PHA Hidrologia Ambiental. Infiltração I

Transcrição

1 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHA Hidrologia Ambiental Infiltração I Mario Thadeu Leme de Barros Renato Carlos Zambon 1

2 aulas anteriores... Ciclo Hidrológico Bacias Hidrográficas Precipitação Evapotranspiração 2

3 Infiltração Definição: parcela da água precipitada que infiltra no solo. Parte da água que infiltra permanecerá na camada superficial do solo, onde se movimentará de forma gradual na vertical e na horizontal, através do solo. Eventualmente, poderá voltar a um rio, através da sua margem. Outra parte da água poderá infiltrar mais profundamente, recarregando o aqüífero subterrâneo. A água pode percorrer longas distâncias ou permanecer no armazenamento subterrâneo por longos períodos antes de retornar a superfície, rios ou oceanos. 3

4 Rio que desaparece em uma caverna no sul da Georgia (EUA), mostra que um rio pode agir como um funil direto para o escoamento subterrâneo... 4

5 Quase sempre o armazenamento e o escoamento subterrâneos ocorrem em meio poroso, mas há exceções! (Abismo Anhumas e Gruta do Lago Azul, Bonito-MS) 5

6 O retorno do escoamento subterrâneo para o escoamento superficial (parcela chamada de escoamento básico) pode ocorrer de maneira distribuída ao longo dos cursos d água, ou utilizando caminhos preferenciais em nascentes e pontos localizados (fotos: Rios Olho d Água e Prata, Jardim-MS) 6

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8 Robert Elmer Horton ( ) Horton RE The role of infiltration in the hydrologic cycle. Transactions, American Geophysical Union 14: Infiltration divides rainfall into two parts, which thereafter pursue different courses through the hydrologic cycle. One part goes via overland flow and stream channels to the sea as surface runoff; the other goes initially into the soil and thence through ground-water again to the stream or else is returned to the air by evaporative processes. The soil therefore acts as a separating surface and... various hydrologic problems are simplified by starting at this surface and pursuing the subsequent course of each part of the rainfall as so divided, separately. 8

9 Conceitos Taxa (capacidade) de infiltração: é intensidade da penetração da água no solo num determinado instante (mm/hora, mm/dia, etc). Se a intensidade da chuva é maior do que a taxa de infiltração, a água será acumulada na superfície e começará o escoamento superficial direto (overland flow). Infiltração acumulada: é a quantidade de água total infiltrada após um determinado tempo (mm). 9

10 Conceitos A taxa de infiltração, normalmente, decai rapidamente durante a parte inicial de uma chuva intensa e atinge um valor constante depois de algumas horas de chuva. Os fatores responsáveis por este fenômeno incluem: 1. O enchimento dos poros finos do solo com água reduz as forças capilares. 2. À medida que o solo umedece, as partículas de argila colmatam e reduzem o tamanho dos poros. 3. O impacto das gotas de chuva no solo faz com que o material da superfície do solo seja dissolvido e preencha os poros do solo. 10

11 Conceitos A retenção da água no solo é influenciada por diferentes forças: Força molecular: a mais forte, retém a chamada água higroscópica (na faixa de 0,0002 mm ao redor da partícula de solo). Esta água só pode ser retirada do solo por aquecimento. Força matricial: retém a água de 0,0002 a 0,06 mm ao redor da partícula de solo. Devida à atração molecular superficial das partículas de solo à água e coesão da moléculas de água entre si. 11

12 Conceitos A retenção da água no solo é influenciada por diferentes forças: Força capilar: Movimenta a água de áreas onde a força matricial é menor para áreas onde ela é maior por ação capilar. Esta água é conhecida como água capilar. As plantas podem utilizar esta água até que o solo atinja o ponto de murchamento. Força gravitacional: A água em excesso à água capilar e à higroscópica é chamada de água gravitacional. Movese livremente sob o efeito da gravidade. Quando esta água é drenada, a quantidade de água retida é chamada de capacidade de campo. 12

13 Fatores que influem na infiltração Umidade do solo Precipitação: quantidade, intensidade e duração Geologia, tipo do solo (a argila absorve menos água e a uma taxa mais lenta do que os solos arenosos) Granulometria e arranjo das partículas Cobertura do solo (ocupação) Topografia (declividades, depressões) Evapotranspiração 13

14 Solos e Granulometria 14

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16 Importância crescimento da vegetação recarga dos aquíferos subterrâneos manutenção da vazão nos rios durante as estiagens reduz o escoamento superficial direto (cheias, erosão...) 16

17 01/05/83 08/05/83 15/05/83 22/05/83 29/05/83 05/06/83 12/06/83 19/06/83 26/06/83 03/07/83 10/07/83 17/07/83 24/07/83 vazão (m³/s) chuva (mm) 01/05/83 08/05/83 15/05/83 22/05/83 29/05/83 05/06/83 12/06/83 19/06/83 26/06/83 03/07/83 10/07/83 17/07/83 24/07/83 vazão (m³/s) chuva (mm) mesma chuva, mesma bacia tempo (dias) Q Qb P se alterar a capacidade de infiltração Q Qb tempo (dias) P 17

18 Irrigação Projeto Jaíba e outros CODEVASF... diferentes sistemas de irrigação... 18

19 Drenagem 19

20 Água Subsuperficial A água infiltrada na parte subsuperficial do solo forma uma zona não saturada (onde os espaços vazios entre as partículas de solo contêm água e ar) e uma zona saturada (onde todos os vazios só contêm água). Embora exista uma quantidade grande de água na zona não saturada, a água não pode ser bombeada, porque fica muito presa pelas forças capilares. 20

21 Água Subsuperficial A parte superior da zona não saturada é a zona de água do solo. Esta zona é cortada por raízes, aberturas deixadas por raízes mortas e esqueletos de animais, que permitem a infiltração nesta zona. A água nesta zona é utilizada pelas plantas, mas também pode evaporar diretamente para a atmosfera. 21

22 Medição: Infiltrômetro de Duplo Anel Mede a taxa de decaimento da coluna d água no anel interno Infiltração fonte: 22

23 Medição: Infiltrômetro de Duplo Anel Duplo Anel Data Logger Garrafa de Mariotte Sonda de Neutrons 23

24 UMIDADE DO SOLO θ 24

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26 Root summary plotshowing management lines Growth#soil%20moisture%20basics 26

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28 Para Isto qsat entender pode é a ser taxa o processo de Neste gráfico feito de saturação por meio do qmin é a taxa infiltração de solo uma em é necessário representação saber mínima de condições como da a taxa água de se umidade do solo naturais movimenta umidade do na em condições solo q zona ao longo não naturais e da saturada profundidade do solo Z 28

29 29

30 30

31 31

32 (mm/h) 32

33 (mm/h) 33

34 (mm/h) Fórmula de Horton f ( t) fc fo fc e kt Chuva Chuva excedente Chuva infiltrada 34

35 Fórmula de Horton f ( t) fc fo fc e kt f: taxa de infiltração (mm/hora) fc: taxa de infiltração em condição de saturação (mm/hora) fo: taxa de infiltração inicial (mm/hora) t: tempo (horas) k: constante, depende do tipo de solo (hora -1 ) t=0 f=fo t= infinito f=fc 35

36 Exercício Fórmula de Horton 36

37 Equação de Horton f fc t fo fc e fo = 50 mm/hora fc = 4 mm/hora

38 Infiltração conforme o tipo de solo

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