HIDROGEOGRAFIA E HIDROLOGIA

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HIDROGEOGRAFIA E HIDROLOGIA

  1. 1. Licenciatura em Geografia Disciplina: Hidrogeografia Aspectos Teóricos e Práticos de Hidrogeografia Professor: Éderson Dias de Oliveira “Não é culpa minha que o corpo humano sucumba ao fim de três dias sem beber. Eu desconhecia que fosse tão dependente da água. Eu não fazia ideia de que tivesse tão pouca autonomia... É suposto que o ser humano seja livre... e ninguém vê a amarra que o liga ao poço, como um cordão umbilical ao ventre da Terra“. Antoine De Saint-Exupéry RAMOS, Catarina. Programa de Hidrogeografia, Centro de Estudos Geográficos da Universidade de Lisboa, Lisboa, 2005
  2. 2. A importância da água – Definição/objeto da Hidrogeografia • A ÁGUA como fonte e meio de vida, entra na composição dos elementos bióticos e abióticos; • É o principal agente erosivo dos continentes, sendo que transporta sedimentos; nutrientes e da matéria orgânica; • É utilizada em diversas atividades humanas: higiene e abastecimento público, agricultura e irrigação, pesca e aquicultura, produção de sal e energia, na indústria, como via de transporte e também no desporto, recreio e lazer. • É um recurso natural fundamental, fator de progresso e desenvolvimento. • Entretanto, a água também pode constituir um perigo através da sua escassez, do seu excesso ou da sua degradação.
  3. 3. O QUE É ÁGUA ? • A água é um líquido incolor, insípida e inodoro, essencial a todas as formas de vida. • Sua molécula é composta por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio e sua fórmula química é: H2O  Civilizações do antigo Egito, da China, Índia e Mesopotâmia eram chamadas de civilizações hidráulicas.  A ascensão e queda desses povos está intimamente ligada aos usos e abusos da água.
  4. 4. Diferença entre Água e Recursos Hídricos • Existem sutis diferenças entre as duas expressões, sendo que a ‘água’ é o elemento natural descomprometido com qualquer uso ou utilização. • Já o gênero ‘Recurso hídrico’ é a água com um valor econômico, passível de utilização com tal fim. • Sendo assim, a diferença que se salienta entre os dois vocábulos consiste em ter ou não valor econômico. • Assim a água é desprovida de valor monetário, já o recurso hídrico possui um valor no mercado de consumo.
  5. 5. • A água é objeto de análise multidisciplinar, sendo assim objeto de estudo de diferentes especialistas. • A mesma encontra-se em todo o Sistema Ambiental Terrestre, estando em constante movimento entre os diversos subsistemas: atmosfera, litosfera, hidrosfera, biosfera e noosfera; • Assim, o objeto de estudo da Hidrogeografia é a Hidrosfera, que é composta pelas águas nos três estados físicos. • Por sua vez o seu objetivo é o estudo da ocorrência, repartição geográfica, circulação da água, bem como das principais consequências da sua utilização pelo Homem. • Parte do corpo teórico da Hidrogeografia provém da Hidrologia (marinha e continental), que estuda a ocorrência, distribuição e circulação da água, bem como as suas propri- edades físicas e químicas e as suas relações com o ambiente.
  6. 6. APLICAÇÕES DA HIDROLOGIA • Planejamento e gerenciamento da BH: o planejamento e controle do uso dos recursos naturais na BH requer uma ação pública e privada coordenada; • Águas Urbanas: buscar mitigar os problemas de enchentes, produção de sedimentos e qualidade da água encontrados em grande parte das cidades brasileiras; • Energia: a produção de energia hidrelétrica representa 92% de toda a energia produzida no país. Esta energia depende da disponibilidade de água, da sua regularização por obras hidráulicas e o impacto das mesmas sobre o meio ambiente; • Uso do solo rural: a expansão das fronteiras agrícolas e o intenso uso agrícola têm gerado impacto significativos na produção de sedimentos e nutrientes nas bacias rurais, resultando em perda de solo fértil e assoreamento dos rios;
  7. 7. • Abastecimento de água: a redução da qualidade da água dos rios e os grandes centros urbanos têm apresentado limitaçõ- es quanto à disponibilidade de água para o abastecimento; • Irrigação: a produção agrícola nas regiões mais secas depende essencialmente da disponibilidade de água, sendo que a maior produtividade passa pelo aumento da irrigação; • Navegação: a navegação interior é ainda pequena, mas tem um potencial significativo no desenvolvimento nacional. Nesse item é necessário: disponibilidade hídrica para calado, previsão de níveis e planejamento e operação de obras hidráulicas para navegação. • Qualidade da água e meio ambiente: o meio ambiente aquático (oceanos, rios, lagos, reservatórios e aqüíferos) sofre com a falta de tratamento dos despejos domésticos e industriais e de cargas de pesticidas de uso agrícola;
  8. 8. A água no Planeta: ocorrência, repartição e circulação O princípio de conservação da água  A Terra pode ser considerado como um sistema global fechado, onde a circulação da água se faz de forma contínua e fechada entre: oceanos - atmosfera - continentes.  Nesse sistema há um relativo equilíbrio da manutenção da quantidade de água no planeta.  Com isso a massa global da água, qualquer que seja a intensidade e frequência da sua utilização, mantém-se praticamente constante: Princípio de Conservação da Água.  Deste princípio resultam duas características essenciais da água: é um recurso renovável mas não inesgotável.  Neste contexto temos o Ciclo Hidrológico, como conceito fundamental do Princípio de Conservação da Água;
  9. 9. Ciclo Hidrológico - circulação da água - superfície terrestre / atmosfera. energia solar / gravidade – equilíbrio térmico e ambiental do planeta. Modelo Esquemático do Ciclo Hidrológico Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Ciclo_da_%C3%A1gua.jpg Evaporação– Transpiração= Evapotranspiração PrecipitaçãoEnergiaGravitacional EnergiaTermal
  10. 10. CICLO DA ÁGUA
  11. 11. • O ciclo da água é um fenômeno global de circulação fechada da água entre a superfície terrestre e a atmosfera; • O conceito de ciclo hidrológico está ligado ao movimento e à troca de água nos seus diferentes estados físicos. • Este movimento permanente deve-se ao Sol, que fornece a energia para elevar a água da superfície terrestre para a atmosfera (evaporação), e à gravidade, que faz com que a água condensada caia (precipitação); • Essa uma vez na superfície, circula através de linhas de água que se reúnem em rios até atingir os oceanos (escoamento superficial) ou se infiltre nos solos e nas rochas, através dos seus poros, fissuras e fraturas (escoamento subterrâneo). • O mesmo é constituído por uma cadeia de subsistemas abertos, porque há troca de massa e energia entre eles.
  12. 12. A seguir as fases do ciclo hidrológico e as suas componentes. PRECIPITAÇÃO (P)  Definição: é a água proveniente do vapor da atmosfera depositada na superfície terrestre sob qualquer forma: chuva, granizo, neve, neblina, orvalho ou geada.  A precipitação faz a transferência de água do ramo aéreo para o ramo terrestre do ciclo hidrológico, constituindo o “input” (entrada) da água nos sistemas naturais.  É ela que alimenta as outras componentes do ciclo hidrológico.  Considerando longos períodos de tempo, este fato é dado pela equação clássica da hidrologia: P = Et + I + Es, em que: P – precipitação Es – escoamento Et – evapotranspiração I - infiltração
  13. 13. EVAPORAÇÃO E TRANSPIRAÇÃO  O conhecimento da perda d’água da superfície terrestre é fundamental nos vários campos da ciência, especialmente nas aplicações da meteorologia e da hidrologia às diversas atividades humanas.  O conhecimento da perda de água em correntes, canais, reservatórios, bem como, a transpiração dos vegetais, têm muita importância no balanço hídrico de uma BH.  Evaporação (E): é o processo natural pelo qual a água, de uma superfície livre (líquida) ou de uma superfície úmida, passa para a atmosfera na forma de vapor, a uma temperatura inferior a de ebulição.  Transpiração (T): é a evaporação devida a ação fisiológica dos vegetais/animais, ocorrida, principalmente, através dos estômatos.
  14. 14.  Evapotranspiração (ET): evaporação + transpiração. • Ao calcular-se a água perdida (“output”) numa região revestida por vegetação, é praticamente impossível separar a transpiração da evaporação do solo, lagos e rios. • Assim, em termos de balanço hidrológico, os dois processos devem ser considerados em conjunto, sob a designação de evapotranspiração. • Os fatores que influenciam a evapotranspiração são:  radiação solar, que por sua vez depende da latitude;  estação do ano, hora do dia e nebulosidade;
  15. 15.  o calor armazenado pela massa de água;  a tensão do vapor, que depende da temperatura do ar, pressão atmosférica e humidade;  a velocidade do vento;  a extensão da superfície evaporante e a profundidade da massa de água;  a salinidade das águas;  a natureza do solo e;  a vegetação. BALANÇO HÍDRICO
  16. 16. INFILTRAÇÃO  Definição: trata-se do processo pelo qual a água atravessa a superfície do solo.  É de grande importância prática, pois afeta o escoamento superficial, que é o componente do ciclo hidrológico responsável pelos processos de erosão e inundações.  Na infiltração há a passagem da água da superfície para o interior do solo, movendo-se através de vazios, sob a ação da gravidade, formando a água do solo;  É um fenômeno que depende: Da água disponível para infiltrar; Da natureza do solo; Do estado da superfície; Das quantidades de água e ar, presentes no solo
  17. 17. • O movimento da água no solo é marcado pela ação da gravidade e pelo potencial capilar. Quando a água atinge a superfície do solo definem-se:  a água higroscópica ou pelicular (a que é retida no solo por atração molecular formando uma película envolvente das partículas constituintes do solo);  a água de capilaridade (a que é retida no solo acima do nível freático devido à ação da capilaridade, ou seja, a água retida pela tensão superficial e pelas forças moleculares contra a ação da gravidade);  a água de percolação ou gravitacional (a água da zona não saturada que se move sob a influência da gravidade desde a superfície do solo até ao nível freático). • A água que as plantas aproveitam é a água de capilaridade, enquanto a de percolação alimenta os aquíferos.
  18. 18. Distribuição da água no Subsolo
  19. 19. O Nível Freático e o relevo da superfície
  20. 20. As fases do ciclo hidrológico • Os oceanos são os grandes fornecedores de água à atmosfera, dando-lhe mais água do que dela recebem (P < Et). • Os continentes, pelo contrário, recebem mais água da atmosfera do que deles se evapora. Este excesso de água (P > Et) é devolvido aos oceanos através do escoamento, reequilibrando assim o balanço hídrico dos oceanos.
  21. 21. • Tipos de fluxos e volumes de água movimentados no ciclo da água anual da Terra (em milhares de km³), sendo as setas proporcionais à quantidade de água movimentada.
  22. 22. • A precipitação pode ocorrer sob a forma de chuva, neve ou granizo; a deposição ocorre sob a forma de orvalho e geada. • Se a precipitação ocorre sobre o oceano, o ciclo termina, pois a água volta ao seu ponto de partida; mas se cai sobre os continentes, pode seguir quatro vias diferentes: ou evapora, ou infiltra, ou escoa ou acumula. • Uma parte evapora-se imediatamente, entrando na fase precedente. • Da parte que se infiltra, duas situações podem ocorrer: ou alimenta as reservas de água do solo, ou continua a infiltrar-se indo alimentar as reservas de água subterrâneas.
  23. 23. • A água que penetra no solo pode-se evaporar mais tarde ou ser absorvida pelas plantas e libertar-se destas, através da transpiração, entrando na fase precedente. • A água que se infiltra mais profundamente, vai alimentar os aquíferos e acumular-se nestes sob a forma de toalhas aquíferas. • Depois de um trajeto subterrâneo, mais ou menos longo, atinge a superfície, sob a forma de nascentes, podendo estas ocorrer acima ou abaixo do nível do mar. • Uma parte escoa-se à superfície, assim que ocorre a precipitação, sem penetrar no solo, constituindo o escoamento direto e alimentando rios.
  24. 24. • Estes podem também ser alimentados pela água resultante das nascentes, depois de ter feito o seu percurso subterrâneo, constituindo o escoamento de base. • Uma última parte pode acumular-se sob a forma de neve ou gelo formando as neves perpétuas, os glaciares e os inlandsis. • Contudo, durante o verão, uma parte desta água, resultante da fusão da neve ou do degelo vai alimentar o escoamento superficial, regressando, posteriormente, à primeira fase do ciclo, ou evapora-se para a atmosfera.
  25. 25. Os grandes reservatórios naturais de água do Planeta • Os oceanos reservam cerca de 96,5% do volume total de água da Terra, seguindo-se os continentes com pouco mais de 3,4% e a atmosfera com 0,001%.
  26. 26. • A água doce é uma pequena parcela do total da água do Planeta: apenas 2,5%. • Os continentes são os grandes reservatórios de água doce do Planeta (99,9% do total); • Um outro aspecto importante é o de que 69,6% da água doce se encontra no estado sólido (neve e gelo), com a Antártida (61,7%) e Groelândia (6,7%), tendo a maior parte. • Por fim resta uma pequena porção de água doce (cerca de 30,4% do total de água doce) disponível para a humanidade. • Essa encontra-se quase toda nas toalhas aquíferas (30,1%), à qual se tem acesso através de poços e furos de captação.
  27. 27. A renovação das reservas de água do Planeta  A renovação da água nos subsistemas é variável, sendo medida pelo Tempo de Residência: (Tr = S/Q); onde S é o volume de água armazenado e Q é o volume de água que sai numa determinada unidade de tempo.
  28. 28.  A renovação da água nos reservatórios naturais, tem ritmos diferentes, indo de alguns dias até milhares de anos.  Com isso temos os recursos hídricos renováveis com Tr nos diversos subsistemas, relativamente curto, e os não renováveis com Tr longo, (Peixoto, 1989).  A Água não se “consome”, apenas passa de subsistema para subsistema.  As mudanças de estado a que a água é submetida, durante as fases do ciclo hidrológico, dão-se a temperaturas bem definidas;
  29. 29.  Dessa forma, uma pequena variação da temperatura do globo pode modificar substancialmente as condições do ciclo hidrológico, retardando-o ou acelerando-o.  A redução da temperatura no planeta pode provocar um período de glaciação, retardando o ciclo hidrológico e aumentando a retenção de água sob a forma de gelo (Criosfera).  Pelo contrário, num período de aquecimento global, o ciclo hidrológico acelera-se, aumentando a evaporação e a quantidade de água existente na atmosfera.
  30. 30. Água nos continentes: o ramo terrestre do ciclo hidrológico  A atmosfera tem papel decisivo no input de água nos continentes.  A maior quantidade de água precipitável se concentra no Hemisfério Sul, (a bacia amazônica possui o máximo absoluto), havendo um decréscimo do Equador para os pólos.  As zonas (subtropicais) de divergência atmosférica, principalmente sobre os oceanos, são as grandes fornecedoras de vapor de água à atmosfera (precipitação < evaporação).
  31. 31. As regiões de escassez e de abundância de água  A figura abaixo, mostra a disposição das grandes massas continentais no hemisfério norte e a sua influência no balanço hídrico regional;
  32. 32. As regiões de escassez e de abundância de água  A repartição espacial do escoamento anual nos continentes, reflete a influência da circulação atmosférica global e a distribuição da precipitação anual. Repartição espacial do escoamento anual nos diferentes continentes
  33. 33.  A abundância de chuvas (>1000 mm anuais) ocorre nas áreas de convergência dos ventos alísios e nas latitudes médias, atingidas pela frente polar (convergência das massas de ar tropicais e polares, levando à ocorrência de chuvas frontais). Balanço hídrico por continente (km³ / ano)
  34. 34.  As regiões de maior escassez de escoamento (<50mm anuais) são aquelas onde predomina a divergência atmosférica, ou seja, as afetadas pelas cinturas de altas pressões subtropicais e pelos anticiclones polares;  Cabe destacar também áreas pouco úmidas, como o interior dos continentes norte americano e asiático (a latitudes médias), devido à secura das massas de ar.  A seguir estão representadas as maiores BH do planeta (> 1 milhão de km²), onde se destaca a do Amazonas, com mais de 6 milhões de km² (67 vezes maior que Portugal).
  35. 35. Grandes bacias hidrográficas da Terra (> 1.000.000 km²)
  36. 36.  A Ásia sendo o continente mais extenso, é também o que possui o maior número de grandes BHs;  Já a África, apesar de ser o segundo maior continente, ocupa somente a terceira posição, em número de grandes bacias, porque 1/3 do seu território é ocupado por desertos;  A Antártida, por ser um continente gelado é o maior inlandsis do Planeta, não permitindo, por isso, no seu interior, a circulação da água no estado líquido e a formação de bacias de drenagem.  Os desertos (frios e quentes) são regiões arreicas, ou seja, não têm BHs estruturadas, devido às fracas precipitações e, no caso dos desertos arenosos, à movimentação das dunas que acabam por cobrir os canais de drenagem esporádicos.
  37. 37. Os sistemas de drenagem dos continentes: Bacias Hidrográficas (BHs)  Para conceituar a BH há vários termos como: bacia de drena- gem, bacia de recepção, bacia-vertente e bacia de captação;  Essas diversas concepções variam de acordo com o especialista: hidrólogo, geomorfólogo, engenheiro, geógrafo, ecólogo, e etc; De maneira geral a BH se refere a uma porção de território continental drenada por uma rede fluvial, os quais transportam, além da água, sedimentos, materiais dissolvi- dos e nutrientes até um ponto comum: a desembocadura ou secção de referência da bacia.
  38. 38. * área da superfície terrestre bem delimitada topograficamente, que drena água e sedimentos em direção a uma saída em comum, numa determinada seção transversal (foz ou exutório). Stralher – Horton. Modelo de uma bacia hidrográfica Fonte: Adaptado de Charlton (2008); Bacia hidrográfica da Água do Andaraí Jandaia do Sul/PR – Foto do autor, 2011. É considerado o palco do ciclo hidrológico!
  39. 39. Ilustração de uma bacia hidrográfica mostrando os divisores de água, as sub-bacias e a drenagem principal. Fonte: ANA, 2002. • A delimitação de uma bacia tem como principal elemento o relevo, visto que a água segue um caminho de acordo com o desnível do terreno;
  40. 40. Modelo de bacias de drenagem costeiras
  41. 41. Delimitação da Bacia Hidrográfica Etapa 1: definir o ponto em que será feita a delimitação da bacia, situado na parte mais baixa do trecho em estudo do curso d’água principal. Reforçar a marcação do curso d’água principal e dos tributários (os quais cruzam as curvas de nível, das mais altas para as mais baixas, e definem os fundos de vale). Etapa 2: para definir o limite da bacia hidrográfica, partir da foz e conectar os pontos mais elevados, tendo por base as curvas de nível e os pontos cotados. O limite da bacia circunda o curso d’água e tributários, não podendo nunca cruzá-los. Próximo a cada limite marcado, verificar se a água da chuva escoará sobre o terreno rumo às partes baixas (cruzando perpendicularmente as curvas de nível) na direção dos tributários e do curso d’água principal (se ela correr em outra direção, é porque pertence a outra bacia). Observar que dentro da bacia poderá haver locais com cotas mais altas do que as cotas dos pontos que definem o divisor de águas da bacia.
  42. 42. Divisores de BH  Os divisores de água das BHs se dividem em: divisor superficial (topográfico) e divisor freático (subterrâneo).  O 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. Corte transversal de bacias hidrográficas.
  43. 43.  O subterrâneo só é utilizado em estudos mais complexos de hidrologia subterrânea e estabelece, portanto, os limites dos reservatórios de água subterrânea de onde é derivado o deflúvio básico da bacia.  Na prática, assume-se por facilidade que o superficial também é o subterrâneo.  A seguir temos a delimitação de uma BH utilizando o divisor topográfico.  Note que o divisor de águas (linha tracejada) acompanha os pontos com maior altitude (curvas de nível de maior valor).
  44. 44. TALVEGUE LEITO MARGEM MARGEM RIO VERTENTE VERTENTE CRISTA OU INTERFLÚVIO CRISTA OU INTERFLÚVIO PERFIL LONGITUDINAL DE UM VALE FLUVIAL
  45. 45. DELTA ESTUÁRIO

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