O documento apresenta uma introdução aos processos hidrológicos, definindo hidrologia e suas subdisciplinas. Resume os principais componentes do ciclo hidrológico global e local, além de abordar conceitos como modelagem hidrológica, escalas espaciais e temporais de análise, e tipos de modelos hidrológicos.

1. Processos Hidrológicos
CST 318 / SER 456
Tema 1 – Introdução
ANO 2017
Camilo Daleles Rennó
Laura De Simone Borma
http://www.dpi.inpe.br/~camilo/prochidr/

2. Hidrologia
Definição: é a ciência que estuda a distribuição,
circulação e comportamento da água no sistema
terrestre. Também estuda suas propriedades
físico-químicas e sua interação com o meio
ambiente (biótico e abiótico).
Hidrometeorologia – estudo da água na atmosfera
Oceanografia – estudo dos oceanos
Limnologia – estudo de águas interiores (lagos e reservatórios)
Fluviologia – estudo de rios e cursos d’água
Glaciologia - estudo da água na forma de neve e gelo
Hidrogeologia – estudo das águas subterrâneas

3. • Aplicações
• Planejamento, construção e operação de projetos de aproveitamento
de recursos hídricos (usinas hidrelétricas, controle de cheias,
abastecimento de água, navegação, irrigação, etc.)
• Entendimento dos impactos das mudanças no uso e ocupação da terra
• Entendimento dos impactos das mudanças climáticas
• Alertas de eventos extremos
• Ecohidrologia
• Ferramentas
• Observações – medições in situ e dados derivados de sensores remotos
• Modelagem hidrológica – várias escalas (espaciais e temporais) de
entendimento e previsão dos processos
Hidrologia e Processos Hidrológicos

4. Multidisciplinaridade da Hidrologia
• Precipitação e evaporação - Meteorologia
• Infiltração e percolação - Ciência dos Solos
• Água subterrânea - Geologia
• Escoamento superficial - Geomorfologia
• Vazão de rios – Mecânica de Fluidos
• Qualidade de água – Química/Biologia
• Abastecimento/Saneamento – Engenharia Civil
• Produção de Energia, Irrigação, Navegação, etc...

5. O Ciclo Hidrológico
O ciclo hidrológico é um fenômeno global de
circulação da água em suas 3 fases: gasosa (vapor),
líquida (chuva e escoamento) e sólida (gelo e neve).
É um sistema fechado apenas em nível global.
Atmosfera
Continente Oceano
ênfase do curso

6. O Ciclo Hidrológico Global
http://www.bom.gov.au/info/climate/change/gallery/8.shtml
Ciclo Global da Água
Transporte de vapor
Nuvens
Nuvens
Precipitação
Precipitação
Transpiração
Evaporação
Evaporação
Descarga de RiosPercolação
Fluxo de água subterrânea Oceano
Gelo e
Neve
Água subterrânea
Estoque 1012 m3
Fluxos 1012 m3/ano

7. Distribuição da Água no Mundo
Geleira e
Calotas
Polares
68,7%
Água
Subterrânea
(aquíferos)
30,1%
Água na Superfície
e outros
1,2%
Água
Doce
Fonte: Shiklomanov, I. "World fresh water resources" in Gleick, P.H. (editor) Water in Crisis: a gudie to
the Worls´s Fresh Water Resources. 1993
http://water.usgs.gov/edu/earthwherewater.html
Água
Salgada
(oceano)
96,5%
Água
Doce 2,5%
Total
Águas Salinas
(outros)
0,9%
Rios
0,49%
“Brejos”
2,6%
Água
Doce
Superficial
Lagos
20,9%
Gelo
subterrâneo e
Pergelissolo
(Permafrost)
69%
Umidade
do Solo
3,8%
Atmosfera
3,0%
Organismos
Vivos
0,26%

8. Toda água do planeta
Água doce (líquida)
Água doce em lagos e rios
(1) Toda a água do mundo:
~1400 km diâmetro
Distribuição da Água no Mundo
http://water.usgs.gov/edu/earthwherewater.html
(2) Água doce no solo, lagos,
áreas alagáveis e rios:
~270 km diâmetro
(3) Água doce em lagos e rios:
~ 56 km - diâmetro

9. Níveis de Detalhamento
http://www.ib.usp.br/ecologia/ecossistema_print.htm
Escala Local (Pontual)
Interações entre a matriz de
solo e os macroporos
Processos unidimensionais
Escala de Vertente
Mecanismos de geração de
escoamento direto e de base
Processos bidimensionais
Escala de Bacia Hidrográfica
Variação espacial e temporal de
processos – recarga
Processos tridimensionais

10. Rocha
chuva
Componentes do Ciclo Hidrológico

11. Rocha
chuva
evaporação
Componentes do Ciclo Hidrológico

12. Rocha
chuva
infiltração
Componentes do Ciclo Hidrológico

13. Rocha
chuva
escoamento
superficial
Componentes do Ciclo Hidrológico

14. Rocha
lençol freático
Componentes do Ciclo Hidrológico
Zona de
Saturação
Zona de
Aeração
(não saturada)

15. rocha
lençol freático
percolação
infiltração
escoamento
superficial
chuva
evaporação (interceptação)
Componentes do Ciclo Hidrológico
Zona de
Aeração
(não saturada)
Zona de
Saturação

16. gás carbônico
fotossíntese
água
Componentes do Ciclo Hidrológico
Fonte:https://www.agrolink.com.br/fertilizantes/NutricaoFolhasAnatomiaFoliar.aspx

17. lençol freático
percolação
fluxo ascendente
infiltração
escoamento
superficial
chuva
evaporação (interceptação)transpiração
evaporação
rocha
fluxo de base
evapotranspiração*
Componentes do Ciclo Hidrológico
Zona de
Aeração
(não saturada)
Zona de
Saturação
Zona de
Raízes
*Alguns modelos consideram a evaporação por intercepção com parte da evapotranspiração
drenagem
profunda

18. Modelando um fenômeno...

19. O que é um modelo?
»É uma representação conceitual/matemática de um fenômeno
»Tipicamente o modelo irá tratar apenas de alguns aspectos do fenômeno estudado
Um modelo é sempre uma simplificação da realidade!
Modelagem
Modelo de Balanço de Água no Solo
tempo t+1
?
tempo t
E S
V
V = E - S

20. tempo t tempo t+1
Modelo de Balanço de Água no Solo
Vt+1 = Vt + Et+1 – St+1
Modelagem
O que é um modelo?
»É uma representação conceitual/matemática de um fenômeno
»Tipicamente o modelo irá tratar apenas de alguns aspectos do fenômeno estudado
Um modelo é sempre uma simplificação da realidade!

21. Modelagem Hidrológica
Realidade:
» fenômenos tridimensionais e dinâmicos
» variações contínuas no espaço e no tempo
» comportamentos não lineares
» componentes aleatórios
» múltiplas escalas de tempo e espaço
processos ambientais
Como representar estes processos?
>> simplificação <<

22. Dois modelos de um mesmo fenômeno deveriam ser iguais?
»Não necessariamente
»Cada modelo pode ter um objetivo diferente ou ainda ter diferenças
conceituais ou de implementação decorrentes de decisões tomadas durante o
desenvolvimento do modelo
Modelo de Balanço de Água no Solo
chuva
quanto?
para onde?
em quanto tempo?
Modelagem

23. Quais as etapas da modelagem?
» Caracterizar o sistema na qual o fenômeno se insere
» Fazer algumas suposições sobre como os vários componentes funcionam e
interagem entre si
» Traduzir tudo em equações/procedimentos e num programa de simulação
» Determinar os valores de cada parâmetro (medidas reais, valores de referência
ou calibração)
» Fazer a validação
O modelo é bom?
» Explica observações passadas? Foi bem calibrado?
» Prediz observações futuras? Foi validado?
» É generalizável? É robusto? Pode ser aplicado em outros lugares/períodos?
» Consegue estimar a incerteza dos resultados? Os resultados são confiáveis?
» É simples? Necessita poucos dados de entrada/parâmetros?
» É fácil de usar? Tem interface amigável?
Modelagem

24. Modelagem Hidrológica
Classificação
» determinístico ou estocástico
modeloX Y modeloX
Y
» baseado em processos ou empírico
*
***** ** *
*
*
» contínuo ou discreto (no tempo)
t t
» concentrado ou distribuído (no espaço)
» estático ou dinâmico Xt+1 = f(Xt)
modelo
YX

25. Modelagem Hidrológica
http://forumirrigacao.blogspot.com.br/2012/07/agricultura-irrigada-sustentavel-e-o.html