Interceptação e Infiltração
Hidrologia Aplicada
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Escolha do Período de Retorno
Tormenta de Projeto
Escoamento Superficial Direto
Vazões e Volumes de Projeto
Dimensioname...
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Escoamento Superficial Direto
Hidrologia/
Uso do Solo
Metodologia para determinação do
Hidrograma de Cheia
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Conceitos
—  A interceptação é a
retenção de parte da
precipitação acima da
superfície do solo
—  A interceptação pode
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Conceitos
—  Este processo interfere
no balanço hídrico da
bacia hidrográfica,
funcionando como um
reservatório que
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Interceptação vegetal
—  A interceptação vegetal depende de vários fatores:
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Relação interceptação e total precipitado
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Características
—  O tipo de vegetação caracteriza a quantidade de gotas
que cada folha pode reter e a densidade da mesma...
Equação da continuidade
A equação da continuidade
do sistema de
interceptação pode ser
descrita por
Si = P ‑T ‑ C
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Medição das variáveis
—  Precipitação: postos em clareiras, topo das árvores
—  Precipitação que atravessa as árvores: E...
Quantificação
—  Equações empíricas
Si= a + b Pn
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ajustados ao local e Si e P
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Armazenamento em depressões
—  existem obstruções naturais e artificiais ao escoamento,
acumulando parte do volume precip...
Exemplo do armazenamento em escoamento
superficial de pequenas bacias
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Impactos Antrópicos
Classificação Tipo
M u d a n ç a d a
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1.  desmatamento
2.  reflorestamento
3.  impermeabiliz...
—  Passagem da água através da superfície do solo,
ocupando os poros existentes no solo.
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—  Processos difíceis de quantificar
—  Física não muito complicada, mas fortemente
dependente da variabilidade espacial...
—  O solo é uma mistura de materiais sólidos,
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—  Relação entre volume de vazios e volume total do
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  1. 1. Interceptação e Infiltração Hidrologia Aplicada 1
  2. 2. 2
  3. 3. 3 Escolha do Período de Retorno Tormenta de Projeto Escoamento Superficial Direto Vazões e Volumes de Projeto Dimensionamento Hidráulico Política Economia Hidrometeor. Hidrologia/ Uso do Solo Hidrologia Hidráulica Metodologia para determinação do Hidrograma de Cheia
  4. 4. 4 Escoamento Superficial Direto Hidrologia/ Uso do Solo Metodologia para determinação do Hidrograma de Cheia
  5. 5. 5
  6. 6. 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 a depressão do solo. A água retorna a atmosfera por evapotranspiracão; ET P Meio saturado Lençol freático P ET Meio não saturado
  7. 7. Conceitos —  Este processo interfere no balanço hídrico da bacia hidrográfica, funcionando como um reservatório que armazena uma parcela da precipitação para consumo. A tendência é de que a interceptação reduza a vazão média e a variação da vazão ao longo do ano, retardando e reduzindo o pico das cheias freqüentes. 7 Q (vazão) = P (precipitação – ET (evapotranspiração) • Equação para um período longo • Para a mesma precipitação a vazão altera em função da evapotranspiração. • A vegetação aumenta a ET devido a Interceptação. Quando é retirada diminui. • Pode alterar se houver efeitos locais
  8. 8. 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 são a intensidade, o volume precipitado e a chuva antecedente. 8
  9. 9. Relação interceptação e total precipitado 9
  10. 10. 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 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 com a interceptação. A época do ano também pode caracterizar alguns tipos de cultivos que apresentam as diferentes fases de crescimento e colheita. 10
  11. 11. 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. 11
  12. 12. Medição das variáveis —  Precipitação: postos em clareiras, 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; 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 12
  13. 13. Quantificação —  Equações empíricas Si= a + b Pn a, b e n = parâmetros ajustados ao local e Si e P = precipitação, em polegadas. Valores obtidos com base em medidas Cobertura vegetal a b n Pomar 0,04 0,018 1,00 "Ash" 0,02 0,018 1,00 "beech" 0,04 0,18 1,00 Carvalho 0,05 0,18 1,00 "maple" 0,04 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 1,00 h 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 13
  14. 14. Armazenamento em depressões —  existem obstruções naturais e artificiais ao escoamento, acumulando parte do volume precipitado —  Depressões em áreas de inundação; —  o volume retido pelas depressões do solo após o início da precipitação Vd = Sd ( 1 ‑ e-kPe ) onde Vd = volume retido; Sd = capacidade máxima; Pe = precipitação efetiva; k= coeficiente equivalente a 1/Sd 14
  15. 15. Exemplo do armazenamento em escoamento superficial de pequenas bacias 15
  16. 16. Impactos Antrópicos Classificação Tipo M u d a n ç a d a superfície 1.  desmatamento 2.  reflorestamento 3.  impermeabilização O uso da superfície 1.  Urbanização 2.  r e f l o r e s t a m e n t o p a r a exploração sistemática 3.  desmatamento : extração de m a d e i r a , c u l t u r a d e subsistência; culturas anuais; culturas permanentes Método de alteração 1.  queimada 2.  manual 3.  equipamentos
  17. 17. —  Passagem da água através da superfície do solo, ocupando os poros existentes no solo. —  Importante para: —  crescimento da vegetação —  abastecimento dos aquíferos (mantém vazão dos rios durante as estiagens) —  reduzir escoamento superficial, cheias, erosão Infiltração  
  18. 18. —  Processos difíceis de quantificar —  Física não muito complicada, mas fortemente dependente da variabilidade espacial das propriedades do solo. —  Estimativas por equações empíricas ajustadas para reproduzir dados medidos no campo. Infiltração  
  19. 19. —  O solo é uma mistura de materiais sólidos, líquidos e gasosos. —  Na mistura também encontram-se muitos organismos vivos (bactérias, fungos, raízes, insetos, vermes) Água  no  solo  
  20. 20. —  O solo é uma mistura de materiais sólidos, líquidos e gasosos. —  Na mistura também encontram-se muitos organismos vivos (bactérias, fungos, r a í z e s , i n s e t o s , vermes) —  figura extraída de Para entender a Terra (Press et al. 2006) Água  no  solo  
  21. 21. Composição  do  solo  
  22. 22. —  Normalmente analisada do ponto de vista do diâmetro das partículas que compõe o solo: Diâmetro (mm) Classe 0,0002 a 0,002 Argila 0,002 a 0,02 Silte 0,02 a 0,2 Areia fina 0,2 a 2,0 Areia grossa Parte  sólida  do  solo  
  23. 23. Textura do solo
  24. 24. —  Relação entre volume de vazios e volume total do solo —  Poros são ocupados por ar e água —  Conteúdo de umidade do solo: -  Máximo conteúdo de umidade é igual à porosidade. -  Neste caso o solo está SATURADO de água. Vt Va v =θ Porosidade  e  umidade  do  solo  
  25. 25. —  Areia: 0,37 a 0,50 —  Argila: 0,43 a 0,52 Porosidade  
  26. 26. —  Método gravimétrico: —  Coleta amostra e pesa —  Seca a amostra e pesa —  TDR —  Time domain reflectometry —  Existe uma relação entre o conteúdo de umidade e a constante dielétrica do solo. —  Mede o tempo de transmissão de um pulso eletromagnético através do solo, entre um par de placas metálicas colocadas no solo. —  Permite medições contínuas e não destrutivas Medição  da  umidade  do  solo  
  27. 27. —  Umidade  do  solo  varia  ao  longo  do  tempo.   —  Para  re3rar  a  umidade  do  solo:   —  Por  gravidade   —  Por  sucção   Umidade  do  solo  
  28. 28. —  Saturação: condição em que todos os poros estão ocupados por água —  Capacidade de campo: Conteúdo de umidade no solo sujeito à força da gravidade —  Ponto de murcha permanente: umidade do solo para a qual as plantas não conseguem mais retirar água e morrem Umidade  do  solo  
  29. 29. —  Q = fluxo de água (m3/s) —  A = área (m2) —  H = carga (m) —  L = distância (m) —  K = condutividade hidráulica (m/s) L H AKQ Δ Δ ⋅⋅= Fluxo  da  água  em  meios     porosos  saturados  
  30. 30. Condu=vidade  de  água  em     condição  de  saturação   —  Solo arenoso: 23,5 cm/hora —  Solo siltoso: 1,32 cm/hora —  Solo argiloso: 0,06 cm/hora
  31. 31. —  Inicialmente não saturados —  Preenchimento dos poros garante alta taxa de infiltração —  A medida que o solo vai sendo umedecido, a taxa de infiltração diminui —  Equações empíricas Infiltração  de  água  em  solos  
  32. 32. 32
  33. 33. —  f = taxa de infiltração (mm/hora) —  fc = taxa de infiltração em condição de saturação (mm/hora) —  fo = taxa de infiltração inicial (mm/hora) —  t = tempo (minutos) —  k = parâmetro que deve ser determinado a partir de medições no campo (1/minuto) f = fc+ fo− fc( )⋅e−kt Equação  de  Horton  
  34. 34. f = fc+ fo− fc( )⋅e−kt fo = 50 mm/hora fc = 4 mm/hora Equação  de  Horton   ----- k =0,1 ----- k=0,05
  35. 35. Infiltração  conforme  o  =po  de  solo  
  36. 36. 36 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 01/05/83 08/05/83 15/05/83 22/05/83 29/05/83 05/06/83 12/06/83 19/06/83 26/06/83 03/07/83 10/07/83 17/07/83 24/07/83 tempo (dias) vazão(m³/s) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 chuva(mm) Q Qb P 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 01/05/83 08/05/83 15/05/83 22/05/83 29/05/83 05/06/83 12/06/83 19/06/83 26/06/83 03/07/83 10/07/83 17/07/83 24/07/83 tempo (dias) vazão(m³/s) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 chuva(mm) Q Qb P mesma chuva, mesma bacia... ... se alterar a capacidade de infiltração ...
  37. 37. Medição  da  Infiltração  
  38. 38. Balanço  hídrico  no  solo   ΔV = P −Q − I − ET —  ΔV  =  variação  de  volume  de   água  armazenada  no  solo;   —  P  =  precipitação;   —  Q  =  escoamento  superficial;   —  I  =  infiltração  /  percolação;   —  ET  =  evapotranspiração    
  39. 39. Uma camada de solo argiloso, cuja capacidade de infiltração na condição de saturação é de 4 mm.hora-1, está saturado e recebendo chuva com intensidade de 27 mm.hora-1. Qual é o escoamento (litros por segundo) que está sendo gerado em uma área de 10m2 deste solo, considerando que está saturado? Exercício  
  40. 40.   Uma   medição   de   infiltração   u3lizando   o   método   dos   anéis   concêntricos  apresentou   o   seguinte   resultado.   U3lize   estes   dados   para   es3mar   os   parâmetros   fc,  fo  e  k  da  equação  de   Horton.   Exercício   Tempo (min) Total Infiltrado (mm) 0 0,0 1 41,5 2 60,4 3 70,4 4 76,0 5 82,6 6 90,8 7 97,1 8 104,0 9 111,7 10 115,1 15 138,1 20 163,3 24 180,8

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