Bacia Hidrográfica cap4

Bacia Hidrográfica cap4

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ANLISE FSICA DA BACIAHIDROGRFICA4

4.1. CARACTERIZACˆO F˝SICA DE BACIAS HIDROGR`FICAS

Uma bacia hidrogrÆfica compreende toda a Ærea de captaçªo natural da Ægua da chuva que proporciona escoamento superficial para o canal principal e seus tributÆrios.

O limite superior de uma bacia hidrogrÆfica Ø o divisor de Æguas (divisor topogrÆfico), e a delimitaçªo inferior Ø a saída da bacia (confluŒncia).

solo, cobertura vegetal, etcA fim de entender as inter-relaçıes existentes

O comportamento hidrológico de uma bacia hidrogrÆfica Ø funçªo de suas características morfológicas, ou seja, Ærea,forma, topografia, geologia, entre esses fatores de forma e os processos hidrológicos de uma bacia hidrogrÆfica, torna-se necessÆrio expressar as características da bacia em termos quantitativos.

De acordo com o escoamento global, as bacias de drenagem podem ser classificadas em (CHRISTOFOLETTI, 1974):

a) exorreicas: quando o escoamento da Ægua se faz de modo contínuo atØ o mar, isto Ø, quando as bacias desaguam diretamente no mar; b) endorreicas: quando as drenagens sªo internas e nªo possuem escoamento atØ o mar, desembocando em lagos, ou dissipando-se nas areias do deserto, ou perdendo-se nas depressıes cÆrsicas; c) arreicas: quando nªo hÆ qualquer estruturaçªo em bacias, como nas Æreas desØrticas; d) criptorreicas: quando as bacias sªo subterrâneas, como nas Æreas cÆrsicas.

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Da mesma forma como as bacias, tambØm os cursos d Ægua podem, individualmente, ser objeto de classificaçªo. De acordo com o período de tempo durante o qual o fluxo ocorre, distinguem-se os seguintes tipos de rios:

a) perenes: hÆ fluxo o ano todo, ou pelo menos em 90% do ano, em canal bem definido; b) intermitentes: de modo geral, só hÆ fluxo durante a estaçªo chuvosa (50% do período ou menos); c) efŒmero: só hÆ fluxo durante chuvas ou períodos chuvosos; os canais nªo sªo bem definidos.

Dentro da bacia, a forma da rede de drenagem tambØm apresenta variaçıes. Em geral, predomina na natureza a forma dendrítica, a qual deriva da interaçªo clima-geologia em regiıes de litologia homogŒnea. Num certo sentido, considerando-se a fase terrestre do ciclo da Ægua, pode-se dizer que a Ægua procura evadir-se da terra para o mar. Assim fazendo, torna-se organizada em sistemas de drenagem, os quais refletem principalmente a estrutura geológica local. A descriçªo qualitativa dos diferentes sistemas de drenagem pode ser observada de acordo com os esquemas da Figura 4.1. Estes chamados padrıes de drenagem podem ser observados pelo exame de mapas topogrÆficos de diferentes províncias geológicas.

Esta classificaçªo, baseada mais em critØrios geomØtricos do que genØticos, engloba os seguintes tipos:

a) dendrítica: lembra a configuraçªo de uma Ærvore. É típica de regiıes onde predomina rocha de resistŒncia uniforme; b) treliça: composta por rios principais consequentes correndo paralelamente, recebendo afluentes subsequentes que fluem em direçªo transversal aos primeiros. O controle estrutural Ø muito acentuado, devido à desigual resistŒncia das rochas. A extensªo e a profundidade dos leitos serªo maiores sobre rochas menos resistentes, dando formaçªo a vales ladeados por paredes de rochas mais resistentes. Este tipo Ø encontrado em regiıes de rochas sedimentares estratificadas, assim como em Æreas de glaciaçªo; c) retangular: variaçªo do padrªo treliça, caracterizado pelo aspecto ortogonal devido às bruscas alteraçıes retangulares nos cursos fluviais. Deve-se à ocorrŒncia de falhas e de juntas na estrutura rochosa;

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FIGURA 4.1. Padrıes de drenagem (CRISTOFOLETTI, 1974).

Dendrítico Treliça

Retangular Paralela Radial Anelar

58 - AN`LISE F˝SICA DA BACIA HIDROGR`FICA d) paralela: tambØm chamada cauda equina , ocorre em regiıes de vertentes com acentuada declividade, ou onde existam controles estruturais que favorecam a formaçªo de correntes fluviais paralelas; e) radial: pode desenvolver-se sobre vÆrios tipos e estruturas rochosas, como por exemplo em Æreas vulcânicas e dômicas; f) anelar: típica de Æreas dômicas; a drenagem acomoda-se aos afloramentos das rochas menos resistentes.

Logicamente, em muitos casos a classificaçªo dos padrıes de drenagem de Æreas distintas feita por diferentes autores, envolvia diferentes interpretaçıes. Desta forma, visando a comparaçªo de padrıes de drenagem, assim como o relacionamento destes padrıes com processos hidrológicos da bacia, exigia a elaboraçªo de mØtodos de expressar os padrıes de drenagem em termos quantitativos, o que serÆ visto no ítem seguinte.

4.2. PAR´METROS F˝SICOS DE BACIAS HIDROGR`FICAS

Para entender o funcionamento de uma bacia, torna-se necessÆrio expressar quantitativamente as manifestaçıes de forma (a Ærea da bacia, sua forma geomØtrica, etc.), de processos (escoamento superficial, deflœvio, etc.) e suas inter-relaçıes.

VÆrios parâmetros físicos foram desenvolvidos, alguns deles aplicÆveis à bacia como um todo, enquanto que outros relativos a apenas algumas características do sistema. O importante Ø reconhecer que nenhum desses parâmetros deve ser entendido como capaz de simplificar a complexa dinâmica da bacia hidrogrÆfica, a qual inclusive tem magnitude temporal.

Estes parâmetros e suas inter-relaçıes podem ser classificados em:

a) parâmetros físicos: Ærea, fator de forma, compacidade, altitute mØdia, declividade mØdia, densidade de drenagem, nœmero de canais, direçªo e comprimento do escoamento superficial, comprimento da bacia, hipsometria (relaçªo Ærea-altitude), comprimento dos canais, padrªo de drenagem, orientaçªo, rugosidade dos canais, dimensªo e forma dos vales, índice de circularidade, etc.; b) parâmetros geológicos: tipos de rochas, tipos de solos, tipos de sedimentos fluviais, etc.;

Walter de Paula Lima - 59 c) parâmetros de vegetaçªo: tipos de cobertura vegetal, espØcies, densidade, índice de Ærea foliar, biomassa, etc.; d) inter-relaçıes: Lei do Nœmero de Canais (razªo de bifurcaçªo),

Lei do Comprimento dos Canais (relaçªo entre comprimento mØdio dos canais e ordem), Lei das `reas (relaçªo entre Ærea e ordem), etc..

4.2.1. `rea

correlacionada com sua ÆreaA Ærea deve ser definida em relaçªo a um dado

ANDERSON (1957) denominou a Ærea como a variÆvel do diabo , porque a maioria das características da bacia estÆ, de alguma forma, ponto ao longo do canal, ou à própria saída ou confluŒncia da bacia. A Ærea total inclui todos os pontos situados a altitudes superiores à da saída da bacia e dentro do divisor topogrÆfico que separa duas bacias adjacentes (Figura 4.2.).. A determinaçªo da Ærea deve ser feita com muito rigor, a partir de fotografias aØreas, mapas topogrÆficos, ou levantamento de campo, e se possível com auxílio de computadores.

FIGURA 4.2. Ilustraçªo do traçado do divisor topogrÆfico ao longo dos pontos das linhas de contorno que delimitam uma bacia. (microbacia experimental, Bacia da Cachoeira, INPACEL, Arapoti, PR).

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Como a produçªo total de Ægua pela bacia (deflœvio), pode ser originado de componentes superficiais e sub-superficiais, Ø possível, na paisagem normal, existir uma Ærea de drenagem superficial que nªo corresponde exatamente aos limites subterrâneos da bacia, ou seja, o divisor topogrÆfico pode nªo coincidir com o divisor freÆtico. A Figura 4.3. ilustra esta situaçªo.

FIGURA 4.3. Casos em que nªo ocorre a coincidŒncia entre a Ærea superficial e a Ærea sub-superficial das bacias.

No balanço hídrico ocorre vazamento para fora em A e para dentro em B.

Pela importância da Ærea, tentativas foram feitas no sentido de se desenvolver mØtodos de classificaçªo ou de ordenamento das bacias de acordo com seu tamanho, principalmente baseados na rede de canais da bacia. O mØtodo de ordenamento de STHRALER (1957) Ø ilustrado na Figura 4.4.

Os canais primÆrios (nascentes) sªo designados de 1 ordem. A junçªo de dois canais primÆrios forma um de 2a ordem, e assim sucessivamente.

A junçªo de um canal de uma dada ordem a um canal de ordem superior nªo altera a ordem deste. A ordem do canal à saída da bacia Ø tambØm a ordem da bacia.

Em hidrologia florestal os estudos se concentram em bacias pequenas,

Esc Esc Esc

Esc

Divisor FreÆtico

Divisor TopogrÆfico

microbacias, de 1a a 3a ou atØ 4a ordens, as quais sªo comparÆveis em tamanho aos compartimentos ou talhıes de manejo florestal (10 a 100 ha). Conforme pode ser observado, a menor unidade geomorfológica que caracteriza a bacia hidrogrÆfica Ø a bacia de primeira ordem. A junçªo de duas microbacias primsrias formam uma microbacia maior, de segunda ordem, e assim sucessivamente, atØ a formaçªo da macrobacia hidrogrÆfica, a bacia de um rio.

O conceito de microbacia, portanto, Ø meio vago. Primeiro, porque nªo hÆ um limite de tamanho para a sua caracterizaçªo. Em segundo lugar, porque hÆ que se fazer distinçªo aqui a dois critØrios:

a) Do ponto de vista hidrológico, ou seja, levando em conta o funcionamento hidrológico da bacia: deste ponto de vista, bacias hidrogrÆficas sªo classificadas em grandes e pequenas nªo apenas com base em sua superfície total, mas tambØm nos efeitos de certos fatores dominantes na geraçªo do deflœvio. As microbacias apresentam, como características distintas, alta sensibilidade tanto a chuvas de alta intensidade (curta duraçªo), como ao fator uso do solo (cobertura vegetal). Em bacias grandes, o efeito de armazenamento ao longo dos canais Ø tªo pronunciado que a bacia nªo mais responde, ou perde sensibilidade àqueles dois fatores.

FIGURA 4.4.Ilustraçªo do mØtodo de ordenaçªo dos canais de STHRALER (1957).

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Desta forma, define-se microbacia como sendo aquela cuja Ærea Ø tªo pequena que a sensibilidade a chuvas de alta intensidade e às diferenças de uso do solo nªo seja suprimida pelas características da rede de drenagem. De acordo com tal definiçªo, a Ærea de uma microbacia pode variar de pouco menos de 1 ha a atØ 40 ou mais hectares, podendo mesmo atingir, em algumas situaçıes, atØ 100 ha ou mais.Estes aspectos voltarªo a ser discutidos em outros capítulos.

b) Do ponto de vista de programas e políticas de uso do solo de recente estabelecimento no país - os programas de manejo de microbacias: o critØrio de caracterizaçªo da microbacia, neste caso, Ø eminentemente político e administrativo.

4.2.2. Densidade de Drenagem

HORTON (1932) definiu densidade de drenagem como sendo a razªo entre o comprimento total dos canais e a Ærea da bacia hidrogrÆfica.

É um índice importante, pois reflete a influŒncia da geologia, topografia, do solo e da vegetaçªo da bacia hidrogrÆfica, e estÆ relacionado com o tempo gasto para a saída do escoamento superficial da bacia. É dado por:

Quanto à densidade de drenagem, as bacias podem ser classificadas em (STHRALER, 1957):

baixa D: 5.0 km/km2 mØdia D: 5,0 - 13,5 km/km2 alta D: 13,5 - 155,5 km/km2 muito alta D: >> 155,5 km/km2

A densidade de drenagem depende do clima e das características físicas da bacia hidrogrÆfica. O clima atua tanto diretamente (regime e vazªo dos cursos), como indiretamente (influŒncia sobre a vegetaçªo).

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Das características físicas, a rocha e o solo desempenham papel fundamental, pois determinam a maior ou menor resistŒncia à erosªo. Em geral, uma bacia de geologia dominada por argilitos apresenta alta densidade de drenagem, enquanto que outra com substrato predominante de arenitos apresenta baixa densidade de drenagem (MORISAWA, 1968).

Valores baixos de densidade de drenagem estªo geralmente associados a regiıes de rochas permeÆveis e de regime pluviomØtrico caracterizado por chuvas de baixa intensidade.

4.2.3.Forma da Bacia

Uma bacia hidrogrÆfica, quando representada em um plano, apresenta a forma geral de uma pera. Dependendo da interaçªo clima-geologia, todavia, vÆrias outras formas geomØtricas podem existir.

Em qualquer situaçªo a superfície da bacia Ø côncava, a qual determina a direçªo geral do escoamento.

A forma Ø uma das características físicas mais difíceis de ser expressas em termos quantitativos. A forma da bacia, bem como a forma do sistema de drenagem, pode ser influŒnciada por algumas outras características da bacia, principalmente pela geologia. A forma pode, tambØm, atuar sobre alguns dos processos hidrológicos, ou sobre o comportamento hidrológico da bacia.

Inœmeros mØtodos de descriçªo da forma da bacia foram apresentados, conforme explicado com detalhes na literatura (MORISAWA, 1968), (GREGORY & WALLING, 1973).

HORTON (1932) propôs o fator de forma, definido pela fórmula:

onde:

F = fator de forma A = Ærea da bacia L = comprimento do eixo da bacia (da foz ao ponto extremo mais longínquo no espigªo)

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Este índice de forma pode, por exemplo, dar alguma indicaçªo sobre a tendencia a inundaçıes, conforme ilustrado na Figura 4.5.

O escoamento direto de uma dada chuva na bacia (A) nªo se concentra tªo rapidamente como em (B), alØm do fato de que bacias longas e estreitas como a (A) sªo mais dificilmente atingidas integralmente por chuvas intensas (SCHWAB et alii,1966). Comparativamente, bacias de fator de forma maior tem maiores chances de sofrer inundaçıes do que bacias de fator de forma menor.

Outro índice de forma Ø o chamado Indice de Circularidade proposto por Miller em 1953 (citado por CHRISTOFOLETTI, 1974), de acordo com a fórmula:

IC = 12,57 * A / P2

sendo:IC = índice de circularidade < 1

A = Ærea da bacia P = perímetro da bacia

Quanto mais próximo de 1,0 mais próxima da forma circular serÆ a bacia hidrogrÆfica.

FIGURA 4.5. Ilustraçªo da determinaçªo do fator de forma para duas bacias de mesma Ærea.

Bacia BBacia A

Walter de Paula Lima - 65 4.2.4. Declividade e Orientaçªo

A declividade de uma bacia hidrogrÆfica tem relaçªo importante com vÆrios processos hidrológicos, tais como a infiltraçªo, o escoamento superficial, a umidade do solo, etc.. É, alØm disto, um dos fatores principais que regulam o tempo de duraçªo do escoamento superficial e de concentraçªo da precipitaçªo nos leitos dos cursos d Ægua.

A diferença entre a elevaçªo mÆxima e a elevaçªo mínima define a chamada amplitude altimØtrica da bacia.

Dividindo-se a amplitude altimØtrica pelo comprimento da bacia obtØm-se uma medida do gradiente ou da declividade geral da bacia, que guarda relaçªo com o processo erosivo.

A declividade mØdia da bacia pode ser calculada pela fórmula seguinte:

S = (D x L / A) x 100

onde:S = declividade mØdia (%)

D = distância entre as curvas de nível (m) L = comprimento total das curvas de nível (m) A = Ærea da bacia hidrogrÆfica (m2)

Pelo mØtodo acima, verifica-se que o material necessÆrio compreende um mapa plani-altimØtrico, um curvímetro para a mediçªo de distâncias no mapa, e um planímetro para a determinaçªo da Ærea.

Para bacias maiores, ou muito acidentadas, pode-se ampliar o intervalo entre duas curvas de nível, isto Ø, pode-se, por exemplo, medir apenas o comprimento de curvas alternadas.

Apesar de a declividade influir na relaçªo entre a precipitaçªo e o deflœvio, principalmente devido ao aumento da velociade de escoamento superficial, o que reduz, em consequŒncia, a possibilidade de infiltraçªo da Ægua no solo, nªo se deve desprezar a influŒncia secundÆria da direçªo geral da declividade, ou seja, da orientaçªo da bacia.

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