Apostila Hidrologia I - Introdução à Hidrologia básica
Luís Cláudiorow
Luís Cláudio Marques | comentários
Arquivado no curso de Engenharia Ambiental na UNIFAL-MG
CURSO: TECNOLOGIA EM GESTÃO
Profa Rosangela Zampero
Calendário geral do semestre de 2009
Avaliação Formal 01
Avaliação Formal 02
"Água é a seiva do nosso planeta. Ela é a condição essencial da existência de todo ser vegetal, animal ou humano. Sem ela não poderíamos conceber a atmosfera, o clima, a vegetação, a agricultura ou a cultura".
(Declaração Universal dos Direitos da Água, Unesco, 1992)
1-INTRODUÇÃO DA HIDROLOGIA 1
Hidrologia é, em um sentido amplo, a ciência que se relaciona com a água. Como ela se relaciona com a ocorrência primária de água na Terra, é considerada uma ciência natural. Por razões práticas, no entanto, a hidrologia restringe-se a alguns de seus aspectos, por exemplo, ela não cobre todo o estudo sobre oceanos (oceanografia) e também não se preocupa com usos médicos da água (hidrologia médica ou a Crenoterapia.
0 termo tem sido usado para denotar o estudo da água sobre a superfície da Terra, enquanto que outros termos como hidrografia e hidrometria têm sido usados para denotar o estudo da água na superfície. No entanto, esses termos têm agora significados específicos:
Hidrologiase refere à ciência da água.
Os insucessos que vinham acontecendo anteriormente com as obras nas calhas dos rios, resultantes principalmente de estimativas insuficientes de vazões de enchentes, traziam conseqüências desastrosas que se agravam com a ampliação do porte das obras e o crescimento das populações ribeirinhas, bem como, com as repercussões do colapso operacional desses empreendimentos sobre a economia das nações.
Entretanto, as primeiras notícias sobre a preocupação dos homens com os fenômenos hidrológicos remontam ao antigo Egito à Mesopotâmia, à Índia e à China, há alguns milhares de anos antes de Cristo. Aproximadamente no ano 3000 a.C., os egípcios construíram no rio Nilo, a mais ou menos 30 quilômetros ao sul da atual cidade do Cairo, a barragem de Sadd-el-Kafara, em alvenaria de pedra, com cerca de 100 metros de extensão e dez metros de altura, presumivelmente para abastecimento de água potável, finalidade rara entre as obras da época, cuja quase totalidade consistia em canais, com o objetivo de promover a irrigação das terras pelo aproveitamento das enchentes dos rios. Essas obras de engenharia hidráulica eram realizadas em bases totalmente empíricas;
as que tinham um bom desempenho eram copiadas, as que sofriam desastres eram alteradas naquilo que se julgasse ser a causa do erro.
A idéia predominante, na época, entre os gregos, incluindo-se Platão, Aristóteles (384 - 322 a.C.) e Tales de Mileto, era a de que as fontes e os mananciais existentes nos continentes, inclusive no alto de serras e cordilheiras, eram abastecidos por reservatórios subterrâneos inesgotáveis, existentes a grandes profundidades.
Foi Marcus Vitruvius, arquiteto romano que viveu na época de Cristo, quem admitiu que a chuva que caía nas altas montanhas, infiltrava-se e ressurgia no sopé das elevações, formando os rios. Foi a primeira teoria de infiltração que rompeu os tabus dos conceitos antigos consolidados na época.
Esses preconceitos e essas teorias dominaram o pensamento humano até fins do século XVII, apresentando como únicas honrosas exceções, Leonardo da Vinci e Bernard Palissy. Da Vinci (1542-1519) explicou a salinidade dos mares pela ação das águas continentais que se infiltravam, dissolviam e carreavam os sais do subsolo para os oceanos, onde esses sais permaneciam. Palissy concebeu uma teoria da infiltração como hoje é aceita, pela qual as águas infiltradas iam formar as fontes e nascentes, todas as águas tendo como origem às precipitações. Essas idéias revolucionárias somente foram confirmadas e consagradas pelos estudos de Pierre Perrault (1608-1680), Edmé Mariotte (1620-1684) e Edmond Halley (1656-1742), franceses os dois primeiros, sendo o último o célebre astrônomo inglês. Foram eles os primeiros que puderam demonstrar, quantitativamente, as idéias de Palissy e Da Vinci, criando, dessa forma, uma hidrologia conceitualmente científica, libertando-a do subjetivismo a que, até então, estava subordinada.
Na segunda metade do século XIX e no século XX, os Estados Unidos trouxeram uma notável contribuição para o desenvolvimento da ciência hidrológica, como conseqüência ou necessidade de seu desenvolvimento econômico e tecnológico. Podem-se citar nomes como os de Robert Manning, Allen Hazen, Adolph F. Meyer, Oscar E. Meinzer, Le Roy K. Sherman, Hans Albert Einstein, W. E. Fuller, R. E. Horton, R. K. Linsley, F. F. Snyder, Ven Te Chow, entre outros.
Entre as organizações e entidades européias que se destacaram no desenvolvimento da Hidráulica e de Hidrologia pode-se mencionar o Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), em Lisboa; o Institute of Hidraulic Engineering (IHE), em Delft, Holanda; o Wallingford Experimental Station (WES) em Wallingford, Inglaterra; o Laboratoire National d'Hydraulique (LNH) em Chatou,
França; o Institut de Mécanique de Grenoble (IMG); a Societé Grénobloise d'Amenagéments Hydrauliques (SGAH) em Grenoble, França; dentre outros.
O Brasil desde Maurício de Nassau possuiu ou produziu alguns dos hidrólogos e hidráulicos mais respeitados no Mundo, tais como Saturnino de Brito, Saturnino de Brito Filho, Hildebrando Góes, Lucas Nogueira Garcez, Pedro Parigot de Souza, José Martiniano de Azevedo Netto, Flavio Lyra,Díocles Rondon, Theophillo Ottonni, Marco Siciliano, Jorge Rios, André Balança dentre outros. Diversas organizações públicas e privadas se destacaram, principalmente no século XX e contribuíram para o desenvolvimento dos estudos, projetos e pesquisas nas áreas relacionadas com a Hidráulica, em geral, e com a Hidrologia, em particular, podendo-se citar: Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental (ABES); Associação Brasileira de Recursos Hídricos (ABRH); Associação Brasileira de Águas Subterrâneas (ABAS); Associação Brasileira de Irrigação e Drenagem (ABID); Departamento Nacional de Obras de Saneamento (DNOS); Departamento Nacional de Obras contra as Secas (DNOCS); Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica (DNAEE); Companhia de Pesquisas de Recursos Minerais (CPRM); ELETROBRÁS; e as Companhias de Energia Elétrica (FURNAS, Companhia Hidrelétrica do São Francisco, Eletrosul, Eletronorte, Itaipu Binacional, CESP, COPPE – UFRJ, bem como, os principais laboratórios de hidráulica do país (HIDROESB - Laboratório Saturnino de Brito, o primeiro da América Latina, INPH, IPH-UFRGS, IPH-UFPR, Laboratórios de Hidráulica da USP e de FURNAS).
4- Campo da Hidrologia
0 aproveitamento dos recursos hídricos requer concepção, planejamento, projeto, construção e operação de meios para o domínio e a utilização das águas. Os problemas relativos aos recursos hídricos interessam a economistas, especialistas no campo das ciências políticas, geólogos, geógrafos, engenheiros mecânicos e eletricistas, florestaisquímicos, biólogos, agrônomos, Técnico em Hidrologia (Hidrotécnicos) e outros especialistas em ciências sociais e naturais.
-Campo de ação da geografia dos recursos hídricos
A água deve ser dominada e ter seu uso regulado para satisfazer a uma ampla gama de propósitos. A atenuação dos danos das enchentes, drenagem de terras, disposição de esgotos e projetos de bueiros são aplicações da Geografia de recursos hídricos para o domínio das águas, a fim de que não causem danos excessivos a propriedades, não tragam inconveniências ao público, ou perda de vidas. Abastecimento de água, irrigação, aproveitamento do potencial hidrelétrico e obras hidroviárias são exemplos do aproveitamento da água para fins úteis. A poluição prejudica a utilização da água e diminui seriamente o valor estético dos rios; portanto, o controle da poluição ou a manutenção da qualidade da água passou a ser um setor importante da engenharia de recursos hídricos.
5- Quantidade de água
Embora com risco de excessiva simplificação, o trabalho dos engenheiros com os recursos hídricos, pode ser condensado em um certo número de perguntas essenciais. Como as obras de aproveitamento dos recursos hídricos visam ao controle do uso da água, as primeiras perguntas referem-se naturalmente às quantidades de água. Quando se pensa na utilização da água, a primeira pergunta geralmente é: Que quantidade de água será necessária? Provavelmente é a resposta mais difícil de se obter com precisão, dentre as que se pode propor em um projeto, porque envolve aspectos sociais e econômicos, além dos técnicos. Com base em uma análise econômica, deve ser também tomada uma decisão a respeito da vida útil das obras a serem realizadas.
Todos os projetos são feitos para o futuro, e o projetista não pode ter certeza quanto às exatas condições a que estarão sujeitas as obras. Como o exato comportamento dos cursos de água nos anos futuros não pode ser previsto algo precisa ser dito acerca das variações prováveis da vazão, de modo que o projeto possa ser elaborado mediante a admissão de um risco calculado. Lança-se mão, então, de métodos de estimativa de probabilidades relativas aos eventos hidrológicos. Faz-se a utilização dessas probabilidades no estudo de problemas como exemplificados na lista do tópico anterior. O estudo probabilístico requer como condição prévia a coleta de dados da natureza, na forma de séries históricas. A avaliação de eventos raros requer o estudo de uma função de distribuição de probabilidades que represente o fenômeno. Problemas de reserva de água em barragens requer que se tracem considerações acerca das seqüências de vazões nos cursos d'água que somente séries de dados muito extensas podem fornecer.
Os sistemas de abastecimento de água, de irrigação, ou hidrelétricos que contassem somente com as águas captadas diretamente dos cursos d'água, sem nenhuma regularização, não seriam capazes de
satisfazer a demanda de seus usuários durante as estiagens, sobretudo se forem intensas. Muitos rios, apesar de em certas épocas do ano terem pouca ou nenhuma água, transformam-se em correntes caudalosas durante e após chuvas intensas, constituindo-se em flagelo no tocante às atividades ao longo de suas margens. A principal função de um reservatório é a de ser um regulador ou volante, visando a regularização das vazões dos cursos d'água ou atendendo às variações de demanda dos usuários.
Além de ser suficiente em quantidade, à água deve satisfazer certas condições quanto à qualidade.
No que respeita aos produtos e/ou serviços vendidos no mercado, há várias definições para qualidade: "Conformidade com as exigências dos clientes", "Relação custo/benefício", "Adequação ao uso", "Valor acrescentado, que produtos similares não possuem"; "Fazer bem à primeira vez"; "Produtos e/ou serviços com efetividade".Enfim, o termo é geralmente empregue para significar "excelência" de um produto ou serviço.
A qualidade de um produto ou serviço pode ser olhada de duas ópticas: a do produtor e a do cliente. Do ponto de vista do produtor, a qualidade associa-se à concepção e produção de um produto que vá ao encontro das necessidades do cliente. Do ponto de vista do cliente, a qualidade está associada ao valor e à utilidade reconhecidas ao produto, estando em alguns casos ligada ao preço.
Do ponto de vista da empresa, contudo, se o objetivo é oferecer produtos e serviços (realmente) de qualidade, o conceito não pode ser deixado ao acaso. Tem de ser definido de forma clara e objetiva. Isto significa que a empresa deve apurar quais as necessidades dos clientes e, em função destas, definir os requisitos de qualidade do produto. Os requisitos são definidos em termos de variáveis como comprimento, largura, altura, peso, cor, resistência, durabilidade, funções desempenhadas, tempo de entrega, simpatia de quem atende o cliente, rapidez do atendimento, eficácia do serviço, etc. Cada requisito é em seguida quantificado, a fim de que a qualidade possa ser interpretada por todos (empresa, trabalhadores, gestores e clientes) exatamente da mesma maneira. Os produtos devem exibir esses requisitos, a publicidade faz-se em torno desses requisitos (e não de outros), o controlo de qualidade visa assegurar que esses requisitos estão presentes nos produtos à medição da satisfação faz-se para apurar em que medida esses requisitos estão presentes e em que medidas irão realmente ao encontro das necessidades. Todo o funcionamento da "empresa de qualidade" gira em torno da oferta do conceito de qualidade que foi definido.
É bastante provável que empresas pertencentes ao mesmo sector de atividade tenham noções distintas do que deve ser a qualidade dos seus produtos. Isto é benéfico para os clientes que podem assim optar pelo produto que melhor satisfaz as suas necessidades.