Slide - Interceptação da Água de Chuva - 2023-2

Hidrologia Interceptação da Água de Chuva Aula 6 1 Conceitos • A interceptação é a retenção de parte da precipitação acima da superfície do solo; • A interceptação pode ocorrer devido a vegetação ou outra forma de obstrução ao escoamento como em depressões do solo. Este volume retido é perdido por evaporação; • Este processo interfere no balanço hídrico da bacia hidrográfica, funcionando como um reservatório que armazena uma parcela da precipitação; • A tendência é de que a interceptação reduza a variação da vazão ao longo do ano, retarde e reduza o pico de cheias. 2 Interceptação vegetal A interceptação vegetal depende de vários fatores: • Características da precipitação e condições climáticas; • Tipo e densidade da vegetação; e, • Período do ano. As características principais da precipitação que interferem na interceptação são: • Intensidade; • Volume precipitado; e, • Chuva antecedente. 3 Relação Interceptação e Total Precipitado Observe que com o aumento da intensidade (com o mesmo total precipitado), a interceptação diminui. 4 Características O tipo de vegetação caracteriza a quantidade de gotas que cada folha pode reter e a densidade da mesma indica o volume retido numa superfície de bacia. As folhas geralmente interceptam a maior parte da precipitação, mas a disposição dos troncos também contribui significativamente. Em regiões em que ocorre uma maior variação climática, ou seja, em latitudes mais elevadas, a vegetação apresenta uma significativa variação da folhagem ao longo do ano, que interfere diretamente na interceptação. A época do ano também pode caracterizar alguns tipos de cultivos que apresentam diferentes fases de crescimento e colheita. 5 Equação da Continuidade A equação da continuidade do sistema de interceptação pode ser descrita por: Si = P - T - C Onde: Si = precipitação interceptada; P = precipitação; T = precipitação que atravessa a vegetação; C = parcela que escoa pelo tronco das árvores. 6 Medições das variáveis Dentro desses estudos, existem 3 medições utilizadas: • Precipitação: postos em clareiras (próximas a área de interesse) e no topo das árvores; • Precipitação que atravessa as árvores: Esta precipitação é medida por drenagem especial colocada abaixo das árvores e distribuída de tal forma a obter uma representatividade espacial desta variável; Deve-se utilizar cerca de dez vezes mais equipamentos para a medição da precipitação que atravessa a vegetação do que para a precipitação total; • Escoamento pelos troncos: Esta variável apresenta uma parcela pequena do total precipitado (de 1 a 15% do total precipitado), e em muitos casos está dentro da faixa de erros de amostragem das outras variáveis. A medição desta variável somente é viável para vegetação com tronco de magnitude razoável. 7 Quantificação da Interceptação Pode-se utilizar Fórmulas conceituais como a de Meriam (1960) que realizou uma adaptação na equação original de Horton (1919), ao introduzir a variável precipitação: Si = precipitação interceptada (mm) Sv = capacidade de armazenamento da vegetação para a área (mm) P = precipitação (mm) R = Av / A onde: Av = área da vegetação e A = área total E = evaporação da superfície de evaporação (mm/h) td = duração da precipitação em horas R E td . . ) Si Sv . (1 e - -P/Sv + = 8 Quantificação da Interceptação Pode-se ter Equações empíricas que utilizam regressões relacionando as principais variáveis, ajustando-as aos diferentes tipos de dados e usada para eventos. Si = precipitação interceptada (polegadas); P = precipitação (polegadas) a, b e n = parâmetros ajustados ao local; h = altura da planta em pés; Cobertura vegetal a b n Pomar 0,04 0,018 1,00 Carvalho 0,05 0,18 1,00 arbustos 0,02 0,40 1,00 pinus 0,05 0,20 0,50 Feijão, batata e outras pequenas culturas 0,02h 0,15h 1,00h pasto 0,005h 0,08h 1,00 forrageiras 0,01h 0,10h 1,00 pequenos grãos 0,005h 0,05h 1,00 milho 0,05h 0,005h 1,00 b. P n a Si + = Quantificação da Interceptação Ainda, pode-se utilizar a relação entre a capacidade de interceptação e o tipo de vegetação, com base no Índice de Área Foliar (IAF). Exemplo: Um IAF igual a 4 significa que cada m² de área de solo está coberto por uma vegetação em que a soma das áreas das folhas individuais é de 4 m². Quantificação da Interceptação A lâmina interceptada durante um evento de chuva pode ser estimado por: Sil = capacidade do reservatório de interceptação (mm) Fi = parâmetro de lâmina de interceptação que varia de 0,1 a 0,7 (vamos adotar nos exercícios uma constante = 0,2 mm) IAF = índice de área foliar Tipo de Cobertura IAFmédio Coníferas 6,0 Floresta decídua 6,0 Soja irrigada 7,5 Soja não irrigada 6,0 Floresta Amazônica 6 a 9,6 Pastagem amazônica (estiagem) 0,5 Pastagem amazônica (época úmida) 3,9 Cerrado (estiagem) 0,4 Cerrado (época úmida) 1,0 Campo e pastagem 2 - 3 Florestas 6 - 9 Cultivos anuais (0 durante o preparo do solo e 6 no desenvolvimento máximo) 0 - 6 . IAF F S il = i Capacidade Máxima de Interceptação Tipo de Cobertura Vegetal Capacidade máxima (mm) Campo, prado 2,50 Floresta ou mato 3,75 Floresta ou mato denso 5,00 Crawford e Linsley através de estudos da interceptação em modelos conceituais, sugeriram os seguintes valores máximos de interceptação em função da cobertura vegetal: 12 Armazenamento em depressões Nas bacias hidrográficas existem obstruções naturais e artificiais ao escoamento, acumulando parte do volume precipitado . Depressões em áreas de inundação reduzem a vazão à jusante devido a retenção do escoamento nessas áreas inundadas (exemplo: Pantanal). O volume retido pelas depressões do solo após o início da precipitação é retratado pela equação empírica (admite-se que no início da precipitação as depressões estão vazias): Onde: Vd = volume retido; Sd = capacidade máxima; P = precipitação; k= coeficiente equivalente a 1/Sd ) Vd Sd (1 e - -k P . = 13 A Figura apresenta um exemplo do armazenamento de escoamentos superficiais em pequenas bacias impermeáveis, indicando uma forte correlação entre a capacidade das depressões e a declividade do solo. Armazenamento em depressões 14 Impactos Antrópicos Classificação Tipo Mudança da superfície Desmatamento Reflorestamento Impermeabilização Uso da superfície Urbanização Reflorestamento para exploração sistemática Desmatamento para extração de madeira, cultura de subsistência, culturas anuais, cultura permanentes Método de alteração Através de queimadas Manualmente Com equipamentos As alterações sobre o uso e manejo do solo da bacia podem ser classificados quanto: I) ao tipo de mudanças; II) ao tipo da superfície; III) a forma de desmatamento. 15 Desmatamento O desmatamento é um termo geral utilizado para as diferentes mudanças de cobertura. Os principais elementos do desmatamento são: • O tipo de cobertura no qual a floresta foi substituída; e, • O procedimento utilizado para o desmatamento. Quanto ao uso da superfície, pode-se ter: • Extração de madeira; • Plantio de subsistência (35% do total). 16 Impacto do Desmatamento Esc. Superficial 17 Impacto do desmatamento O efeito do desmatamento sobre o escoamento deve ser separado de acordo com o efeito sobre a: I. vazão média; II. vazão mínima. 18 Impacto do desmatamento Vazões média: • A redução da cobertura de floresta aumenta a vazão média; • O estabelecimento de cobertura florestal em áreas de vegetação esparsa diminui a vazão média; • A resposta a mudança é muito variável e na maioria das vezes, não é possível prever. 19 Impacto na Vazão Média Tipo de desmatamento Preparo ou tipo de plantio Área das bacias (ha) Escoamento anual (mm/ano) 1979 1979-1981 Floresta sem alteração *** 16 0 *** Desmatamento tradicional Plantio direto 2,6 3,0 6,6 Limpeza manual sem preparo do solo 3,1 16,0 16,1 Limpeza manual Preparo convencional 3,2 54,0 79,7 Trator com lâminas sem preparo 2,7 86,0 104,8 20 Esse tipo de variação apresentada na Figura abaixo, em média ocorre até três anos depois de desmatada, mas tudo vai depender da recuperação da área e dos métodos utilizados no seu manejo. Relação: Mudança da Cobertura x Vazão Média Aumento na mudança da área coberta, aumento das vazões médias. 21 Impacto do desmatamento Vazões mínimas: • Pode-se aumentar ou diminuir, vai depender muito das características reais do solo. • Quando as condições de infiltração após o desmatamento ficam deterioradas, por exemplo o solo fica compactado pela energia da chuva, a capacidade de infiltração pode ficar reduzida e aumentar o escoamento superficial, com a redução da alimentação do aquífero. • Se a água que não é perdida pela floresta, atinge o solo e infiltra, o aquífero tem uma maior recarga, aumentando as vazões mínimas. 22 Culturas permanentes As culturas permanentes são plantações que não sofrem alterações frequentes na sua estrutura principal, como plantações de café, fruticultura, pasto, entre outros. Após o seu desenvolvimento, o balanço hídrico depende do comportamento da cultura e o balanço hídrico tende a se estabelecer num outro patamar. 23 Culturas anuais As culturas anuais envolvem a mudança da cobertura anualmente ou sazonalmente com diferentes plantios. Esse processo envolve a preparação do solo (aragem) em determinadas épocas do ano, resultando na falta de proteção do solo em épocas que podem ser chuvosas. O plantio sem nenhum cuidado com a conservação do solo tende a aumentar consideravelmente a erosão, com grande aumento no escoamento com relação as condições prévias de floresta. 24 Práticas de plantio Entre as práticas, destacam-se: • Conservacionista que utiliza o terraceamento, que acompanha as curvas de nível, para direcionar o escoamento e evitar a erosão e o dano as culturas; • O plantio direto que não revolve a terra e é realizado diretamente sobre o que restou do plantio anterior. A tendência é de que praticamente toda a água se infiltre e o escoamento ocorra predominantemente na camada sub- superficial por comprimentos (que dependem das características de relevo) até chegar ao sistema de drenagem natural. 25 Método de Desmatamento Lal (1981) mostrou que um aumento do escoamento superficial, utilizando desmatamento manual, uso de tratores de arraste e tratores com lâminas para arado são, respectivamente, 1%, 6,5% e 12% da precipitação. 26 Métodos de Avaliação Entre os métodos de avaliação, estão 3 tipos possíveis estudos: • Estudos de correlação: análise de correlação entre bacias de diferentes características de clima, cobertura, solo e morfologia; • Estudos de uma única bacia: para uma bacia experimental busca-se estabelecer as condições prévias da relação entre a climatologia e o comportamento da bacia; • Estudos experimentais com pares de bacias: Selecionando duas bacias de características similares. Uma é submetida a alteração do uso do solo, denominada de experimental e outra é mantida preservada denominada de bacia de controle. 27 Alterações da precipitação com o desmatamento Entre as principais consequências do desmatamento, quanto as precipitações, estão: • Aumento do albedo: A floresta absorve maior radiação de onda curta e reflete menos; • Maiores flutuações da temperatura e déficit de tensão de vapor das superfícies das áreas desmatadas; • O volume evaporado é menor devido a redução da interceptação vegetal pela retirada das árvores; • Menor variabilidade da umidade das camadas profundas do solo, já que a floresta pode retirar umidade de profundidades superiores a 3,6 m, enquanto que a vegetação rasteira, como pasto, age sobre profundidades de cerca de 20 cm. 28 Identificação no Método de Dupla Massa 29 indicativo de alteração do regime anterior Comparação entre Bacia Preservada e Desmatada em Taiwan 30 Aumento da Vazão com a Precipitação 31 Tipo de cobertura Mudança para 100% de remoção (mm) Mudança para cada 10% de retirada (mm) Conífera 330 23 Eucaliptos 178 6 Floresta tropical 213 10 Aumento da Vazão com a Precipitação Cultura mantida após o Desmatamento Aumento da vazão média (mm/ano) Cultura anual 300-450 Vegetação rateira 200-400 Plantações de chá, borracha, cacau 200-300 32 Urbanização Em áreas urbanas ocorre um aumento das vazões médias de cheia (em até 7 vezes, Leopold,1968) devido ao aumento da capacidade de escoamento através de condutos e canais e impermeabilização das superfícies. Devido aos processos utilizados durante a urbanização, ocorre um aumento da produção de sedimentos devido à desproteção das superfícies e à produção de resíduos sólidos (lixo). Como consequência, inicia-se a deterioração da qualidade da água superficial e subterrânea, devido à lavagem das ruas, ao transporte de material sólido, às ligações clandestinas de esgoto cloacal e pluvial, e à contaminação direta de aquíferos; 33 Urbanização Ao mesmo tempo, pode-se criar artificialmente áreas de retenção do escoamento em função de aterros, pontes e construções. A somatória destas perdas se reflete na redução da vazão média e no abatimento dos picos de enchentes. 34 • Alterações no balanço hídrico. 35 • Aumento nos picos de vazão e tc menores. 36 c. Resposta da geometria do escoamento Limite da área de inundação Nível mínimo no verão Limite da área de inundação Nível mínimo no verão • Inundações mais frequentes.