Infiltração e Ciclo Hidrológico: Análise das Fases e Conceitos

FUMEP FUNDAÇÃO MUNICIPAL DE ENSINO DE PIRACICABA EEP ESCOLA DE ENGENHARIA DE PIRACICABA Disciplina Hidrologia Básica Engª Civil Noturno Maio23 Prof Dr Oswaldo Buzolin Júnior Infiltração Introdução Horton e Índice t parte 1 INFILTRAÇÃO As águas que atingem a superfície do solo a partir das precipitações retidas nas depressões do terreno ou escoando superficialmente ao longo dos talvegues podem infiltrarse por efeito das forças de gravidade e capilaridade O seu destino será em função das características do subsolo do relevo do terreno e da ação da vegetação configurando o que se poderia denominar de fase subterrânea do ciclo hidrológico FASES DA INFILTRAÇÃO Fase de Intercâmbio a água está próxima a superfície e pode retornar a atmosfera pela evaporação ou ser absorvida pelas raízes dos vegetais Evapotranspiração Fase de Descida deslocamento vertical da água quando a ação do peso próprio da água supera a adesão e capilaridade Essa fase segue até a água atingir a camada suporte de solo Impermeável Fase de Circulação devido ao acumulo de água se formam os lençóis subterrâneos cujos movimentos obedecem a ação da gravidade e as leis de escoamento subterrâneo ÁGUA NO SOLO AQUIFÉROS Componentes do Escoamento 7 Rio que desaparece em uma caverna no sul da Georgia EUA mostra que um rio pode agir como um funil direto para o escoamento subterrâneo 8 Conceitos Taxa de Infiltração é a velocidade ou intensidade da penetração da água no solo mmhora mmdia etc Se a intensidade da chuva é maior do que a taxa de infiltração a água será acumulada na superfície e começará o escoamento superficial direto Infiltração acumulada é a quantidade de água total infiltrada após um determinado tempo mm 9 Conceitos A taxa de infiltração normalmente decai rapidamente durante a parte inicial de uma chuva intensa e atinge um valor constante depois de algumas horas de chuva Os fatores responsáveis por este fenômeno incluem 1 O enchimento dos poros finos do solo com água reduz as forças capilares 2 À medida que o solo umedece as partículas de argila colmatam e reduzem o tamanho dos poros 3 O impacto das gotas de chuva no solo faz com que o material da superfície do solo seja dissolvido e preencha os poros do solo 10 Fatores que influem na infiltração Umidade do Solo Precipitação quantidade intensidade e duração Geologia tipo do solo a argila absorve menos água e tem uma taxa de infiltração menor do que os solos arenosos Granulometria e arranjo das partículas Ocupação do Solo Topografia declividades depressões Profundidade do Lençol Freático Evapotranspiração temperatura 11 Tamanho Relativo Areia Silte e Argila 12 Importância da Infiltração Crescimento da vegetação Recarga dos aquíferos subterrâneos Manutenção da vazão nos rios durante a estiagem Reduz o escoamento superficial direto cheias erosão 13 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 010583 080583 150583 220583 290583 050683 120683 190683 260683 030783 100783 170783 240783 tempo dias vazão m³s 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 chuva mm Q Qb P 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 010583 080583 150583 220583 290583 050683 120683 190683 260683 030783 100783 170783 240783 tempo dias vazão m³s 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 14 Medição Infiltrômetro de Duplo Anel Mede a taxa de decaimento da coluna dágua no anel interno Infiltração fontehttpwwwalwicomwastewaterphp Infiltrômetro RÉGUA CILINDRO CANO DE PVC ISOPOR SOLO ÁGUA Infiltrômetros Infiltrômetros 18 Sonda de Neutrons Duplo Anel Garrafa de Mariotte Data Logger Medição Infiltrômetro de Duplo Anel 19 Infiltrômetro tipo aspersor Vol Infiltrado Vol Total Vol Escoado Variação da taxa de infiltração com a umidade do solo Solos de textura pesada 5 a 12 mmhora Solos de textura média 12 a 20 mmhora Solos arenosos leves 20 a 40 mmhora Solo arenoso Velocidade final Solo barrento Solo argiloso 22 Chuva Chuva excedente Chuva infiltrada e kt fc fo fc f Fórmula de Horton 23 f taxa de infiltração mmhora fc taxa de infiltração em condição de saturação mmhora fo taxa de infiltração inicial mmhora t tempo horas k constante depende do tipo de solo hora1 t0 ffo tinfinito ffc e kt fc fo fc f Fórmula de Horton 24 e kt fc fo fc f Parâmetros da Fórmula de Horton Soil Conservation Service 25 Grupo A Grupo B Grupo C Grupo D Grupos Hidrológicos de Solos SCS Solos arenosos menos profundos que os do Grupo A e com menor teor de argila total porém ainda inferior a 15 No caso de terras roxas este limite pode subir a 20 graças à maior porosidade Os dois teores de húmus podem subir respectivamente a 12 e 15 Não pode haver pedras e nem camadas argilosas até 15 m mas é quase sempre presente camada mais densificada que a camada superficial Solos argilosos 30 a 40 de argila total com camada densificada a 50 cm de profundidade ou solos arenosos com camada argilosa quase impermeável ou horizonte de seixos rolados Solos barrentos com teor de argila total de 20 a 30 mas sem camadas argilosas ou pedras até a profundidade de 12 m Nocaso de terras roxas esses limites podem ser 40 e 15m Notase a 60 cm de profundidade camada mais densificada que no Grupo B mas ainda longe das condições de impermeabilidade Solos arenosos com baixo teor de argila inferior a uns 8 não há rochas nem camadas argilosas e nem mesmo densificadas até a profundidade de 15 m O teor de húmus é muito baixo não atingindo 1 26 Índice t de Infiltração Com o Auxílio de um Hidrograma esse método determina Volume Infiltrado Lamina dágua Infiltrada Índice t IMPORTANTE Nesse método a taxa de infiltração é constante ao longo do tempo 27 Índice t de Infiltração D Duração da Chuva em horas H Chuva Total Precipitada durante o tempo D em mm VESD Volume Escoamento Superficial Direto Área da Figura APB em m³ 28 Determinação do Índice t de Infiltração VOLUME TOTAL PRECIPITADO VT A H VOLUME DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL DIRETO VESDÁrea do Hidrograma ABP VOLUME INFILTRADO VI VT VESD LÂMINA INFILTRADA LI VI A ÍNDICE t t LID 29 Exercício 1 De acordo com a teoria de Horton qual é a taxa de infiltração em um solo tipo C conforme a classificação do método SCS após 2 horas Exercício 2 De acordo com a teoria de Horton após quanto tempo o solo atinge uma taxa de infiltração de 15 mmh para um solo tipo B conforme a classificação do método do SCS 30 Exercício 3 Determinar o indice t de infiltração de água no solo em uma Bacia Hidrográfica com 5180 Km² de área para o seguinte hidrograma Tempo horas Vazão m³s Vesd2470000 m³ Tempo h Altura Pluviométrica mm P 87 mm T 8 horas 19 9 11 13 8 6 12 9 Exercício Hidrograma Intensidade da chuva mmhora Hietograma Intensidade da chuva mmhora 33 Exercício 4 Determinar o índice t de infiltração de água no solo em uma Bacia Hidrográfica com 6470 Km² de área para o hidrograma apresentado FIM