Bacia Hidrográfica

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

30/08/2013
1
1
HIDROLOGIA E
SISTEMAS DE DRENAGEM
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
Prof. Filipe Lima Dornelas
2
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
CAPÍTULO 2
3
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
DEFINIÇÃO
“ É a área definida topograficamente, drenada por um curso 
d’água ou um sistema conectado de cursos de água, tal que 
toda vazão efluente seja descarregada por uma simples saída.
30/08/2013
2
4
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
DEFINIÇÃO
Microbacia Hidrográfica: área de formação natural, drenada por um
curso d’água e seus afluentes, a montante de uma seção transversal
considerada, para onde converge toda a água da área considerada
(CRUCIANI, 1976; BRASIL, 1987)
� A área da microbacia depende do objetivo do trabalho que se pretende
realizar.
� PEREIRA (1981)
a) Efeito de diferentes práticas agrícolas nas perdas de solo, água e
nutrientes – Área ≤ a 50 ha
b) Estudo de balanço hídrico e o efeito do uso do solo na vazão –
Área ≤ 10.000 ha
c) Estudos com medição de volume e distribuição da vazão – 10.000 ≤
Área ≤ 50.000 ha
5
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
DEFINIÇÃO
� BORDAS et al. (1985)
a) Microbacias – Área de até 10 ha
b) Minibacias – 10 a 100 ha
c) Sub-bacias – 1.000 a 40.000 ha
d) Pequenas bacias – acima de 400 km²
� COGO (1988) - para fins hidrológicos, são consideradas ideais
as áreas de até 2.500 ha para estimativa de vazão e volumes
totais, podendo chegar aos 25.000 ha.
6
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
DEFINIÇÃO
� ROCHA (1991)
a) Áreas de drenagem entre 20.000 e 300.000 ha
b) Limite inferior (20.000 ha): equipe de trabalho/ manejo integrado e/ou
gerenciamento (sul do país)
c) Sub-bacias maiores que 300.000 ha, para efeito de planejamento
integrado – divididas em partes
Bacia Hidrográfica: Área que drena as águas de chuvas por ravinas, canais e
tributários, para um curso principal, com vazão efluente convergindo para uma
saída única e desaguando diretamente no mar ou em um grande lago.
Sub-bacia Hidrográfica: Mesmo conceito de BH, acrescido do enfoque de
que o deságue se dá diretamente em outro rio.
Microbacia Hidrográfica: Mesmo conceito de BH, acrescido do enfoque de
que o deságue se dá também em outro rio, porém a dimensão superficial da
microbacia é menor que 20.000 ha.
30/08/2013
3
7
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
RESPOSTA HIDROLÓGICA DE UMA BH
� O papel hidrológico de uma BH é o de transformar uma entrada de
volume concentrada no tempo (precipitação) em uma saída de água
(escoamento) de forma mais distribuída no tempo.
8
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
� Divisor superficial (topográfico)
� Divisor freático (altura do lençol freático)
� Divisor geológico (rocha impermeável)
9
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
� Dados fisiográficos de uma BH são todos aqueles dados
que podem ser extraídos de mapas, fotografias aéreas e
imagens de satélites;
� Basicamente são áreas, comprimentos, declividades e
coberturas do solo, medidos diretamente ou expressos por
índices;
� De importância em locais onde faltam dados ou em
regiões onde não seja possível a instalação de estações
hidrométricas.
30/08/2013
4
10
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
� ÁREA DE DRENAGEM
� FORMA DA BACIA
� SISTEMA DE DRENAGEM
� RELEVO DA BACIA
11
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
Área da projeção da linha fechada dos divisores de água em
plano horizontal. Quanto maior a área, maior é a vazão e
maior o tempo de resposta. Em geral,
45
0
47
0
49
0
50
0
49
0
480
ÁREA DE DRENAGEM (ha e/ou km²)
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
12
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
ÁREA DE DRENAGEM (ha e/ou km²)
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
Exutório
700
700
700
700
695
695
695
690
690
690
685
685
680
680
675
675680
680
670
670
665
665
660655
685
680
685
70
0
Exutório
700
700
700
700
695
695
695
690
690
690
685
685
680
680
675
675680
680
670
670
665
665
660655
685
680
685
Divisor de Águas
70
0
30/08/2013
5
13
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
ÁREA DE DRENAGEM (ha e/ou km²)
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
14
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
� Importância na definição da potencialidade da BH;
ÁREA DE DRENAGEM
� Determinação da área:
a) Planimetragem direta de mapas;
b) Cálculos matemáticos de mapas arquivados eletronicamente
através de SIG;
� Escala normalmente usada – 1:50.000
Volume recebido = Lâmina x Área
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
15
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
FORMA DA BACIA
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
� Tempo de Concentração:
Tempo que leva a água para percorrer a distância entre
o ponto mais remoto da área e o ponto de deságüe.
Qmax 1
Qmax 2
A1 = A2
Q = Vol
t
30/08/2013
6
16
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
FORMA DA BACIA
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
Q = Vol
t
� Tempo de Concentração:
Tempo que leva a água para percorrer a distância entre
o ponto mais remoto da área e o ponto de deságüe.
17
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
FORMA DA BACIA
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
a) Kc - adimensional;
b) Quanto maior o kc – mais irregular é a bacia;
c) Kc = 1 (bacia circular – teórico);
d) Microbacias com kc próximo de 1 devem ter maior proteção em
cobertura florestal e conservação de solos;
e) Como exemplo típico no Brasil, pelo baixo valor de kc, pode-se
citar a Sub-bacia hidrográfica do Rio Itajaí – Açu, em Santa
catarina
� Coeficiente de Compacidade (kc):
P = Perímetro da Bacia
2ᴨr = Perímetro de um círculo de mesma área
18
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
FORMA DA BACIA
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
Itajaí, onde fica o rio Itajaí-Açú, que ficou mais de 10 metros acima do normal, é 
um dos municípios mais prejudicados pelas tempestades. 
� Coeficiente de Compacidade (kc):
30/08/2013
7
19
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
FORMA DA BACIA
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
� Fator de Forma (kf):
a) Quanto menor o kf – bacia menos sujeita a enchentes;
b) Microbacias de formas retangulares são menos susceptíveis a
enchentes que as circulares, ovais ou quadradas.
L = Largura média da Bacia
L = Comprimento da Bacia
20
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
SISTEMA DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
O padrão da rede de drenagem = síntese do modo pelo qual as
características geológicas, de solo, relevo e vegetação influenciam a
constante ação erosiva do escoamento da água em direção ao mar, ao
longo do tempo geológico.
Quanto mais intrincada e
complexa é a rede de drenagem,
maior será a sua eficácia na
concentração do escoamento
superficial no exutório da bacia.
21
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS
DE DRENAGEM
SISTEMA DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
� Densidade de Drenagem (Dd)
� Uma forma mais simples é calcular a densidade de confluências.
VILLELA E MATTOS
30/08/2013
8
22
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
SISTEMA DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
� Ordem dos cursos d’água
� Reflete o grau de ramificação da rede de drenagem de uma bacia;
� Critérios mais utilizados: Horton (1945) e Strahler (1957)
STRAHLER (1957)
a) Canais de 1ª ordem: todos os canais que não possuem tributários;
b) Canais de 2ª ordem: se originam da confluência de dois canais de 1ª
ordem;
c) Canal de ordem u: formado pela união de dois canais de ordem u – 1,
podendo receber afluentes de 1ª ordem.
23
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
SISTEMA DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
� Ordem dos cursos d’água
STRAHLER (1957)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
3
3
3
24
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
SISTEMA DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
� Ordem dos cursos d’água
HORTON (1945)
a) Canais de 1ª ordem: não possuem tributários;
b) Canais de 2ª ordem: tem apenas afluentes de 1ª ordem;
c) Canal de 3ª ordem : recebem afluência de canais de 2ª ordem e podem
também receber diretamente canais de 1ª ordem;
d) Canal de ordem u pode ter tributários de ordem u – 1 até 1;
e) A maior ordem é atribuída ao Rio Principal, valendo esta designação
em todo o seu comprimento, desde o exutório da bacia até sua
nascente.
30/08/2013
9
25
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
SISTEMA DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
� Ordem dos cursos d’água
3
2
2
1
1
1
1
1
1
2
3
2
3
3
3
HORTON (1945)
26
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
RELEVO DA BACIA
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
a) Superpõe-se uma malha à topografia;
b) Curvas de nível de h a h (constantes);
c) Soma dos comprimentos das horizontais entre os divisores de água
= Lh;
d) Idem verticais = Lv;
e) Número de interseções das horizontais com as curvas de nível = Nh;
f) Número de interseções das verticais com as curvas de nível = Nv;
g) Declividade Média da Bacia:
� Declividade Média da Bacia
27
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
� Curva Hipsométrica – Representação gráfica do relevo da bacia
RELEVO DA BACIA
a) Análise mais geral sobre o relevo da bacia;
b) Mostra a variação da cota com as subáreas da bacia com cotas iguais ou
superiores.
30/08/2013
10
28
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
� Curva Hipsométrica
RELEVO DA BACIA
29
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
RELEVO DA BACIA
� Perfil longitudinal do curso d´água (declividade do álveo)
A declividade do álveo pode ser obtido de três maneiras, cada uma com
diferente grau de representatividade:
30
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
RELEVO DA BACIA
� Perfil longitudinal do curso d´água (declividade do álveo)
S1 : linha com declividade obtida tomando a diferença total de elevação do leito pela
extensão horizontal do curso d’ água.
S2 : linha com declividade obtida por compensação de áreas, de forma que a área
entre ela e a abscissa seja igual à compreendida entre a curva do perfil e a abscissa.
S3 : linha obtida a partir da consideração do tempo de percurso; é a média harmônica
ponderada da raiz quadrada das declividades dos diversos trechos retilíneos,
tomando-se como peso a extensão de cada trecho.
S4 : linha obtida de acordo com o método da declividade baseada nos extremos,
porém descartando-se 15% dos trechos inicial e final do curso d’água. Isto se deve,
pois a maioria dos cursos d’água têm alta declividade próximo da nascente e torna-se
praticamente plano próximo de sua barra.
30/08/2013
11
31
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
RELEVO DA BACIA
� Perfil longitudinal do curso d´água (declividade do álveo)
32
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
RELEVO DA BACIA
� Perfil longitudinal do curso d´água (declividade do álveo)
33
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
RELEVO DA BACIA
� Vegetação e Solo
a) Vegetação afeta a proporção da chuva efetiva (intercepção, ETP e
infiltração) e a velocidade do escoamento superficial (mais ou menos
rugoso).
Urbanização 
rápida/desmatamento
Exposição do solo:
-Erosão 
-Perda de solos férteis 
-Assoreamento
Hidrograma
30/08/2013
12
34
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
RELEVO DA BACIA
� Vegetação e Solo
b) Solos diferentes afetam a capacidade de infiltração e a percolação
profunda (Solos arenosos: maior capacidade de infiltração e menor retenção
específica. Solos argilosos: menor capacidade de infiltração e maior retenção
específica)
� Características Geológicas da bacia
a) Permeabilidade
35
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BH
CARACTERÍSTICAS CLIMÁTICAS DA 
BACIA
Precipitação ...
36
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
EXERCÍCIOS
1 - Duas sub-bacias hidrográficas A e B de mesmo valor de área de drenagem
apresentam formas diferentes. Ambas possuem a mesma densidade de
drenagem, porém, a sub-bacia A é perfeitamente circular, e a B apresenta-se
oblonga. Pergunta-se:
A) Qual delas apresentaria o maior valor de tempo de concentração. Explique por
que.
B) Suponha que ambas possuam a mesma característica quanto à forma de suas
áreas de drenagem e malha hidrográfica. Caso a sub-bacia A seja tipicamente
rural e conservada, no que diz respeito ao uso do solo, e B bastante
urbanizada, qual delas apresentaria o menor valor de tempo de concentração?
Explique.
C) Para o caso acima (letra b), desenhe o hidrograma conjunto de ambas as
bacias, destacando as vazões máximas alcançadas quando submetidas a uma
mesma precipitação.
30/08/2013
13
37
BACIA HIDROGRÁFICA
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
EXERCÍCIOS
4 - Em um determinado ano, uma bacia hidrográfica de 25900 km² de área de
drenagem, recebeu 500 mm de precipitação. A vazão média anual na seção fluvial
que drena essa área foi de 170 m³/s. Estime a quantidade de água
correspondente à evapotranspiração da bacia durante o período.
5 - A evaporação anual do saudoso lago do seu Zé das Couves, com superfície de
15 km², é de 1500 mm. Determinar a variação do nível do lago durante um ano, se
nesse período a precipitação foi de 950 mm e a contribuição dos tributários foi de
10 m³/s. Sabe-se também que naquele ano foi retirada do lago uma descarga
média de 0,5 m³/s para irrigação de culturas.
6 - Em um determinado ano, os seguintes dados hidrológicos foram observados
em uma bacia de 350 km² de área de drenagem: precipitação total: 850 mm;
evaporação: 420 mm, deflúvio superficial: 225 mm. Calcule o volume de água
infiltrada em
m³, desprezando as variações de armazenamento dos reservatórios
superficial e subterrâneo.