Eng. Civil Nadia Bernardi Bonumá. Pelotas - RS Novembro de 2010

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1 Seminário Nacional de Gestão e Uso da Água IV Reunião de Estudos Ambientais II Encontro Nacional de Engenharia Hídrica MINICURSO MONITORAMENTO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS ICAS: 1 - Introdução e conceitos básicos Eng. Civil Nadia Bernardi Bonumá Pelotas - RS Novembro de 2010 Objetivos: Introdução Introduzir conceitos básicos sobre a gestão e o monitoramento de bacias hidrográficas. Apresentar as principais metodologias para o monitoramento hidrológico, sedimentológico e de qualidade da água. Discutir a utilização de técnicas de geoprocessamento como ferramenta para a gestão de bacias hidrográficas.

2 Unidade de Gestão: Bacia Hidrográfica Introdução Bacia hidrográfica: Conjunto de superfícies vertentes e de uma rede de drenagem formada por cursos de água que confluem até resultar em um leito único no seu exutório (Tucci, 1997). Introdução Aspectos legais e institucionais da Gestão de Bacias Hidrográficas: Constituição de 1988: Definiu as águas como bens de uso comum; Lei (1997): Política Nacional de Recursos Hídricos e Sistema Nacional de Recursos Hídricos: Água - bem de domínio público, dotado de valor econômico, cujos usos prioritários são o abastecimento humano e a dessedentação de animais; Gestão - unidade territorial a bacia hidrográfica.

3 Bacias Hidrográficas Brasileiras Introdução Fonte: CNRH (2003) Gestão de bacias hidrográficas: Por que??? Introdução Excesso de água? Bacia hidrográfica Falta de água? Poluição de água? Degradação de ecossistemas Uso do solo ripários e aquáticos? Degradação do solo? Monitoramento: Hidrologia, Solos, Sedimentos, Qualidade da água + Modelos matemáticos: - alterações no uso do solo; - prever perdas de solo e transferência de nutrientes; - planejamento ambiental.

4 Gestão de bacias hidrográficas: Como??? Introdução Fonte: Engineering News Record, 1993 Variáveis e processos monitorados: Introdução Quais são os objetivos do monitoramento? Quais variáveis hidrológicas, sedimentológicas e de qualidade da água que necessitam ser observadas? Onde elas precisam ser observadas? Qual a freqüência de observação? Qual deve ser a duração do programa de observação? Com que precisão devem ser observadas?

5 Seminário Nacional de Gestão e Uso da Água IV Reunião de Estudos Ambientais II Encontro Nacional de Engenharia Hídrica MINICURSO MONITORAMENTO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS: 2 - Monitoramento hidrológico Eng. Civil Nadia Bernardi Bonumá Pelotas - RS Novembro de 2010 Ciclo hidrológico

6 Balanço hídrico Componentes do balanço hídrico simplificado (VESTENA, 2002). Conceitos: Precipitação Forma mais comum: chuva. Medição de Chuva: altura de água ou lâmina acumulada em superfície plana se nenhuma perda ocorresse. Estações Climatológicas Estações Pluviométricas Radar meteorológico Sensoriamento Remoto Aparelhos: Pluviômetro: precipitações diárias (mm dia -1 ); Pluviógrafo: intensidade de precipitação (mm h -1 );

7 Estações Climatológicas: Actinógrafo Heliógrafo Geotermômetro ou termógrafo de solo Termômetro de máxima e mínima e termógrafos Psicrômetro Higrômetro Barômetro Anemômetro de canecas Anemógrafo Universal Pluviômetro, Pluviógrafo Evaporímetro Anemômetro de Piche Evapotranspirômetro Dados de Clima Pluviômetro: Precipitação Pluviômetro eletrônico A-OTT, modelo PLUVIO (Fonte: Paranhos & Paiva, 2008).

8 Pluviógrafo: Precipitação Pluviógrafo: esquema de funcionamento (Fonte: Dados de precipitação - Brasil: Precipitação

9 Dados de precipitação - Brasil: Precipitação Caracterizar o regime pluviométrico: Escala anual: Precipitação Blain et al., 2009

10 Variação da pluviosidade: Escala mensal: Precipitação Vestena & Filho, 2008 Relação chuva - vazão: Escala diária ou de evento: Precipitação Precipitação (mm) 4 (m³/s) (m³/s) Precipitação (mm) Tempo (dia h:min)

11 Métodos de medição: Nível de água: régua ou instrumentos de registro continuo (linímetros ou linígrafos); Não-estrutural: medição com molinete hidrométrico; Estrutural: Vertedores e calhas medidoras. Nível de água: régua linimétrica Régua e seção de medição (Fonte: Régua linimétrica de alumínio (Fonte:

12 Nível de água: linígrafo Abrigo do linígrafo Linígrafo A-OTT- Thalimeds (Fonte: Medição com sensor de velocidade e micromolinete (h<60cm): Sensor de velocidades A-OTT Nautilus Micromolinete (velocidade <= 2,5 m s -1 ) (Fonte:

13 Medição com molinete hidrométrico: Molinete fluviométrico Newton Guincho fluviométrico (Fonte: Medição com molinete hidrométrico: Medida de vazão com molinete (Pereira et al., 2003).

14 1. Método da Seção Média: 2. Método da meia seção:

15 Curva-chave: ,5 Q = 7, H (m3/s) Equação do vertedor Meia-Seção Seção Média Seção média: R 2 = 0,9921 Meia-seção: R 2 = 0, Cotas (m) Estrutural: Vertedor Vertedor triangular Registrador eletrônico Régua linimétrica (Vertedor triangular, São Martinho RS (Bonuma et al., 2008).

16 Estrutural: Calha Parshall Fonte: Walker & Skogerboe, 1987 Fonte: Martins & Paiva, 2001 Estrutural: Calha Parshall Calha Parshall, Agudo RS (Sequinatto, 2007).

17 Estrutural: Calha de fundo plano Fonte: Adaptado de Carlesso, Estrutural: Calha de fundo plano Calha de fundo plano, Santa Maria - RS (Belinaso, 2003).

18 Capacidade de infiltração Métodos de medição: Infiltrômetros de anel; Infiltrômetro de sulco; Balanço de entrada e saída de água; Método de irrigação por aspersão em área teste. Infiltrômetro de anel: Capacidade de infiltração volume = A. h Capacidade de infiltração = h *60 / t

19 Evaporação Métodos de medição ou estimativa: Equações com base na temperatura do ar: - Método de Thornthwaite, - Método de Blaney-Criddle; Equações com base nos dados do tanque classe A; Equações com base na evaporação potencial (ETo): - Método do Balanço de Energia; - Método Aerodinâmico; - Método Combinado ou de Penmam. Tanque classe A: Evaporação Correção dos valores da evaporação com o coeficiente de cultura K c : ETP = K c. E P ETP = K c. (K t. E tanque ) Onde: ETP = evapotranspiração potencial (mm/dia) E = evaporação do tanque classe A (mm/dia) K t = coeficiente do tanque

20 Taxas de evaporação: Evaporação Evaporação potencial ETo (mm/dia): a quantidade de água evaporada (por unidade de área e por unidade de tempo), por uma extensa superfície de água pura, exposta às condições atmosféricas locais. Evaporação de referência Erc (mm/dia): a taxa de variação de uma cultura de gramíneas ideal com uma altura de 0,12 m, um albedo de 0,23, e uma resistência da cobertura de 69 s.m -1 (Shuttleworth, 2001). Balanço de energia: Evaporação R n = Radiação que entra H= Fluxo de calor sensível que sai λe = energia que sai como evaporação A di = Ganho de energia associada com vento S = Energia armazenada temporariamente P = Energia absorvida pelos processos bioquímicos G= Calor que sai conduzido pelo solo Energia disponível: A = E+H = Rn G S P Ad

21 Método de Penman-Monteith (FAO, 1998) Evaporação ETo = evapotranspiração de referência Método de Penman-Monteith (FAO, 1998) Evaporação Onde: ETP K E + γ γ + E + γ = c r a ETP = Evapotranspiração potencial (mm/dia); Kc = Coeficiente de Cultivo; E r = Evaporação calculada pelo método do balanço de energia (mm/dia); E a = Evaporação calculada pelo método aerodinâmico (mm/dia); = e s / (237,3 + T) 2 (Pa/ C) γ = 66,8 Pa/ C

22 Métodos de medição: Medidas de umidade do solo Método gravimétrico; Tensiometros; Método eletromagnético - Reflectometria no domínio do tempo (TDR); Sonda de nêutrons; Tensiometro: Constituído de uma cápsula porosa conectada a um manômetro através de um tubo (PVC) preenchido com água. Quando o potencial matricial da água no solo < potencial da água nos poros da cápsula: água se desloca para o solo, criando uma tensão de sucção medida pelo manômetro. Medidas de umidade do solo Tensiometro (Adaptado de Kaiser, 2007).

23 Medidas de umidade do solo Reflectometria no domínio do tempo (TDR): Consiste na emissão de um pulso eletromagnético onde a velocidade de propagação do pulso no meio é função de uma constante dielétrica (k). A diferença entre K água e K solo conteúdo de água no solo. Perguntas e comentários Obrigada pela atenção! nadiabonuma@gmail.com