Caracterização de uma bacia hidrográfica

Caracterização de uma bacia hidrográfica

Paulo Fernando Matos de Santana

Rodrigo Alencar Ferreira

Newton de Castro Lopes Maciel Maxel Coelho Rodrigues Maciel

JUAZEIRO DO NORTE – CE 2014

1.0 INTRODUÇÃO3
2.0 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS4
2.1 Área de Drenagem4
2.2 Coeficiente de Compacidade4
2.3 Fator de Forma5
3.0 SISTEMA DE DRENAGEM5
3.1 Ordem dos Cursos D’água5
3.2 Densidade de Drenagem6
3.3 Extensão Média do Escoamento Superficial6
3.4 Sinuosidade do Curso D’água6
4.0 RELEVO DA BACIA6
4.1 Declividade Média Da Bacia6
4.2 Orientação da Bacia8
4.3 Curva Hipsométrica9
4.4 Elevação Média da Bacia10
4.5 Declividade do Álveo1
4.5.1 MÉTODO S11
4.5.2 MÉTODO S21
4.5.3 MÉTODO S312

1.0 INTRODUÇÃO

“Hidrologia é a ciência que trata da água na terra, sua ocorrência, circulação e distribuição, suas propriedades físicas e químicas, e sua reação com o meio ambiente, incluindo sua relação com as formas vivas relacionada com toda a água da terra, sua ocorrência, distribuição e circulação, suas propriedades físicas e químicas, seu efeito sobre o meio ambiente e sobre todas as formas da vida.” (United State Federal Council Science and Technology.

Por se tratar de uma área de estudo muito abrangente, uma nova definição foi aplicada de forma a concentrar os estudos da hidrologia nas fases do ciclo hidrológico, determinando as características de seu passado, bem como prevendo eventos futuros.

Os primeiros estudos da hidrologia ocorreram por volta do Século XIX, porém apenas após o advento da computação, tais estudos se tornaram mais precisos e frequentes, já no Século X.

Segundo Viessman, Harbaugh e Knapp (1972), bacia hidrográfica é uma área definida topograficamente, drenada por um curso d’água ou um sistema conectado de cursos d’água, dispondo de uma simples saída para que toda vazão efluente seja descarregada.

A delimitação de uma bacia hidrográfica pode se dar a partir de três tipos de divisores de água. São eles: geológico, freático e topográfico. O divisor geológico é aquele formado pela própria formação geológica da região, determinando cada bacia hidrográfica para cada tipo de geologia distinta. O divisor freático é aquele definido pelos cursos d’água subterrâneos, ou lençóis freáticos. O divisor topográfico se mostra mais prático nos trabalhos usuais de caracterização por facilitar a visualização das divisões e suas respectivas medidas.

A área de estudo encontra-se na região leste do município, dentro da região dos

Ihnamúns, próximo à divisa com os municípios de Arneiroz e Catarina, caracterizada por um clima tropical quente semiárido, com chuvas de Fevereiro a Abril. O relevo da região é composta por depressões sertanejas e maciços residuais. A vegetação predominante é a floresta caducifólia espinhosa e caatinga arbustiva aberta.

O município de Tauá apresenta um quadro geológico relativamente simples, observando-se um predomínio de rochas do embasamento cristalino, representadas principalmente por: granito, gnaisses, migmatitos e metabásicas do Pré-cambriano. Sobre esse substrato, repousam coberturas aluvionares, de idade quaternária, encontradas ao longo dos principais cursos d’agua que drenam o município.

2.0 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

2.1 Área de Drenagem

De posse de uma carta topográfica do município de Tauá – CE disponibilizada pelo Governo Estadual do Ceará, a área planificada da bacia hidrográfica do Riacho dos Campos, foi delimitada a partir dos divisores topográficos e seguindo a orientação de que: subindo o curso do rio, a linha de divisor d’água deve cruzar a curva de nível na sua parte convexa, consequentemente quando descer o curso d’água, a linha do divisor d’água deve cruzar a curva de nível na sua parte côncava. A área foi extraída utilizando-se um comando dentro do programa AutoCad, que mediu 3,82 km².

Figura 1: Bacia hidrográfica do Riacho dos Campos (Tauá – CE)

2.2 Coeficiente de Compacidade (Kc)

O coeficiente de compacidade é uma relação entre o perímetro da bacia (expresso em Km) e sua área em planta (expressa em Km²). Decorre que para valores próximos a 1,0 caracteriza uma bacia circular, sendo ela mais propensa a picos de cheias. É expresso pela seguinte relação:

Para a Bacia do Riacho dos Campos: Kc = 0,447

2.3 Fator de Forma (Kf)

É a relação entre a largura média da bacia, obtida através da relação entre divisões de mesma área de retângulos dentro da bacia e suas quantidades, e a extensão axial da bacia medida seguindo-se o maior curso d’água na bacia. É expresso pela seguinte equação:

Para a Bacia do Riacho dos Campos: Kf = 0,217

3.0 SISTEMA DE DRENAGEM

3.1 Ordem dos Cursos D’água

O sistema de drenagem de uma bacia hidrográfica nos fornece informações sobre o quanto aquela bacia é drenada por cursos d’água e assim nos mostra se a mesma é mais ou menos propensa a picos de cheias. A ordem dos cursos d’água é feita de forma que um curso de primeira ordem é aquele que não recebe nenhum outro efluente. Curso de segunda ordem é aquele que recebe dois ou mais cursos de primeira ordem. Curso de terceira ordem é aquele que recebe dois ou mais cursos de segunda ordem, e assim por diante.

Figura 2: Ordem dos cursos d’água na Bacia do Riacho dos Campos

3.2 Densidade de Drenagem

A densidade de drenagem é a relação entre a extensão de todos os cursos d’água presentes na bacia (expresso em Km) (sejam eles efêmeros, intermitentes ou perenes), e a área total da bacia (expressa em Km²). É expressa por essa equação:

Para a Bacia do Riacho dos Campos: Dd = 0,923 Km/Km²

3.3 Extensão Média do Escoamento Superficial

Esse parâmetro indica a distância média que a água da 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 ideia da distância média do escoamento superficial. Para isso, transforma-se a bacia num retângulo de mesma área e um dos lados do retângulo é a soma de todas as extensões dos cursos d’água na bacia. Tem-se então essa relação:

4 ∗ ∑ Para a Bacia do Riacho dos Campos: l = 270,86 m

3.4 Sinuosidade do Curso D’água

É um parâmetro que relaciona o comprimento do rio principal e o comprimento da linha do talvegue, que é uma linha reta traçada ligando os pontos inicial e final do rio principal. É expresso pela seguinte equação:

Para a Bacia do Riacho dos Campos: Sin = 1,734

4.0 RELEVO DA BACIA

4.1 Declividade Média da Bacia

Conhecer a declividade de um terreno implica em conhecer como um determinado evento pode se adequar no que diz respeito a seção de análise no estudo de uma bacia hidrográfica, ou seja, no exultório.

Para determinar a declividade média de uma bacia hidrográfica, utiliza-se normalmente o Método das Quadrículas, e consiste em traçar uma malha quadriculada, de intervalo conhecido (normalmente de 500m x 500m ou de 1Km x 1Km), sobre a bacia hidrográfica em questão. Em seguida, em cada ponto da interseção dessa malha, traça-se uma linha que fornecerá a menor distância entre a curva de nível mais próxima e a subsequente. Essa distância após ser relacionada com a diferença de cotas entre as curvas de nível, fornece a declividade daquele ponto localizado na interseção.

A declividade média portanto baseia-se portanto na disposição de todos os dados obtidos das declividades de cada interseção, em uma distribuição de frequência, onde a partir dela é retirado o valor da declividade média da bacia hidrográfica.

Figura 3: Método das Quadrículas – 500m x 500m Tabela 1: Tabela de distribuição de frequência para fornecer a declividade média

Figura 4: Gráfico da declividade média da bacia hidrográfica

4.2 Orientação da Bacia

O processo para obtenção da orientação da bacia assemelha-se com a rotina para obter a declividade média. De posse da quadrícula utilizada na declividade média, traçase uma seta perpendicular a curva de nível mais próxima, de forma que a mesma represente o sentido do escoamento. Constrói-se da mesma forma uma tabela de distribuição de frequência e retira-se a orientação da bacia.

Outro dado obtido na orientação da bacia é a Rosa dos Ventos com as respectivas orientações das setas traçadas na malha quadriculada.

Figura 5: Setas de orientação para determinar a orientação da bacia

Figura 6: Rosa dos ventos (a partir da tabela de distribuição de frequência)

Tabela 2: Tabela de distribuição de frequência das orientações

4.3 Curva Hipsométrica

A curva hipsométrica faz uma relação entre as cotas referentes à bacia hidrográfica, comparadas ao nível do mar, e a porcentagem acumulada das áreas referentes a cada curva de nível. Do gráfico é possível verificar e obter o valor da elevação média da bacia ou da elevação mediana, que é obtida a partir da tabela de distribuição de frequência.

Figura 7: Tabela de distribuição de frequência para gerar a curva hipsométrica

Figura 8: Curva Hipsométrica

4.4 Elevação Média da Bacia

O procedimento toma como base a tabela obtida anteriormente, multiplicando o ponto médio das classes pela sua respectiva área, dividindo o somatório pela soma de todas as áreas entre as curvas de nível. É expressa pela equação a seguir:

∑ Para a Bacia do Riacho dos Campos: E = 500,937 m

4.5 Declividade do Álveo (Rio Principal)

Para obtenção da declividade do rio principal, podem ser utilizados três métodos, que aqui serão destacados. O método S1, S2 e S3. Todos necessitam de um perfil longitudinal do rio principal, com seu comprimento expresso na abscissa e cotas expressas nas cordenadas.

Cada um dos três métodos oferece uma metodologia diferente, sendo deles o

Método S3 o mais preciso e mais próximo da realidade, por utilizar como base a Equação de Chezy para cálculo da declividade. O método S1 fornece um dado acima do S3 e o S2 fornece um dado inferior aos demais.

O método consiste em relacionar as cotas final e inicial do rio principal com o seu comprimento total, resultando em uma declividade linear que desconsidera as sinuosidades e cotas intermediárias do rio. Tem-se que:

Cota mais elevada: 640,53 m* (estimada) Cota mais baixa: 450 m Comprimento do rio principal: 12.474,485 m

4.5.2 Método S2: Compensação de áreas

O método consiste em particionar o perfil longitudinal do rio principal em áreas conhecidas a partir da extensão de cada ponto a sua referida cota. Dessa maneira calcula-se a área de cada região conhecida, somam-se todas e então através da relação matemática obtém-se a declividade média do rio através da equação:

𝐴1= 125.565,7775 m²𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= 681.723,95306 m²
𝐴2= 382.854,2175 m²𝑫= 0,00876 m/m

4.5.3 Método S3: Média Harmônica

A média harmônica é uma medida de declividade mais precisa, pois de acordo com a equação de Chezy, o tempo de escoamento é considerado. Logo para cada trecho do canal, com seu respectivo coeficiente de rugosidade tem seu tempo de escoamento. Para uma simplificação no método, todos os coeficientes foram aproximados para um mesmo valor, sendo assim constantes e invariáveis para essa situação.

O resultado é uma relação entre os dados fornecidos pelo método das quadrículas, que é o comprimento de cada trecho do canal e sua respectiva declividade. É expresso pela seguinte equação:

Para a Bacia do Riacho dos Campos: =0,01184 /

De posse dos três valores de declividade para o rio principal, é possível montar um gráfico sobre o perfil longitudinal do rio e verificar a precisão dos dados, levando em consideração que o método S1 e o método S2 resultam em um valor maior e menor, respectivamente. O método S3 se mostra mais preciso e num intervalo entre os extremos.

Figura 9: Perfil longitudinal do rio principal e os métodos S1, S2 e S3.

5.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BATISTA DA SILVA, L. D; CARVALHO, Daniel Fonseca de. HIDRO. Rio de Janeiro, 2006, Cap. 1, 1 p. Apostila do Curso de Hidrologia – Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro – UFRRJ

CPRM – Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais. Disponível em: <http://w.citybrazil.com.br/ce/taua/geral_detalhe.php?cat=6> Acesso em: 05 maio 2014.

IPECE – Instituto de Pesquisa e Estratégia Econômica do Ceará. Disponível em: <http://w.ceara.gov.br/municipios-cearenses/806-municipios-com-a-letra-t> Acesso em: 27 abril 2014.

Studart, Ticiana M. C. HIDROLOGIA, Fortaleza, 2006, Cap. 2, 1 p. Apostila de Hidrologia – Universidade Federal do Ceará – UFC

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