Elementos do Ciclo Hidrológico

Precipitação

A precipitação é a liberação de água da atmosfera para atingir a superfície da terra. O termo 'precipitação' abrange todas as formas de água liberadas pela atmosfera (neve, granizo, granizo e chuva). A precipitação é a principal entrada de água na área de captação de um rio. Ela precisa de uma avaliação cuidadosa em estudos hidrológicos e hidrogeológicos.

Ocorrência e Tipos de Precipitação

A capacidade do ar de reter o vapor de água depende da temperatura (Davie, 2008): quanto mais frio o ar, menos vapor de água é retido. o vapor condensará em água líquida ou sólida (ou seja, gotas de água ou gelo). A água não condensará espontaneamente. É necessário que haja partículas minúsculas presentes na atmosfera, chamadas núcleos de condensação.Nos núcleos de condensação, as gotas de água ou gelo se formam.As gotas de água ou gelo que se formam nos núcleos de condensação são normalmente muito pequenas para cair na superfície como precipitação.Elas precisam crescer para ter massa suficiente para superar as forças ascendentes dentro de uma nuvem .

Tem três condições que precisam ser atendidos antes da formação da precipitação (Davie, 2008):

• Resfriamento da atmosfera
• Condensação do vapor em núcleos
• Crescimento das gotas de água ou gelo

Tem três tipos principais de precipitação:

• precipitação convectiva
• precipitação orográfica
• precipitação ciclônica

precipitação convectiva

O ar aquecido perto do solo se expande e absorve mais umidade da água. O ar quente carregado de umidade se move para cima e se condensa devido à temperatura mais baixa, produzindo precipitação. Esse tipo de precipitação ocorre na forma de tempestades locais.

precipitação orográfica

A elevação mecânica do ar úmido sobre montanha barreiras, causa fortes precipitações no lado de barlavento da montanha.

precipitação ciclônica

O aquecimento desigual da superfície terrestre pelo sol resulta em regiões de alta e baixa pressão. As massas de ar movem-se de regiões de alta pressão para regiões de baixa pressão, e esse movimento produz precipitação. Se o ar quente substituir o ar mais frio, a frente é chamada de frente quente. Se o ar frio desloca o ar quente, sua frente é chamada de frente fria.

Medição de Precipitação

A precipitação é geralmente expressa como uma profundidade vertical de água líquida. A precipitação é medida por milímetros (mm), em vez de volume, como litros ou metros cúbicos.A medição da precipitação é o profundidade da água que se acumularia na superfície se toda a chuva permanecesse onde havia caído. A queda de neve também pode ser expressa como uma profundidade de água líquida.

Para fins hidrológicos, é mais útil descrito em profundidade equivalente da água.

Água profundidade equivalente é a profundidade da água que estaria presente se a neve derretesse.

Escolha análise hidrológica é importante;

• saber quanta precipitação caiu,
• e quando isso ocorreu.

A precipitação em diferentes locais do terreno é registrada usando dois tipos principais de pluviômetros:

• pluviômetros sem registro
• registrando pluviômetros.

Pluviômetros sem registro

O pluviômetro não registrador é composto por um funil com borda circular e um frasco de vidro como receptor.

O invólucro metálico cilíndrico é fixado verticalmente à fundação de alvenaria com o rebordo nivelado acima da superfície do solo.

A chuva que cai no funil é coletada no receptor e medida em um copo medidor especial graduado em mm de chuva. Normalmente, as medições de precipitação são feitas às 08.00h16.00 e às 24hXNUMX. Durante chuvas fortes, deve ser medida três ou quatro vezes ao dia. Assim, o pluviômetro sem registro fornece apenas a profundidade total da precipitação nas XNUMX horas anteriores.

Registrando Pluviômetros

A pluviômetro tipo gravação tem um arranjo mecânico automático que consiste em:

• um relógio,
• um tambor com um papel quadriculado fixado em torno dele
• e uma ponta de lápis, que desenha o curva de massa da chuva.

Este tipo de medidor também é chamado auto-gravação, automático or pluviômetro integrado.

A partir desta curva de massa pluviométrica;

• a profundidade da chuva em um determinado momento,
• a taxa ou intensidade da chuva em qualquer instante durante uma tempestade,
• tempo de início e cessação das chuvas, pode ser determinado.

Tem três tipos de registrar pluviômetros:

• Pluviômetro basculante
• Pluviômetro tipo pesagem
• Pluviômetro tipo flutuador

Pluviômetro basculante

O pluviômetro de caçamba basculante consiste em um receptor cilíndrico de 30 cm de diâmetro com um funil no interior.

Abaixo do funil há um par de caçambas basculantes. Pluviômetro do tipo balde basculante (após Raghunath, 2006). recebe uma chuva de 0.25 mm, tomba e despeja em um tanque abaixo, enquanto o outro balde assume sua posição e o processo se repete. O tombamento do balde atua sobre um circuito elétrico que faz com que uma caneta se mova sobre um gráfico enrolado em um tambor que gira por um mecanismo de relógio.

Pluviômetro tipo pesagem

No tipo de pluviômetro de pesagem, quando um determinado peso de chuva é coletado em um tanque, ele faz uma caneta se mover sobre um gráfico enrolado em um tambor movido a relógio.

A rotação do tambor define a escala de tempo enquanto o movimento vertical da caneta registra a precipitação cumulativa

Pluviômetro tipo flutuador

No pluviômetro tipo bóia, conforme a chuva é coletada em uma câmara de bóia, a bóia se move para cima, o que faz com que uma caneta se mova sobre um gráfico enrolado em um tambor acionado por um relógio.

Quando a câmara da bóia enche, a água sai automaticamente por sifão através de um tubo sifão mantido em uma câmara sifônica interconectada. O pesagem e pluviômetros flutuantes pode armazenar um moderado queda de neve qual o operador pode pesar ou derreter e registrar a profundidade equivalente da chuva.A neve pode ser derretida no medidor(conforme é coletado lá) por um sistema de aquecimento instalado ou colocando no medidor certos produtos químicos (cloreto de cálcio, etileno glicol, etc).

Precipitação média da área

Precipitação pontual: É a precipitação registrada em uma única estação.

Para pequenas áreas com menos de 50 km2, a precipitação pontual pode ser tomada como a profundidade média da área. Em grandes áreas, uma rede de estações pluviométricas (estações meteorológicas) deve ser instalada. Como a precipitação sobre uma grande área não é uniforme, a profundidade média da precipitação sobre a área deve ser determinada.Precipitação média da área é a precipitação média de uma grande área (bacia, planície, região etc.) para um período de tempo especificado (ano, mês etc.).

A precipitação média da área é determinada por um dos seguintes três métodos:

• Método de média aritmética (média)
• O método isoietal
• método do polígono de Thiessen

Quantidades médias de precipitação das estações pluviométricas para o período de tempo comum (mesmo) são usados ​​na aplicação desses métodos, porque a duração do período de observação para cada estação pode ser diferente.

Método de média aritmética (média)

É obtido simplesmente calculando a média aritmética das quantidades de precipitação nas estações medidoras de precipitação individuais (estações meteorológicas) na área de drenagem.

Pavimentar = ∑ Pi / n (2.1)

Pave = profundidade média de precipitação sobre a área

∑ Pi = soma das quantidades de precipitação em estações de medição de precipitação individuais

n = número de estações pluviométricas na área

Esta método é rápido e simples e rende bem

estimativas em terreno plano (Raghunath, 2006):

• se os medidores são uniformemente distribuídos,
• e se a precipitação em diferentes estações não varia muito da média.

O método isoietal

Neste método; as precipitações medidas nos locais de medição (estações meteorológicas) são traçadas em um mapa de base adequado, e as linhas de igual precipitação (isoietas) são desenhadas levando em consideração os efeitos orográficos e a morfologia das tempestades.

Um mapa isoietal mostra linhas de igual precipitação desenhadas da mesma forma que um mapa de contorno topográfico é desenhado. Um mapa isoietal tem um intervalo de precipitação entre isoietas - 10 mm, 25 mm, 50 mm, etc.

As precipitações médias entre as isoietas sucessivas (P1, P2, P3,…) são tomadas como a média dos dois valores isoietais.

Essas médias são; ponderada com as áreas entre as isoietas (a1, a2, a3, …), somadas e divididas pela área total da bacia que dá a profundidade média de precipitação em toda a bacia.

Pavimentar = ∑ * (Pi +Pi+1)/2 ] ai / A (2.2) ai = área entre os dois

isoietas sucessivas Pi e Pi+1

A = área total da bacia.

método do polígono de Thiessen

Este método tenta permitir uma distribuição não uniforme de medidores, fornecendo um fator de ponderação para cada medidor (Raghunath, 2006).

As estações são plotadas em um mapa base e são conectadas por linhas retas.

Bissetrizes perpendiculares são desenhadas para as linhas retas, unindo estações adjacentes para formar polígonos.

Cada área do polígono é considerada influenciada pela estação pluviométrica dentro dela.

P1, P2, P3, …. são as precipitações nas estações individuais,

e a1, a2, a3, …. são as áreas dos polígonos que circundam essas estações (áreas de influência).

A profundidade média de precipitação para a bacia é dada por

Pave = ∑ Pi ai / A (2.3) A = área total da bacia.

Os resultados obtidos são geralmente mais precisos do que aqueles obtidos por média aritmética simples.

Os medidores (estações) devem estar devidamente localizados sobre a bacia hidrográfica para obter polígonos de formato regular.

Evaporação e Transpiração

O processo pelo qual a água é transferida da superfície da Terra (superfície terrestre, superfícies livres de água, água do solo, etc.) evaporação. Durante o processo de evaporação, o calor latente de evaporação é retirado da superfície de evaporação. Portanto, a evaporação é considerada como um processo de resfriamento. Evaporação da superfície terrestre, água livre

superfícies, água do solo, etc. são de grande importância em estudos hidrológicos e meteorológicos porque afetam (Usul, 2001):

• a capacidade dos reservatórios,
• o rendimento das bacias hidrográficas,
• o tamanho das usinas de bombeamento,
• o uso consuntivo de água pelas plantas, etc.

Transpiração define a perda de água das plantas para a atmosfera através dos poros na superfície de suas folhas. Nas áreas cobertas por vegetação é quase impossível diferenciar entre evaporação e transpiração. Portanto, os dois processos são agrupados e referidos como evapotranspiração.

evaporação

A taxa de evaporação e evapotranspiração variam dependendo de:

• fatores meteorológicos (atmosféricos) que influenciam a região,
• e na natureza da superfície de evaporação.

Os fatores que afetam a taxa de evaporação (e também a evapotranspiração) são:

1. Radiação solar
2. Humidade relativa
3. Temperatura do ar
4. Vento
5. pressão atmosférica
6. Temperatura da água líquida
7. Salinidade
8. Características aerodinâmicas
9. Características energéticas

Medição da evaporação

O método mais comum para a medição da evaporação é usando um evaporação pão

Esta é uma grande panela de água com um instrumento de medição de profundidade de água.

Este dispositivo permite registrar quanta água é perdida por evaporação ao longo de um período de tempo.

Em uma estação meteorológica padrão, a evaporação é medida diariamente como a mudança na profundidade da água. Uma panela de evaporação é preenchida com água, daí o evaporação de água aberta é medido. Um tanque de evaporação padrão, chamado de tanque de evaporação Classe A, tem 122 cm de diâmetro e 25.4 cm de profundidade.

Coeficientes empíricos (coeficiente de tanque) são aplicados para estimar a evaporação de corpos d'água maiores (lago, reservatório de represa, etc.) usando evaporação de tanque medida.

Os valores do coeficiente do tanque para o tanque de evaporação Classe A variam entre 0.60-0.80, e 0.70 é usado como uma média anual.

Métodos de estimativa de evaporação

As dificuldades em medir a evaporação usando instrumentos meteorológicos levaram a muito esforço para estimar a evaporação.

Existem diferentes métodos para estimar a evaporação:

1. Método de orçamento de água
2. Método de orçamento de energia
3. Equações empíricas (Thornthwaite, Penman, Penman-Monteith, etc.)

Método de orçamento de água

Uma abordagem simples para determinar a evaporação envolve a manutenção de um balanço de água.

Equação de continuidade pode ser escrita da seguinte forma para determinar a evaporação (E) para um determinado período:

E=(∆S+P+Qs) – (Qo+Qss)

∆S: Mudança no armazenamento, P: Precipitação,

Qs: fluxo de entrada, Qo: fluxo de saída,

Qss: Escoamento subterrâneo (infiltração)

Método de orçamento de energia

Para determinar a evaporação de um balanço de energia do lago pode ser usado.

E=(Qn+Qv-Qo) / ρ.Le (1+R)

Qn: Radiação líquida absorvida pelo corpo d'água, Qv: Energia advetada de entrada e saída,

Qo: İaumento da energia armazenada no corpo d'água, ρ : densidade da água,

Le: Calor latente de vaporização,

R: Razão entre a perda de calor por condução e por evaporação.

Equações empíricas (Thornthwaite, Penman, Penman-Monteith, etc.)

As equações empíricas são baseadas em variáveis ​​meteorológicas medidas (parâmetros).

Precipitação, radiação solar, velocidade do vento e humidade relativa os valores são usados ​​na estimativa da evaporação por essas equações.

Usando essas equações, é possível fazer uma boa estimativa da evaporação dos lagos para períodos anuais, mensais ou diários.

Transpiração

Transpiração por uma planta leva à evaporação das folhas através de pequenos orifícios (estômatos) na folha.

Isso às vezes é chamado de evaporação de folhas secas.

Vários métodos são desenvolvidos por botânicos para a medição da transpiração. Um dos métodos amplamente utilizados é a medição por fitômetro (Raghunath, 2006).

Um fitômetro consiste em um tanque estanque fechado com solo suficiente para o crescimento da planta com apenas a planta exposta.

A água é aplicada artificialmente até que o crescimento da planta esteja completo.

O equipamento é pesado no início (W1) e ao final do experimento (W

Água aplicada durante o crescimento (w) e a água consumida pela transpiração (Wt) é obtido como

Wt = (WMais de 1 w) - W2

Evapotranspiração

Evapotranspiração (Et) é a perda total de água de uma terra cultivada (ou irrigada) devido à evaporação do solo e à transpiração das plantas.Evapotranspiração potencial (EPT) é a evapotranspiração da pequena vegetação verde quando as raízes são supridas com água ilimitada cobrindo o solo. Geralmente é expresso como uma profundidade (cm, mm) sobre a área.

A seguir estão alguns dos métodos para estimar a evapotranspiração (Raghunath, 2006):

• Experimentos com tanques e lisímetros
• Parcelas experimentais de campo
• Equações de evapotranspiração desenvolvidas por Lowry-Johnson, Penman, Thornthwaite, Blaney-Criddle, etc.
• Método do índice de evaporação.

Infiltração

A água que entra no solo na superfície do solo é chamada infiltração. Ele reabastece a deficiência de umidade do solo e o excesso de água se move para baixo pela força da gravidade. Este processo é chamado infiltração profunda or percolação, recarrega as águas subterrâneas e constrói o lençol freático.

A taxa máxima na qual o solo em qualquer condição é capaz de absorver água é chamada de capacidade de infiltração.

Infiltração (f) muitas vezes começa em uma taxa alta (20 a 25 cm/h) e diminui para uma taxa de estado razoavelmente estacionário (fc) à medida que a chuva continua, chamada de final fp (=1.25 a 2.0 cm/h)

A taxa de infiltração (f) a qualquer momento t é dada pela equação de Horton

(Raghunath, 2006): f = fc + (fo – fc) e–kt

fo = taxa inicial de capacidade de infiltração

fc = taxa constante final de infiltração na saturação

k = uma constante que depende principalmente do solo e da vegetação e = base do logaritmo de Napier

t = tempo desde o início da tempestade

A infiltração depende:

• intensidade e duração das chuvas,
• tempo (temperatura),
• características do solo,
• cobertura vegetal,
• uso da terra,
• teor de umidade inicial do solo (umidade inicial),
• ar aprisionado no solo ou rocha,
• e profundidade do lençol freático.

Determinação da Infiltração

Os métodos para determinar a infiltração são:

• Infiltrômetros
• Observação em poços e lagoas
• Lisímetros
• Simuladores artificiais de chuva
• análise hidrográfica

REFERÊNCIAS

• Prof. Dr. FİKRET KAÇAROĞLU, Nota de Palestra, Muğla Sıtkı Koçman University
• Davie, T., 2008, Fundamentos de Hidrologia (Segunda Ed.). Rutledge, 200 p.
• Raghunath, HM, 2006, Hidrologia (Segunda Ed.). Nova Era Int. Publ., Nova Deli, 463 p.
• Usul, N., Hidrologia de Engenharia. METU Press, Ancara, 404 p.