Escola Politécnica Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHA3307 HIDROLOGIA APLICADA Universidade de São Paulo Introdução à Hidrologia Aula 1 Prof. Dr. Arisvaldo Vieira Méllo Júnior Prof. Dr. Joaquin I. Bonnecarrere Garcia Doutorando João Rafael B. Tercini Laboratório de Sistemas de Suporte a Decisões Recursos Hídricos e Meio Ambiente 2 Ciclo Hidrológico Fenômeno global de circulação da água entre a superfície terrestre e a atmosfera, impulsionado fundamentalmente pela energia solar, associada à gravidade e à rotação da Terra 3 O Ciclo Hidrológico Forma sistêmica 4 Disponibilidade de água no planeta 5 Estimativa da quantidade de água no mundo Fonte 6 % do total de água Volume de água (km3) 96,564 1351,9 x 106 Geleiras 1,730 24,22 x 106 69,61 Lagos 0,0130 0,18 x 106 0,261 Rios 0,0002 0,0028 x 106 0,006 Atmosfera 0,0010 0,014 x 106 0,040 Água subterrânea 1,6899 23,65 x 106 30 Umidade do solo 0,0010 0,014 x 106 0,050 Pântanos e charcos 0,0008 0,11 x 106 0,030 Biologia 0,0001 0,0014 x 106 1400 x 106 0,003 Oceanos Total Fonte: Patra (2001) 100 % do total de água doce 100 Estimativa de fluxos de água 7 Valores em km3.ano-1 Processo Oceanos Continentes Total Precipitação 458.000 119.000 577.000 Evaporação 505.000 72.000 577.000 Fluxo dos continentes para os oceanos por via superficial (rios) 44.700 Fluxo dos continentes para os oceanos por via subterrânea 2.300 Tempo de residência médio da água nos rios ππ = 0,0028β106 ππ3 44700 ππ3 βπππ−1 = 0,063 ano = 22,9 dias 47.000 ππ = Volume armaz. rios Fluxo médio rios (Para alcançar o oceano) Produção hídrica mundial de superfície 8 Região Vazão média (m3/s) Precipitação (%) América do Sul 334.000 23,1 América do Norte 260.000 18,0 África 145.000 10,0 Europa 112.000 7,0 Antártida 73.000 5,0 Oceania 65.000 5,5 Austrália/Tasmânia 11.000 0,8 Ásia 458.000 31,6 BRASIL 177.900 12,3 Total 1.448.000 100 Ciclo Hidrológico em Números (mm) P οΎ ET Continentes P > ET ; Oceanos E > P Vapor H2O atmosfera οΎ constante 9 Balanço Demanda x Disponibilidade βͺ Para se avaliar se uma região pode atender às diversas demandas (abastecimento, irrigação, uso industrial, etc.), é necessário comparar esses valores de demanda com a disponibilidade de fornecimento. βͺ Para isso, é necessário avaliar a quantidade de água de cada fase do Ciclo Hidrológico 10 Distribuição de vapor H2O na atmosfera em Agosto de 2010 11 Conversão de Unidades 12 βͺ A altura de chuva equivale à altura da lâmina d’água que seria obtida se o βͺ βͺ volume de água de uma chuva fosse distribuído por uma lâmina uniforme sobre uma bacia hidrográfica. Se, em um período de um ano, houve uma chuva acumula de P (mm), sobre uma bacia hidrográfica com área A (km2), então o volume precipitado em um ano foi de: A vazão equivalente a este volume seria dada por: Vazão = Volume / 1 ano π3 π β π 365 β 24 β 3600 π 103 ππ β β = ππ 106 π2 1 1βπ β ππ2 1 π΄ ππ2 10−3 π 1 ∗ π΄ ππ2 β 106 π2 1 π3 π ππ β β β = 1 ππ 1 ππ2 365 β 24 β 3600 π π 13 Mapa da Divisão Hidrográfica Nacional Fonte: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Regi%C3%B5es_hidrogr%C3%A1ficas_do_Brasil> 2020 Disponibilidade hídrica per capita 14 Nas grandes regiões hidrográficas brasileiras Bacia Hidrográfica Área 10³km² Área % Brasil População 2010 População % Brasil 3.870 9.694.728 Amazonas(1) 46,3 5,1 919 8.600.000 Tocantins-Araguaia 11 4,5 274 6.244.419 Atlântico Nordeste Ocidental 3,2 3,3 333 4.152.865 Parnaíba 4,0 2,2 287 Atlântico Nordeste Oriental 3,4 24.000.000 12,6 388 Atlântico Leste 4,6 15.066.543 7,9 639 São Francisco 7,6 14.200.000 7,5 215 Atlântico Sudeste 2,6 28.200.000 14,8 880 Paraná 10,5 61.300.000 32,2 1.095 2.200.000 Paraguai 13,1 1,2 175 Uruguai (1) 2,0 3.030.000 1,7 188 Atlântico Sul 2,2 13.400.000 7,0 (1) Somente a área situada em território brasileiro Fonte: ANA - Conjuntura dos Recursos Hídricos no Brasil - 2009 http://conjuntura.ana.gov.br/conjuntura/abr_nacional.htm ANA - Regiões Hidrográficas - http://www2.ana.gov.br/Paginas/default.aspx Densidade hab/km² Vazão m³/s 2,51 132.145 9,36 13.799 22,76 767 2.608 12,47 774 83,68 1.484 38,82 2.846 22,24 3.162 131,39 69,67 11.414 2.359 2,01 4.103 17,36 4.055 71,46 Disponibilidade per Capita m³/hab/ano 429.855 50.601 3.874 19.805 1.017 3.106 6.321 3.536 5.872 33.815 42.704 9.543 15 MG MS SP 16 17 Aproveitamentos hidrelétricos na RH Paraná 14 R 13 or Am aim az a o 16 na Am s ap 12 á Ac 51 15 re M at Pa o rá 16 Gro s To so 50 ca M 1 n 1 at R tins o G on ro d ss ôn i o 43 do a R S io G 52 ul ra G nd oia e s 21 do M Su ar an l 42 41 hã Sa P o nt ara a 31 C na M ata in as rina G er 32 ai Es 22 s pi Pia rit u 34 o S í a Sã nt o o Pa 33 u R 29 lo io Ba de h Ja ia ne 24 23 iro R C io G 28 ear ra á n Se 53 de rgi p d D ist o N e rit o r o Fe te d 27 er Al al a 25 goa 26 Pa s Pe r rn aíb am a bu co m3/ano/habitante Disponibilidades Hídricas per Capita 600.000 400.000 200.000 Estado brasileiro 18 dos Estados Brasileiros (m3/ano.hab) 1.400.000 1.200.000 ABUNDANTE 1.000.000 800.000 MUITO RICO RICO CORRETA POBRE CRÍTICA 0 R ib ei ra 03 de Ig ua Li pe to ra lN 01 14 o M Al an rte to tiq Pa u ra na eira 17 pa ne M éd m 20 a io A Pa 12 gu ra ap Ba ei ixo nap a Pa ne m rd 08 a oSa 18 G r a p S. Jo uca nde i-G sé ra do nd s D ou e 16 ra Ti do et s ê 22 Ba Po ta lh nt a al 2 1 Pa P ra na eixe pa ne m a 04 Pa 19 rd Ba o i 09 xo Ti M og etê 02 Pa i Gu aç ra 07 ú Ba iba do ixa Su d l 15 a S Tu ant ist 10 rvo a G Ti ra et n êSo de 13 ro ca Ti ba et ê Ja 05 ca ré Pi ra c 06 icab a Al to Ti et ê 11 m3/ano/habitante Situação Hídrica das Bacias Paulistas Unidades hidrográficas paulistas 19 60.000 ABUNDÂNCIA 50.000 40.000 30.000 MUITO RICO 20.000 RICO 10.000 CORRETA POBRE CRÍTICA Bacia Hidrográfica - Definição Uma bacia hidrográfica é uma determinada área de terreno que drena água, partículas de solo e material dissolvido para um ponto de saída comum, situado ao longo de um rio, riacho ou ribeirão (Dunne e Leopold, 1978). 20 Balanço Hídrico de uma Bacia Hidrográfica Limite da Bacia E 21 P Infiltração Lençol Freático em t =1 Lençol Freático em t =0 Substrato Impermeável Q DS Balanço Hídrico de uma Bacia Hidrográfica π = π + πΈπ ± βπ βͺ P = Precipitação (mm) βͺ Q = Vazão (mm) βͺ E = Evapotranspiração (mm) βͺ DS = Armazenamento Subterrâneo (mm) 22 Aplicação: Dados da Bacia do Guarapiranga 23 Dados da Bacia do Guarapiranga ( área = 630 km2) Ano Vazão Precipitação Vazão/ Precipitação/ Vazão Precipitação mm mm Vazão Med PrecMed Acumulada Acumulada 1950 1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 ... 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 Média 735 490 559 458 435 337 631 747 811 576 623 563 ... 465 518 610 526 548 1082 566 559 504 574 1456 1133 1177 1292 1096 1179 1306 1752 1462 1228 1427 1261 ... 1370 1213 1226 1182 1128 1838 1110 1305 1119 1281 1.28 0.85 0.97 0.80 0.76 0.59 1.10 1.30 1.41 1.00 1.09 0.98 ... 0.81 0.90 1.06 0.92 0.95 1.89 0.99 0.97 0.88 1.14 0.88 0.92 1.01 0.86 0.92 1.02 1.37 1.14 0.96 1.11 0.98 ... 1.07 0.95 0.96 0.92 0.88 1.43 0.87 1.02 0.87 735 1225 1784 2241 2676 3013 3644 4391 5202 5778 6400 6964 ... 12295 12813 13423 13950 14497 15579 16144 16703 17208 1456 2589 3766 5057 6153 7333 8638 10391 11852 13081 14508 15769 ... 28313 29525 30751 31933 33062 34900 36010 37314 38433 Dados da Bacia do Guarapiranga 24 Comportamento Vazão x Chuva 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 Vazão mm Precipitação mm 200 0 1950 1955 1960 1965 1970 Dados da Bacia do Guarapiranga 25 Comportamento Vazão x Chuva (Adimensional) 2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 Vazão/ Vazão Med Precipitação/ PrecMed 0.40 0.20 0.00 1950 1955 1960 1965 1970 Dados da Bacia do Guarapiranga 26 Correlação Vazão x Chuva Vazão x Precipitação 1200 Vazão Média Anual (mm) 1000 800 y = 0.4513x R2 = 0.6332 600 400 200 0 0 500 1000 1500 Precipitação Total Anual (mm) 2000 Dados da Bacia do Guarapiranga 27 Correlação Vazão x Chuva Vazão Acumulada x Precipitação Acumulada Vazão Média Anual Acumulada (mm) 20000 18000 16000 14000 12000 10000 y = 0.4414x R2 = 0.9993 8000 6000 4000 2000 0 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 Precipitação Total Anual Acumulada (mm) 40000 45000 Exercício 28 Exercício 29 Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico (ANA). (2021). Atlas irrigação: Uso da água na agricultura irrigada (p. 130).
