Sumário

Agradecimentos ..................................................................................................13
Prefácio ................................................................................................................15
Apresentação .......................................................................................................17
Lista de abreviaturas e siglas ..............................................................................19
Lista de símbolos .................................................................................................26

Capítulo 1

Ciclo Hidrológico e Bacias Hidrográfi cas ...................................................27
1.1 O ciclo hidrológico ................................................................................27
1.2 bacias hidrográfi cas ..............................................................................32
1.2.1 Conceito ..........................................................................................32
1.2.2 Características físicas de uma bacia hidrográfi ca .....................34
1.3 Exercícios propostos .............................................................................55

Capítulo 2

Precipitações .....................................................................................................59
2.1 Introdução ..............................................................................................59
2.2 Características das chuvas ...................................................................62
2.2.1 Altura precipitada (h) ...................................................................63
2.2.2 Duração (t) ......................................................................................63
2.2.3 Intensidade média (i) ....................................................................65
2.2.4 Distribuição temporal ...................................................................66
2.2.5 Distribuição espacial .....................................................................67

2.3 Chuvas intensas .....................................................................................69
2.3.1 Probabilidade de excedência (P) e período de retorno (T) ......70
2.3.2 Chuvas intensas no Brasil ............................................................74
2.4 Análise de dados pluviométricos (mensais ou anuais) ...................78
2.4.1 Preenchimento de falhas ..............................................................78
2.4.2 Homogeneidade dos dados .........................................................80
2.4.3 Chuva média de uma bacia .........................................................84
2.4.4 Tamanho das séries históricas de dados de chuvas .................87

Capítulo 3

Infi ltração da Água no Solo .........................................................................101
3.1 Introdução ............................................................................................101
3.2 Equações que descrevem o processo de infi ltração .......................104
3.2.1 Equação de Horton .....................................................................104
3.2.2 Equação de Green & Ampt ........................................................106
3.2.3 A equação de Kostiakov .............................................................108
3.3 Medição da infi ltração da água no solo ...........................................109
3.3.1 Método do cilindro-infi ltrômetro .............................................109
3.3.2 Métodos de medição da infi ltração
para irrigação por sulcos .....................................................................111
3.4 Exemplo de um ensaio de campo com cilindro infi ltrômetro ......113
3.5 Metodologia de Walker & Skogerboe para avaliação
de irrigação por sulcos .............................................................................116
3.5.1 Medição das variáveis de avaliação: ........................................116

Capítulo 4

Processos Evaporativos ................................................................................125
4.1 Introdução ............................................................................................125
4.2 Cálculo de evaporação por Penman .................................................129
4.2.1 O método do balanço de energia ..............................................129
4.2.2 O método aerodinâmico .............................................................129
4.2.3 O método combinado .................................................................130
4.3 Métodos de medição de evaporação ...............................................131
4.3.1 Tanque evaporimétrico ..............................................................131
4.3.2 Evaporímetro de Piché ...............................................................134
4.3.3 Monitoramento com estação meteorológica ...........................136

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Hidrologia – Conceitos e Exercícios com Aplicações Práticas

4.4 Cálculo de evapotranspiração por Penman-Monteith ...................138
4.5 Métodos de medição de evapotranspiração ....................................139
4.5.1 Estações meteorológicas .............................................................139
4.5.2 Lisímetros .....................................................................................140
4.5.3 Balanço de energia na copa........................................................143
4.6 Exercícios propostos ...........................................................................146

Capítulo 5

Escoamento Superfi cial ................................................................................149
5.1 Introdução ............................................................................................149
5.2 Destinos da precipitação intensa que atinge uma bacia ................149
5.3 Representação do escoamento superfi cial .......................................152
5.4 Estimativa do escoamento superfi cial ..............................................157
5.4.1 A Fórmula Racional ....................................................................157
5.4.2 Limitações da Fórmula Racional ...............................................165
5.4.3 A Fórmula Racional Modifi cada ...............................................166
5.4.4 A Fórmula de I – Pai – Wu .........................................................166
5.4.5 Fórmula de MacMath .................................................................170
5.5 O Método de Ven te Chow ...............................................................172
5.6 O Método da Hidrógrafa Unitária ....................................................178
5.7 Métodos de Hidrógrafas Unitárias Sintéticas .................................184
5.7.1 Hidrógrafa Unitária Sintética de Snyder .................................184
5.7.2 Hidrógrafas Unitárias Triangular Sintética e
Adimensional Sintética do Soil Conservation Service (SCS) .........187
5.8 Exercícios propostos ...........................................................................192

Capítulo 6

Vazões dos Cursos d’água ...........................................................................205
6.1 Introdução ............................................................................................205
6.2 Medição da vazão com molinete hidrométrico ..............................206
6.3 Medidores de efeito Doppler (ADCP ou ADP) ..............................209
6.4 Medida do nível d’água .....................................................................211
6.4.1 Réguas linimétricas .....................................................................211
6.4.2 Linígrafos .....................................................................................212
6.5 Curvas-chave .......................................................................................212
6.6 Características desejáveis para a localização de um
posto fluviométrico ...................................................................................214

6.7 Vazões de interesse hidrológico e seus métodos
de determinação ........................................................................................215
6.7.1 Vazão máxima .............................................................................215
6.7.2 Vazão mínima ..............................................................................216
6.7.3 Vazão média ................................................................................219
6.8 Regionalização das variáveis hidrológicas ......................................220
6.8.1 Método baseado na vazão específi ca........................................202
6.8.2 Método baseado na regressão múltipla ...................................223
6.9 Exercícios propostos ...........................................................................235

Capítulo 7

Reservatórios ..................................................................................................245
7.1 Introdução ............................................................................................245
7.2 Tipos de reservatórios de regularização .........................................246
7.2.1 Vazão de entrada constante e vazão de saída variável .........246
7.2.2 Vazão de entrada variável e vazão de saída constante .........247
7.3 Demandas de água ..............................................................................248
7.3.1 Os usos da água ...........................................................................248
7.3.2 Demandas médias de água ........................................................248
7.3.3 Demandas máximas de água .....................................................252
7.4 Dimensionamento de um pequeno barramento de terra ..............255
7.4.1 Garantia associada ao Volume Útil (VR) .................................257
7.4.2 Determinação da altura total do maciço (HT) ........................258
7.4.3 Volume de terra movimentado e estimativa do
custo do barramento ............................................................................261
7.4.4 Cálculo do volume do reservatório quando se dispõe
de séries de dados de vazão medidas, supondo regularização
intra-anual (Método da Planilha) ......................................................262
7.4.5 Cálculo do volume do reservatório quando se dispõe
de séries de dados de vazão medidas, supondo regularização
intra-anual (Método Gráfi co de Rippl) .............................................266
7.4.6 Método de Rippl para regularização plurianual ....................271
7.4.7 Método da curva das diferenças totalizadas ou método
da curva de massa residual (regularização plurianual) .................274
7.4.8 Método dos Picos Sequenciais (regularização plurianual) ...276

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Hidrologia – Conceitos e Exercícios com Aplicações Práticas

7.5 Amortecimento do pico de cheia e
dimensionamento do vertedor do barramento ....................................277
7.5.1 Método dos hidrogramas triangulares ....................................278
7.5.2 Dimensionamento da tomada de fundo ..................................282
7.6 Exercícios propostos ...........................................................................282

Capítulo 8

Amortecimento de ondas de cheia em reservatórios e canais ..............299
8.1 Introdução ............................................................................................299
8.2 Amortecimento em reservatórios .....................................................300
8.2.1 Método da discretização da equação da continuidade .........301
8.3 Amortecimento de cheias em rios e em canais –
Método de Muskingum ............................................................................306
8.3.1 Cálculo da hidrógrafa de saída amortecida
quando se dispõe de K e X ..................................................................311
8.3.2 Cálculo da hidrógrafa de saída amortecida
(Qs) quando não se dispõe de K nem de X ......................................315
8.4 Exercícios propostos ...........................................................................318

Capítulo 9

Hidrossedimentologia de bacias hidrográfi cas .......................................329
9.1 Introdução ............................................................................................329
9.2 Transporte fl uvial de sedimentos .....................................................332
9.3 Erosão em lotes e a Equação Universal de Perda de Solo .............337
9.3.1 Erosividade da chuva .................................................................337
9.3.2 Erodibilidade do solo .................................................................339
9.3.3 Fatores adimensionais ................................................................340
9.4 Produção de sedimentos em bacias hidrográfi cas .........................343
9.5 Assoreamento de reservatórios .........................................................345
9.6 Exercícios propostos ...........................................................................348

Capitulo 10

Análise de eventos extremos .......................................................................355
10.1 Introdução ..........................................................................................355
10.2 Conceitos iniciais ...............................................................................356
10.2.1 Série de dados ............................................................................356

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Sergio Nascimento Duarte | José Carlos de Araújo | Raimundo Nonato da Costa Távora | Hans Raj Gheyi
10.2.2 Probabilidade de excedência (P) e período de retorno (T) ..357
10.2.3 Risco de falha (J) ........................................................................357
10.2.4 Probabilidade obtida por fórmulas empíricas
e por modelos de distribuição de frequência. ..................................359
10.3 Modelo de distribuição de Gumbel ................................................360
10.3.1 As equações ................................................................................360
10.3.2 O uso do papel de Gumbel ......................................................363
10.4 Distribuição de Log-Pearson Tipo III .............................................368
10.5 Distribuição de Gumbel-Chow .......................................................370
10.6 Distribuição de Weibull ...................................................................373
10.6.1 O coefi ciente de assimetria (γ) da distribuição de Weibull ...373
10.6.2 Parâmetros da distribuição de Weibull .................................374
10.7 Distribuição Log-normal ..................................................................376
10.7.1 Log-normal para máximos ......................................................377
10.8 Teste de aderência de Kolmogorov-Smirnov ................................384
10.9 Exercícios propostos .........................................................................386

Capítulo 11

Modelagem Hidrológica ..............................................................................393
11.1 Introdução ..........................................................................................393
11.2 Tipos de modelos hidrológicos .......................................................393
11.3 Exemplos de modelos hidrológicos ................................................395
11.4 Sistemas de Informações Geográfi cas
e modelagem hidrológica.........................................................................397
11.5 Modelos concentrados ......................................................................400
11.5.1 HEC-1 ..........................................................................................400
11.5.2 HEC-HMS ..................................................................................400
11.5.3 ABC6 ...........................................................................................403
11.5.4 Modelos IPH ..............................................................................405
11.6 Modelos semiconcentrados .............................................................406
11.6.1 TOPMODEL ...............................................................................406
11.6.2 SWAT ..........................................................................................410
11.7 Modelos Distribuídos .......................................................................415
11.7.1 MIKE-SHE ..................................................................................415
11.7.2 Modelo hidrológico Distribuído GSSHA ..............................416

11.8 Modelos de simulação do transporte de sedimentos
e poluentes .................................................................................................423
11.8.1 Modelo sedimentológico HIDROSED....................................424
11.9 Modelo hidráulico HEC-RAS ..........................................................426
11.10 Modelo de contaminação de recursos hídricos
por agrotóxicos ..........................................................................................426
11.11 Modelo hidrológico WASA (Water Availability
in Semi-Arid Environments) ...................................................................426
11.12 Considerações Finais ......................................................................430

Capítulo 12

Água Subterrânea ..........................................................................................433
12.1 Introdução ..........................................................................................433
12.2 Propriedades importantes dos estratos subterrâneos ..................434
12.2.1 Porosidade total (€) ...................................................................434
12.2.2 Coefi ciente de armazenamento (S) .........................................435
12.2.3 Permeabilidade (Ko) .................................................................435
12.3 Estratos ...............................................................................................437
12.4 Tipos de aquíferos .............................................................................438
12.5 Aquíferos de importância econômica ...........................................440
12.6 Tipos de captações de água subterrânea .......................................440
12.6.1 Nascentes ....................................................................................440
12.6.2 Poços tubulares profundos ......................................................442
12.6.3 Poços tubulares manuais..........................................................447
12.7 Equação dos poços em regime permanente ..................................448
12.7.1 Fórmula para poços confi nados ..............................................448
12.7.2 Fórmula para poços livres .......................................................451
12.7.3 Capacidade específi ca dos poços ............................................453
12.7.4 Determinação da permeabilidade (Ko) e da
transmissividade (T) dos aquíferos ...................................................454
12.8 Teste de produção dos poços ..........................................................456
12.8.1 Teste de um poço tubular profundo.......................................456
12.8.2 Teste de produção do tipo escalonado ...................................458
12.9 Problemas com poços .......................................................................462
12.10 Poluição das águas subterrâneas ..................................................462
12.11 Reservas hídricas subterrâneas .....................................................463

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Sergio Nascimento Duarte | José Carlos de Araújo | Raimundo Nonato da Costa Távora | Hans Raj Gheyi
12.12 Sondagem Elétrica Vertical – SEV ................................................466
12.13 Exercício proposto ...........................................................................467

Capítulo 13

Qualidade da água ........................................................................................469
13.1 Introdução ..........................................................................................469
13.2 Qualidade da água para consumo humano ..................................470
13.3 Qualidade de água para irrigação ..................................................473
13.3.1 O problema da salinização dos solos .....................................473
13.3.2 Caracterização do problema da salinidade ...........................476
13.3.3 Análise da água de irrigação ...................................................477
13.3.4 Classifi cação da água de irrigação ..........................................479
13.3.5 Pressuposições da classifi cação de água para irrigação ......482
13.3.6 Mistura de águas de qualidades diferentes...........................483
13.4 Exercícios propostos .........................................................................485
13.5 O problema do entupimento dos gotejadores ..............................486
13.5.1 Considerações iniciais ..............................................................486
13.5.2 Qualidade da água para irrigação por gotejamento ............488
13.5.3 Entupimento em sistemas de irrigação por gotejamento ....490
13.5.4 Seleção e susceptibilidade dos
gotejadores ao entupimento ...............................................................495
13.5.5 Técnicas para minimizar o entupimento ...............................498
13.5.6 Recuperação dos gotejadores ..................................................504
13.6 Qualidade da água para animais ....................................................506
13.7 Qualidade da água para fi ns industriais .......................................509
13.8 Qualidade da água para o manejo ambiental ...............................509

Capítulo 14

Legislação sobre o uso da água no Brasil .................................................511
14.1 Introdução ..........................................................................................511
14.2 A Legislação Federal pioneira e suas modifi cações .....................513
14.3 A Legislação Federal Atual
(Lei No 9.433 – Política Nacional de Recursos Hídricos) .....................523
14.5 Considerações fi nais .........................................................................535
14.6 Exercícios propostos .........................................................................537

Referências ........................................................................................................541