2 - Balanço Hídrico. A quantificação do ciclo hidrológico é um balanço de massa: - PDF
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Gilberto Alcaide Castelhano
1 2 - Balanço Hídrico A quantificação do ciclo hidrológico é um balanço de massa: ds dt = Input Output S: Armazenamento Definir o volume de controle, considerando sistema superficial e/ou subterrâneo 1) Balanço hídrico da superfície: P + in + g ( out + E s + T s + I) = ΔS s 2) Balanço hídrico subterrâneo: I + G in (G out + g + E g + T g ) = ΔS g
2 1) Balanço hídrico da superfície: 2) Balanço hídrico subterrâneo: P + in + g ( out + E s + T s + I) = ΔS s I + G in (G out + g + E g + T g ) = ΔS g Somando as duas equações P ( out in ) (E s + E g ) (T s + T g ) (G out G in ) = ΔS s + ΔS g Simplificando: P ( + E + T + G) = ΔS ou: P ( + ET + G) = ΔS P in, out g E s T s I ΔS s G in, G out E g T g I ΔS g : Precipitação : Vazões superficiais de entrada e saída do Volume de Controle : Escoamento subterrâneo no rio : Evaporação superficial : Transpiração proveniente da umidade da parte superficial do solo : Infiltração : Variação do volume armazenado na superfície : Vazões subterrâneas de entrada e saída do Volume de Controle : Evaporação subterrânea : Transpiração proveniente da umidade da parte subterrânea do solo : Infiltração : Variação do volume armazenado no subsolo
3 Método do balanço hídrico Estudo em bacias hidrográficas Método de estimativa simples com base nos dados precipitação e vazão de uma bacia. A equação do balanço hídrico: P ( + ET + G) = ΔS S armazenamento t longos (como um ano ou seqüência de anos) Desprezando a diferença entre S(t+1) S(t): S 0 G in G out = P ET
4 Exemplo Uma bacia (Rio Passo Fundo) com Precipitação média 1941 mm e Vazão de 803 mm (valores médios de 10 anos). Determinar a evapotranspiração. Determinar o coeficiente de deflúvio c. Solução: Como trata-se de valores médios de 10 anos, aceita-se a simplificação: ΔS 0 A evapotranspiração real é : ET = P = = 1137 mm O coeficiente de escoamento ou de deflúvio é a relação entre /P C = 803/1941 = 0,41 ou 41% da precipitação gera escoamento superficial
5 Exercício 1 Em uma bacia hidrográfica a precipitação média anual por um período de 20 anos é de 1500 mm e a vazão específica, na exutória da bacia, é de 15,855 l/s/km 2. uais as perdas por evapotranspiração em mm?
6 Exercício 2 ual será a nova vazão na exutória da bacia (em mm e em l/s/km 2 ), no caso da questão anterior, se for implantado um reservatório que inunde 15% da área total, sujeito a taxas de evaporação anual da ordem de 1200 mm?
7 Exercício 3 Em determinada bacia de drenagem a vazão específica na exutória é de 15 l/s/km 2. Após a construção de um lago, inundando metade da área da bacia, houve um decréscimo de 20% no valor desta vazão. Considerando um total anual precipitado de 1500 mm, calcule a altura de água evaporada da superfície do lago. (2ª.Ch/1993/RS)
8 Hidrograma: x t Balanço hídrico: ΔS 0 Obs.: Hidrograma será visto em Escoamento Superficial ES B = B + ES Término do escoamento superficial e início da recessão = B + ES Início da ascensão do hidrograma, ou do escoamento superficial. Ascensão Região do pico Recessão Curva de depleção da água do solo
9 Curva de depleção do escoamento subterrâneo No hidrograma, a curva após C é chamada de curva de depleção da água do solo. A equação da curva de depleção pode ser deduzida, considerando a seguinte hipótese simplificadora: B = Vazão no exutório proveniente apenas da contribuição subterrânea V B = Volume de água armazenado no subsolo B = α V B (1) d B = α dv B (2) Definição (continuidade): B dv dt B (3) d B B dt Constante para o aqüífero em particular: constante de depleção (constante de recessão) 0 d t dt ( t t ) t 0 ln 0 0 e 0 ( t t 0 ) RTK Reta 9
10 Exemplo 4 Durante o ano de 1974, a vazão média de um rio que drena uma área de 3500 km² foi de 46,5 m³/s. O total anual precipitado foi de 1500 mm e as perdas por evapotranspiração foram 1000 mm. Não choveu durante Dezembro/73, nem durante Dezembro/74. A vazão média no dia 1/1/74 foi de 21,65 m³/s e no dia 1/1/75 foi de 50 m³/s. Caso não houvesse chovido durante o mês de Janeiro/75, qual teria sido a vazão média do dia 1/2/75? Comentar as hipóteses simplificadoras.
11 Método do Balanço Hídrico em Regiões Úmidas Para estimar evapotranspiração, no caso de reservatórios em regiões úmidas, grandes erros impedem sua utilização prática. Análise da precisão dada pelo método do balanço hídrico em regiões úmidas. Limitação evidente quando se diz que pluviômetros, linígrafos e curvas de descarga devem informar sobre evaporação de um lago de 160 km² e 150m de profundidade. Exemplos:
12 Exercício 5 Um açude no semi-árido do NE tem vazão afluente nula durante uma estiagem de 8 meses. Nesse período, o nível baixou 2,27m e foi retirado um volume de 1, m³ para irrigação e abastecimento. A área média do açude é de 10 km². Estimar a evaporação anual em mm. (Apresentar resultados com a equação do balanço hídrico no açude)
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