processos hidrológicos cst 318 / ser 456 tema 1 – introdução ano 2015 camilo daleles rennó...
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Processos HidrológicosProcessos Hidrológicos
CST 318 / SER 456CST 318 / SER 456
Tema 1 Tema 1 –– Introdução IntroduçãoANO 2015ANO 2015
Camilo Daleles RennóLaura De Simone Bormahttp://www.dpi.inpe.br/~camilo/prochidr/
1 – Introdução - Camilo2 – Precipitação/Interceptação - Laura3 – Evapotranspiração e transpiração - LauraPROVA (14/07/2015)4 – Fundamentos de física do solo - Camilo5 – Água no solo: conteúdo e potencial - Camilo6 – Armazenamento e distribuição da água no solo - Camilo7 – Hidrologia de vertentes – escoamento superficial – CamiloPROVA?8 – Hidrometria – vazão - Laura9 – Métodos estatísticos aplicados à Hidrologia – Camilo10 – Ecohidrologia - LauraEXERCÍCIO
AulasAulas
HidrologiaHidrologia
Definição: é a ciência que estuda a distribuição, circulação e comportamento da água no sistema terrestre. Também estuda suas propriedades físico-químicas e sua interação com o meio ambiente (biótico e abiótico).
Hidrometeorologia – estudo da água na atmosferaOceanografia – estudo dos oceanosLimnologia – estudo de águas interiores (lagos e reservatórios)Fluviologia – estudo de rios e cursos d’águaGlaciologia - estudo da água na forma de neve e geloHidrogeologia – estudo das águas subterrâneas
AplicaçõesPlanejamento, construção e operação de projetos de
aproveitamento de recursos hídricos (usinas hidrelétricas, controle de cheias, abastecimento de água, navegação, irrigação, etc.)
Entendimento dos impactos das mudanças no uso e ocupação da terra
Entendimento dos impactos das mudanças climáticasAlertas de eventos extremosEcohidrologia
FerramentasObservações - medições in situ e a partir de sensores remotosModelagem hidrológica – várias escalas de entendimento e
previsão dos processos
Hidrologia e Processos HidrológicosHidrologia e Processos Hidrológicos
Multidisciplinaridade da Hidrologia Multidisciplinaridade da Hidrologia
• Precipitação e evaporação - Meteorologia• Infiltração e percolação - Ciência dos Solos• Água subterrânea - Geologia• Escoamento superficial - Geomorfologia• Vazão de rios – Mecânica de Fluidos• Qualidade de água – Química/Biologia• Abastecimento/Saneamento – Engenharia Civil• Energia, Irrigação, Navegação, etc...
O Ciclo HidrológicoO Ciclo Hidrológico
O ciclo hidrológico é um fenômeno global de circulação da água em suas 3 fases: gasosa (vapor), líquida (chuva e escoamento) e sólida (gelo e neve).
É um sistema fechado apenas em nível global.Atmosfera
Continente Oceano
ênfase do curso
O Ciclo Hidrológico GlobalO Ciclo Hidrológico Global
http://www.bom.gov.au/info/climate/change/gallery/8.shtml
Ciclo Global da Água
Transporte de vapor
Nuvens
Nuvens
Precipitação
Precipitação
Transpiração
EvaporaçãoEvaporação
Descarga de Rios
Percolação
Fluxo de água subterrânea
Oceano
Gelo eNeve
Água subterrânea
Estoque 1012 m3Fluxos 1012
m3/ano
Distribuição da Água no MundoDistribuição da Água no Mundo
Geleira eCalotasPolares68,7%
Água noSolo
30,1%
Água na Superfíciee outros
1,2%
ÁguaDoce
Fonte: Shiklomanov, I. "World fresh water resources" in Gleick, P.H. (editor) Water in Crisis: a gudie to the Worls´s Fresh Water Resources. 1993
http://water.usgs.gov/edu/earthwherewater.html
ÁguaSalgada(oceano)
97,0%
ÁguaDoce 2,5%
Total
Águas Salinas(outros)
0,9%
Rios0,49%
“Brejos”2,6%
ÁguaDoce
Superficial
Lagos20,9%
Gelosubterrâneo ePergelissolo(Permafrost)
69%
Umidadedo Solo3,8%
Atmosfera3,0%
OrganismosVivos0,26%
(1) Toda a água do mundo: ~1400 km diâmetro
(2) Água doce no solo, lagos, áreas alagáveis e rios:
~270 km diâmetro(3) Água doce em lagos e
rios: ~ 56 km - diâmetro
Distribuição da Água no MundoDistribuição da Água no Mundo
http://water.usgs.gov/edu/earthwherewater.html
Níveis de DetalhamentoNíveis de Detalhamento
http://www.ib.usp.br/ecologia/ecossistema_print.htm
Escala Local (Pontual)Interações entre a matriz de solo e os macroporos Processos unidimensionais
Escala de VertenteMecanismos de geração de escoamento direto e de baseProcessos bidimensionais
Escala de Bacia HidrográficaVariação espacial e temporal de processos – recargaProcessos tridimensionais
Rocha
chuva
Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico
Rocha
chuva
evaporação
Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico
Rocha
chuva
infiltração
Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico
Rocha
chuva
escoamentosuperficial
Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico
Rocha
lençol freático
Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico
Zona deSaturação
rocha
lençol freático
percolação
infiltração escoamentosuperficial
chuva
evaporação (interceptação)
Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico
Zona deAeração
(não saturada)
Zona deSaturação
estômato
gás carbônico
água
gás carbônicofotossíntese
água
Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico
lençol freático
percolação
fluxo ascendente
infiltração escoamentosuperficial
chuva
evaporação (interceptação)transpiração
evaporação
rocha
Fluxo de base
evapotranspiração
Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico
Zona deAeração
(não saturada)
Zona deSaturação
Zona deRaízes
Modelando um problema...Modelando um problema...
O que é um modelo?»É uma representação conceitual/matemática de um fenômeno»Tipicamente o modelo irá tratar apenas de alguns aspectos do fenômeno estudado
ModelagemModelagem
Modelo de Balanço de Água no Solo
tempo t+1
?tempo t
E S
V
V = E - S
tempo t tempo t+1
O que é um modelo?»É uma representação conceitual/matemática de um fenômeno»Tipicamente o modelo irá tratar apenas de alguns aspectos do fenômeno estudado
Modelo de Balanço de Água no SoloVt+1 = Vt + Et+1 – St+1
ModelagemModelagem
Equação do balanço hídricoEquação do balanço hídrico
ΔS = P - ET - DP – precipitaçãoET – evapotranspiraçãoD – deflúvioΔS – variação do armazenamento (superficial e/ou subterrâneo)
Equação do balanço hídrico – coloca em evidência as variáveis hidrológicas e meteorológicas mais importantes, as quais são passíveis de medição
Modelagem HidrológicaModelagem Hidrológica
» fenômenos tridimensionais e dinâmicos» variações contínuas no espaço e no
tempo» comportamentos não lineares» componentes aleatórios» múltiplas escalas de tempo e espaço
processos ambientais
Como representar estes processos?
>> simplificação <<
Dois modelos de um mesmo fenômeno deveriam ser iguais?»Não necessariamente»Cada modelo pode ter um objetivo diferente ou ainda ter diferenças conceituais ou de implementação decorrentes de decisões tomadas durante o desenvolvimento do modelo
Modelo de Balanço de Água no Solo
chuva
quanto?para onde?em quanto tempo?
ModelagemModelagem
Quais as etapas da modelagem?» Caracterizar o sistema na qual o fenômeno se insere» Fazer algumas suposições sobre como os vários componentes funcionam
e interagem entre si» Traduzir tudo em equações/procedimentos e num programa de simulação» Determinar os valores de cada parâmetro (medidas reais, valores de
referência ou calibração)» Fazer a validação
O modelo é bom?» Explica observações passadas? Foi bem calibrado?» Prediz observações futuras? Foi validado?» É generalizável? É robusto? Pode ser aplicado em outros lugares/períodos?» Consegue estimar a incerteza dos resultados? Os resultados são
confiáveis?» É simples? Necessita poucos dados de entrada?» É fácil de usar? Tem interface amigável?
ModelagemModelagem
Modelagem HidrológicaModelagem Hidrológica
Classificação
» determinístico ou estocásticomodeloX Y modeloX
Y
» baseado em processos ou empírico****** ** *
**
» contínuo ou discreto (no tempo)
t t
» concentrado ou distribuído (no espaço)
» estático ou dinâmico Xt+1 = f(Xt)
modeloYX
Modelagem HidrológicaModelagem Hidrológica
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