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Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 1 GOVERNO DO BRASIL Presidente da República LUIZ INÁCIO LULA DA SILVA Ministro da Educação FERNANDO HADADD Secretário de Educação a Distância CARLOS EDUARDO BIELSCHOWSKY Reitor do IFRN BELCHIOR DA SILVA ROCHA Coordenador da DETED ERIVALDO CABRAL Coordenadora da UAB ANA LÚCIA SARMENTO HENRIQUE Coordenadora Adjunta da UAB ILANE CAVALCANTE Coordenadora do Curso de Tecnologia em Gestão Ambiental NARLA SATHLER MUSSE GESTÃO DOS RECURSOS HÍDRICOS – AULA 08 Professor Pesquisador/Conteudista ROBERTO PEREIRA Coordenação da Produção de Material Didático ARTEMILSON LIMA Design Instrucional ILANE CAVALCANTE Coordenação de Tecnologia ELIZAMA LEMOS Revisão Linguística KLÉBIA DE SOUZA ELIZETH HERLEIN Formatação Gráfica MARCELO POLICARPO EDICLEIDE PINHEIRO LUCIANA DANTAS JOSERILDE FERREIRA Ilustrador MARCELO POLICARPO EDICLEIDE PINHEIRO LUCIANA DANTAS JOSERILDE FERREIRA Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 2 Aula 08 Conteúdo: BACIA HIDROGRÁFICA: UNIDADE BÁSICA DA HIDROLOGIA APRESENTANDO A AULA Você já parou para pensar que onde quer que estejamos estamos sobre uma bacia hidrográfica? Também já parou para pensar por que uma precipitação que cai em uma bacia hidrográfica não escoa para outra? Sabe por que há regiões que, independente dos efeitos hidrometeorológicos, como a quantidade das chuvas, ficam bem mais evidentes os processos de inundações ou mesmo a degradação do solo como a erosão? Pois bem, nesta aula buscaremos essas respostas e aprenderemos também que bacia hidrográfica não se refere unicamente ao escoamento superficial. Assim, sucessos a todos e daqui para frente deverão procurar observar como as atividades antrópicas modificam as características hidrológicas e físicas de cada bacia. DEFININDO OBJETIVOS Ao final desta aula, você deverá ser capaz de: - identificar processos hidrológicos de uma bacia em meio poroso; - compreender a relação entre bacia hidrográfica e bacia hidrogeológica; - apresentar algumas características físicas de uma bacia hidrográfica, as quais podem ter relação com o escoamento na mesma. Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 3 ASPECTOS CONCEITUAIS DE BACIAS HIDROGRÁFICAS As bacias hidrográficas representam a unidade básica da hidrologia superficial (Figura 01) uma vez que refletem todos os processos hidrológicos e constituem o principal objetivo das pesquisas e cálculos do balanço hídrico. Com base nos balanços das bacias (ou sub-bacias) individuais, são calculados os balanços hídricos gerais e avaliados os recursos hídricos de diversos países, regiões e continentes. A bacia hidrográfica ou bacia de drenagem é uma área definida topograficamente, drenada por um curso d’água ou um sistema de cursos d’águas perenes e/ou temporários que formam a rede hidrográfica, de tal modo que toda vazão efluente é descarregada através de uma única saída, a Figura 01 – Armazenamentos e transferências de água dentro de bacias de drenagens (Summerfield, Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 4 exutória, desembocadura ou foz da bacia. É bom lembrar que os afluentes/tributários são os cursos que encontram o rio principal na confluência. O subafluente encontra o afluente do rio principal, pois os rios mais importantes são aqueles que têm maior número de afluentes. Geralmente, a única entrada de água em uma bacia é a precipitação (Figura 01), o que implica que todos os demais fluxos superficiais e subterrâneos são originários dela. O componente subterrâneo é denominado deflúvio básico da bacia ou fluxo de base, o qual é realimentado anualmente através da percolação na bacia, todavia quando é somado ao deflúvio superficial, se existir, definem o deflúvio total (runoff total) de uma bacia ou produção da bacia no ponto de descarga. Quanto mais impermeabilizada, maior será o escoamento superficial. A variação anual do deflúvio total é denominada de regime de um rio. De uma forma simples, uma bacia hidrográfica é uma área de drenagem, convergindo para um ponto de descarga de água, o qual pode ser o mar, lago ou cavernas. Assim, de acordo com o escoamento global, as bacias de drenagem podem ser classificadas em (CHRISTOFOLETTI, 1980): exorréicas: bacias que deságuam diretamente no mar; endorréicas: bacias cujas drenagens são internas e não possuem escoamento até o mar, desembocando em lagos, ou dissipando-se nas areias do deserto, ou perdendo- se nas depressões cársicas; arréicas: quando não há qualquer estruturação em bacias, como nas áreas desérticas, sendo comum a denominação bacia de escoamento difuso, justamente devido às elevadas infiltrações; criptorréicas: quando as bacias são subterrâneas, como nas áreas cársticas. Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 5 Portanto, a bacia hidrográfica é delimitada, fisicamente, pelos divisores de águas superficiais, divisores topográficos ou ainda interflúvios, os quais unem pontos de máxima cota (exceto a sua exutória) e dividem as precipitações que caem em bacias vizinhas, pois sobre eles as águas vertem para um lado e para outro (figura 02). Esse divisor representa as partes mais elevadas do relevo, como os planaltos e montanhas, e segue uma linha rígida e fixa definindo a área da qual provém o deflúvio superficial da bacia. Figura 02 – Representação esquemática de uma bacia hidrográfica (A) com seu perfil longitudinal FF’ representando de montante (nascente) para jusante (foz) o seu alto curso ou curso superior, médio curso ou curso intermediário e baixo curso ou curso inferior. Em (B) vemos o perfil transversal EE’ detalhado ( (Modificado de RAMOS, 1989). Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 6 Em termos práticos, este divisor topográfico ou limite de cada bacia pode ser encontrado em laboratório através de uma visão tridimensional em fotografias aéreas ou pelas curvas de nível em mapas topográficos (Figura 03), à semelhança do que já foi discutido na aula 07 para os mapas de fluxos subterrâneos, já que estas curvas podem representar qualquer superfície, considerando o nível do mar como um nível de referência com altitude zero. Os trabalhos de campo irão fazer a confirmação final. Veja também que, conforme a escala de observação, cada segmento formador de drenagem de uma bacia maior pode constituir uma sub- bacia (Figura 04). Assim, em todo trabalho de recursos hídricos, é necessário saber em qual contexto me encontro. Figura 03 – Bacia hidrográfica delimitada pelo divisor topográfico (em vermelho). Fonte: www.prof2000.pt/.../interfluvios.jpg. Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 7 Por fim, quais são as partes de um perfil transversal de um vale fluvial? Lembrando que vale fluvial é a própria depressão topográfica de uma bacia temos, assim, os seguintes elementos (Figura 05): Leito: é a superfície por onde correm as águas do rio, nos períodos normais e de cheias; Margens: são os lados do leito fluvial; Talvegue: é o ponto mais fundo do leito de um rio, os quais unidos definem uma linha; Vertentes: são as partes do vale que se estendem desde as margens até os interflúvios; Figura 04 – Sub-bacias da bacia hidrográfica da Cachoeira das Pombas Guanhães, MG, 2004. Fonte: www.scielo.br/.../rarv/v30n5/a19fig01.gif http://www.scielo.br/.../rarv/v30n5/a19fig01.gif� Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 8 Planícies fluviais: é o local situado entre a margem e o começo da vertente, justamente onde o rio transborda e deposita os sedimentos. Os terraços fluviais são vestígios das antigas planícies, geralmente situados em níveis topográficos mais altos. Figura 05 – Perfil transversal de um rio (Fonte: oguiageografico.files.wordpress.com/2008/09/p...Acessado em 01/05/09). Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 9 ATIVIDADE 01 Agora, pare um pouco e responda a atividade a seguir. Ela deve ser feita antes de prosseguir nos estudos da aula. Caso você não se sinta seguro(a) para resolvê-la, retome a leitura do conteúdo ao qual ela se refere. Com base no que estudamos sobre os conceitos iniciais: 01. Identifique os fluxos de entrada e saída de uma bacia. 02. Por que os escoamentos saem unicamente pelo ponto de descarga de uma bacia? 03. Como é chamado o escoamento subterrâneo em uma bacia? 04. Como se definem os divisores topográficos? BACIAS HIDROGRÁFICAS E BACIAS HIDROGEOLÓGICAS Para falar deste item poderemos iniciar perguntando qual a origem dos divisores topográficos. As bacias hidrográficas típicas se formam por erosão pluvial sobre qualquer tipo de material geológico, sendo seus altos bem definidos por este processo. Por outro lado, isto não acontece no caso de regiões de sedimentos eólicos, como as dunas, pois não há uma continuidade bem definida dos altos topográficos uma vez que se originaram por acumulações de sedimentos. E existem outros tipos de divisores? Certamente, pois os terrenos de uma bacia são delimitados por dois tipos de divisores de água: um divisor topográfico ou superficial, como já se comentou, e um divisor freático ou subterrâneo. O segundo é, em geral, determinado Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 10 pela estrutura geológica dos terrenos, sendo muitas vezes influenciado também pela topografia (Figura 06), além da própria heterogeneidade das infiltrações, perdas subterrâneas e variação espacial das chuvas promovendo recarga diferencial. Dessa maneira, conforme Cleary (1989), um divisor de água subterrânea separa dois corpos de água subterrânea, de tal modo que não existe intercâmbio entre eles, ou seja, o fluxo através dessa linha é considerado nulo. Esse autor acrescenta que, similarmente às bacias hidrográficas superficiais, pode ser, às vezes, hidrologicamente conveniente, definir as bacias subterrâneas de um rio ou lago devido à ausência de escoamento superficial. Conforme se aprendeu, para se definir a bacia hidrogeológica, é só traçar uma linha, dividindo ao meio os altos hidráulicos nos mapas de fluxos da região, da mesma forma que a figura 03. Conforme Cleary (1989), dependendo de como as bacias hidrogeológicas são definidas, os contornos das mesmas podem ser muito próximos àqueles das bacias hidrográficas superficiais. Fetter (1994) aponta, simplesmente, que não necessariamente coincidem. Villela e Mattos (1975) defendem que as áreas demarcadas por esses divisores dificilmente coincidem com exatidão. Devido à dificuldade de se determinar, precisamente, o divisor freático, uma vez que ele não é fixo e nem permanente, mudando de posição com as flutuações do lençol, costuma-se considerar que a área da bacia de drenagem subterrânea é aquela mesma, determinada pelo divisor topográfico, como já foi dito. Pode também, em situações especiais pelo desaparecimento dos divisores hidrogeológicos ou pela não coincidência dos divisores (Figura 06), haver fuga de água subterrânea, da bacia onde ocorreu a precipitação para outra bacia, constituindo um aspecto importante do cálculo do balanço Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 11 hídrico de pequenas bacias, visto que, nas grandes bacias, essa fuga pode ser desprezível. Todd (1959) ressalta que uma bacia de água subterrânea pode ser definida como uma unidade fisiográfica que contém um grande ou vários aquíferos ligados e inter- relacionados. Desse modo, acrescenta que o conceito de bacia de águas subterrâneas tornou-se importante, nos últimos anos, com a compreensão de que o aproveitamento excessivo da água subterrânea, em uma porção da bacia, afeta diretamente o abastecimento do resto da bacia. QUAL A IMPORTÂNCIA DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DAS BACIAS HIDROGRÁFICAS? Villela e Mattos (1975) comentaram que as características físicas de uma bacia tais como a topografia, a cobertura vegetal, o tipo de solo, a litologia e a estrutura das Figura 06 – Corte transversal de uma bacia com seus divisores topográficos e subterrâneos (Modificado de VILLELA e MATTOS, 1975). Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 12 rochas da bacia, são elementos de grande importância em seu comportamento hidrológico. De fato, existe uma estreita correspondência entre o regime hidrológico e estes elementos, sendo, portanto, de grande utilidade prática o conhecimento desses elementos. Desse modo, Summerfield (1997) conclui que muitas características das bacias de drenagem podem ser expressas quantitativamente (índices) para que sirvam de comparação com outras bacias (regiões hidrológicas) e obter informações hidrológicas, quando faltem as mesmas. Assim, apenas algumas dessas características físicas das bacias hidrográficas serão apresentadas a seguir, pois o assunto é muito vasto. Padrões de Drenagem: os padrões de drenagens são aspectos geomorfológicos que devem ser observados, uma vez que traduzem informações da geologia e podem influenciar na velocidade dos escoamentos na bacia, entre outros aspectos. Existem alguns tipos básicos, tal como mostrado na figura 07. A - Dentrítica B - Treliça Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 13 Características Geológicas e Pedológicas: segundo Magalhães (1989), a pedologia e geologia da bacia determinam a infiltração e a percolação das águas no meio poroso, de acordo com a maior ou menor permeabilidade e, por conseguinte, produz alterações significativas no regime hidrológico da bacia. Beltrame (1994) também retrata que essas características físicas podem contribuir para uma menor ou maior capacidade de degradação dos recursos naturais de uma bacia, como as suscetibilidades à erosão. Hierarquia Fluvial: a ordem dos rios é uma classificação que reflete o grau de ramificação ou bifurcação dentro de uma bacia, a qual indicará, portanto, a maior ou C – Retangular D - Paralela E - Radial F - Anelar Figura 07 – Padrões de drenagem básicos (CHRISTOFOLETTi,1980). Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 14 menor velocidade com que a águadeixa a bacia hidrográfica. Como critérios de ordenamento dos canais da rede de drenagem, destacam-se o Strahler (1957) (Figura 08). Neste método são considerados de primeira ordem as correntes formadoras; quando dois canais de primeira ordem se unem é formado um segmento de segunda ordem; a junção de dois rios de segunda ordem dá lugar à formação de um rio de terceira ordem e, assim, por diante. Desse modo, a ordem do rio principal mostra a extensão da ramificação na bacia. Existe ainda o critério de Horton (1945), embora menos usado, pode ser utilizado para classificar o rio principal de uma bacia hidrográfica. Área da Bacia (A): é toda área drenada pelo conjunto do sistema fluvial, projetada em um plano horizontal. Determinado o perímetro da bacia incluso entre seus divisores topográficos, a área pode ser calculada com o auxílio do planímetro, de papel milimetrado, pela pesagem de papel uniforme devidamente recortado ou através de técnicas mais sofisticadas, com o uso do computador. A área é o elemento básico para o cálculo das outras características físicas e é Figura 08 – Sistema de ordenamento de canais de Strahler (1975) Fonte: www.epa.gov/watertrain/stream/s29.jpg. Acessado em 02/05/09. http://www.epa.gov/watertrain/stream/s29.jpg� Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 15 expressa em Km2. Segundo Tucci (1993) a área é um dado fundamental para definir a potencialidade hídrica da bacia hidrográfica, porque seu valor multiplicado pela lâmina de chuva precipitada define o volume de água recebido pela bacia. Forma da Bacia: segundo Magalhães (1989), é intuitivo que exista uma relação entre o hidrograma e a área da bacia e por isso inúmeras fórmulas empíricas procuram correlacionar vazões com essa grandeza espacial. No entanto, bacias de mesma área, declividade e solo, podem produzir hidrogramas bem diferentes dependendo da sua forma geométrica (Figuras 9). Villela e Mattos (1975), por sua vez, comentam que a forma de uma bacia hidrográfica é importante devido ao tempo de concentração, o qual é definido como o tempo necessário, a partir do início da precipitação, para que toda a bacia contribua na seção em estudo. Em outras palavras, é o tempo que leva a água dos limites da bacia para chegar à saída da mesma. Em geral as bacias hidrográficas dos grandes rios apresentam a forma de uma pera ou de um leque, mas as bacias variam muito no formato, dependendo da estrutura geológica do terreno. Densidade de Drenagem: exprime o quanto uma região é bem drenada (canais efêmeros, intermitentes e perenes). Segundo Christofoletti (1980), a densidade de drenagem (Dd) correlaciona o comprimento total dos canais Figura 09 – Influência da forma da bacia no hidrograma (Magalhães, 1989) – gráfico que correlaciona a vazão (m3/s) e o tempo. Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 16 de escoamento (Lt) com a área da bacia hidrográfica (A), podendo ser calculada pela equação Dd = Lt / A. À medida que diminui o valor numérico da Dd, há diminuição quase proporcional do tamanho dos componentes fluviais das bacias de drenagem. Veja que nas rochas de granulometria mais fina (ou impermeáveis) a infiltração encontra maior dificuldade, gerando possibilidades para a esculturação de canais. O contrário se verifica com as rochas de granulometria grossa. Segundo Villela e Mattos (1975), pode-se afirmar que este índice varia de 0,5 Km / Km2, para as bacias com drenagem pobre, a 3,5 ou mais, para as bacias excepcionalmente bem drenadas. Conforme Tucci (1993), uma forma mais simples de representar a densidade de drenagem é calcular a Densidade de Confluências (DC) = NC / A, onde NC é o número de confluências ou bifurcações apresentadas pela rede de drenagem. Características do Relevo de uma Bacia: segundo Villela e Mattos (1975), o relevo de uma bacia 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, a evaporação etc são funções de altitude da bacia. Estas costumam ser representadas pela Curva Hipsométrica (Relação de Área versus Altitude), ou seja, calculando-se as áreas existentes entre cada faixa altimétrica e colocando-se os valores obtidos em um gráfico no qual, em ordenadas, estão assinaladas as altitudes (em metros), e nas abscissas a área (em Km2), ter-se-á uma linha que é a curva hipsométrica. Pode – se definir quantos % da área da bacia se encontram em determinada elevação (Figura 10). Existe também o que se chama de mapa hipsométrico, similarmente aos mapas de declividade, os quais podem ter muitas Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 17 aplicações na orientação do uso e ocupação do solo na bacia com as fragilidades naturais (Figura 11). Figura 10 – Curva hipsométrica da bacia hidrográfica do córrego Romão dos Reis, Viçosa, MG, 2004. Fonte: www.scielo.br/.../rarv/v31n5/a17fig06.gif. Acessado em 02/05/09. Figura 11 – Mapa hipsométrico, onde cada cor revela uma faixa de altitude. Fonte: www.esteio.com.br/imagens/se-LhipsoCurva.jpg. Acessado em 02/05/09. http://www.scielo.br/.../rarv/v31n5/a17fig06.gif� http://www.esteio.com.br/imagens/se-LhipsoCurva.jpg.%20Acessado%20em%2002/05/09� Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 18 ATIVIDADE 02 Essa atividade ajudará a sistematizar as informações que você acabou de receber. Com base no que estudamos resolva: 01. Todas as bacias possuem divisores hidrogeológicos e topográficos? 02. Identifique qual dos dois hidrogramas da figura 09 é mais evidente de bacias sujeitas às inundações. 03. Utilize o critério de Strahler (1957) para definir a ordem desta bacia. RESUMINDO Nesta aula, você aprendeu o conceito de bacia hidrográfica e que o seu ponto de descarga pode ser também um lago ou cavernas calcárias. Aprendeu ainda que, conforme a escala de observação, pode-se ter sub-bacias dentro de uma mesma bacia, da mesma forma que se pode ter uma bacia de um lago dentro de outra maior. Aprendeu, ainda, que aspectos hidrológicos e características físicas influenciam no escoamento superficial e subterrâneo, bem como na própria conservação do solo diante dos processos erosivos. Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08 – Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 19 LEITURAS COMPLEMENTARES A leitura do capítulo 04 “A análise de bacias hidrográficas” do livro Geomorfologia permitirá que você compreenda mais detalhadamente os diversos índices físicos de uma bacia hidrográfica. Disponível em: CHRISTOFOLETTI, A. 1980. Geomorfologia. 2 ed. São Paulo: Edgar Blucher,. 188 p.. AVALIANDO SEUS CONHECIMENTOS Utilizando o mapa do exercício 02 e a leitura complementar anterior, aplique o critério de Horton (1945) para determinar o rio principal. CONHECENDO AS REFERÊNCIAS BELTRAME, A.V. 1994. Diagnóstico do meio físico de bacias hidrográficas: modelo e aplicação. Editora da UFSC. Campus Universitário. Florianópolis/SC. 111 p.. CHRISTOFOLETTI, A. 1980. Geomorfologia. São Paulo, Edgar Blucher, 2 edition. 188 p.. GUERRA, A.J.T. & CUNHA, S. B. 1994. Geomorfologia: uma atualização de bases e conceitos. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil. Rio de Janeiro. 458 p.. Gestão dos Recursos Hídricos – Aula 08– Bacia hidrográfica: unidade básica da hidrologia. Tecnologia em Gestão Ambiental a Distância 20 MAGALHÃES P.C. 1989. Águas Subterrâneas. In: Coleção ABRH, ed. Engenharia Hidrológica, vol. 2. ABRH/Editora UFRJ. p. 201 - 289. SUMMERFIELD, M.A. 1997. Global geomorphology: An introduction to the study of landforms. Essex: Longman Scientific & Technical. 6 ed. 537 p.. TUCCI, C.E.M. (org.). 1993. Hidrologia - Ciência e Aplicação. Porto Alegre, Ed. da Universidade: ABRH/EDUSP. 943 p.. VILLELA, S.M.; MATTOS, A. 1975. Hidrologia Aplicada.São Paulo, McGraw-Hill do Brasil. 245 p.. A leitura do capítulo 04 “A análise de bacias hidrográficas” do livro Geomorfologia permitirá que você compreenda mais detalhadamente os diversos índices físicos de uma bacia hidrográfica.