Infiltração

1. Interceptação e Infiltração
Hidrologia Aplicada
1

2. 2

3. 3
Escolha do Período de Retorno
Tormenta de Projeto
Escoamento Superficial Direto
Vazões e Volumes de Projeto
Dimensionamento Hidráulico
Política
Economia
Hidrometeor.
Hidrologia/
Uso do Solo
Hidrologia
Hidráulica
Metodologia para determinação do
Hidrograma de Cheia

4. 4
Escoamento Superficial Direto
Hidrologia/
Uso do Solo
Metodologia para determinação do
Hidrograma de Cheia

5. 5

6. Conceitos
— A interceptação é a
retenção de parte da
precipitação acima da
superfície do solo
— A interceptação pode
ocorrer devido a
vegetação ou outra forma
de obstrução ao
escoamento como a
depressão do solo. A água
retorna a atmosfera por
evapotranspiracão;
ET P
Meio saturado
Lençol freático
P ET
Meio não saturado

7. Conceitos
— Este processo interfere
no balanço hídrico da
bacia hidrográfica,
funcionando como um
reservatório que
armazena uma parcela da
precipitação para
consumo. A tendência é
de que a interceptação
reduza a vazão média e a
variação da vazão ao longo do
ano, retardando e reduzindo o
pico das cheias freqüentes.
7
Q (vazão) = P (precipitação – ET
(evapotranspiração)
• Equação para um período longo
• Para a mesma precipitação a
vazão altera em função da
evapotranspiração.
• A vegetação aumenta a ET
devido a Interceptação. Quando
é retirada diminui.
• Pode alterar se houver efeitos
locais

8. Interceptação vegetal
— A interceptação vegetal depende de vários fatores:
características da precipitação e condições climáticas,
tipo e densidade da vegetação e período do ano.
— As características principais da precipitação são a
intensidade, o volume precipitado e a chuva
antecedente.
8

9. Relação interceptação e total precipitado
9

10. Características
— O tipo de vegetação caracteriza a quantidade de gotas
que cada folha pode reter e a densidade da mesma indica
o volume retido numa superfície de bacia. As folhas
geralmente interceptam a maior parte da precipitação,
mas a disposição dos troncos contribui
significativamente.
— Em regiões em que ocorre uma maior variação climática,
ou seja em latitudes mais elevadas, a vegetação apresenta
uma significativa variação da folhagem ao longo do ano,
que interfere diretamente com a interceptação. A época
do ano também pode caracterizar alguns tipos de cultivos
que apresentam as diferentes fases de crescimento e
colheita.
10

11. Equação da continuidade
A equação da continuidade
do sistema de
interceptação pode ser
descrita por
Si = P ‑T ‑ C
onde Si = precipitação interceptada;
P = precipitação;
T = precipitação que atravessa a vegetação;
C = parcela que escoa pelo tronco das
árvores.
11

12. Medição das variáveis
— Precipitação: postos em clareiras, topo das árvores
— Precipitação que atravessa as árvores: Esta precipitação é medida por
drenagem especial colocada abaixo das árvores e distribuída de tal
forma a obter uma representatividade espacial desta variável; utilizar
cerca de dez vezes mais equipamentos para a medição da precipitação
que atravessa a vegetação do que para a precipitação total.
— Escoamento pelos troncos ‑ Esta variável apresenta uma parcela pequena do
total precipitado (de 1 a 15% do total precipitado), e em muitos casos
está dentro da faixa de erros de amostragem das outras variáveis. A
medição desta variável somente é viável para vegetação com tronco de
magnitude razoável
12

13. Quantificação
— Equações empíricas
Si= a + b Pn
a, b e n = parâmetros
ajustados ao local e Si e P
= precipitação, em
polegadas.
Valores obtidos com base
em medidas
Cobertura vegetal a b n
Pomar 0,04 0,018 1,00
"Ash" 0,02 0,018 1,00
"beech" 0,04 0,18 1,00
Carvalho 0,05 0,18 1,00
"maple" 0,04 0,18 1,00
arbustos 0,02 0,40 1,00
pinus 0,05 0,20 0,50
feijão, batata e outras
pequenas culturas 0,02h 0,15h 1,00
h
pasto 0,005h 0,08h 1,00
forrageiras 0,01h 0,10h 1,00
pequenos grãos 0,005h 0,05h 1,00
milho 0,05h 0,005h 1,00
13

14. Armazenamento em depressões
— existem obstruções naturais e artificiais ao escoamento,
acumulando parte do volume precipitado
— Depressões em áreas de inundação;
— o volume retido pelas depressões do solo após o início da
precipitação
Vd = Sd ( 1 ‑ e-kPe )
onde Vd = volume retido; Sd = capacidade máxima; Pe =
precipitação efetiva; k= coeficiente equivalente a 1/Sd
14

15. Exemplo do armazenamento em escoamento
superficial de pequenas bacias
15

16. Impactos Antrópicos
Classificação Tipo
M u d a n ç a d a
superfície
1. desmatamento
2. reflorestamento
3. impermeabilização
O uso da superfície 1. Urbanização
2. r e f l o r e s t a m e n t o p a r a
exploração sistemática
3. desmatamento : extração de
m a d e i r a , c u l t u r a d e
subsistência; culturas anuais;
culturas permanentes
Método de alteração 1. queimada
2. manual
3. equipamentos

17. — Passagem da água através da superfície do solo,
ocupando os poros existentes no solo.
— Importante para:
— crescimento da vegetação
— abastecimento dos aquíferos
(mantém vazão dos rios durante as estiagens)
— reduzir escoamento superficial, cheias, erosão
Infiltração

18. — Processos difíceis de quantificar
— Física não muito complicada, mas fortemente
dependente da variabilidade espacial das
propriedades do solo.
— Estimativas por equações empíricas ajustadas
para reproduzir dados medidos no campo.
Infiltração

19. — O solo é uma mistura de materiais sólidos,
líquidos e gasosos.
— Na mistura também encontram-se muitos
organismos vivos (bactérias, fungos, raízes,
insetos, vermes)
Água
no
solo

20. — O solo é uma mistura
de materiais sólidos,
líquidos e gasosos.
— Na mistura também
encontram-se muitos
organismos vivos
(bactérias, fungos,
r a í z e s , i n s e t o s ,
vermes)
— figura extraída de Para entender a
Terra (Press et al. 2006)
Água
no
solo

21. Composição
do
solo

22. — Normalmente analisada do ponto de vista do
diâmetro das partículas que compõe o solo:
Diâmetro (mm) Classe
0,0002 a 0,002 Argila
0,002 a 0,02 Silte
0,02 a 0,2 Areia fina
0,2 a 2,0 Areia grossa
Parte
sólida
do
solo

23. Textura do solo

24. — Relação entre volume de vazios e volume total do
solo
— Poros são ocupados por ar e água
— Conteúdo de umidade do solo:
- Máximo conteúdo de umidade é igual à porosidade.
- Neste caso o solo está SATURADO de água.
Vt
Va
v =θ
Porosidade
e
umidade
do
solo

25. — Areia: 0,37 a 0,50
— Argila: 0,43 a 0,52
Porosidade

26. — Método gravimétrico:
— Coleta amostra e pesa
— Seca a amostra e pesa
— TDR
— Time domain reflectometry
— Existe uma relação entre o conteúdo de umidade e a
constante dielétrica do solo.
— Mede o tempo de transmissão de um pulso
eletromagnético através do solo, entre um par de placas
metálicas colocadas no solo.
— Permite medições contínuas e não destrutivas
Medição
da
umidade
do
solo

27. — Umidade
do
solo
varia
ao
longo
do
tempo.
— Para
re3rar
a
umidade
do
solo:
— Por
gravidade
— Por
sucção
Umidade
do
solo

28. — Saturação: condição em que todos os poros estão
ocupados por água
— Capacidade de campo: Conteúdo de umidade no
solo sujeito à força da gravidade
— Ponto de murcha permanente: umidade do solo
para a qual as plantas não conseguem mais retirar
água e morrem
Umidade
do
solo

29. — Q = fluxo de água (m3/s)
— A = área (m2)
— H = carga (m)
— L = distância (m)
— K = condutividade hidráulica (m/s)
L
H
AKQ
Δ
Δ
⋅⋅=
Fluxo
da
água
em
meios
porosos
saturados

30. Condu=vidade
de
água
em
condição
de
saturação
— Solo arenoso: 23,5 cm/hora
— Solo siltoso: 1,32 cm/hora
— Solo argiloso: 0,06 cm/hora

31. — Inicialmente não saturados
— Preenchimento dos poros garante alta taxa
de infiltração
— A medida que o solo vai sendo umedecido, a
taxa de infiltração diminui
— Equações empíricas
Infiltração
de
água
em
solos

32. 32

33. — 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 (minutos)
— k = parâmetro que deve ser determinado a partir de medições
no campo (1/minuto)
f = fc+ fo− fc( )⋅e−kt
Equação
de
Horton

34. f = fc+ fo− fc( )⋅e−kt
fo = 50 mm/hora fc = 4 mm/hora
Equação
de
Horton
----- k =0,1
----- k=0,05

35. Infiltração
conforme
o
=po
de
solo

36. 36
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
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
tempo (dias)
vazão(m³/s)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
chuva(mm)
Q
Qb
P
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
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
tempo (dias)
vazão(m³/s)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
chuva(mm)
Q
Qb
P
mesma
chuva,
mesma
bacia...
... se alterar
a capacidade
de
infiltração ...

37. Medição
da
Infiltração

38. Balanço
hídrico
no
solo
ΔV = P −Q − I − ET
— ΔV
=
variação
de
volume
de
água
armazenada
no
solo;
— P
=
precipitação;
— Q
=
escoamento
superficial;
— I
=
infiltração
/
percolação;
— ET
=
evapotranspiração

39. Uma camada de solo argiloso, cuja capacidade de
infiltração na condição de saturação é de 4 mm.hora-1,
está saturado e recebendo chuva com intensidade de
27 mm.hora-1. Qual é o escoamento (litros por
segundo) que está sendo gerado em uma área de 10m2
deste solo, considerando que está saturado?
Exercício

40. Uma
medição
de
infiltração
u3lizando
o
método
dos
anéis
concêntricos
apresentou
o
seguinte
resultado.
U3lize
estes
dados
para
es3mar
os
parâmetros
fc,
fo
e
k
da
equação
de
Horton.
Exercício
Tempo (min) Total Infiltrado (mm)
0 0,0
1 41,5
2 60,4
3 70,4
4 76,0
5 82,6
6 90,8
7 97,1
8 104,0
9 111,7
10 115,1
15 138,1
20 163,3
24 180,8