Bacia hidrogrfica

Dentro do interesse mais restrito da hidrologia, destaca-se a chamada

parte terrestre do ciclo hidrolgico, onde a atmosfera e os oceanos (ou

outros destinos da gua escoada) so substitudos por condies de contorno

adequadas. A principal vantagem desse mtodo que se pode voltar ateno

para uma extenso limitada da terra (uma bacia hidrogrfica) que constitui a

unidade espacial natural da hidrologia.

Bacia hidrogrfica, ou bacia de drenagem ou bacia de contribuio de

uma seco de um curso de gua, a rea geogrfica coletora de gua de

chuva que, escoando pela superfcie do solo, atinge a seco considerada.

Uma bacia hidrogrfica , por definio, uma determinada rea de

terreno que drena gua, partculas de solo e material dissolvido para um

ponto de sada comum, situado ao longo de um rio, riacho ou ribeiro.

Portanto, por essa definio, podemos concluir que dentro de uma bacia

hidrogrfica podem existir inmeras sub-bacias.

O tamanho de uma bacia a rea dessa superfcie, chamada rea de

drenagem, e que varia desde menos de um at alguns milhes de quilmetros

quadrados.

Delimitao de Bacias

Os terrenos de uma bacia so delimitados pelos seguintes dois tipos de

divisores de gua:

- Divisor topogrfico ou superficial, assim designado por ser a linha de

separao que divide as precipitaes que caem em bacias vizinhas e que

encaminha o escoamento superficial resultante para um ou outro sistema

fluvial.

- Divisor fretico em geral determinado pela estrutura geolgica do

terreno, sendo muitas vezes influenciado, tambm, pela topografia. Esse

divisor estabelece os limites dos reservatrios de gua subterrnea.

Tanto o escoamento superficial quanto o subterrneo caminham para o

thalveg ou lveo, que a linha que une os pontos de mnima cota das

sucessivas seces transversais da bacia.

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Alguns autores denominam de bacia hidrogrfica quando se considera

somente o escoamento superficial e bacia hidrogeolgica quando so

consideradas as contribuies do escoamento superficial e subterrneo.

Para definir o divisor topogrfico, as seguintes etapas devem ser

seguidas.

- Localiza-se, em uma carta ou planta planialtimtrica, a seo de sada da

bacia hidrogrfica.

- Salienta-se a rede fluvial para auxiliar na localizao do divisor.

- Destacam-se os pontos altos cotados, sinalizados com sinal x na figura.

- Traa-se a linha divisria de guas que deve contornar a bacia, comeando

pela foz do rio principal, seguindo pela linha de maior declive (que cruza

perpendicularmente as curvas de nvel) at o ponto de maior cota mais

prximo.

rea

A rea de uma bacia a rea plana definida pela projeo horizontal do

divisor de guas e seu valor multiplicado pela lmina da chuva precipitada

define o volume de gua recebido pela bacia.

Costuma-se considerar que a rea da bacia de drenagem aquela

determinada pelo divisor topogrfico.

Curvas caractersticas

Curva hipsomtrica

A curva hipsomtrica representa as reas de uma bacia hidrogrfica

situadas acima ou abaixo das diversas curvas de nveis. Esta pode ser

determinada pelo mtodo das quadrculas (a ser descrito para a

determinao da declividade da bacia) ou planimetrando-se as reas entre as

curvas de nvel.

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Curva das freqncias altimtricas

A curva das freqncias altimtricas um histograma (diagrama em

degraus) apresentando as superfcies compreendidas entre altitudes

escalonadas (por exemplo, de 100 m em 100 m, de 50 m em 50 m).

Altitudes caractersticas

Altitude mediana

Altitude mediana a altitude correspondente ao valor mdio do eixo

que representa as reas da bacia na curva hipsomtrica,

Altitude mais freqente

Altitude mais freqente a altitude correspondente a ordenada

mxima da curva das freqncias altimtricas.

Altitude mdia

A altitude mdia a altitude que resulta fazendo-se, graficamente, o

retngulo de rea equivalente a rea da curva hipsomtrica. L-se

diretamente.

Caractersticas Fsicas de Bacias Hidrogrficas

O escoamento num curso de gua condicionado a diversos fatores,

podendo ser divididos em dois grupos:

- Fatores climticos, mais ligados precipitao e

- Fatores fsicos.

14

As atividades antrpicas tais como desmatamento, reflorestamento e

urbanizao, entre outras, tm impactos considerveis sobre o

comportamento hidrolgico da bacia e, em particular, no que se refere

gerao de escoamento superficial.

Assim, um dos fatores fisiogrficos mais importantes que afetam o

escoamento o uso do solo.

Em qualquer bacia, as caractersticas do escoamento superficial so

influenciadas pelo tipo predominante de solo, devido capacidade de

infiltrao dos diferentes solos, que por sua vez resultado do tamanho dos

gros do solo, sua agregao, forma e arranjo das partculas.

Estudaremos aqui apenas as caractersticas fsicas das bacias

hidrogrficas. Os fatores climticos sero estudados a parte.

Os fatores fsicos mais importantes para caracterizar uma bacia

hidrogrfica so:

- Forma

- Declividade da bacia

- Declividade do curso de gua

- Tipo da rede de drenagem

- Densidade de drenagem

Forma

As grandes bacias hidrogrficas em geral apresentam forma de leque

ou de pra, ao passo que as pequenas bacias apresentam formas as mais

variadas possveis em funo da estrutura geolgica dos terrenos.

Entre os ndices propostos para caracterizar a forma da bacia sero

calculados o fator de forma e os ndices de compacidade e de conformao.

Estes ndices so utilizados para comparar bacias e para comporem

parmetros das equaes empricas de correlaes entre vazes e

caractersticas fsicas das bacias.

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Fator de Forma FF

O fator de Forma ou ndice de Gravelius expresso como sendo a

razo entre a largura mdia da bacia e o comprimento axial da mesma, na

seguinte forma.

L

BF

F

L: comprimento da bacia;

B: largura mdia = n

ii

Bn

1

O comprimento axial medido da sada da bacia at seu ponto mais

remoto, seguindo-se as grandes curvas do rio principal (no se consideram as

curvas dos meandros). A largura mdia obtida dividindo-se a rea da bacia

em faixas perpendiculares, onde o polgono formado pela unio dos pontos

extremos dessas perpendiculares se aproxime da forma da bacia real.

Uma bacia com fator de forma baixo menos sujeita a enchentes que

outra de mesmo tamanho e com maior fator de forma. Isso se deve ao fato

de que em uma bacia estreita e longa, com fator de forma baixo, h menos

possibilidade de ocorrncia de chuvas intensas cobrindo simultaneamente

toda sua extenso.

ndice de Compacidade - kc

O ndice de Compacidade definido como sendo a relao entre o

permetro da bacia e a circunferncia do crculo de rea igual da bacia.

A

PKc .28,0

Onde: P: permetro da bacia em km A: rea da bacia km2 Bacias que se aproximam geometricamente de um crculo convergem o

escoamento superficial ao mesmo tempo para um trecho relativamente

pequeno do rio principal. Caso no existam outros fatores que interfiram, os

menores valores de kc indicam maior potencialidade de produo de picos de

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enchentes elevados. Quanto mais irregular for a bacia, tanto maior ser o

coeficiente de compacidade. Um coeficiente mnimo, igual unidade,

corresponderia a uma bacia circular.

Se os outros fatores forem iguais, a tendncia para maiores enchentes

tanto mais acentuada quanto mais prxima da unidade for o valor desse

coeficiente.

ndice de Conformao - Fc

O ndice de conformao compara a rea da bacia com a rea do

quadrado de lado igual ao comprimento axial. Caso no existam outros fatores

que interfiram, quanto mais prximo de um (1) o valor de Fc, isto , quanto mais a forma da bacia se aproximar da forma do quadrado do seu

comprimento axial, maior a potencialidade de produo de picos de cheias

2L

AFc

Onde: A: rea da bacia

L: comprimento axial

Declividade da bacia

A declividade da bacia ou dos terrenos da bacia tem uma relao

importante e tambm complexa com a infiltrao, o escoamento superficial, a

umidade do solo e a contribuio de gua subterrnea ao escoamento do

curso de gua. um dos fatores mais importantes que controla o tempo do

escoamento superficial e da concentrao da chuva e tem uma importncia

direta em relao magnitude da enchente. Quanto maior a declividade,

maior a variao das vazes instantneas.

Uma dos mtodos mais completos de se medir a declividade mdia dos

terrenos da bacia, consiste em aplicar uma malha quadrada sobre a planta

planialtimtrica da bacia, como a da figura seguinte.

17

So definidas as declividades dos pontos de interseco da malha,

desenhando-se um segmento de reta (linha de maior declive que passa pelo

ponto) perpendicular s duas curvas de nvel anterior e posterior cota do

ponto e que passe pelo ponto. A declividade do ponto ser a diferena de

cotas das curvas de nvel dividida pelo comprimento desse segmento de reta.

A mdia das declividades desses pontos ser considerada a mdia das

declividades dos terrenos da bacia.

De outra forma, esse mtodo consiste em determinar a distribuio

porcentual das declividades normais s curvas de nvel em um grande nmero

de pontos na bacia.

Declividade do curso de gua

A velocidade de escoamento da gua de um rio depende da declividade

dos canais fluviais. Quanto maior a declividade, maior ser a velocidade de

escoamento. Obtm-se a declividade de um curso de gua entre dois pontos,

dividindo-se a diferena total de elevao do leito pela extenso horizontal

do curso de gua entre esses dois pontos, aqui chamado de linha S1.

L

HS

1

Um valor mais representativo e racional obtido traando-se no

grfico do perfil longitudinal uma linha S2, tal que a rea compreendida entre

ela e a abscissa seja igual rea compreendida entre a curva do perfil e a

abscissa.

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Utilizando o conceito cinemtico para o clculo da declividade, estima-

se a linha S3 que representa a declividade equivalente constante do lveo.

um ndice idealizado para representar o tempo de translao da gua ao longo

da extenso do perfil longitudinal. Se o curso de gua tivesse uma

declividade fictcia constante igual a essa declividade equivalente, o tempo

de translao seria o mesmo que o correspondente as declividades efetivas

do perfil longitudinal.

i

i

i

S

L

LS 2/1

3

Com ii

DS , onde i

D a declividade de cada trecho,

2

3

i

i

i

D

L

LS

19

Tipo de rede de drenagem

A rede de drenagem constituda pelo rio principal e seus afluentes. A

disposio em planta dos cursos de gua uma caracterstica muito

importante. Tal importncia se deve :

- Eficincia de drenagem: quanto mais eficiente for a drenagem, maior e mais

rpido se formar a enchente;

- Indicao da natureza do solo e das condies superficiais que existem na

bacia: solo arenoso (infiltrao elevada, somente com escoamento

principal), solo argiloso (baixa infiltrao, com rede bem ramificada).

Classificao dos Cursos de gua

De grande importncia no estudo das Bacias Hidrogrficas o

conhecimento do sistema de drenagem, ou seja, que tipo de curso de gua

est drenando a regio. Baseado na constncia de escoamento, os cursos de

gua so classificados como:

- Perenes, que contm gua durante todo o tempo, o lenol subterrneo

mantm uma alimentao contnua e no desce nunca abaixo do leito do

curso de gua, mesmo durante as secas mais severas.

- Intermitentes, que, em geral, escoam durante as estaes de chuvas e

secam nas estiagens.

- Efmeros, que existem apenas durante ou imediatamente aps os perodos

de precipitao e s transportam escoamento superficial.

Ordem dos cursos de gua

A classificao dos rios quanto ordem reflete no grau de ramificao

ou bifurcao dentro de uma bacia. Os cursos de gua maiores possuem seus

tributrios, que por sua vez possuem outros at que se chegue aos minsculos

cursos de gua da extremidade.

20

As correntes formadoras, isto , os canais que no possuem tributrios

so considerados de primeira ordem. Quando dois canais de primeira ordem

se unem formado um segmento de segunda ordem. A unio de dois rios de

mesma ordem resulta em um rio de ordem imediatamente superior; quando

dois rios de ordem diferentes se unem formam um rio com a ordem maior dos

dois. Assim esto classificados os rios da bacia mostrada na figura seguinte.

Densidade de drenagem

A densidade de drenagem indica a eficincia da drenagem na bacia.

definida pela relao entre o comprimento total dos cursos de gua (pode ser

medido na planta topogrfica com um barbante ou com um curvmetro) e a

rea de drenagem.

A

LDd

Onde: L : comprimento total dos cursos de gua

A : rea de drenagem (rea da bacia)

Quanto mais eficiente o sistema de drenagem, ou seja, quanto maior a

densidade de drenagem da bacia, mais rapidamente a gua do escoamento

superficial originada da chuva chegar sada da bacia, gerando hidrogramas

(grficos que relacionam a vazo no tempo) com picos maiores e em menores

intervalos de tempo.

21

Exemplos

4- Traar o divisor de guas para uma bacia hidrogrfica da figura seguinte.

Considere escala de 1:50.000.

22

5- Calcular a rea da bacia do exemplo 4, utilizando a seguinte expresso

2/)..(11 nnnn yxyxA , na qual xn e yn so pontos escolhidos de

forma a bem representarem a rea da bacia anteriormente delimitada.

Utilize a seguinte tabela.

Ponto nx ny nn yx .1 1. nn yx

Somatrio

23

6- Os dados da tabela abaixo foram obtidos levantando-se as reas entre as

curvas de nvel de uma bacia. Desenvolver a curva hipsomtrica da mesma.

Cotas

(m)

Ponto

mdio

(m)

rea

(km2)

rea

acumulada

(km2)

% %

Acumulada

Pto mdio

X

rea

940 920 1,92

920 900 2,9

900 880 3,68

880 860 4,07

860 840 4,60

840 820 2,92

820 800 19,85

800 780 23,75

780 760 30,27

760- 740 32,09

740 720 27,86

720- 700 15,45

700 680 7,89

Total 177,25

24

7- Fazer a curva das freqncias altimtricas do exemplo anterior.

8- Calcular a altitude mdia com os dados da tabela do exemplo 6.

8- Calcule o fator de forma da bacia anteriormente delimitada no exemplo 4.

25

9- Calcular o ndice de compacidade de uma bacia com 100km2 de rea e

permetro de 54 km.

10- Dizer qual das bacias seguintes apresenta maior potencial de produo de

picos de cheia. Observe que as trs bacias possuem a mesma rea,

entretanto so dispostas de maneiras diferentes com relao ao rio

principal.

26

9- Calcular o ndice de conformao da bacia delimitada anteriormente no

exemplo 4, comparando-a com as do exemplo anterior.

11- Determinar a declividade media de uma bacia na qual se realizou a

determinao da declividade de 358 pontos, resultantes do traado de

um quadriculado de um quilmetro de lado, utilizando um mapa na escala

1:50.000, obtendo-se a srie de valores apresentada na tabela seguinte.

Declividade

m/m

Nmero

de

ocorrncias

Porcentagem

do

total

Porcentagem

acumulada

Declividade

mdia do

intervalo

Coluna 2

X

Coluna 5

0,0000 0,0049 9

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 358

27

12- Calcule as declividades S1 e S3 com os dados da tabela seguinte.

Cotas

m

Distncia

iL

m

Declividade

iD

m/m ii

DS ii SL /

660 - - - -

680 7.100

700 500

720 3.375

740 5375

760 850

780 1330

800 350

820 350

840 880

860 950

880 400

900 540

Soma - -

13- Calcular a densidade de drenagem da bacia abaixo.