Aula 2008 1 - Introdução Hidrologia e Usos

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IPH 01019

Hidrologia

Introdução e Ciclo Hidrológico

Walter Collischonn

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Algumas manchetes com algo em comum

• Estiagem no Sul do Brasil ameaça envio de

energia à Argentina

• Chuvas de março e abril afastam risco de

racionamento de energia, dizem especialistas

• Seca australiana agrava crise global de produção

de arroz

• Fundação investiga mortandade de peixes no

RS

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Abril

2008

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Hidrologia é a ciência que estuda a água sobre a Terra; sua quantidade, distribuição, circulação, características químicas e físicas, e sua relação com o meio ambiente e com os seres vivos.

Introdução e Ciclo Hidrológico

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• De forma bem simplificada pode-se dizer que a

hidrologia tenta responder à pergunta:

O que acontece com a água da chuva?

• É uma “ciência da Terra”.

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Hidrologia

e

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O que é Engenharia Hidrológica?

CONCEITO:

• Utiliza princípios hidrológicos na solução de problemas

de Engenharia relacionados à exploração dos recursos

hídricos.

• É uma ciência aplicada.

• Subdivisões: Hidrogeologia, Hidrologia de Superfície,

Hidrologia Estatística etc.

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Engenharia Hidrológica

• Abastecimento

• Navegação

• Irrigação

• Diluição de poluentes

• Manutenção dos ecossistemas

• Pesca

• Turismo

• Recreação

• Geração de energia elétrica

• Relacionada aos usos da água

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Engenharia Hidrológica

• Controle de cheias

• Proteção contra enchentes

• Drenagem urbana

• Proteção/restauração de recursos biológicos

• Erosão e assoreamento

• Tratamento de esgotos

• Gestão de águas

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Usos da água no mundo

• No ano 2000 o mundo todo usou duas

vezes mais água do que em 1960.

• O volume de água doce na superfície da

terra é relativamente fixo. De certa forma,

à medida que a população cresce e as

aspirações dos indivíduos aumentam, há

uma maior possibilidade de escassez de

água no mundo.

• O Brasil é um dos países mais ricos em

água, embora existam problemas diversos.

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Abastecimento de água

ETA Moinhos de Vento

Estima-se em 200 litros por habitante por dia o consumo de água no Brasil.

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Abastecimento de água

Estima-se em 200 litros por habitante por dia o consumo de água no Brasil.

Até chegar às residências, boa parte da água é perdida em vazamentos dos sistemas de distribuição.

A água dos vazamentos infiltra e fica armazenada no solo ou no subsolo. Eventualmente retorna aos rios.

Aproximadamente 80% da água que chega a uma residência retorna como esgoto cloacal.

Cidades como Barcelona estão importando água para

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Irrigação

Irrigação:

maior uso mundial melhor produtividade menos riscos climáticos

Irrigação: algumas dificuldades usar água em regiões secas transferir água

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Irrigação

Irrigação (métodos): inundação (arroz)

aspersão (pivôs centrais) gotejamento

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Irrigação – água na agricultura

Estimativas de consumo de água para diferentes produtos.

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Exemplos

Irrigação (métodos): inundação (arroz)

aspersão (pivôs centrais) gotejamento

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Uso industrial

Refrigeração Vapor Processos Produto Limpeza

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Pesca

subsistência artesanal

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Pesca

Pesca esportiva turismo

recreação serviços

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Navegação

Navegação: vantagens maior capacidade de carga

mais barata para determinadas cargas ($ por Kg relativamente baixo) como minério, grãos, madeira

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Navegação

IPH 01027 Introdução

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Navegação

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Navegação

Navegação no Brasil

RS (Lagoa, Jacuí e Taquari) SP (Tietê e Paraná) MT e MS (Paraguai) AM e RO (rio Madeira) rio Amazonas Araguaia? Tocantins? questões ambientais

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Navegação

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Recreação

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Controle de cheias

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Controle de cheias

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Controle de cheias

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Controle de cheias

Trauma de Porto Alegre cheia de 1941

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Turismo

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Manutenção de ecossistemas

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Algumas perguntas típicas:

1) Qual é a vazão máxima provável em um local proposto para uma barragem ?

2) Qual é a disponibilidade de água de um rio e como ela poderá variar entre estações e de um ano a outro ?

3) Qual é a vazão mínima de um rio que é igualada ou superada 90 % do tempo ?

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4) Qual é o volume de um reservatório necessário para garantir uma determinada vazão a jusante ?

5) Qual é o tamanho adequado de um reservatório de armazenamento para limitar as inundações a jusante a um nível pré-estabelecido ?

6) Qual deve ser a capacidade de um canal ou de um bueiro para evitar inundações em determinadas áreas ?

*Adaptado de Zahed e Porto (USP)

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7) Qual é vazão necessária para manter uma determinada espécie ou um ecossistema em um rio?

8) Como as mudanças de regime hidrológico decorrentes das atividades humanas podem afetar as variáveis físicas de que dependem os ecossistemas?

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9) Qual será a disponibilidade de água para geração de energia durante o próximo período de estiagem?

10) Considerando que não haverá água suficiente para gerar energia durante o próximo ano, quando devem ser ligadas as usinas termoelétricas?

11) Qual deve ser a potência do gerador e da turbina que deverão ser instalados em uma nova usina hidrelétrica?

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12) Considerando que a quantidade de água em uma bacia é muito reduzida, quais devem ser os usos prioritários?

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13) Como as mudanças climáticas poderão afetar a hidrologia?

14) Como a urbanização afeta as vazões máximas?

15) Qual é o efeito do desmatamento sobre a vazão dos rios?

16) Qual é o efeito da plantação de eucaliptos sobre a vazão dos rios?

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 Uso consuntivo

• Abastecimento urbano • Abastecimento industrial • Irrigação

• Dessedentação animal

 Uso não consuntivo

• Geração de energia elétrica • Navegação

• Recreação

 Manejo ambiental

• Coleta, remoção e transformação de poluentes • Manejo de qualidade ambiental

• Proteção/restauração de recursos biológicos

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 Geração de energia elétrica

 Térmica e Hidrelétrica

 Os dois tipos utilizam muita água

 Geração de energia elétrica por usinas hidrelétricas é

muito mais barato do que geração de energia por usinas

térmicas porque o combustível é mais barato, embora o

custo de implantação de uma usina hidrelétrica seja

maior e o custo

do transporte da energia seja maior.

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País Capacidade instalada (MW)

Produção

(GW.horas.ano-1₎

Fração da energia elétrica produzida no país (%) Estados Unidos 74.800 296.380 10 Canadá 64.770 330.690 62 China 52.180 166.800 18 Brasil 51.100 250.000 97 Rússia 39.900 162.800 27 Noruega 26.000 112.680 99 França 23.100 65.500 15 Japão 21.170 91.300 9 Índia 20.580 72.280 25 Suécia 16.540 63.500 52 Total 10 países 390.290 1.611.930 22 Total mundial 633.730 2.445.390 20

Principais países produtores de

energia hidrelétrica:

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País Capacidade instalada (MW)

Produção

(GW.horas.ano-1₎

Fração da energia elétrica produzida no país (%) Estados Unidos 74.800 296.380 10 Canadá 64.770 330.690 62 China 52.180 166.800 18 Brasil 51.100 250.000 97 Rússia 39.900 162.800 27 Noruega 26.000 112.680 99 França 23.100 65.500 15 Japão 21.170 91.300 9 Índia 20.580 72.280 25 Suécia 16.540 63.500 52 Total 10 países 390.290 1.611.930 22 Total mundial 633.730 2.445.390 20

• Causas: pouco carvão; falta de desenvolvimento da energia nuclear; disponibilidade de água; rios grandes e variações topográficas grandes (quedas). • Observar que o Brasil é o

quarto país do mundo em capacidade instalada, mas o terceiro em produção.

• Observar que o Brasil e a Noruega são os países com

maior dependência da

energia hidrelétrica no total

de energia elétrica

produzida.

Principais países produtores de

energia hidrelétrica:

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 A potência de uma usina hidrelétrica é proporcional

ao produto da descarga vezes a queda.

 A queda é definida pela topografia e pelas

características da barragem.

 A descarga (vazão) é resultado dos processos de

transformação da chuva em vazão que ocorrem na

bacia hidrográfica.

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 Vazão de projeto das turbinas.

 Vazão de projeto do vertedor.

 Vazão de projeto para desvio do rio durante a

construção.

 Variabilidade sazonal e interanual da vazão.

 Operação de sistemas de usinas interligadas.

Hidrologia e Engenharia Elétrica

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 Ciclo hidrológico  Bacia hidrográfica  Precipitação

 formação  tipos

 variação espacial e temporal Escoamento superficial

 geração

 fatores que afetam Análise do hidrograma

Vazões médias, mínimas e máximas Capacidade de infiltração nos solos Noções de águas subterrâneas Evapotranspiração

Balanço hídrico

Curva de permanência de vazões

Técnicas de medição de variáveis hidrológicas Regularização de vazões

Amortecimento de cheias em reservatórios Impactos da urbanização de uma bacia

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• Material na internet:

• http://galileu.iph.ufrgs.br/collischonn/IPH%20019/IPH019.html

• Apostila Disciplina

• http://galileu.iph.ufrgs.br/collischonn/apostila%20hidrologia/apostila.html

• Apresentações slides (no mesmo local)

• Exercícios e resultados das provas (no mesmo local)

(58)

Bibliografia

• SANCHEZ, Júlio. Fundamentos de Hidrologia.

Apostila. IPH-UFRGS, 1988. 350p.

• TUCCI, Carlos E.M. (Org.). Hidrologia. Ciências

e aplicação. Porto Alegre: Ed. da Universidade:

(59)

• ESTEVES, F. A. 1988 Fundamentos de limnologia. Interciência, Rio de Janeiro. 602pp.

• GARCEZ, L. N. 1967 Hidrologia. Edgard Blücher. São Paulo, 249 p.

• GOLDENFUM, J. 1994 Notas básicas de hidrologia aplicada à hidreletricidade.

Apostila de disciplina IPH 111. 59pp.

• PINTO, Nelson L. de Souza, HOLTZ, Antônio Carlos Tatit, MARTINS, José Augusto,

GOMIDE, Francisco Luiz Sibut. 1976 Hidrologia Básica. São Paulo: Edgard Blücher, 278p.

• PORTO, R. L. L. (organizador) 1991 Hidrologia Ambiental. EDUSP ABRH São Paulo.

411pp.

• RIGHETTO, A. M. 1998 Hidrologia e Recursos Hídricos. EESC/USP. São Carlos, 840pp.

• SANCHEZ, Júlio. Fundamentos de Hidrologia. Apostila. IPH-UFRGS, 1988. 350p.

• SILVEIRA, A. L. L. 2000 Hidrologia I. Apostila do Curso IPH 104. IPH UFRGS Porto

Alegre 63pp.

• TUCCI, Carlos E.M. (Org.). Hidrologia. Ciência e aplicação. Porto Alegre: Ed. da

Universidade: ABRH: EDUSP, 1993. 943p.

• VILLELA, Swami M., MATTOS, Arthur. Hidrologia aplicada. São Paulo: McGraw-Hill,

1975. 245p.

• WISLER, C. O. e BRATTER, E.F. Hidrologia. Ao Livro Técnico. Rio de Janeiro, 1964.

484p.

• NAGHETTINI, M.; PINTO, E. J. A. 2007 Hidrologia Estatística. CPRM Belo Horizonte. 552p.

• PORTO, R. M. 2003 Hidráulica Básica. EESC/USP. São Carlos, 519 pp.

Bibliografia em português

os livros em negrito estão disponíveis em grande número na biblioteca do IPH

(60)

• CHOW, V. T. Handbook of Applied Hydrology. McGraw-Hill. New York, 1964. n.p.

• DINGMAN, S. L. 2002 Physical Hydrology. Prentice Hall, Upper Saddle River, 646pp.

• HORNBERGER, G. M.; Raffensperger, J. P.; Wiberg, P. L.; Eshleman, K. N. 1998

Elements of Physical Hydrology. Johns Hopkins University Press. Baltimore.

• LINSLEY, R. K.; KOHLER, M. A.; PAULHUS, J. L. H. 1975 Hydrology for Engineers.

McGraw-Hill.

• MAIDMENT, D. 1993 Handbook of hydrology. McGraw-Hill New York

• MANNING, J. C. 1997 Apllied principles of hydrology. Prentice Hall. New Jersey.

• McCUEN, R. H. 1989 Hydrologic analysis and Design. Prentice Hall, New Jersey. 867pp.

• PONCE, V. M. 1989 Engineering Hydrology: Principles and practices. Prentice Hall. New

Jersey.

• WARD, A. D.; TRIMBLE, S. W. 2003 Environmental Hydrology. Lewis, Boca Raton.

475pp.

• WISLER, C. O. e BRATTER, E.F. Hidrologia. Ao Livro Técnico. Rio de Janeiro, 1964.

484p.

• WURBS, R. A.; JAMES, W. P. 2001 Water Resources Engineering. Prentice Hall, Upper

Saddle River. 828pp.

• BRUTSAERT, W. 2005 Hydrology: An Introduction. Cambridge, New York, 605pp.

• DAVIE, T. 2003 Fundamentals of Hydrology. Routledge, New York, 169pp.

Bibliografia em inglês

os livros em negrito estão disponíveis em grande número na biblioteca do IPH

(61)

• http://galileu.iph.ufrgs.br/collischonn/aulas.html

• Entre em Graduação; depois em IPH 01 019 Engenharia Ambiental • ou diretamente em

• http://galileu.iph.ufrgs.br/collischonn/IPH%20019/IPH019.html

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