Hidrologia Física
Bacia Hidrográfica
Prof. Benedito C. SilvaIRN / UNIFEI
Bacia HidrográficaUma região em que a chuva ocorrida 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
Para definir uma bacia:◦ Curso d’água◦ Seção transversal de referência (exutório)◦ Informações de topografia
Definição de bacia
Diferenciar áreas que contribuem para um ponto
Fontes 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.
Bacias hidrográficas são compostas por sub-bacias hidrograficas. Cada sub-bacia é uma bacia hidrográfica que pode ser subdividida em sub-bacias, etc.
A bacia do rib. José Pereira é uma sub-bacia do rio Sapucaí, que por sua vez é uma sub-bacia do rio Grande, que ...
Sub - bacia
13
2
4Sub4
Sub3
Sub2
Sub1
represa
saída
vários níveis de subdivisão da bacia
saída
Discretização em Sub-bacias
Divisor de águas
Características da bacia hidrográficaÁrea de drenagemComprimentoDeclividadeCurva hipsométricaFormaCobertura vegetal e uso do solo……
Área da bacia hidrográficaCaracterística mais importante da baciaReflete o volume total de água que pode
ser gerado potencialmente na bacia
• Uma vez definidos os contornos (divisor), a área pode ser calculada por uma integral numérica (SIG) ou por métodos manuais (planímetro, contagem, pesagem).
Área da Bacia Hidrográfica
Comprimento
Comprimento da bacia
Comprimento do rio principal
ComprimentoOs comprimentos da bacia e do
rio principal são importantes para a estimativa do tempo que a água leva para percorrer a bacia.
Ordenamento dos canais
• 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
Ordenamento dos canais
• Strahler 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
• como fazer a ordenação?
• linhas de drenagem que não possuem nenhum tributário são designadas como linhas de 1ª ordem
• A ordem ou magnitude das demais linhas de drenagem depende do método utilizado Horton, Strahler e Shreve
Strahler (1945)
Ordenamento dos canais
http://www.dpi.inpe.br/cursos/tutoriais/modelagem/cap2_modelos_hidrologicos.pdf
• Shreve magnitudes somadas todas as vezes que há a junção de duas linhas de drenagem exemplo quando 2 linhas de 2ª ordem se unem, o trecho a jusante recebe a designação de 4ª ordem• Algumas ordens podem não existir.
Ordenamento dos canais
• Horton canais de 2ª ordem têm apenas afluentes de 1ª ordem. Canais de 3ª ordem têm afluência de canais de 2ª ordem, podendo também receber diretamente canais de 1ª ordem canais de ordem u pode ter tributários de ordem u-1 até 1.
• Isto implica atribuir a maior ordem ao rio principal, valendo esta designação em todo o seu comprimento, do exutório à nascente
Shreve
http://www.dpi.inpe.br/cursos/tutoriais/modelagem/cap2_modelos_hidrologicos.pdf
Ordenamento dos canais
HortonOrdenamento dos canais
1
1
• como decidir qual é o rio principal numa confluência?
Partindo da jusante da confluência, estender a linha do curso d’água para montante, para além da bifurcação, seguindo a mesma direção. O canal confluente que apresentar maior ângulo é o de ordem menorAmbos com mesmo ângulo rio de menor extensão é o de ordem mais baixa
2
1
22
2
1
1
1
1
11
1
1
2
2
2 2
2
33
3
22
233
3 3
4
44
4
22
2
4
4
4
2
HortonOrdenamento dos canais
1
1
1
22
1
1
1
1
11
1
1
2
22
2
3
3
3
22
4
4
4
34
22
2
4
4
4
2
DeclividadeDiferença de altitude entre o
início e o fim da drenagem dividida pelo comprimento da drenagem.
Tem relação com a velocidade com a qual ocorre o escoamento.
Ponto mais alto: 300 m
Ponto mais baixo: 20 m
Comprimento drenagem = 7 km
Declividade = 0,04 m/m ou 40 m por km
Declividade no rio
• Comprimento do rio principal (L): para cada bacia existe um rio principal. Define-se o rio principal de uma bacia hidrográfica como aquele que drena a maior área no interior da bacia. A medição do comprimento do rio pode ser realizada por curvímetro ou por geoprocessamento;
Declividade média do rio (Sm) : L
SlS
n
1iii
m
0,75L
H(0,10L)H(0,85L)Sm
• Declividade equivalente do rio (Se) :
2
n
1i
1/2-ii
e
Sl
LS
Perfil longitudinal
Perfil típico:
alto médio baixo
Distância ao longo do rio principal
Alt
itud
e do
leit
o
Valores típicos:Baixa declividade: alguns cm por kmAlta declividade: alguns m por km
Curva hipsométricaDescrição da relação entre área
de contribuição e altitude.
Altitude (m)
350
890
Fração da
área0 0,25 0,5 0,75 1,0
Curva Hipsométrica
Curva Hipsométrica
670
690
710
730
750
770
790
810
830
850
870
890
910
930
950
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100%
Curva Hipsométrica
Índice de conformação ou fator de forma
L
I = A / L2
I alto: cheias mais rápidas
I baixo: cheias mais lentas
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
ExemplosAlongadas
São Francisco
Outras: Tietê, Paranapanema, Tocantins
ExemplosCircular
Rio Itajaí SC
Tempo de viagem = 2 min
Tempo de viagem = 15 min
Tempo de escoamento
15 minutos
Q
P
tempo
Chuva de curta duração
• 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
•Como estimar?•Relação com comprimento do rio•Relação com a declividade
• Fórmulas empíricas para tempo de concentração
tc em minutosL em kmh em m
• Kirpich 0,3853
Δh
L57tc
Tempo de concentração
A4,54tc
• Ventura para regiões planas
A em km2
• Ventura para regiões em declives
I
A4,54tc
A em km2
I em m/km
• Passini para regiões planas
IA345,6tc
Cobertura vegetalFlorestas: maior interceptação;
maior profundidade de raízes.Maior interceptação =
escoamento demora mais a ocorrer
Maior profundidade de raízes = água consumida pela evapotranspiração pode ser retirada de maiores profundidades do solo
Uso do soloSubstituição de floresta por
pastagem/lavouraUrbanização: telhados, ruas, passeios,
estacionamentos e até pátios de casasModificação 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)
Uso do soloAgricultura = compactação do
solo Redução da quantidade de matéria
orgânica no solo Porosidade diminui Capacidade de infiltração diminui Raízes mais superficiais: Consumo de
água das plantas diminui
Tipos de solosSolos arenosos = menos
escoamento superficialSolos argilosos = mais
escoamento superficial Solos rasos = mais escoamento
superficialSolos profundos = menos
escoamento superficial
GeologiaRochas do sub-solo afetam o
comportamento da bacia hidrográficaRochas 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.
Partes da BaciaVertentes
◦Escoamento superficial difuso◦Não há canais definidos◦Escoamento sub-superficial e
subterrâneo
Rede de drenagem◦Escoamento superficial◦Canais bem definidos
Rede de drenagem
Densidade da rede de drenagem◦ Controlada pela Geologia e pelo
Clima
Forma da rede de drenagem Controlada pela
geologia
Forma da rede de Drenagem
Forma da rede de Drenagem
Forma da rede de Drenagem
Bacias hidrográficas e SIGSIG são Sistemas de Informação
GeográficaEquivalem a sistemas CAD para a
hidrologiaAlém de CAD são bancos de
dados e permitem análises dos dados
Representações do relevo no computador
Isolinhas = curvas de nívelMatriciais = modelos digitais de
elevação (MDE)TIN = Triangular irregular
network
Exemplo de MDE: SRTM
O que pode ser obtido do MDEDireção de escoamentoRios principais (rede de
drenagem)Definição de bacias e sub-baciasÁrea das baciasDeclividade das baciasEtc.
Rede de drenagem e sub-bacias