Processos Hidrológicos CST 318 / SER 456 Tema 1 – Introdução ANO 2015 Camilo Daleles Rennó Laura De Simone Borma camilo/prochidr

Processos HidrológicosProcessos Hidrológicos

CST 318 / SER 456CST 318 / SER 456

Tema 1 Tema 1 –– Introdução IntroduçãoANO 2015ANO 2015

Camilo Daleles RennóLaura De Simone Bormahttp://www.dpi.inpe.br/~camilo/prochidr/

1 – Introdução - Camilo2 – Precipitação/Interceptação - Laura3 – Evapotranspiração e transpiração - LauraPROVA (14/07/2015)4 – Fundamentos de física do solo - Camilo5 – Água no solo: conteúdo e potencial - Camilo6 – Armazenamento e distribuição da água no solo - Camilo7 – Hidrologia de vertentes – escoamento superficial – CamiloPROVA?8 – Hidrometria – vazão - Laura9 – Métodos estatísticos aplicados à Hidrologia – Camilo10 – Ecohidrologia - LauraEXERCÍCIO

AulasAulas

HidrologiaHidrologia

Definição: é a ciência que estuda a distribuição, circulação e comportamento da água no sistema terrestre. Também estuda suas propriedades físico-químicas e sua interação com o meio ambiente (biótico e abiótico).

Hidrometeorologia – estudo da água na atmosferaOceanografia – estudo dos oceanosLimnologia – estudo de águas interiores (lagos e reservatórios)Fluviologia – estudo de rios e cursos d’águaGlaciologia - estudo da água na forma de neve e geloHidrogeologia – estudo das águas subterrâneas

AplicaçõesPlanejamento, construção e operação de projetos de

aproveitamento de recursos hídricos (usinas hidrelétricas, controle de cheias, abastecimento de água, navegação, irrigação, etc.)

Entendimento dos impactos das mudanças no uso e ocupação da terra

Entendimento dos impactos das mudanças climáticasAlertas de eventos extremosEcohidrologia

FerramentasObservações - medições in situ e a partir de sensores remotosModelagem hidrológica – várias escalas de entendimento e

previsão dos processos

Hidrologia e Processos HidrológicosHidrologia e Processos Hidrológicos

Multidisciplinaridade da Hidrologia Multidisciplinaridade da Hidrologia

• Precipitação e evaporação - Meteorologia• Infiltração e percolação - Ciência dos Solos• Água subterrânea - Geologia• Escoamento superficial - Geomorfologia• Vazão de rios – Mecânica de Fluidos• Qualidade de água – Química/Biologia• Abastecimento/Saneamento – Engenharia Civil• Energia, Irrigação, Navegação, etc...

O Ciclo HidrológicoO Ciclo Hidrológico

O ciclo hidrológico é um fenômeno global de circulação da água em suas 3 fases: gasosa (vapor), líquida (chuva e escoamento) e sólida (gelo e neve).

É um sistema fechado apenas em nível global.Atmosfera

Continente Oceano

ênfase do curso

O Ciclo Hidrológico GlobalO Ciclo Hidrológico Global

http://www.bom.gov.au/info/climate/change/gallery/8.shtml

Ciclo Global da Água

Transporte de vapor

Nuvens

Nuvens

Precipitação

Precipitação

Transpiração

EvaporaçãoEvaporação

Descarga de Rios

Percolação

Fluxo de água subterrânea

Oceano

Gelo eNeve

Água subterrânea

Estoque 1012 m3Fluxos 1012

m3/ano

Distribuição da Água no MundoDistribuição da Água no Mundo

Geleira eCalotasPolares68,7%

Água noSolo

30,1%

Água na Superfíciee outros

1,2%

ÁguaDoce

Fonte: Shiklomanov, I. "World fresh water resources" in Gleick, P.H. (editor) Water in Crisis: a gudie to the Worls´s Fresh Water Resources. 1993

http://water.usgs.gov/edu/earthwherewater.html

ÁguaSalgada(oceano)

97,0%

ÁguaDoce 2,5%

Total

Águas Salinas(outros)

0,9%

Rios0,49%

“Brejos”2,6%

ÁguaDoce

Superficial

Lagos20,9%

Gelosubterrâneo ePergelissolo(Permafrost)

69%

Umidadedo Solo3,8%

Atmosfera3,0%

OrganismosVivos0,26%

(1) Toda a água do mundo: ~1400 km diâmetro

(2) Água doce no solo, lagos, áreas alagáveis e rios:

~270 km diâmetro(3) Água doce em lagos e

rios: ~ 56 km - diâmetro

Distribuição da Água no MundoDistribuição da Água no Mundo

http://water.usgs.gov/edu/earthwherewater.html

Níveis de DetalhamentoNíveis de Detalhamento

http://www.ib.usp.br/ecologia/ecossistema_print.htm

Escala Local (Pontual)Interações entre a matriz de solo e os macroporos Processos unidimensionais

Escala de VertenteMecanismos de geração de escoamento direto e de baseProcessos bidimensionais

Escala de Bacia HidrográficaVariação espacial e temporal de processos – recargaProcessos tridimensionais

Rocha

chuva

Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico

Rocha

chuva

evaporação

Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico

Rocha

chuva

infiltração

Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico

Rocha

chuva

escoamentosuperficial

Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico

Rocha

lençol freático

Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico

Zona deSaturação

rocha

lençol freático

percolação

infiltração escoamentosuperficial

chuva

evaporação (interceptação)

Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico

Zona deAeração

(não saturada)

Zona deSaturação

estômato

gás carbônico

água

gás carbônicofotossíntese

água

Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico

lençol freático

percolação

fluxo ascendente

infiltração escoamentosuperficial

chuva

evaporação (interceptação)transpiração

evaporação

rocha

Fluxo de base

evapotranspiração

Componentes do Ciclo HidrológicoComponentes do Ciclo Hidrológico

Zona deAeração

(não saturada)

Zona deSaturação

Zona deRaízes

Modelando um problema...Modelando um problema...

O que é um modelo?»É uma representação conceitual/matemática de um fenômeno»Tipicamente o modelo irá tratar apenas de alguns aspectos do fenômeno estudado

ModelagemModelagem

Modelo de Balanço de Água no Solo

tempo t+1

?tempo t

E S

V

V = E - S

tempo t tempo t+1

O que é um modelo?»É uma representação conceitual/matemática de um fenômeno»Tipicamente o modelo irá tratar apenas de alguns aspectos do fenômeno estudado

Modelo de Balanço de Água no SoloVt+1 = Vt + Et+1 – St+1

ModelagemModelagem

Equação do balanço hídricoEquação do balanço hídrico

ΔS = P - ET - DP – precipitaçãoET – evapotranspiraçãoD – deflúvioΔS – variação do armazenamento (superficial e/ou subterrâneo)

Equação do balanço hídrico – coloca em evidência as variáveis hidrológicas e meteorológicas mais importantes, as quais são passíveis de medição

Modelagem HidrológicaModelagem Hidrológica

» fenômenos tridimensionais e dinâmicos» variações contínuas no espaço e no

tempo» comportamentos não lineares» componentes aleatórios» múltiplas escalas de tempo e espaço

processos ambientais

Como representar estes processos?

>> simplificação <<

Dois modelos de um mesmo fenômeno deveriam ser iguais?»Não necessariamente»Cada modelo pode ter um objetivo diferente ou ainda ter diferenças conceituais ou de implementação decorrentes de decisões tomadas durante o desenvolvimento do modelo

Modelo de Balanço de Água no Solo

chuva

quanto?para onde?em quanto tempo?

ModelagemModelagem

Quais as etapas da modelagem?» Caracterizar o sistema na qual o fenômeno se insere» Fazer algumas suposições sobre como os vários componentes funcionam

e interagem entre si» Traduzir tudo em equações/procedimentos e num programa de simulação» Determinar os valores de cada parâmetro (medidas reais, valores de

referência ou calibração)» Fazer a validação

O modelo é bom?» Explica observações passadas? Foi bem calibrado?» Prediz observações futuras? Foi validado?» É generalizável? É robusto? Pode ser aplicado em outros lugares/períodos?» Consegue estimar a incerteza dos resultados? Os resultados são

confiáveis?» É simples? Necessita poucos dados de entrada?» É fácil de usar? Tem interface amigável?

ModelagemModelagem

Modelagem HidrológicaModelagem Hidrológica

Classificação

» determinístico ou estocásticomodeloX Y modeloX

Y

» baseado em processos ou empírico****** ** *

**

» contínuo ou discreto (no tempo)

t t

» concentrado ou distribuído (no espaço)

» estático ou dinâmico Xt+1 = f(Xt)

modeloYX

Modelagem HidrológicaModelagem Hidrológica

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