Descrição

O livro "Hidrologia de superfície: princípios e aplicações" apresenta além dos princípios básicos necessários para o entendimento dos processos pelos quais a água passa na natureza, as suas aplicações, e, em especial, para as bacias hidrográficas tipicamente rurais. Ao longo dos últimos 10 anos os autores desenvolveram atividades de pesquisa com base em monitoramento realizado em pequenas bacias hidrográficas representativas da região Alto Rio Grande, MG, que geraram informações e conhecimento, que foram agregados ao conteúdo deste livro, o que torna esta obra diferenciada de outras já publicadas.

Os temas são apresentados de acordo com o conhecimento padrão da ciência hidrológica, desenvolvendo-se Exemplos de Aplicação para que o leitor possa compreender como um dado problema pode ser resolvido e, ou, analisado, sendo que tais exemplos, na maioria das vezes, incorporam nossas observações e monitoramentos de campo. Dentro do escopo do aprendizado, buscou-se ao final dos capítulos 2, 3, 4, 5, 6 e 7, apresentar uma lista de exercícios para que o estudante possa praticar e consolidar seus conhecimentos.

Sempre que pertinente e oportuno, foram inseridas no desenvolvimento dos conteúdos, as associações existentes entre os diferentes recursos da bacia hidrográfica, para o entendimento do seu comportamento hidrológico, bem como, as possíveis implicações ambientais, pois a água desempenha papel preponderante nas potencialidades e vulnerabilidades da natureza.

"Hidrologia de superfície: princípios e aplicações" pode ser recomendado para diversos cursos de engenharia, geologia, ecologia, agronomia e ciência florestal, tanto em nível de graduação quanto de pós-graduação. Neste sentido, no prefácio do mesmo, apresentamos uma sugestão de tópicos que podem ser desenvolvidos tanto para um nível quanto para o outro. Assim, esperamos que esta obra possa contribuir de forma efetiva para a boa formação dos profissionais que tenham relação com esta ciência, que, além de fascinante, é de vital importância para o desenvolvimento sustentável e vem despertando, cada vez mais, o interesse não só de cientistas, mas também, da sociedade como um todo.

1 CICLO HIDROLÓGICO – 19
1.1 Ciclo Hidrológico – 21
1.1.1 Definição – 21
1.1.2 Equacionamento do balanço hídrico – 24
1.1.3 Os aquíferos e o ciclo hidrológico – 29
1.2 Hidrossedimentologia – 33
Referências bibliográficas – 35

2 BACIAS HIDROGRÁFICAS – 37
2.1 Introdução – 39
2.2 Codificação de bacias hidrográficas – 42
2.3 Classificação de bacias hidrográficas – 45
2.3.1 Pequenas bacias – 45
2.3.2 Bacias representativas – 45
2.3.3 Bacias experimentais – 46
2.3.4 Bacias elementares – 47
2.4 Representação digital de bacias hidrográficas – 47
2.5 Parâmetros fisiográficos importantes no contexto hidrológico – 56
2.5.1 Área da bacia hidrográfica – 56
2.5.2 Solos da bacia hidrográfica – 56
2.5.3 Forma da bacia hidrográfica – 58
2.5.4 Sistema ou rede de drenagem da bacia hidrográfica – 63
2.5.5 Características do relevo da bacia hidrográfica – 75
2.6 Considerações sobre manejo de bacias hidrográficas – 81
2.6.1 Introdução – 81
2.6.2 Estudo de caso na bacia hidrográfica do Ribeirão Marcela, região Alto rio Grande/MG – 83
2.6.2.1 Caracterização fisiográfica – 83
2.6.2.2 Diagnóstico do uso atual do solo na bacia hidrográfica do ribeirão Marcela – 88
2.6.2.3 Comportamento espacial de atributos hidrológicos do solo susceptíveis ao manejo – 92
2.7 Exercício proposto – 95
Referências bibliográficas – 96

3 HIDROLOGIA ESTATÍSTICA – 99
3.1 Conceitos básicos de probabilidades – 101
3.2 Histogramas de frequência – 104
3.3 Gráficos “Box-Plot” – 105
3.4 Medidas estatísticas básicas – 105
3.4.1 Média aritmética – 105
3.4.2 Moda – 106
3.4.3 Mediana – 106
3.4.4 Variância e desvio padrão da amostra – 106
3.4.5 Assimetria – 106
3.4.6 Curtose – 107
3.4.7 Co-variância amostral – 108
3.4.8 Coeficiente de correlação – 108
3.5 Frequência de dados hidrológicos – 108
3.5.1 Introdução – 108
3.5.2 Conceito de Tempo de Retorno (TR) – 111
3.6 Classificação das principais séries hidrológicas – 113
3.7 Identificação de “outliers” em uma série histórica hidrológica – 115
3.8 Testes não paramétricos em Hidrologia – 118
3.8.1 Hipótese de Aleatoriedade – 118
3.8.2 Hipótese de Estacionariedade – 119
3.8.3 Hipótese de Independência – 120
3.8.4 Hipótese de Homogeneidade – 121
3.9 Distribuições de probabilidades contínuas em hidrologia – 125
3.9.1 Distribuição Normal ou de Gauss – 126
3.9.2 Distribuição de Gumbel para máximos ou assintótica de valores máximos do tipo I – 136
3.9.3 Distribuição Generalizada de Extremos – GEV – 137
3.9.4 Distribuição Log-Gumbel – 138
3.9.5 Distribuição de Gumbel para mínimos ou assintótica de valores mínimos extremos do tipo I – 142
3.9.6 Distribuição Log-Normal – 143
3.9.7 Distribuição Gama – 149
3.9.8 Distribuição Weibull – 150
3.10 Parâmetros das distribuições de probabilidades com base nos estimadores de Máxima Verossimilhança (MV) – 155
3.10.1 Distribuição Normal – 157
3.10.2 Distribuição de Gumbel para máximos – 158
3.10.3 Distribuição Gama – 160
3.10.4 Log-Normal com 3 parâmetros – 161
3.10.5 Distribuição de Weibull – 164
3.10.6 Distribuição GEV – 164
3.11 Estimação de parâmetros de distribuições de probabilidades com base na metodologia dos Momentos – L – 166
3.11.1 Distribuição Normal – 168
3.11.2 Distribuição de Gumbel para Máximos – 168
3.11.3 Distribuição de Gumbel para Mínimos – 168
3.11.4 Distribuição Gama – 168
3.11.5 GEV – 169
3.11.6 Log-Normal 2P – 169
3.12 Testes de aderência para análise da adequação de distribuições de probabilidades contínuas – 173
3.12.1 Teste de Kolmogorov-Smirnov – 173
3.12.2 Teste de Qui-Quadrado – 175
3.12.3 Teste de Filliben – 177
3.12.4 Teste de Anderson-Darling – 179
3.13 Exercícios propostos – 188
Referências bibliográficas – 191

4 PRECIPITAÇÃO – 193
4.1 Introdução – 195
4.2 Noções gerais sobre a atmosfera terrestre – 195
4.2.1 Circulação geral da atmosfera – 197
4.2.2 Fenômenos atmosféricos que governam o regime de chuvas no Brasil – 199
4.2.3 Conceito de umidade atmosférica – 203
4.2.4 Transporte de energia na atmosfera – 205
4.3 Aspectos característicos da precipitação – 205
4.3.1 Tipos de precipitação – 205
4.3.2 Formação das chuvas – 206
4.3.3 Tipos de chuvas – 208
4.3.3.1 Chuvas Ciclônicas – 208
4.3.3.2 Chuvas Orográficas – 210
4.3.3.3 Chuvas Convectivas – 210
4.3.4 Monitoramento da precipitação – 212
4.3.4.1 Monitoramento com base em pluviômetros e pluviógrafos – 212
4.3.4.2 Monitoramento por Estações Meteorológicas – 213
4.3.4.3 Monitoramento por Radar Meteorológico – 215
4.3.5 Grandezas características associadas à precipitação – 220
4.3.6 Dados de chuva no Brasil – 222
4.4 Consistência de dados hidrológicos – 227
4.4.1 Preenchimento de falhas em séries históricas de precipitação – 227
4.4.2 Verificação da homogeneidade dos dados: curva dupla acumulada ou dupla massa – 231
4.5 Precipitação média sobre a bacia hidrográfica – 233
4.5.1 Média aritmética – 233
4.5.2 Polígonos de Thiessen – 234
4.5.3 Método das Isoietas – 236
4.6 Chuvas Intensas – 236
4.6.1 Definição e importância – 236
4.6.2 Critérios para fixação da frequência e da duração da chuva a serem aplicada a um projeto – 237
4.6.3 Equação de chuvas intensas – 238
4.6.3.1 Aspectos gerais e ajuste com base em dados de pluviograma – 238
4.6.3.2 Ajuste da equação de chuvas intensas com base no método da desagregação de chuvas – 241
4.6.4 Método de Bell para a estimativa de chuvas intensas – 245
4.7 Mapeamento da precipitação – 246
4.7.1 Importância – 246
4.7.2 Algumas técnicas utilizadas na interpolação espacial e mapeamento – 247
4.7.2.1 Inverso da distância – 247
4.7.2.2 Interpolador geoestatístico (krigagem) – 247
4.7.2.3 Co-krigagem – 251
4.7.2.4 Modelos de regressão – 252
4.7.3 Aplicações – 252
4.8 Interceptação da precipitação pela cobertura vegetal – 260
4.8.1 Análise da interceptação pelo dossel – 260
4.8.2 Modelagem da interceptação pelo dossel – 265
4.8.2.1 Modelo de Liu (LIU, 1997) – 265
4.8.2.2 Modelo analítico revisado de Gash – 267
4.9 Erosividade da chuva – 269
4.9.1 Conceituação – 269
4.9.2 Índice de Fournier Modificado (MFI) – 273
4.10 Exercícios propostos – 281
Referências bibliográficas – 284

5 EVAPOTRANSPIRAÇÃO – 291
5.1 Introdução – 293
5.2 Métodos para estimativa da Evapotranspiração Potencial (ETp) – 294
5.2.1 Evapotranspiração a partir de medição da evaporação em tanques – 294
5.2.2 Métodos baseados em balanço de energia – 297
5.2.3 Métodos baseados na temperatura – 297
5.2.4 Método de Penman-Monteith – 301
5.2.5 Método de Priestley-Taylor – 306
5.3 Determinação da evapotranspiração da cultura (ETc) – 307
5.3.1 Estimativa da ETc com base em coeficientes de cultura (Kc) – 307
5.3.2 Estimativa de ETc com base no método de Penman-Monteith – 308
5.4 Evapotranspiração real em bacias hidrográficas (ETr) – 311
5.4.1 Relação ETr/ETp e a umidade do solo – 311
5.4.2 Balanço hídrico em bacias hidrográficas – 314
5.4.3 Evapotranspiração real a partir de lisímetros de drenagem (Evapotranspirômetro de Thornthwaite) – 318
5.4.4 Evapotranspiração real a partir de lisímetros de pesagem – 318
5.5 Estimativa da evaporação em reservatórios – 320
5.6 Exercícios propostos – 329
Referências bibliográficas – 330

6 HIDROLOGIA DO SOLO – 333
6.1 Infiltração no contexto do ciclo hidrológico – 335
6.2 Armazenamento de água no solo – 336
6.3 O processo de infiltração e a redistribuição de água no solo – 339
6.3.1 Alguns conceitos básicos sobre a relação solo-água – 339
6.3.2 Redistribuição de água no perfil do solo – 341
6.4 Movimento de água em solo saturado – 345
6.5 Testes de infiltração – 348
6.5.1 Anéis concêntricos – 348
6.5.2 Infiltrômetros do tipo Mariotte – 349
6.5.3 Simuladores de chuva – 350
6.6 Equações de infiltração – 352
6.6.1 Modelos empíricos – 353
6.6.1.1 Equação de Kostiakov – 353
6.6.1.2 Equação de Horton – 355
6.6.2 Modelos teóricos – 357
6.6.2.1 Green-Ampt – 357
6.6.2.2 Modelo de Green-Ampt modificado por Mein-Larson – 362
6.6.2.3 Equação de Philip – 364
6.7 Relação infiltração x escoamento superficial direto – 367
6.8 Infiltração média na bacia - índice - 373
6.9 Função da umidade do solo no comportamento hidrológico de bacias hidrográficas – 375
6.9.1 Conceituação – 375
6.9.2 Monitoramento da umidade do solo – 377
6.10 Conceitos de Hidropedologia – 381
6.11 Exercícios propostos – 385
Referências bibliográficas – 387

7 ESCOAMENTO SUPERFICIAL – 391
7.1 Aspectos conceituais – 393
7.1.1 Definição de escoamento superficial – 393
7.1.2 Grandezas características – 396
7.2 Análise do escoamento – Hidrógrafas – 400
7.2.1 Conceituação – 400
7.2.2 Separação do escoamento superficial direto e determinação do deflúvio para uma hidrógrafa isolada (Método das inflexões A e C, Figura 7.2) – 403
7.2.3 Método de Barnes – 412
7.2.4 Separação automática do escoamento base em hidrogramas contínuos - método dos filtros digitais de Eckhardt (2005) – 416
7.3 Precipitação efetiva – 419
7.3.1 Índice 0 – 419
7.3.2 Método Curva-Número - USDA/ARS (Método CN-SCS) – 421
7.3.3 Método CN-Modificado por Mishra et al. (2003) (CN-MMS) – 427
7.4 Hidrograma Unitário (HU) – 430
7.4.1 Definições e aplicação – 430
7.4.2 Determinação do HU – 438
7.4.2.1 Modelagem empírica do HU – 438
7.4.2.2 Hidrograma Unitário Sintético – 441
7.4.2.3 Hidrograma Unitário Instantâneo - Modelos conceituais – 447
7.4.2.4 Propostas geomorfológicas para os modelos conceituais de Nash e Clark – 464
7.4.3 Estimativa do HU para tempos de duração diferentes do HU original – 469
7.5 Vazões máximas e Hidrograma de projeto – 472
7.5.1 Introdução – 472
7.5.2 Chuva de projeto – 472
7.5.2.1 Determinação do Tempo de Retorno (TR) – 472
7.5.2.2 Determinação do tempo de duração da chuva de projeto – 473
7.5.3 Equações empíricas para transformação chuva-vazão – 478
7.5.3.1 Método Racional – 478
7.5.3.2 Método de McMath – 483
7.5.3.3 Aplicação da Hidrógrafa Unitária Triangular (HUT) – 485
7.5.3.4 Geração do Hidrograma de Projeto – 486
7.5.4 Propagação em rios – 493
7.6 Dimensionamento de reservatórios – 495
7.6.1 Conceitos – 495
7.6.2 Dimensionamento hidrológico de reservatórios – 496
7.6.2.1 Regularização de vazões – 496
7.6.2.2 Propagação de cheias – 506
7.7 Noções sobre monitoramento de vazões em cursos d’água – 513
7.7.1 Monitoramento de vazões em bacias hidrográficas – 513
7.7.2 Medição direta de vazões em cursos d’água – 517
7.8 Exercícios propostos – 520
Referências bibliográficas – 526


Autores: Carlos Rogério de Mello, Antônio Marciano da Silva e Samuel Beskow
Ano: 2020
Número de Páginas: 531
Tamanho: 18 x 27 cm
Editora: Ufla
Acabamento: Brochura
ISBN: 978-8127-096-8