Capítulo 2: Bacias Hidrográficas - Conceitos e Delimitação

07112020 1 ENCIV0116 HIDROLOGIA APLICADA Capítulo 2 Bacias Hidrográficas Bacia hidrográfica É uma determinada área de terreno que drena água partículas de solo e material dissolvido para um ponto de saída comum situado em um rio riacho ou ribeirão Sistema físico ou área coletora da água da precipitação que a faz convergir para uma única seção de saída exutório foz desembocadura Pode ser vista como o volume de controle para a Gestão de Rec Hídricos DENTRO DE UMA BACIA HIDROGRÁFICA PODEM EXISTIR INÚMERAS SUBBACIAS 07112020 2 Divisor de água Toda bacia é contornada por um divisor linha que divide as precipitações que caem em bacias vizinhas e que encaminha o escoamento superficial resultante para um ou outro sistema fluvial O divisor é definido pela linha de cumeada pontos de cota máxima entre bacias que divide as precipitações que caem em bacias vizinhas OBS No interior de uma bacia podem existir picos isolados de cotas superiores às da linha de cumeada O divisor segue uma linha rígida em torno da bacia e somente atravessa o curso dágua principal no ponto de saída 07112020 3 Divisor Topográfico x Divisor Geológico ou Freático SUPERFICIAL SUBTERRÂNEO Divisor subterrâneo É mais difícil de ser localizado e varia com o tempo À medida que o lençol freático sobe ele tende ao divisor superficial Estabelece os limites dos reservatórios de água subterrânea e só é utilizado em estudos mais complexos de hidrologia subterrânea Na prática assumese que o divisor superficial e o subterrâneo coincidem 07112020 4 Delimitação de bacias hidrográficas INFORMAÇÕES DE TOPOGRAFIA Identificar para onde a água escoa sobre o relevo usando como base as curvas de nível A água escoa na direção da maior declividade O escoamento é ortogonal às curvas de nível O divisor não corta a drenagem exceto no exutório e passa pelas regiões mais elevadas da bacia mas podem existir pontos internos mais altos 07112020 5 Delimitação de bacias hidrográficas Planta do IBGE escala 150000 ou outras fontes Delimitação de bacias Localize o exutório Destaque a rede de drenagem a partir do exutório 07112020 6 Delimitação de bacias Localize os pontos altos e cotados Delimitação de bacias Junção dos pontos altos 07112020 7 Delimitação de bacias hidrográficas Topografia Delimitação de bacias hidrográficas Escoamento da água 07112020 8 Delimitação de bacias hidrográficas Identificação do divisor Delimitação de bacias hidrográficas Identificação do divisor 07112020 9 Delimitação de bacias hidrográficas Identificação do divisor Delimitação de bacias hidrográficas 07112020 10 Delimitação de bacias hidrográficas Delimitação de bacias hidrográficas 07112020 11 Delimitação de bacias hidrográficas Usando imagens de satélite Delimitação de bacias hidrográficas Usando um Modelo Digital de Elevação DEM 07112020 12 Bacias hidrográficas de Sergipe Bacia do Rio Piauí Bacia do Rio São Francisco Bacia do Rio Real Bacia do Rio Vaza Barris Bacia do Rio Sergipe Bacia do Rio Japaratuba Bacia Hidrográfica do Rio Japaratuba Bacia do Alto Japaratuba Bacia do Rio Siriri Bacia do Baixo Japaratuba Bacia do Rio JaparatubaMirim 07112020 13 Características físicas das bacias Importância Comparações entre bacias hidrográficas Transferência de dados entre bacias vizinhas Projeção do comportamento da bacia no futuro Regionalização de variáveis hidrológicas Características físicas das bacias Área da bacia Forma da bacia Tipo de solo Uso do solo Declividade dos terrenos Declividade do curso dágua principal Ordem dos cursos dágua Densidade de drenagem 07112020 14 Área da bacia Sinônimos Área de Drenagem Área de Contribuição É a área plana projeção horizontal limitada pelo divisor topográfico Unidades mais comuns km² e para pequenas bacias ha Elemento básico para o cálculo de outras características físicas e para definir a potencialidade hídrica da bacia Pode ser obtida por Planimetria de mapas topográficos Coordenadas do polígono via Fórmula de Gauss Aproximação por composição de figuras geométricas ex método das quadrículas A partir de imagens digitalizadas em softwares como AutoCAD ArcGIS QGIS Spring Idrisi etc Área da bacia Planímetro Tem por princípio de funcionamento o Teorema de Green que relaciona a integral de linha ao longo de uma curva fechada no plano com a integral dupla sobre a região limitada por essa curva 07112020 15 Área da bacia Planimetria Área da bacia Método das quadrículas 07112020 16 Área da bacia Coordenadas do Polígono Fórmula de Gauss Determina a área A de um polígono cujos vértices são descritos no plano por pares ordenados xi yi com i 1 2 n Bacias hidrográficas de Sergipe Bacia do rio São Francisco 734504 km² Bacia do rio Real 237296 km² Bacia do rio Vaza Barris 264471 km² Bacia do rio Sergipe 367262 km² Bacia do rio Japaratuba 166461 km² 07112020 17 Tempo de concentração tC É o tempo contado a partir da precipitação necessário para que toda a área da bacia contribua para a vazão na seção de estudo Corresponde ao tempo que a partícula de água de chuva que caiu no ponto mais remoto da bacia leva para escoando superficialmente chegar na seção de estudo É devido ao tC que a característica física da forma da bacia é relevante para avaliar a susceptibilidade da bacia a inundações Tempo de concentração tC No nosso exemplo t1 t2 t1 t3 t2 07112020 18 Forma da bacia Considerando bacias de mesma área aquelas de formato mais arredondado são mais susceptíveis a inundações do que as de formato mais alongado Quantas unidades de tempo são necessárias para que todos os pontos das bacias contribuam para a vazão no exutório Em B os tempos de deslocamento a partir de diferentes pontos da cabeceira são mais próximos entre si do que nas demais bacias A 10 unidades B 5 unidades C 85 unidades ISÓCRONAS Linhas de mesmo tempo de deslocamento Forma da bacia A forma da bacia pode ser quantificada por índices empíricos a FATOR DE COMPACIDADE KC Também chamado de Índice de Gravelius Relação entre o perímetro da bacia e o perímetro de um círculo de mesma área Para qualquer bacia KC 1 Quanto menor o KC mais circular é a forma da bacia menor o tC e maior a tendência de produção de enchentes rápidas 07112020 19 Forma da bacia b FATOR DE FORMA Kf Relação entre a largura média da bacia e seu comprimento axial L O comprimento axial pode ser medido seguindose o curso dágua mais longo desde a cabeceira mais distante da bacia até o exutório sem considerar as curvas dos meandros A largura média da bacia é obtida pela divisão da área da bacia pelo comprimento da bacia Quanto menor o Kf mais comprida é a forma da bacia maior o tC e menor a tendência de produção de enchentes com vazão de pico elevada Forma da bacia b FATOR DE FORMA Kf c Quanto mais quadrada a forma da bacia Kf próx de 1 maior a potencialidade de produção de picos de cheia 07112020 20 Forma da bacia b FATOR DE FORMA Kf Calcule o Kf das bacias da figura Todas possuem a mesma área mas são dispostas de forma diferente em relação ao rio principal Sistema de Drenagem O sistema de drenagem da bacia é formado pelo rio principal e seus tributários Inclui todos os cursos dágua Os cursos dágua podem ser PERENES Escoamento durante todo o tempo alimentação contínua do lençol freático INTERMITENTES ou TEMPORÁRIOS Escoamento apenas durante a estação chuvosa pois secam nos meses secos EFÊMERO Só ocorre escoamento durante um evento de precipitação Rio Jacarecica em Moita BonitaSE fev2017 07112020 21 Sistema de Drenagem O sistema de drenagem de uma bacia depende da estrutura geológica e da topografia e indica a maior ou menor velocidade do escoamento na bacia Topografia Plana Rios longos e escassos Acidentada Rios pequenos e numerosos Influência no escoamento Maior densidade de canais Menor tempo de escoamento Maior vazão de pico de cheia Densidade de Drenagem D ou Dd Índice que expressa o grau de desenvolvimento de um sistema de drenagem É a relação entre o comprimento total de cursos dágua perenes intermitentes e efêmeros de uma bacia e sua área de drenagem 07112020 22 Densidade de Drenagem D ou Dd Exemplo Percurso Médio do Escoamento Superficial l Indica a distância média em linha reta que a água de chuva teria que escoar sobre a bacia do ponto onde ocorreu sua queda até o curso dágua mais próximo A bacia em estudo é transformada em um retângulo de mesma área cujo lado maior é a soma dos comprimentos dos rios da bacia ΣLi 07112020 23 Sinuosidade do curso dágua sin É a relação entre o comprimento do rio principal L e o comprimento do talvegue Lt medido em linha reta da nascente ao exutório É um fator controlador da velocidade do escoamento no canal Alta sinuosidade Maior dificuldade para o escoamento Menor veloc Ordem dos cursos dágua Classificação que reflete o grau de ramificação do sistema de drenagem de uma bacia Criado por Horton 1945 e modificado por Strahler 1964 Como classificar Pequenas correntes formadoras pequenos canais que não têm tributários têm ordem 1 Quando dois canais de mesma ordem i se encontram o canal formado passa a ter ordem i1 Se dois canais de ordem diferente se juntam o canal formado tem ordem igual à maior ordem de seus formadores A ordem i da bacia será igual à ordem do curso dágua no exutório ou seja a ordem mais alta na bacia 07112020 24 Ordem dos cursos dágua Tipo de solo O tipo de solo e o grau de compactação da camada superficial exercem influência na infiltração Solo arenoso Propiciam maior infiltração Menor escoamento superficial Solos siltosos e argilosos solos compactados superficialmente Maior escoamento superficial Solos rasos Maior escoamento superficial Solos profundos Menor escoamento superficial 07112020 25 Exerce influência na infiltração e na velocidade do escoamento Áreas de florestas Maior interceptação pois folhas e galhos retardam o escoamento Raízes Retiram água do solo para o metabolismo vegetal e a devolvem à atmosfera pela transpiração Mudam a estrutura do solo provocando fissuras que favorecem a infiltração Uso e ocupação do solo Áreas de cultivo agrícola Redução da quantidade de matéria orgânica no solo menor porosidade Infiltração diminui Raízes mais superficiais e menor consumo de água pelas plantas Uso e ocupação do solo 07112020 26 Áreas desmatadas Menores perdas por interceptação transpiração e infiltração Aumento do escoamento superficial Aumento da velocidade do escoamento Processos de erosão e carreamento de sólidos para as calhas dos rios Assoreamento de canais e de reservatórios Uso e ocupação do solo Uso e ocupação do solo Áreas urbanas Superfície impermeabilizada pouca infiltração e maior velocidade de escoamento Aumento do escoamento superficial Maior volume de escoamento e menor tC Grandes picos de cheia 07112020 27 Relevo da bacia Tem grande influência sobre fatores meteorológicos e hidrológicos A velocidade do escoamento superficial é determinada pela declividade do terreno Temperatura precipitação e evaporação são funções da altitude e influenciam o deflúvio médio da bacia Declividade média da bacia Smed Controla em boa parte a velocidade do escoamento superficial Quanto mais íngreme o terreno maior a velocidade do escoamento e maiores os picos de cheia Quanto mais íngreme o terreno maior a velocidade do escoamento portanto menor o tempo de concentração 07112020 28 Declividade média da bacia Smed Determinação pelo Método das Quadrículas Lançar sobre o mapa topográfico da bacia um papel transparente sobre o qual está traçada uma malha quadriculada com os pontos de intersecção assinalados Associe a cada ponto um vetor perpendicular à curva de nível mais próxima no sentido do escoamento As declividades são obtidas em cada vértice i medindose na planta as menores distâncias entre curvas de níveis subsequentes a declividade Si do vértice i é o quociente entre a diferença da cota Δzi e a distância Δxi Construir uma tabela de distribuição de frequências adotandose uma amplitude para as classes Por exemplo Amplitude maior S menor Snúmero de intervalos Método das Quadrículas 07112020 29 Método das Quadrículas Método das Quadrículas 07112020 30 Curva Hipsométrica Representação gráfica do relevo médio de uma bacia Representa o estudo da variação da elevação dos vários terrenos da bacia com referência ao nível do mar A construção gráfica é feita em termos da porcentagem da área de drenagem que se encontra acima ou abaixo das várias elevações Como traçar a Curva Hipsométrica Curva Hipsométrica TRAÇADO DA CURVA HIPSOMÉTRICA 1 Delimitada a bacia hidrográfica no mapa obtémse por planimetria as áreas entre as curvas de nível consecutivas 2 Determinase a área total e calculamse os valores relativos das áreas entre as curvas de nível 3 Obtêmse os valores das áreas relativas acumuladas 4 Constróise o gráfico das cotas das curvas de nível versus as áreas relativas acumuladas correspondentes e pelos pontos do gráfico traçase uma linha suave de concordância 07112020 31 Curva Hipsométrica Curva Hipsométrica 07112020 32 Curva Hipsométrica Declividade do Álveo ou do rio principal O rio principal de uma bacia é aquele que drena a maior área dentro da bacia Seu comprimento L pode ser medido no mapa topográfico com um curvímetro Quanto maior a declividade do rio maior a velocidade de escoamento Podem ser determinadas as seguintes declividades Declividade entre Extremos S1 Declividade Média S2 Declividade Equivalente Constante S3 07112020 33 Declividade entre Extremos S1 Para rios que apresentam um perfil longitudinal razoavelmente uniforme a declividade entre extremos é uma boa estimativa da declividade do álveo Declividade Média S2 Valor médio mais representativo da declividade do álveo Traçase no gráfico do perfil longitudinal uma linha tal que a área entre esta linha e a abscissa seja igual à área entre a curva do perfil e a abscissa Seja Ap a área sob o perfil 07112020 34 Declividade Média S2 Como determinar a área sob a curva do perfil Podese utilizar métodos gráficos ou analiticamente somandose as áreas de elementos trapezoidais Declividade Equivalente Constante S3 Considerase que o tempo total de percurso da água no rio seja igual ao tempo de percurso num canal hipotético de declividade constante S3 Dividese o rio em um grande número de trechos retilíneos e se calcula o tempo de percurso de cada trecho Supondo válida a Equação de Chézy em cada trecho regime uniforme O tempo total será 07112020 35 Declividade Equivalente Constante S3 Para o canal de declividade equivalente constante S3 Desconsiderando os efeitos de rugosidade e da forma do canal Declividade do Álveo Declividade do Áveo