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HIDROLOGIA E RECURSOS HÍDRICOS CIV01343 Prof. D.Sc. Afonso Azevedo (LECIV/CCT) Aula 01: Introdução a Disciplina O objetivo desta disciplina é apresentar aos alunos uma visão relacionada a utilização dos recursos hídricos e o comportamento do movimento das águas na Terra, sob a perspectiva da Engenharia. Também é objetivo da disciplina a avaliação de fenômenos hidrológicos ligados a realidade brasileira, aspectos econômicos e sociais pertinentes aos recursos hídricos. Objetivo da Disciplina Ementa do Curso Ciclo hidrológico; Bacia hidrográfica; Hidrometeorologia; Precipitação; Infiltração; Evaporação; Escoamento superficial; Componentes de um sistema de recursos hídricos; Controle de enchentes e inundações; Regularização de vazão e controle de estiagens; Dimensionamento de sistemas de drenagem urbana; Águas subterrâneas; Aspectos econômicos no aproveitamento de recursos hídricos: noções sobre aproveitamento hidroelétrico, navegação fluvial e irrigação. Bibliografia do Curso Notas de Aula (disponibilizadas no AVA); Villela, S.M. & Mattos A. (1975), "Hidrologia Aplicada", São Paulo, Ed. McGraw-Hill, 245 p; Righetto,A.M., (1998), Hidrologia e Recursos Hídricos, São Paulo, Ed. EESC-USP, 264 p; Tucci,C.E.M. (org)(1993), Hidrologia: ciência e aplicação, coleção ABRH, Vol 4, Porto Alegre, Ed. da Universidade/ABRH, 943 p. Outras bibliografias disponibilizadas. Toda a comunicação discente/docente será realizada através do Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA), usaremos o Google Classroom, que todos os alunos terão acesso através do e-mail institucional. Serão postados no AVA avisos, notas de aulas, atividades de acompanhamento, vídeos e outros materiais. Dúvidas e situações particulares deverão ser encaminhadas diretamente para o meu e-mail: afonso@uenf.br Método de condução da Disciplina mailto:afonso@uenf.br Metodologia de Avaliação Serão três instrumentos de acompanhamento discente ao longo do semestre letivo: A nota final da disciplina será a média ponderada das 3 provas P1 (30% de peso): • O primeiro instrumento avaliativo (P1), será de uma avaliação escrita presencial individual, com questões discursivas e/ou objetivas relacionada às aulas 01, 02 e 03. Será atribuída nota de 0 (zero) a 10 (dez) neste instrumento. P2 (40% de peso): • O segundo instrumento avaliativo (P2), será de uma avaliação escrita presencial individual, com questões discursivas e/ou objetivas relacionada às aulas 04, 05 e 06. Será atribuída nota de 0 (zero) a 10 (dez) neste instrumento. P3 (30% de peso): • O terceiro instrumento avaliativo (P3), será de uma avaliação escrita presencial individual, com questões discursivas e/ou objetivas relacionada às aulas 07, 08 e 09. Será atribuída nota de 0 (zero) a 10 (dez) neste instrumento. Metodologia de Avaliação Aos alunos que não obtiverem nota mínima de aprovação (6,0 pontos), serão submetidos a avaliação final (PF), que consiste em uma prova escrita individual valendo 10,0 pontos com toda a matéria do curso. Os discentes com MA inferior a quatro vírgula zero (4,0) serão reprovados diretamente, não tendo direito a avaliação final. Afinal, o que é Hidrologia? É a ciência que trata da água na Terra, sua ocorrência, circulação e distribuição, suas propriedades físicas e químicas e sua relação com o meio ambiente, incluindo sua relação com a vida (United State Federal Council Science and Technology). LOGOS (CIÊNCIA / ESTUDO) HIDROLOGIA HYDRO (ÁGUA) + = Hidrometeorologia Trata da água na atmosfera; Limnologia Estuda os lagos e reservatórios; Oceanografia Estuda os oceanos; Hidrogeologia Estuda as águas subterrâneas; OUTRAS... Potamologia Estuda os rios; Existem diferentes subáreas mais específicas, como por exemplo: É muito raro estudos baseados em subáreas isoladas. Em geral, existe uma inter-relação entre as subáreas!! Um pouco mais específica é a utilização da hidrologia na engenharia de recursos hídricos, por vezes também denominada engenharia hidrológica. Nesse caso, conforme Tucci (1993, p. 25-26), a hidrologia pode ser entendida como a: [...] área do conhecimento que estuda o comportamento físico da ocorrência e o aproveitamento da água na bacia hidrográfica, quantificando os recursos hídricos no tempo e no espaço e avaliando o impacto da modificação da bacia hidrográfica sobre o comportamento dos processos hidrológicos. Campos de Atuação com Influência da Hidrologia i) Abastecimento de água; ii) Projeto e construção de obras hidráulicas; iii) Drenagem; iv) Irrigação; v) Regularização de cursos d’água e controle de inundações; vi) Controle da poluição; vii)Controle de erosão; viii)Navegação; ix) Geração de energia (aproveitamento hidrelétrico); x) Operação de sistemas hidráulicos complexos; xi) Recreação e preservação do meio ambiente; xii)Recreação e preservação do meio ambiente. Tornando a análise um pouco mais geral, face ao caráter de escassez atribuído à água atualmente, sendo reconhecida a importância em preservar e usar racionalmente esse recurso, uma vasta gama de profissionais tem se dedicado a estudar a hidrologia, entre eles os engenheiros, economistas, químicos, biólogos, químicos, estatísticos, matemáticos, geólogos, agrônomos, geógrafos, etc. CRISE HIDRICA MUNDIAL!! Multidisciplinariedade em estudos de obras hídricas Geralmente, são necessários vários especialistas. Exemplo Construção de uma barragem em rio para armazenamento de água: Hidrólogo Seria responsável pela caracterização da área contribuinte ao reservatório. Especialista em hidráulica Caberia projetar o sistema de captação, bombeamento e distribuição da água. Biólogo Analisaria o impacto do barramento do rio sobre o ecossistema, em particular sobre a biota aquática. Entre outros... A importância da água na história da humanidade é identificada quando se observa que os povos e civilizações se desenvolveram às margens de corpos d’água, como rios e lagos. Os egípcios, por exemplo, utilizaram o rio Nilo para suas atividades agrícolas. Os povos da Mesopotâmia se localizavam entre os vales dos rios Tigre e Eufrates, além de outros povos que fizeram o mesmo. Breve histórico da hidrologia Diversos autores citam registros de que no Egito Antigo, na época dos faraós, existiram drenagem. obras Também de irrigação e na Mesopotâmia, na região conhecida como Crescente Fértil, entre os rios Tigre e Eufrates, a água já era usada para irrigação. Os filósofos gregos são considerados os primeiros a estudar a hidrologia como ciência. Por exemplo, Anaxágoras, que viveu entre 500 e 428 a. C, tinha conhecimento de que as chuvas eram importantes na manutenção do equilíbrio hídrico na Terra. Mas apenas na época de Leonardo da Vinci é que o ciclo hidrológico veio a ser melhor compreendido. Um fato relevante foi o realizado por Perrault, no século 17, que analisou a relação precipitação-vazão, comparando a precipitação com dados de vazão. Século 19 Início de medições sistemáticas de vazão e precipitação. Até a década de 30 Prevalece o empirismo, procurando descrever os fenômenos naturais, enquanto até a década de 50 é predominante o uso de indicadores estatísticos dos processos envolvidos. Século 20 (mais atual) Uso do computador em conjunto com o aprimoramento de técnicas estatísticas e numéricas, deu-se um grande avanço na hidrologia. Breve histórico da hidrologia Desenvolvimento de modelos matemáticos de previsibilidade futura!!! Considera-se, atualmente, que a quantidade total de água na Terra, estimada em cerca de 1.386 milhões de km³, tem permanecido de modo aproximadamente constante durante os últimos 500milhões de anos. Entretanto, as quantidades de água estocadas na Terra sob as diferentes formas (ou nos diferentes “reservatórios”) variaram substancialmente nesse período. Ocorrência de água na Terra Fonte: MMA-SRHU, 2007 Distribuição de água na Terra A água A água é um composto químico formado por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio (H2O); Ela pode receber uma grande quantidade de sais minerais, o que altera sua composição de líquido sem gosto, sem cor e sem cheiro para uma substância salgada, como a água encontrada no mar. Cerca de 70% da superfície da Terra é coberta por água, assim como a composição do corpo humano; portanto, sem esse líquido, o ser humano e outros seres vivos não existiriam. O homem tem atuado no meio ambiente de maneira negativa por meio do lançamento de esgotos não domésticosdomésticos e (despejos de comércio), além atividades agropecuárias indústrias e do exercício de que aumentam a poluição da água e limitam o seu abastecimento consumo para humano e dessedentação de animais. Com intuito de melhorar a qualidade e a oferta de água, são necessárias técnicas de tratamento de água e esgoto adequadas e que estejam de acordo com a aplicação e qualidade que se necessita para seu uso. Além disso, essas técnicas precisam estar de acordo com as exigências legais. Água doce Chama-se água doce a água que contém uma quantidade mínima de sais dissolvidos (ao contrário da água do mar, que é salgada). Através de um processo de potabilização, o ser humano consegue tornar a água doce em água potável, isto é, em água própria para o consumo, graças ao valor equilibrado dos seus minerais. A disponibilidade da água vem sendo ameaçada devido ao crescimento da população e ao aumento da demanda da quantidade de água para uso doméstico, da agricultura, da mineração, da produção industrial, da geração de energia e da silvicultura. Esse uso inapropriado pode tanto reduzir a disponibilidade da água, quanto piorar a sua qualidade. O consumo de água doce disponível está distribuído da seguinte maneira: 73% para irrigação; 21% para indústria; 6% para consumo humano. (Fundação das Nações Unidas para a Infância – UNICEF). Usos da Água Usos não consuntivos: não há consumo significativo. Geração de energia elétrica; Navegação fluvial; Recreação e harmonia paisagística; Aquicultura e pesca; Diluição e transporte de esgoto; Preservação da biota aquática; Alguns usos industriais (lavagem e resfriamento). Usos da Água Usos consuntivos: aqueles que efetivamente consomem água, pois o volume captado é maior que o devolvido ao corpo hídrico. Abastecimento público (doméstico e industrial); Dessedentação animal; Produção de alimentos com irrigação. Consumos de água na produção de alimentos Irrigação Maior usuário de água (70%); Área irrigável potencial de 29 milhões de ha; Área irrigada da ordem de 4,6 milhões de ha (8% do total passível de uso agrícola); 94% da área irrigada desenvolvida pelo setor privado; Crescimento médio de 10% em 35 anos; Responde por 16% da produção agrícola total e cerca de 25% do valor de mercado dos produtos agrícolas. Os recursos hídricos são a parcela de água doce disponível para seus diversos usos. Pode-se pensar que a água está acabando, atingindo a sua escassez, mas, na realidade, a água não aumenta nem diminui. Recursos Hídricos As variações climáticas Excessiva concentração populacional Atividades econômicas Aumento da demanda da água Alteração do regime de escoamento superficial Realimentação de aquíferos subterrâneos Poluição dos mananciais Os fatores que fazem com que tenhamos essa percepção de que a água está acabando são: Disponibilidade Hídrica A vazão natural de um rio é aquela que teve origem sem interferência humana. Já os reservatórios ou mananciais são utilizados para estocar e atender aos diversos usos da água. A disponibilidade hídrica pode ser dividida em superficial, com 95% de permanência e com um volume de 91 mil m³, e a subterrânea, que se distribui por todo território brasileiro em diferentes tipos de reservatórios, os aquíferos: Aquíferos Os aquíferos atingem cerca de 40 mil m³/s, ou 24% do escoamento médio dos rios em território disponibilidade nacional e 46% da hídrica superficial, conforme mostra o mapa a seguir: Tipos de aquíferos Aquíferos Porosos: Água armazenada nos espaços entre os grãos da rocha ou solo. Constituem os mais importantes aquíferos, pelo grande volume de água que armazenam, e por sua ocorrência em grandes áreas. Aquífero Cárstico: Água armazenada nos condutos e canais da rochas carbonáticas. As fraturas, devido à dissolução do carbonato pela água, podem atingir aberturas muito grandes, criando verdadeiros rios subterrâneos. Áquíferos Fraturados ou Fissurados: Água armazenada nas fraturas interconectadas da rocha. Nesses aquíferos o escoamento da água está limitado à direção das fraturas. AQUÍFERO GUARANI AQUÍFERO ALTER DO CHÃO AQUÍFERO POROSO Aquíferos Porosos Aquíferos Cársticos Aquíferos Fraturados ou Fissurados As principais vantagens do uso de águas subterrâneas são seu filtramento e purificação natural, determinando uma excelente qualidade. Além disso, não ocupam espaço em superfície e evitam o desmatamento que está diretamente ligado a mudanças climáticas e, consequentemente, a disponibilidade hídrica. Dentre as águas subterrâneas, o aquífero Guarani é o maior em água doce transfronteiriço no mundo, com um volume de 46 mil km³, localizado na região centro-leste da América do Sul, na fronteira entre Brasil, Paraguai, Uruguai e Argentina. O gráfico a seguir mostra que o volume de água disponível no Brasil é superior a vários continentes, porém a distribuição espacial deste recurso ocorre em áreas onde há menor demanda. Em nível mundial, a distribuição desigual da água é associada aos diferentes índices pluviométricos e a fatores geológicos. Distribuição da água no mundo Fonte: Unesco & WWAP. Os recursos hídricos de superfície no Brasil correspondem a uma vazão de 169.00 m³/s, ou quase 12% do total mundial. Na Figura a seguir, é mostrada a quantidade de recursos hídricos disponível no Brasil, ainda que essa distribuição seja desigual devido a precipitações de chuvas e densidade populacional principalmente, além da qualidade da água que nem sempre está disponível para abastecimento em função dos usos dos recursos hídricos. Distribuição da água no Brasil Referências Bibliográficas YAMAWAKI, Y., SALVI, L. T. Introdução à gestão do meio urbano. Curitiba: InterSaberes, 2013. SPERLING, M. V. Introdução à Qualidade das Águas e ao Tratamento de Esgotos. Vol. 1. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFMG. 240p. 2005. BRAGA, B. Introdução a Engenharia Ambiental. São Paulo. Prentice Hall, 2005. (Biblioteca Virtual). LIMA, J.D. Gestão de Resíduos Sólidos no Brasil. ABES, 2001. PHILLIPI Jr., Arlindo; GALVÂO, Alceu de Castro. Gestão do Saneamento Básico: Abastecimento de Água e Esgotamento Sanitário. São Paulo: Manole, 2012. CASTRO, A. A. Manual de Saneamento e Proteção Ambiental para Municípios Vol. 2. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFMG. 221p. 1996. POLETO, C. (org.) Bacias hidrográficas e recursos hídricos. 1a Ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2014. (Biblioteca Virtual). Slide 1: HIDROLOGIA E RECURSOS HÍDRICOS Slide 2: Objetivo da Disciplina Slide 3: Ementa do Curso Slide 4: Bibliografia do Curso Slide 5: Método de condução da Disciplina Slide 6: Metodologia de Avaliação Slide 7: Aos alunos que não obtiverem nota mínima de Slide8: Afinal, o que é Hidrologia? Slide 9: + Slide 10: Existem diferentes subáreas mais específicas, como por exemplo: Slide 11 Slide 12: Campos de Atuação com Influência da Hidrologia Slide 13: CRISE HIDRICA MUNDIAL!! Slide 14: Multidisciplinariedade em estudos de obras hídricas Geralmente, são necessários vários especialistas. Slide 15: Breve histórico da hidrologia Slide 16 Slide 17 Slide 18 Slide 19: Breve histórico da hidrologia Slide 20: Ocorrência de água na Terra Slide 21 Slide 22: Distribuição de água na Terra Slide 23: A água Slide 24 Slide 25 Slide 26 Slide 27: Água doce Slide 28: A disponibilidade da água vem sendo ameaçada devido ao crescimento da população e ao Slide 29 Slide 30: Geração de energia elétrica; Slide 31: Usos da Água Usos consuntivos: aqueles que efetivamente consomem água, pois o volume captado é maior que o devolvido ao corpo hídrico. Slide 32: Consumos de água na produção de alimentos Slide 33: Irrigação Slide 34: Recursos Hídricos Slide 35: Os fatores que fazem com que tenhamos essa percepção de que a água está acabando são: Slide 36: Disponibilidade Hídrica Slide 37: Aquíferos Slide 38: Tipos de aquíferos Slide 39 Slide 40 Slide 41 Slide 42: Distribuição da água no mundo Slide 43 Slide 44: Distribuição da água no Brasil Slide 45: Referências Bibliográficas