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CAPÍTULO 3. BACIA HIDROGRÁFICA
3.1. Introdução
O Ciclo Hidrológico, como descrito anteriormente, tem um aspecto geral e pode ser visto como um sistema hidrológico fechado, já que a quantidade de água disponível para a terra é finita e indestrutível. Entretanto, os subsistemas abertos são abundantes, e estes são normalmente os tipos analisados pelos hidrologistas. Dentre as regiões de importância prática para os hidrologistas destacam- se as Bacias Hidrográficas (BH) ou Bacias de Drenagem, por causa da simplicidade que oferecem na aplicação do balanço de água, os quais podem ser desenvolvidos para avaliar as componentes do ciclo hidrológico para uma região hidrologicamente determinada, conforme Figura 6. Bacia Hidrográfica é, portanto, uma área definida topograficamente, drenada por um curso d’água ou por um sistema conectado de cursos d’água, tal que toda a vazão efluente seja descarregada por uma simples saída. CRUCIANI, 1976 define microbacia hidrográfica como sendo a área de formação natural, drenada por um curso d’água e seus afluentes, a montante de uma seção transversal considerada, para onde converge toda a água da área considerada. A área da microbacia depende do objetivo do trabalho que se pretende realizar (não existe consenso sobre qual o tamanho ideal). PEREIRA (1981) sugere: a) para verificação do efeito de diferentes práticas agrícolas nas perdas de solo, água e nutrientesÆ área não deve exceder a 50 ha. b) estudo do balanço hídrico e o efeito do uso do solo na vazão Æ áreas de até 10.000 ha. c) estudos que requerem apenas a medição de volume e distribuição da vazão Æ bacias representativas com áreas de 10 a 50 mil ha.
Figura 6 – Esquema de bacias hidrográficas.
A resposta hidrológica de uma bacia hidrográfica é transformar uma entrada de volume concentrada no tempo (precipitação) em uma saída de água (escoamento) de forma mais distribuída no tempo (Figura 7).
Figura 7 – Resposta hidrológica de uma bacia hidrográfica.
Figura 9 – Delimitação de uma bacia hidrográfica (linha tracejada).
3.3. Classificação dos cursos d’água
De grande importância no estudo das BH é o conhecimento do sistema de drenagem, ou seja, que tipo de curso d’água está drenando a região. Uma maneira utilizada para classificar os cursos d’água é a de tomar como base a constância do escoamento com o que se determinam três tipos:
a) Perenes: contém água durante todo o tempo. O lençol freático mantém uma alimentação contínua e não desce nunca abaixo do leito do curso d’água, mesmo durante as secas mais severas. b) Intermitentes: em geral, escoam durante as estações de chuvas e secam nas de estiagem. Durante as estações chuvosas, transportam todos os tipos de deflúvio, pois o lençol d’água subterrâneo conserva-se acima do leito fluvial e alimentando o curso d’água, o que não ocorre na época de estiagem, quando o lençol freático se encontra em um nível inferior ao do leito.
c) Efêmeros: existem apenas durante ou imediatamente após os períodos de precipitação e só transportam escoamento superficial. A superfície freática se encontra sempre a um nível inferior ao do leito fluvial, não havendo a possibilidade de escoamento de deflúvio subterrâneo.
3.4. Características físicas de uma bacia hidrográfica
Estas características são importantes para se transferir dados de uma bacia monitorada para uma outra qualitativamente semelhante onde faltam dados ou não é possível a instalação de postos hidrométricos (fluviométricos e pluviométricos). É um estudo particularmente importante nas ciências ambientais, pois no Brasil, a densidade de postos fluviométricos é baixa e a maioria deles encontram-se nos grandes cursos d’água, devido a prioridade do governo para a geração de energia hidroelétrica. Brasil: 1 posto/ 4000 km^2 ; USA: 1 posto/ 1000 km^2 ; Israel: 1 posto/ 200 km^2.
3.4.1. Área de drenagem
É a área plana (projeção horizontal) inclusa entre os seus divisores topográficos. A área de uma bacia é o elemento básico para o cálculo das outras características físicas. É normalmente obtida por planimetria ou por pesagem do papel em balança de precisão. São muito usados os mapas do IBGE (escala 1:50.000). A área da bacia do Rio Paraíba do Sul é de 55.500 km^2.
3.4.2. Forma da bacia
É uma das características da bacia mais difíceis de serem expressas em termos quantitativos. Ela tem efeito sobre o comportamento hidrológico da bacia, como por exemplo, no tempo de concentração (Tc). Tc é definido como sendo o tempo, a partir do início da precipitação, necessário para que toda a bacia contribua com a vazão na seção de controle.
a) Ordem dos cursos d’água e razão de bifurcação (Rb):
De acordo com a Figura 10, adota-se o seguinte procedimento:
- os cursos primários recebem o numero 1;
- a união de 2 de mesma ordem dá origem a um curso de ordem superior; e
- a união de 2 de ordem diferente faz com que prevaleça a ordem do maior.
Quanto maior Rb média, maior o grau de ramificação da rede de drenagem de uma bacia e maior a tendência para o pico de cheia.
Figura 10 – Ordem dos cursos d’água.
b) densidade de drenagem (Dd): é uma boa indicação do grau de desenvolvimento de um sistema de drenagem. Expressa a relação entre o comprimento total dos cursos d’água (sejam eles efêmeros, intermitentes ou perenes) de uma bacia e a sua área total.
A Dd =ΣL
Para avaliar Dd, deve-se marcar em fotografias aéreas, toda a rede de drenagem, inclusive os cursos efêmeros, e depois medi-los com o curvímetro. Duas técnicas executando uma mesma avaliação podem encontrar valores um pouco diferentes.
Bacias com drenagem pobre → Dd < 0,5 km/km^2 Bacias com drenagem regular → 0,5 ≤ Dd < 1,5 km/km^2 Bacias com drenagem boa → 1,5 ≤ Dd < 2,5 km/km^2 Bacias com drenagem muito boa → 2,5 ≤ Dd < 3,5 km/km^2 Bacias excepcionalmente bem drenadas → Dd ≥ 3,5 km/km^2
3.4.4. Características do relevo da bacia
O relevo de uma bacia hidrográfica tem grande influência sobre os fatores meteorológicos e hidrológicos, pois a velocidade do escoamento superficial é determinada pela declividade do terreno, enquanto que a temperatura, a precipitação e a evaporação são funções da altitude da bacia.
a) declividade da bacia: quanto maior a declividade de um terreno, maior a velocidade de escoamento, menor Tc e maior as perspectivas de picos de enchentes. A magnitude desses picos de enchente e a infiltração da água, trazendo como conseqüência, maior ou menor grau de erosão, dependem da declividade média da bacia (determina a maior ou menor velocidade do escoamento superficial), associada à cobertura vegetal, tipo de solo e tipo de uso da terra. Dentre os métodos utilizados na determinação, o mais completo denomina-se método das quadrículas associadas a um vetor e consiste em traçar quadrículas sobre o mapa da BH, cujo tamanho dependerá da escala do desenho e da precisão desejada; como exemplo, pode-se citar quadrículas de 1km x 1km ou 2km x 2km etc. Uma vez traçadas as quadrículas, é procedida uma amostragem estatística da declividade da área, uma vez que sempre que um lado da quadrícula interceptar uma curva de nível, é traçado perpendicularmente à esta curva, um vetor (segmento de reta) com comprimento equivalente à distância entre duas curvas de nível consecutivas. Portanto, os comprimentos desses vetores serão variáveis, em função da declividade do terreno. Feita a
Figura 11 - Curva de distribuição da declividade de uma bacia hidrográfica.
b) curva hipsométrica: é definida como sendo a representação gráfica do relevo médio de uma bacia. Representa o estudo da variação da elevação dos vários terrenos da bacia com referência ao nível médio do mar. Essa variação pode ser indicada por meio de um gráfico que mostra a percentagem da área de drenagem que existe acima ou abaixo das várias elevações. Pode também ser determinadas por meio das quadrículas associadas a um vetor ou planimetrando-se as áreas entre as curvas de nível. A seguir é apresentado um exemplo de cálculo da distribuição de altitude referente à mesma bacia do exemplo anterior. A Figura 12 apresenta a curva hipsométrica desta bacia.
COTAS
(m)
PONTO
MÉDIO
(m)
ÁREA
(km^2 )
ÁREA
ACUMUL.
(km^2 )
% ACUMUL.
COL. 2
COL. 3
TOTAL 177,25 136.542,
Altitude média ( A ): A =∑(AeiAi)
Altitude média =
Coluna 3
Coluna 6
Altitude média = 136177.^542 , 25 ,^1 = 770 m
Figura 12 - Curva hipsométrica de uma bacia hidrográfica.
1 2 3 4 5 6 7 8 Cotas (m)
Dist. (m)
Dist. (L)* (km)
Distância Acum. (km)
Declividade Por Segmento (Di) = 20/(2)
( 5 ) (Si)
Lreal ** (Li) (km) Li/Si 660 - 680 7100 7,100 7,100 0,00282 0,0531 7,100028169 113, 680 - 700 500 0,500 7,600 0,04000 0,2000 0,5003998401 2, 700 - 720 3375 3,375 10,975 0,00593 0,0720 3,375059259 43, 720 - 740 5375 5,375 16,350 0,00372 0,0609 5,375037209 88, 740 - 760 850 0,850 17,200 0,02353 0,1500 0,8502352616 5, 760 - 780 1330 1,330 18,530 0,01504 0,1220 1,330150367 10, 780 - 800 350 0,350 18,880 0,05714 0,2390 0,3505709629 1, 800 - 820 350 0,350 19,230 0,05714 0,2390 0,3505709629 1, 820 - 840 880 0,880 20,110 0,02273 0,1507 0,8802272434 5, 840 - 860 950 0,950 21,060 0,02105 0,1450 0,950210503 6, 860 - 880 400 0,400 21,460 0,05000 0,2236 0,4004996879 1, 880 - 900 540 0,540 22,000 0,03704 0,1924 0,5403702434 2, Total 22000 22,000 22,00336 304,
- L = distância medida na horizontal; ** Lreal = distância real medida em linha inclinada.
S 1 =^90022000 -^660 = 0 , 01091 m/ m
S 2 = 22133. 000 ,^3 = 0 , 00606 m/ m
S 30422 ,,^0002950 , 00522 m/ m
2 3 = =
S 4 = 18700790 - -^6653300 = 0 , 00812 m/ m
Linha S 1
Linha S 2
Linha S 4
Linha S 3
Figura 13 - Perfil longitudinal de um rio e as linhas de declividade do Álveo.
O rio Paraíba do Sul tem sua nascente na Serra da Bocaina a 1800m de altitude, e sua foz localiza-se no município de São João da Barra – RJ, onde deságua no Oceano Atlântico.
3.4.5. Características geológicas da bacia
Tem relação direta com a infiltração, armazenamento da água no solo e com a suscetibilidade de erosão dos solos.
3.4.6. Características agro-climáticas da bacia
São caracterizadas principalmente pelo tipo de precipitação e pela cobertura vegetal.
A bacia do rio Paraíba do Sul tem 65% de pastagem, 21% culturas e reflorestamento e 11% de floresta nativa (Mata Atlântica).
- De uma bacia hidrográfica, conhece-se os seguintes dados:
- Perímetro: 70,0 km
- Distribuição de cotas:
Cotas (m)
Ponto Médio (m)
Área (km^2 )
Área Acumulada (km^2 )
% Acumulada Coluna 2
Coluna 3 940 – 920 1, 920 – 900 2, 900 – 880 3, 880 – 860 4, 860 – 840 4, 840 – 820 2, 820 – 800 19, 800 – 780 23, 780 – 760 30, 760 – 740 32, 740 – 720 27, 720 – 700 15, 700 – 680 7, TOTAL
- Distribuição de declividade:
Decividade (m/m)
Número de Ocorrências
% do Total % Acumulada Declividade Média
Coluna 2
Coluna 5 0,0000 – 0,0049 249 0,0050 – 0,0099 69 0,0100 – 0,0149 13 0,0150 – 0,0199 7 0,0200 – 0,0249 0 0,0250 – 0,0299 15 0,0300 – 0,0349 0 0,0350 – 0,0399 0 0,0400 – 0,0449 0 0,0450 – 0,0499 5 TOTAL
Pede-se: a) Qual é o coeficiente de compacidade? b) Qual é a altitude média? c) Qual é a declividade média?
- Com os dados do perfil longitudinal de um curso d’água apresentado abaixo, calcule a sua declividade baseada nos extremos.
1 2 3 4 5 6 8 Cotas (m) Distância (m)
Distância (Li) (km)
Distância Acumulada (km)
Declividade por Segmento (Di)
( 5 ) (Si)
Li/Si
540 - 560 3500 0, 560 - 580 2400 0, 580 - 600 860 0, 600 - 620 920 0, 620 - 640 560 0, 640 - 660 400 0, 660 - 680 1200 0, 680 - 700 1060 0, 700 - 720 650 0, 720 - 740 300 0, 740 - 760 260 0, 760 - 780 240 0, TOTAL
- O que é declividade equivalente constante? Determinar essa declividade para o perfil do curso d’água apresentado a seguir.
Cotas (m) Distância (m)
Distância (Li) (km)
Distância Acumulada (km)
Declividade por Segmento (Di)
( 5 ) (Si)
Li/Si
660 - 680 5800 680 - 700 500 700 - 720 3375 720 - 740 5000 740 - 760 750 760 - 780 1200 780 - 800 350 800 - 820 350 820 - 840 880 840 - 860 950 TOTAL
- (Questão 18 Prova de Hidrologia Concurso CPRM 2002 - Certo ou Errado) a) (item 1) Em um mapa feito na escala 1:25.000, a planimetria acusou o valor de 4.163 cm^2 para a área de uma bacia hidrográfica, e foram totalizados os seguintes comprimentos dos cursos d’água na bacia.
