Baixe Apostila Hidrologia Aplicada - Cap. 2 e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity! Capítulo 2Bacia Hidrográfica 1. GENERALIDADES O ciclo hidrológic fechado, uma vez que comum o estudo, pelos de efetiva importância p 2. DEFINIÇÃO Segundo Viessm topograficamente, dren de uma simples saída p 3. DIVISORES O primeiro passo seu contorno, ou se encaminhando o escoam São 3 os divisore Geológico Freático Topográfico Dadas as dificuld estratos não seguem u e no nível freático (devi bacia a partir de curva divisão topográfica.o, se considerado de maneira global, pode ser visto como um sistema hidrológico a quantidade total da água existente em nosso planeta é constante. Entretanto, é hidrólogos, de subsistemas abertos. A bacia hidrográfica destaca-se como região rática devido a simplicidade de que oferece na aplicação do balanço hídrico. an, Harbaugh e Knapp (1972), bacia hidrográfica é uma área definida ada por um curso d’ água ou um sistema conectado de cursos d’ água, dispondo ara que toda vazão efluente seja descarregada. a ser seguido na caracterização de uma bacia é, exatamente, a delimitação de ja, a linha de separação que divide as precipitações em bacias vizinhas, ento superficial para um ou outro sistema fluvial. s de uma bacia: ades de se efetivar o traçado limitante com base nas formações rochosas (os m comportamento sistemático e a água precipitada pode escoar antes de infiltrar) do as alterações ao longo das estações do ano), o que se faz na prática é limitar a s de nível, tomando pontos de cotas mais elevadas para comporem a linha da Cap. 2 Bacia Hidrográfica 2 Figura 2.1 – Corte transversal de uma bacia (Fonte: VILLELA, 1975) 4. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BACIA HIDROGRÁFICA As características físicas de uma bacia compõem importante grupo de fatores que influem no escoamento superficial. A seguir, faremos, de forma sucinta, uma abordagem de efeitos relacionados a cada um deles, tendo como exemplo os dados da Bacia do Riacho do Faustino, localizada no município do Crato, Ceará. 4.1. ÁREA DE DRENAGEM A área de uma bacia é a área plana inclusa entre seus divisores topográficos. É obtida com a utilização de um planímetro. A bacia do Riacho do Faustino tem uma área de 26,4 Km2. Cap. 2 Bacia Hidrográfica 5 bacia até a desembocadura. A largura média é obtida pela divisão da área da bacia pelo comprimento da bacia. , L L Kf = mas L A L = então, 2f L A K = Este índice também indica a maior ou menor tendência para enchentes de uma bacia. Uma bacia com Kf baixo, ou seja, com o L grande, terá menor propensão a enchentes que outra com mesma área, mas Kf maior. Isto se deve a fato de que, numa bacia estreita e longa (Kf baixo), haver menor possibilidade de ocorrência de chuvas intensas cobrindo simultaneamente toda a sua extensão. A bacia do Riacho do Faustino apresenta os seguintes dados: A = 26,4 km2 = 26.413.000 m2 L = 10.500 m P = 25.900 m Assim, 41,1 26.413.000 25.900 28,0 A P 28,0Kc === 41,1Kc = 24,0 )500.10( 000.413.26 L A K 22f === 24,0Kf = 4.3. SISTEMA DE DRENAGEM O sistema de drenagem de uma bacia é constituído pelo rio principal e seus efluentes; o padrão de seu sistema de drenagem tem um efeito marcante na taxa do “runoff”. Uma bacia bem drenada tem menor tempo de concentração, ou seja, o escoamento superficial concentra-se mais rapidamente e os picos de enchente são altos. Cap. 2 Bacia Hidrográfica 6 As características de uma rede de drenagem podem ser razoavelmente descritos pela ordem dos cursos d’ água, densidade de drenagem, extensão média do escoamento superficial e sinuosidade do curso d’ água. 4.3.1. ORDEM DOS CURSOS D’ ÁGUA A ordem dos rios é uma classificação que reflete o grau de ramificação dentro de uma bacia. O critério descrito a seguir foi introduzido por Horton e modificado por Strahler: “Designam-se todos os afluentes que não se ramificam (podendo desembocar no rio principal ou em seus ramos) como sendo de primeira ordem. Os cursos d’ água que somente recebem afluentes que não se subdividem são de segunda ordem. Os de terceira ordem são formados pela reunião de dois cursos d’ água de segunda ordem, e assim por diante.” Figura 2.4 – Ordem dos cursos d’ água na bacia do Riacho do Faustino. A ordem do rio principal mostra a extensão da ramificação da bacia. 4.3.2. DENSIDADE DE DRENAGEM A densidade de drenagem é expressa pelo comprimento total de todos os cursos d’ água de uma bacia (sejam eles efêmeros, intermitentes ou perenes) e sua área total. A D 1d ∑= Cap. 2 Bacia Hidrográfica 7 Para a Bacia do Riacho do Faustino: 2 d 1 m/m 001511,0 000.413.26 900.39 D m 900.39 ==∴ =∑ 4.3.3. EXTENSÃO MÉDIA DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL ( ) Este parâmetro indica a distância média que a água de chuva teria que escoar sobre os terrenos da bacia (EM LINHA RETA) do ponto onde ocorreu sua queda até o curso d’ água mais próximo. Ele dá uma idéia da distância média do escoamento superficial. A bacia em estudo é transformada em retângulo de mesma área, onde o lado maior é a soma dos comprimentos dos rios da bacia (L = ∑ i ). Figura 2.5 – Extensão média do escoamento superficial (Fonte: VILLELA, 1975) 4. x L = A assim, = L 4 A Para a Bacia do Riacho do Faustino: m x 5,165 39.900 4 000.413.26 == = 0,165 km 4.3.4. SINUOSIDADE DO CURSO D’ ÁGUA (SIN) É a relação entre o comprimento do rio principal (L) e o comprimento do talvegue (Lt) Sin = tL L Cap. 2 Bacia Hidrográfica 10 Após a determinação da declividade dos vetores, constroi-se uma tabela de distribuição de freqüências, tomando-se uma amplitude para as classes. Tabela 2.1 – Declividade média da bacia do Riacho do Faustino CLASSES Fi fi (%) fi acum (%) Ponto Médio da Classe 2 X 5 0,0000 I 0,0500 16 29,63 100,00 0,0250 0,400 0,0500 I 0,1000 12 22,22 70,37 0,0750 0,900 0,1000 I 0,1500 13 24,07 48,15 0,1250 1,625 0,1500 I 0,2000 4 7,42 24,08 0,1750 0,700 0,2000 I 0,2500 0 0,00 16,66 0,2250 0,000 0,2500 I 0,3000 7 12,96 3,70 0,2750 1,925 0,3000 I 0,3500 0 0,00 3,70 0,3250 0,000 0,3500 I 0,4000 0 0,00 3,70 0,3750 0,000 0,4000 I 0,4500 0 0,00 3,70 0,4250 0,000 0,4500 I 0,5000 0 0,00 3,70 0,4750 0,000 0,5000 I 0,5500 0 0,00 3,70 0,5250 0,000 0,5500 I 0,6000 2 3,70 3,70 0,5750 1,150 Σ 54 6,700 Declividade média da bacia = 12,41% ou m/m 1241,0 54 700,6 ≅ A distribuição de freqüências pode ainda ser plotada no gráfico declividade x freqüência acumulada (curva de distribuição de declividade). Diferentes bacias podem ser plotadas num mesmo gráfico para fins de comparação; curvas mais íngremas indicam um escoamento mais rápido. Figura 2.9 – Declividade de duas bacias (Fonte: WILSON, 1969) Cap. 2 Bacia Hidrográfica 11 4.4.2. ORIENTAÇÃO DA BACIA A orientação da bacia é importante no que diz respeito a ventos prevalecentes e ao padrão de deslocamento de tempestades. O método da quadrículas também é utilizado, pela determinação do ângulo “θ” formado pelo vetor conforme diagrama abaixo: Figura A amplitude das classes co de freqüência, lançamo-la no diag Tabe Clas 22, 4 67, 9 112, 13 157, 18 202 2 24 2 29 3 33 2.10 – Base para medição dos ângulos. nsideradas no agrupamento de vetores foi de 22,5o . Feita a distribuição rama Rosa dos Ventos. la 2.2 – Orientação da bacia do Riacho do Faustino ses de Ângulos fi fr(%) 0o 22,5o 1 1,85 5o 45o 3 5,56 5o 67,5o 2 3,70 5o 90o 5 9,26 0o 112,5o 3 5,56 5o 135o 3 5,56 5o 157,5o 2 3,70 5o 180o 2 3,70 0o 202,5o 2 3,70 ,5o 225o 5 9,26 25o 247,5o 10 18,50 7,5o 270o 5 9,26 70o 292,5o 4 7,41 2,5o 315o 5 9,26 15o 337,5o 2 3,70 7,5o 360o 0 0,00 54 Cap. 2 Bacia Hidrográfica 12 247,50o 270o 292,50o 225o 315o 202,50o 337,50o 180o 0o 20o 157,50o 22,50o 135o 45o 112,50o 67,50o 90o Figura 2.11 – Rosa dos ventos (a partir da tabela 2.1). 4.4.3. CURVA HIPSOMÉTRICA Representa o estudo da variação da elevação dos vários terrenos da bacia com referência ao nível do mar. Esta curva é traçada lançando-se em sistema cartesiano a cota versus o percentual da área de drenagem com cota superior; para isto deve-se fazer a leitura planimétrica parceladamente. Os dados foram dispostos em quadro de distribuição de freqüência. Cap. 2 Bacia Hidrográfica 15 Para a Bacia do Riacho do Faustino, tem-se: 02,2 A L 41.1Kc =→= Com A = 26,4 Km3 → L = 10,4 Km. Mas, ( ) Km 9,25P L 2 P L 2P = −= += Km 5,2= Figura 2.14 – Retângulo equivalente Para determinar a distância entre as curvas de nível no retângulo equivalente, usou-se os cálculos da Tabela 2.3. dividida por 2,5. Cap. 2 Bacia Hidrográfica 16 Tabela 2.4 – Cálculo da distância entre curvas de nível Cotas (m) Fração de Área Acumulada Comprimentos Acumulados (Km) 680 640 0,17 0,0184 640 600 0,88 0,0918 620 560 6,00 0,6249 580 520 16,07 1,6725 540 480 36,39 3,7862 500 440 61,13 6,3594 460 400 87,99 9,1531 420 360 98,59 10,2559 380 320 100,00 10,4030 4.4.6. DECLIVIDADE DO ÁLVEO A velocidade de escoamento de um rio depende da declividade dos canais fluviais; quanto maior a declividade, maior será a velocidade de escoamento. A declividade do álveo pode ser obtido de três maneiras, cada uma com diferente grau de representatividade. S1 : linha com declividade obtida tomando a diferença total de elevação do leito pela extensão horizontal do curso d’ água. S2 : linha com declividade obtida por compensação de áreas, de forma que a área entre ela e a abscissa seja igual à compreendida entre a curva do perfil e a abscissa. S3 : linha obtida a partir da consideração do tempo de percurso; é a média harmônica ponderada da raiz quadrada das declividades dos diversos trechos retilíneos, tomando-se como peso a extensão de cada trecho. Tabela 2.5 – Cálculo da declividade do álveo. Cota Distância (m) Distância Acumulada (na horizontal) (km) Declividade por segmento d Dist. Real (na linha inclinada) (km) Colunas 6 / 5 354,67 - - - - - - 360 840 0,84 0,00635 0,07969 0,84006 10,5416 400 6.300 7,14 0,00635 0,07969 6,30013 79,0579 440 2.100 9,24 0,01905 0,13802 2,10038 15,2179 464 1.260 10,5 0,01905 0,13802 1,26025 9,1309 10,50082 113,9483 Cap. 2 Bacia Hidrográfica 17 m/m 0,0085 00849,0 9483,113 50082,10 D L L S m/m 08,0 500.10 21,80 500.10 hS m/m 0104,0 500.10 67,354464S 2 i i i 3 2 1 ≅=     =                         = === =−= ∑ ∑ ___ perfil longitudinal do curso d’ água principal Figura 2.15 – Declividade do álveo