam no tipo de sistema fluvial: carga 
sedimentar, estabilidade do substrato e gradiente.
1
3
2
4
Sub4
Sub3
Sub2
Sub1
represa
saída
Níveis de subdivisão da bacia
Saída/exutório
• Bacias hidrográficas são
compostas por sub-bacias
hidrográficas, sendo também
estas bacias hidrográficas que
podem ser subdividida em
sub-bacias, etc.
• A bacia do Rio Tega, Burati, Curuçu,
Lajeado Grande bacia do rio Taquari
Antas → bacias urbanas.
• A bacias dos rios da Prata, Turvo,
Carreiro são sub-bacias da bacia do rio
Taquari-Antas → bacias rurais com
pequenas aglomerações urbanas.
ENTRADA
(chuva)
SISTEMA
(bacia)
SAÍDA
(vazão na foz)
mm km² m³/s
hidrograma
AULA 2 - BACIA HIDROGRÁFICA E BALANÇO HÍDRICO
COMO DELIMITAR UMA 
BACIA HIDROGRÁFICA?
▪Para definir uma bacia:
•Informações de 
topografia 
• Curso d’água
• Seção transversal de 
referência (exutório)
1) Diferenciar áreas que contribuem para um ponto
2) Identificar para onde 
escoa a água sobre o 
relevo usando como base 
as curvas de nível.
• A água escoa na direção da maior declividade
• Assim, as linhas de escoamento são ortogonais às curvas de nível.
adaptado do original de Francisco Olivera, Ph.D., P.E.
Texas A&M University
Department of Civil Engineering
3) Delimitação da bacia hidrográfica:
-A linha passa pelas elevações periféricas
-Sempre ortogonal às curvas de nível
- Cruza apenas uma vez o curso d’água (no
exutório)
Fonte de dados de topografia
Seção de 
referência, 
ou exutório
Divisor não corta drenagem
exceto no exutório.
Divisor passa pela região mais
elevada da bacia, mas não
necessariamente pelos pontos
mais altos.
AULA 2 - BACIA HIDROGRÁFICA E BALANÇO HÍDRICO
CARACTERÍSTICAS DE UMA
BACIA HIDROGRÁFICA
CARACTERÍSTICAS DAS BACIAS HIDROGRÁFICAS
• Área de drenagem
• Comprimento do rio e da bacia
• Hierarquização de canais (ordenamento)
• Declividade
• Curva hipsométrica
• Forma
• Cobertura vegetal e uso do solo
• Tempo de Concentração
• Drenagem
• Geologia
ÁREA
• Principal característica da bacia
• Reflete o volume total de água que pode 
ser gerado potencialmente na bacia
Bacia impermeável e chuva 
constante:
Q = P (mm) . A (km²)
•Se A = 60 km2 (60 milhões de m2)
e P = 10 mm/hora (2,7 . 10-6 m/s)
Q = 166 m3/s
ÁREA
“Bacias com mesma área podem responder de maneiras distintas”
Bacia Local Área 
 (km
2
) 
Qmax 
 (m
3
/s) 
Qmax 
(ls/km
2
) 
Rio Souris Minot, ND 26.600 340 12,8 
Rio Deschutes Moody, OR 27.185 1.235 46,8 
Rio Gila Coolige Dam, AR 33.370 3.680 110,8 
Rio Cumberland Carthage, Tenn 27.700 5.270 190,9 
Rio Susquehanna Wilkes-Barre, Pa 25.785 6.570 225,6 
Rio Potomac Point of Rocks, Md 24.980 13.595 545,2 
Rio Little Cameron, Texas 18.200 18.320 1009,2 
 
Como isso é possível?
COMPRIMENTO
▪ Comprimento do rio principal (L)
• Os comprimentos da bacia e do
rio principal são importantes para
a estimativa do tempo que a
água leva para percorrer a bacia.
▪ Comprimento da bacia (Lb)
- CAD 
- SIG – Sistema de Informação Geográfica
- Curvímetro
aquele que drena a maior área no interior da bacia
COMPRIMENTO
basin_path_meander.swf
FORMA
Lb Índice de compacidade
• Relação entre o perímetro da bacia
e o perímetro que a bacia teria se
fosse circular.
K = 0,28 P / A0.5
mede mais ou menos a mesma coisa
que o fator de forma
Fator de forma
▪ I alto: cheias mais rápidas
▪ I baixo: cheias mais lentas
2LbAI =
Índice de Circularidade
▪ Ic próximo a unidade (1)
= bacia circular
𝐼𝑐 =
4𝜋 . 𝐴
𝑃2
FORMA
Mesma área, forma diferente
basin_shape.swf
FORMA
São Francisco
Outras: 
Tietê; 
Paranapanema;
Tocantins.
BACIAS ALONGADAS
Taquari Antas - RS
Rio Itajaí - SC
BACIAS CIRCULARES
DECLIVIDADE
L
Z -Z
S
 0 100
=
❑Gradiente
• Razão entre a queda vertical e a distância 
horizontal.
• Nas cabeceiras – m/km
• Nas planícies – cm/km
❑Vazão
• Volume de água que passa por uma seção ao 
longo de um intervalo de tempo (m3/s ou L/s).
❑Velocidade
• Expressa em m/s.
• Depende do gradiente, da largura do canal e 
da rugosidade.
DECLIVIDADE
0,75L
ZZ
S
1085
m
−
=
• Tem relação com a velocidade com a qual
ocorre o escoamento.
DECLIVIDADE
Classes de declividade da bacia
basin_slope.swf
ORDENAMENTO
• Trata-se de uma hierarquização dos canais fluviais
• Cada linha de drenagem pode ser categorizada de acordo com sua posição (ordem ou 
magnitude) dentro da bacia
• A ordenação pode ser utilizada para descrever a linha de drenagem e dividir a rede de 
drenagem em partes que podem ser quantificadas e comparadas
• A ordem ou magnitude das demais linhas de drenagem depende do método 
utilizado → Horton, Strahler e Shreve
• linhas de drenagem que não possuem nenhum tributário são designadas como 
linhas de 1ª ordem
• sensível à escala do mapa
ORDENAMENTO
Strahler (1945)
→ linhas de 2ª ordem são formadas 
pela junção de 2 linhas de 1ª 
ordem,
→as linhas de 3ª ordem são formadas 
pela junção de 2 linhas de 2ª 
ordem e assim sucessivamente 
→ as linhas de 3ª ordem, por 
exemplo, podem também receber 
um canal de 1ª ordem
DRENAGEM
▪ Densidade da Rede de Drenagem:
▪ Forma da Rede de Drenagem:
Controlada pela Geologia e pelo
Clima
Controlada pela Geologia
DRENAGEM
𝐷𝑑 =
𝐿𝑡
𝐴
Densidade de Drenagem
Onde: Dd = km/km²
Lt = km
A = km²
Densidade de Rios
𝐷𝑟 =
ሻ𝑁𝑡(1ª 𝑂𝑟𝑑𝑒𝑚
𝐴
𝐷𝐶 =
𝑁𝐶
𝐴
Densidade de Confluências
Coeficiente de Manutenção
𝐶𝑚 =
1
𝐷𝑑
DRENAGEM
basin_stream_density.swf
FORMA DA 
DRENAGEM
DRENAGEM 
(Tipos)
EXORRÉICA => quando o escoamento das águas se faz de modo
contínuo até o mar ou oceano, isto é, quando as bacias
desembocam diretamente no nível marinho; Ex : Rio Uruguai.
ENDORRÉICA => Quando as drenagens são internas
e não possuem escoamento até o mar,
desembocado em lagos ou dissipando-se nas areias
do deserto, ou perdendo-se nas depressões
cársticas. Ex : Rio Jacuí.
DRENAGEM 
(Tipos)
CRIPTORRÉICA => Quando as bacias são subterrâneas,
como nas áreas cársticas. A drenagem subterrânea acaba
por surgir em fontes ou integrar-se em rios subterrâneos.
ARRÉICA => Quando não há nenhuma estruturação em
bacias hidrográficas, como nas áreas desérticas onde a
precipitação é negligenciável e a atividade eólica nas
dunas é intensa, obscurecendo as linhas e os padrões
de drenagem.
COBERTURA 
VEGETAL
▪ Maior profundidade de raízes = água
consumida pela evapotranspiração pode
ser retirada de maiores profundidades do
solo.
▪ Florestas: maior interceptação; maior
profundidade de raízes.
▪ Maior interceptação = escoamento
demora mais a ocorrer.
USO DO SOLO
Agricultura = compactação do solo
➢ Redução da quantidade de matéria orgânica no solo
➢ Porosidade diminui
➢ Capacidade de infiltração diminui
➢ Raízesmais superficiais: Consumo de água das
plantas diminui
▪Urbanização: telhados, ruas, passeios, 
estacionamentos e até pátios de casas
▪ Modificação dos caminhos da água
•Aumento da velocidade do escoamento 
(leito natural rugoso x leito artificial com 
revestimento liso)
•Encurtamento das distâncias até a rede de 
drenagem (exemplo: telhado com calha)
GEOLOGIA
▪ Rochas do sub-solo afetam o comportamento da bacia hidrográfica.
▪ Rochas porosas tem a propriedade de armazenar grandes quantidades de
água (rochas sedimentares – arenito).
▪ Rochas magmáticas tem pouca porosidade e armazenam pouca água, exceto
quando são muito fraturadas.
▪ Bacias com depósitos calcáreos tem grandes cavidades no sub-solo onde a
água é armazenada.
SOLOS
Rochoso
Solo residual (maduro)
▪ Solos arenosos = menos 
escoamento superficial
▪ Solos argilosos = mais 
escoamento superficial 
▪ Solos rasos = mais 
escoamento superficial
▪ Solos profundos = menos 
escoamento superficial
TEMPO DE 
ESCOAMENTO
Tempo de viagem = 2 minutos
Tempo de viagem = 
15 minutos
15 minutos
Q
P
tempo
Para uma chuva de curta duração
TEMPO DE 
CONCENTRAÇÃO
• Tempo necessário para que a água precipitada no ponto
mais distante da bacia escoe até o ponto de controle,
exutório ou local de medição.
• Relação com:
▪ Comprimento da bacia (área da bacia)
▪ Forma da bacia
▪ Declividade da bacia
▪ Alterações antrópicas
▪ Vazão (para simplificar não se 
considera)
TEMPO DE 
CONCENTRAÇÃO
tc = tempo de concentração em minutos
L = comprimento do talvegue (km)
h = diferença de altitude ao longo do talvegue (m)
• Kirpich
385,0
3
h
L
57tc 






= A4,54tc =
• Ventura (regiões planas)
A em km2
• Watt e Chow (bacias grandes)
79,0
5,0
68,7 





=
S
L
tc
tc = tempo de concentração em minutos
L = comprimento do talvegue (km)
S = declividade do rio principal (adimensional)
• Ventura (para regiões em declives)
I
A
4,54tc =
A em km2
I em m/km
• Passini (para regiões planas)
IA345,6tc = A em km
2
I em m/km
TEMPO DE 
CONCENTRAÇÃO
• Mesma área, tempo de concentração diferente
Q
P
tempo
bacia com alto tempo de concentração
bacia com baixo tempo de concentração
EM RESUMO...
• Mesma área, tempo de concentração diferente
- bacia com alto tempo de concentração
- Bacia com vegetação / menos
urbanizada
- Solos mais arenosos/mais espessos
- Bacia alongada
- Baixa densidade de drenagem
- Menor declividade
- Comprimento do Rio Maior
- Menores problemas com enchentes e 
inundações
- bacia com baixo tempo de 
concentração
- Bacia mais urbanizada/ menos
vegetação
- Solos mais argilosos/rasos
- Bacia circular
- Alta densidade de drenagem
- Maior declividade
- Comprimento do rio menor
- Problemas maiores com 
enchentes e inundações
AULA 2 - BACIA HIDROGRÁFICA E BALANÇO HÍDRICO
MÃOS À OBRA
ATIVIDADE 1
AULA 2 - BACIA HIDROGRÁFICA E BALANÇO HÍDRICO
BALANÇO HÍDRICO
BALANÇO HÍDRICO
É a quantificação das componentes do ciclo hidrológico. 
A taxa de variação do armazenamento de água = Fluxo de água entrando – Fluxo 
de água saindo
Fluxo entrando Armazenamento Fluxo saindo
Normalmente é expresso como a taxa de variação de massa ou volume no 
intervalo Δt.
Pode ser escrito em qualquer escala (local, regional, global!!)
BALANÇO HÍDRICO
O balanço hídrico contabiliza tanto os fluxos de origem natural quanto aqueles 
provocados pelo homem.
No sistemas hidrológicos, contabilizar os fluxos induzidos pelo homem é quase 
tão difícil quanto os fluxos naturais.
BALANÇO HÍDRICO
• A equação abaixo tem que ser satisfeita:
Onde
V → variação do volume de água armazenado na bacia (m3)
t → intervalo de tempo considerado (s)
P → precipitação (m3.s-1)
E → evapotranspiração (m3.s-1)
Q → escoamento (m3.s-1)
QEP
Δt
ΔV
−−=
• Balanço entre entradas e saídas de água em uma bacia hidrográfica
Principal entrada → precipitação
Saídas → evapotranspiração e escoamento.
No longo prazo V pode ser
considerado zero
BALANÇO HÍDRICO
Intervalos de tempo longos (como um ano ou
mais) → variação de armazenamento pode ser
desprezada na maior parte das bacias
QEP +=
As unidades de mm são mais usuais para a
precipitação e para a evapotransipiração
Reescrita em unidades de mm.ano-1, o que é feito
dividindo os volumes pela área da bacia
Uma lâmina 1 mm de chuva corresponde a 1 litro de água distribuído sobre uma área de 1 m2.
BALANÇO HÍDRICO
Percentual da chuva que se transforma em escoamento
P
Q
C =
O coeficiente de escoamento tem, teoricamente, valores entre 0 e
1. Na prática os valores vão de 0,05 a 0,5 para a maioria das bacias.
BALANÇO HÍDRICO 1
2
3
3 3
4
5
56
6
7 8
Região Área Chuva Vazão Evapo Chuva Vazão Evapo Vazão Vazão
transp. transp. % %
km2 m3/s m3/s m3/s mm mm mm Chuva Brasil
Amazonas - Total 6112000 493491 202000 291491 2546 1042 1504 41
Amazonas- Brasil 3884191 277000 128900 139640 2249 1047 1134 47 72
Tocantins 757000 42387 11300 31087 1766 471 1295 27 6
Atlântico Norte 242000 16388 6000 10388 2136 782 1354 37 3
Atlântico Nordeste 787000 27981 3130 24851 1121 125 996 11 2
São Francisco 634000 19829 3040 16789 986 151 835 15 2
Atlântico Leste (1) 242000 7784 670 7114 1014 87 927 9 0
Atlântico Leste (2) 303000 11791 3710 8081 1227 386 841 31 2
Paraná 877000 39935 11200 28735 1436 403 1033 28 6
Paraguai 368000 16326 1340 14986 1399 115 1284 8 1
Uruguai 178000 9589 4040 5549 1699 716 983 42 2
Atlântico - Sul 224000 10519 4570 5949 1481 643 838 43 3
Brasil - Amazonas Total 10724000 696020 251000 445020 2047 738 1309 36
Brasil - Amazonas Parcial 8496191 479529 177900 293169 1780 660 1088 37 100
(1) Do Japaratuba (SE) ao Pardo (BA)
(1) Do Jequitinhonha (MG/BA) ao Paraíba do Sul ( SP/MG/RJ)
P
Q
C =
1 - Qual seria a vazão de saída de uma bacia completamente impermeável, com área de
60km2, sob uma chuva constante à taxa de 10 mm.hora-1? R: 167 m3.s-1
2 – A região da bacia hidrográfica do rio Taquari recebe precipitações médias anuais de
1600 mm. Em Muçum (RS) há um local em que são medidas as vazões deste rio e uma
análise de uma série de dados diários ao longo de 30 anos revela que a vazão média do
rio é de 340 m3.s-1. Considerando que a área da bacia neste local é de 15.000 Km2, qual é
a evapotranspiração média anual nesta bacia? Qual é o coeficiente de escoamento de
longo prazo? R: E = 885 mm/ano ; CP = 0,447
3 - Em uma bacia hidrográfica, o perfil hidrogeológico da camada impermeável segue o
perfil dos divisores topográficos da bacia e não existem fugas da água subterrânea para
outra bacia. Se na bacia em questão o total anual precipitado é de 1988 mm e a vazão
média anual no exutório foi de 20 L/s/km², considerando que o período de tempo é longo
o suficiente para que se despreze o volume armazenado na bacia, o valor da
evapotranspiração total neste ano é de:
R: E = 1357,28 mm
EXEMPLO
2 – A região da bacia hidrográfica do rio Taquari recebe precipitações médias anuais de
1600 mm. Em Muçum (RS) há um local em que são medidas as vazões deste rio e uma
análise de uma série de dados diários ao longo de 30 anos revela que a vazão média do
rio é de 340 m3.s-1. Considerando que a área da bacia neste local é de 15.000 Km2, qual é
a evapotranspiração média anual nesta bacia? Qual é o coeficiente de escoamento de
longo prazo? R: E = 885 mm/ano ; C = 0,447
EXEMPLO
m³/s para mm/ano (volume para altura de lâmina é necessário a Área)
mm/ano para m³/s (altura de lâmina para volume é necessário a Área)
CONVERSÕES
1 km = 1.000 m
1 km² = 1.000.000 m²
1 km² = 100 ha
1 ha = 10000 m²
1 ha = 0,01 km²
1 dia = 24 h = 86400 s
1 ano = 31536000 s
1 h = 60 min = 3600 s
)m(mm 1000
)A(m
)ano(s 365243600 )sQ(m
Q(mm/ano) 1
2
113
−
−−


=
)m(mm 1000 ).ano(s 365243600
 )A(m Q(mm/ano)
 )sQ(m
11
2
13
−−
−


=
OBRIGADO PELA ATENÇÃO
MAIORES INFORMAÇÕES E OUTROS MATERIAIS
CHRISTOFOLETTI, A. Análise morfométrica das bacias hidrográficas. Notícias 
Geomorfológicas. v. 9, n. 18,p. 19-34, 1969. 
CHRISTOFOLETTI, A. Geomorfologia fluvial. São Paulo: Edgard Blüchler, 1981. 313 p. 
CHRISTOFOLETTI, A. Geomorfologia. 2ª ed. São Paulo: Edgard Blüchler, 1980. 149 p. 
CHRISTOFOLETTI, A. A análise da densidade de drenagem e suas implicações 
geomorfológicas. Geografia. v. 4, n. 8, p. 23-42, 1979. CHRISTOFOLETTI, A. Geomorfologia. 
2ª ed. São Paulo: Edgard Blüchler, 1974. 149 p. 
http://www.abrh.org.br/SGCv3/index.php?PUB=1
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