Processos Hidrológicos CST 318 / SER 456 Tema 3 –Interceptação ANO 2015 Laura De Simone Borma Camilo Daleles Rennó camilo/prochidr

Processos HidrológicosProcessos Hidrológicos

CST 318 / SER 456CST 318 / SER 456

Tema 3 –Interceptação Tema 3 –Interceptação ANO 2015ANO 2015

Laura De Simone BormaCamilo Daleles Rennóhttp://www.dpi.inpe.br/~camilo/prochidr/

Processos hidrológicosProcessos hidrológicos

Interceptação - definiçãoInterceptação - definiçãoInterceptação

primeiro processo hidrológico pela qual a água passa processo pelo qual a água da chuva é temporariamente retida pela vegetação (folhas, galhos e troncos), sendo, em seguida, redistribuída em:

Água que goteja no solo Água que escoa pelo tronco Água que volta à atmosfera por evaporação direta

Interceptação - importânciaInterceptação - importância

Reservatório que retém e devolve para a atmosfera uma importante parcela da precipitação

Processo eventual ocorre quando há chuva Áreas de floresta a interceptação pode atingir mais de 30% do

total precipitado Interfere no balanço hídrico da bacia hidrográfica:

Contribui diretamente para a quantidade de vapor d´água da atmosfera Influencia no comportamento da vazão ao longo do ano:

Favorece a infiltração da água no soloRetarda e atenua o pico de cheias

Frequentemente negligenciado devido à grande variabilidade e às dificuldades de quantificação

A sua não consideração pode induzir a erros na modelagem

Interceptação Interceptação –– o processo o processo

Uma parte da chuva é retida pela vegetação (interceptação) Outra parte percola através das folhas e troncos, quando a capacidade de armazenamento é superada (precipitação efetiva) Parte da água interceptada evapora depois da chuva

DefiniçõesDefinições

Precipitação incidente (P) – quantidade de chuva medida acima do dossel ou em terreno aberto, adjacente à floresta

Precipitação interna ou throughfall (Pi) – chuva que atravessa o dossel florestal, englobando as gotas que passam diretamente pelas aberturas das copas e as gotas que respingam da água retida nas copas

Escoamento pelo tronco ou stemflow (Pt) – água de chuva que, após ser retida pela copa, escoa pelo tronco em direção à superfície do terreno

Precipitação efetiva Pe = Pi+ Pt

PP

PPss

PPtt

Precipitação efetiva e interceptaçãoPrecipitação efetiva e interceptação

Precipitação efetiva (Pe) – chuva que efetivamente chega ao solo

Pe = Pi + Pt

Pe = P – I

Onde:I - Interceptação – fração de chuva que é evaporada diretamente da copa, não atingindo o solo, dada por:

I = S + E

Sendo:S – capacidade de retenção do dossel - quantidade de água que pode ser retida temporariamente na copa, antes do início dos processos de Pi e PtE – evaporação da água retida na copa

Interceptação e armazenamento na Interceptação e armazenamento na folha (S)folha (S)

No início da chuva, ocorre primeiramente o armazenamento de água na folha e no dossel (S)

Somente depois de S ter atingido seu ponto máximo, começam os processos de escoamento pelo tronco (Pt) e precipitação interna (Pi)

Capacidade de armazenamento (S): Equilíbrio entre a tensão superficial e a gravidade Tensão superficial na folha é função

Do tipo de folha (vegetação) Das forças externas (clima)

Temperatura: influencia na viscosidade da águaVento: quebra as forças de adesãoIntensidade da precipitação: influencia nas forças de adesão

Maiores valores de S ocorrem nas seguintes condições Espécies com folhas grandes e rugosas Baixa temperatura do ar Ausência de ventos Baixa intensidade de precipitação

Equilíbrio entre tensão superficial e gravidade Foto: Ricardo Espinheira

Fatores condicionantes da Fatores condicionantes da interceptaçãointerceptação

Condições meteorológicasPrecipitação

AlturaDuraçãoIntensidade

Vento TemperaturaUmidade do arPeríodo do ano

Características da vegetação Folha

TamanhoFormaRugosidade

EspécieBioma

Interceptação Interceptação –– o processo o processo Horton (1919) um dos primeiros trabalhos notáveis no estudo da

interceptação (descrição detalhada do processo) Estabeleceu as primeiras suposições sobre esse processo:

O volume das perdas por interceptação é função da capacidade de armazenamento da vegetação (S), da intensidade da chuva e da evaporação durante o evento

O percentual das perdas por interceptação decresce com a intensidade de chuva

Os volumes de escoamento de tronco são significativos, mas seu percentual em relação à chuva é pequeno

A interceptação é maior em coníferas do que em latifoliadas

Giglio e Kobiyama (2013)

Influência da vegetaçãoInfluência da vegetação Árvores, arbustos, gramíneas e serrapilheira Influenciam, principalmente, a capacidade de armazenamento Folhas mais largas têm maior área de captação, porém conduzem

à formação de gotas maiores, que pingam mais facilmente no solo Vegetações perenes têm capacidade de armazenamento mais

uniforme do que vegetações do tipo decíduas (caducifólias) Maior densidade de vegetação maior capacidade de

armazenamento maior interceptação

http://eyesnature.files.wordpress.com/2009/08/chuva-na-mata-2-low.jpg

Influência da vegetaçãoInfluência da vegetação Richardson (2000)

É difícil extrair conclusões gerais sobre a influência de um tipo de floresta nas perdas por interceptação, porque essas dependem também das características da chuva e outras condições meteorológicas

As características de uma floresta que influenciam a interceptação não são fáceis de identificar e quantificar

Densidade de árvores, inclinação dos galhos, uniformidade da altura da copa, características da casca, forma e inclinação das folhas e índice de área foliar são todas características que influenciam a interceptação

http://eyesnature.files.wordpress.com/2009/08/chuva-na-mata-2-low.jpg

Trabalho: Tema 1 – fazer uma revisão dos trabalhos acerca da influência da vegetação sobre a interceptação

Influência do climaInfluência do clima

De uma chuva pequena, p.e. 5mm, quase toda água será retida pelas copas e evaporada 100% de “perdaAproximadamente a mesma quantidade de chuva, 5mm, será perdida de uma chuva maior (p.e. 100mm) 5% de perda

Kobyama, 2008

Interceptação x precipitação

Influência da precipitaçãoInfluência da precipitação Kuraji et al (2001):

mediram volumes mensais de chuva total, precipitação interna e escoamento pelo tronco

Observaram que o percentual de perdas por interceptação foi maior no ano com mais eventos de chuva e menor volume total precipitado

Cuartas et al. (2007) Observaram que a maior quantidade interceptada ocorre nos

anos mais secos

Trabalho: Tema 2 – fazer uma revisão dos trabalhos acerca da influência dos parâmetros do clima sobre a interceptação

Alguns locais de medida para o BrasilAlguns locais de medida para o Brasil

Giglio e Kobiyama (2013)

Oliveira et al., 2008

Alguns valores para o BrasilAlguns valores para o Brasil

Alguns valores para o BrasilAlguns valores para o Brasil

Giglio e Kobiyama (2013)

Trabalho: Tema 3 – fazer uma revisão dos trabalhos acerca dos valores de interceptação identificados para regiões brasileiras

Medida da interceptaçãoMedida da interceptação

Métodos empíricos Considera-se um sistema onde:

Entrada = chuva total (P)Saída = chuva interna (Pi) e escoamento pelo

tronco (Pt)Diferença = interceptação

I = P – Pi – Pt medida indireta

Variáveis a serem medidas:P - precipitação total (externa)Pi - precipitação interna Pt - escoamento pelo tronco

Medida da precipitação interna - PiMedida da precipitação interna - Pi

Podem ser utilizados pluviômetros comuns (interceptômetros) e/ou calhas

Pluviômetros podem conduzir a erros – grande variabilidade espacial da precipitação interna alternativa - vários pluviômetros + relocação periódica dentro da parcela

Calhaspossuem maior área de captação as chuvas coletadas devem ser conduzidas a um pluviômetrozinco ou plástico/tamanho varia conforme a necessidadeBorda dobrada para dentro, para evitar perda por respingos

Ideal: Calhas + pluviômetros

Medida da precipitação interna - PiMedida da precipitação interna - Pi

Kobyama, 2008

Medida do escoamento pelo tronco (PMedida do escoamento pelo tronco (Ptt))

Utilização de uma calha bem vedada em torno da árvore (colar)Chapa final de metal ou mangueira cortada ao meioUso de pregos e cola de siliconeMedição pode ser feita individualmente ou em grupoColeta em um reservatórioFloresta com grande número de árvores pequenas – medição é difícil

Kobyama, 2008

Medida do escoamento pelo tronco - PMedida do escoamento pelo tronco - Pss

Em geral, Pt constitui uma fração muito pequena da precipitação incidente, variando de espécie para espécie

Espécies de tronco liso – 5 a 8% da precipitação incidente

Espécies de casca rugosa – 1 a 2% (ou até menos) da precipitação incidente

Medem-se diversas árvores em uma parcela e utilizam-se cerca de 5 a 10 parcelas em uma floresta, distribuídas ao acaso

Como é feita a transformação do volume de água coletada em cada árvore para a unidade mm de altura de água?

Mede-se Pt em todas as árvores de uma parcela pequena e calcula-se o volume total em relação à área da parcela [L3/L2)

Medida de P, PMedida de P, Pii e P e Ptt

(1)pluviógrafo medindo chuva externa,(2)Pluviógrafo medindo escoamento de tronco e (3)pluviógrafo medindo chuva líquida coletada

pelas calhas

Kobyama, 2008

AnáliseAnálise

Kobyiama, 2009

Primeiro passo: transformar os volumes medidos em mm Pi: dividir o volume de água coletado pela área de coleta da calha,

projetada em planta (p.e. m3/m2) Pt: dividir o volume escoado pelo tronco pela área de influência

aproximada das copas das árvores (p.e. m3/m2)

(1) Área de cálculo para escoamento pelo tronco e pelo dossel

(2) Pluviômetro para medida da chuva externa

(3) Calha para medição da chuva interna

(4) Colar para medição do escoamento pelo tronco

Exemplo de lay-outExemplo de lay-out

Santos Junior, 2008

Métodos alternativosMétodos alternativos

Lorenz & Gallard (2000) Método simplesConsiste em medir o armazenamento em elementos da vegetação (folhas, galhos, troncos) Extrapolar para uma área a partir da quantificação desses elementos com o uso de fotografias áereas da vegetação, capturadas do solo para cima

Czikowsky & Fitzjarrald (2009)Novo métodoMedições micrometeorológicas de fluxo turbulentoEvita erros de medição devido à heterogeneidade da copaFerramenta útil para alimentação de modelos com infos de interceptação

Modelagem Modelagem –– influência de S e E influência de S e EPonto A - Início da chuva – E representa o componente principal da perda por interceptaçãoEntre A e B – À medida em que a chuva continua, a evaporação tende a diminuir devido à alteração das condições microclimáticas (temperatura, gradiente de pressão de vapor, disponibilidade de energia) enquanto a folha passa a reter mais águaPonto B – S atinge seu máximo e, se a chuva continuar, o aumento de I ocorre devido à continuação da evaporação, porém a taxas menores que as iniciais

Lima, 2008

Hipótese – interceptação cresce exponencialmente com P até o momento em que S atinge seu máximo. A partir daí, a taxa fica constante e equivalente à taxa de evaporação

Estimativa da interceptaçãoEstimativa da interceptação

Regressão linear (equação de Horton)

I = aPn + b

Onde:

I – quantidade interceptada (mm)P – precipitação incidente (mm)a,b e n – parâmetros de ajuste

Vantagem – pode ser usado com chuvas totais, e não por eventoDesvantagem – não leva em conta certas variáveis, como intensidade e duração da chuva

Estimativa da interceptaçãoEstimativa da interceptação

Parâmetros da Equação de Horton

Cobertura vegetal

a b N

Pomar 0,04 0,018 1,00Carvalho 0,05 0,18 1,00Maple 0,04 0,18 1,00Pinus 0,05 0,20 0,50Arbustos 0,02 0,40 1,00

ExercíciosExercícios

1. Considerando duas florestas exatamente iguais em tudo, a perda por interceptação (para uma mesma chuva) deve ser maior em Brasília do que em Campos do Jordão. Certo ou errado? Justifique.

2. Florestas de Pinus, em regiões temperadas, apresentam perda média por interceptação de acordo com a seguinte equação:

 I = 0,1P – 0,1n Sendo:I = perda por interceptação (mm)P = precipitação incidente (mm)n = número de chuvas no ano Calcular a interceptação em dado ano cuja precipitação, em 80 chuvas,

atingiu o total de 820mm. Expressar I de forma percentual a P.

Lima, 2008