Esquema do Ciclo Hidrologico (ou ciclo da agua).
Em
hidrologia
,
balanco hidrico
e o resultado da quantidade de agua que entra e sai de uma certa porcao do solo em um determinado intervalo de tempo.
Quando se consideram as condicoes disponiveis no
meio ambiente
, torna-se evidente que a
humanidade
, a
civilizacao
e a
tecnologia
estao sendo rapidamente ameacadas em seus limites de desenvolvimento. Os
limites
resultam das reservas naturais de
materias-primas
, producao de
alimentos
e
energia
e o suprimento de
agua potavel
. Em um planejamento sistematico para o futuro, o suprimento e a
demanda
de
agua
devem ser consideradas conjuntamente de forma a se equilibrar esse
balanco
, com a ajuda do qual sera possivel o desenvolvimento do homem e do mundo.
O
balanco hidrico
representa este equilibrio de forma
matematica
, para que ele possa ser considerado em obras de
engenharia
,
planejamento
de areas de uso
agricola
,
florestal
, vias fluviais, entre tantos outros exemplos.
Importancia da agua, de sua quantidade: Balanco Hidrico Mundial
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Um dos
recursos
mais importantes da
Terra
e a agua. Ela ocorre em tres
estados da materia
: na forma
solida
, como o
gelo
; na forma
liquida
, como a agua; na forma
gasosa
, como o
vapor
.
A agua tem uma funcao critica em quase todas as esferas da
vida
. Sua importancia pode ser ilustrada por meio de alguns exemplos:
- A agua e um elemento construtivo na
fotossintese
das
plantas
e e um constituinte dos organismos;
- A agua e um
solvente
para os
nutrientes
do
solo
;
- A agua e de necessidade vital: o
ar
seco extrai de 1 a 2 kg de agua diariamente do
corpo humano
;
- A agua e um condutor de energia;
- A agua e um
meio de transporte
(aguas residuarias, canais de drenagem,
navegacao
);
- A agua e o mais importante regularizador de energia no balanco energetico da Terra; sem a
evaporacao
, a vida na Terra na sua forma atual seria impossivel;
Nas zonas umidas da Terra ha um
superavit
de agua, sendo que seu valor foi subestimado por muito tempo. As zonas aridas da Terra, onde ha sempre (ou por longos periodos no ano) escassez de agua, esta e considerada por seus habitantes como uma preciosidade.
A tabela abaixo apresenta uma estimativa feita por N. Meinardus (1928) e H. Hoinkes (1968) da quantidade de agua disponivel no planeta Terra. O
volume
total da agua como uma fracao do volume da Terra (1,082 x 10 12 km3) e de cerca de 1: 777,2 ou 0,00129.
Volumes de agua na Terra
| Fonte
|
Volume (km3)
|
Volume (%)
|
| Oceanos
|
1.348.000.000
|
92,39%
|
| Gelo polar, geleiras, icebergs
|
227.000.000
|
2,01%
|
| Agua subterranea, umidade do solo
|
8.062.000
|
0,58%
|
| Lagos e rios
|
225.000
|
0,02%
|
| Atmosfera
|
13.000
|
0,001%
|
| Soma
|
1.583.300.000
|
95,001%
|
| Agua potavel
|
36.020.000
|
4,50%
|
Uma parte da reserva de agua esta em circulacao continua e compoe uma transferencia, pois evapora das superficies liquidas e do solo e apos a
condensacao
na
atmosfera
e depositada novamente nas superficies como
precipitacao
liquida (
chuva
) ou solida (
neve
,
granizo
). Pela precipitacao, a evaporacao e o escoamento superficial sao sempre repostos como agua potavel. O vapor de agua em circulacao na atmosfera formaria com sua completa condensacao e precipitacao uma camada de agua de somente 2 a 3 cm de profundidade na superficie da Terra. Comparando-se com a media de precipitacao anual na Terra (97 cm), deduz-se que a vida media de uma
molecula
de agua na atmosfera e de cerca de 10 dias.
Agua potavel como porcentagem do seu total
| Fonte
|
Porcentagem do volume(%)
|
| Capa de gelo polar, icebergs, geleiras
|
77,23
|
| Agua subterranea (ate 800m de profundidade)
|
9,86
|
| Agua subterranea (800 a 4000m)
|
12,35
|
| Umidade do solo
|
0,17
|
| Lagos (agua potavel)
|
0,35
|
| Rios
|
0,003
|
| Minerais hidratados
|
0,001
|
| Plantas, animais, seres humanos
|
0,003
|
| Atmosfera
|
0,04
|
| Soma
|
100,00
|
A agua disponivel para uso na superficie da terra, da qual a humanidade, a economia e a
industria
dependem, constitui apenas uma fracao da agua total da terra e e renovada pelo
ciclo hidrologico
.
Devido ao fato de que a quantidade total de agua disponivel na Terra e finita e indestrutivel, podemos encarar o ciclo hidrologico global como sendo um sistema fechado. Um balanco hidrico pode ser desenvolvido para explicar os componentes hidrologicos.
Considere uma superficie plana inclinada e completamente impermeavel (a agua nao pode passar atraves da superficie), confinada pelos quatro lados e com uma saida no canto
A
. Desde que a superficie seja assumida como sendo completamente plana, nao havera depressoes nas quais a agua podera se armazenar. Se uma chuva for aplicada a este sistema hidrologico simplificado, surgira em
A
uma vazao de saida, denominada escoamento superficial direto. Pode-se representar o balanco hidrico para este sistema por uma
equacao
.
onde:
- I e a vazao de entrada;
- Q e a vazao de saida;
- dS/dt e a variacao no armazenamento do sistema por unidade de tempo.
A vazao de saida nao pode ocorrer ate que se acumule agua a uma profundidade minima para fornecer
carga
necessaria ao escoamento, mas devido a intensidade da chuva, a profundidade da agua retida (retencao superficial) aumenta. Com o cessar da precipitacao, a agua retida na superficie se transforma em vazao de saida do sistema. No exemplo citado, toda a entrada se transforma em saida, negligenciando-se a pequena quantidade de agua retida eletricamente na superficie e tambem qualquer evaporacao ocorrida durante o periodo (uma suposicao razoavel para o sistema descrito). Esta ilustracao elementar deve sugerir que qualquer sistema hidrologico pode ser descrito por um balanco hidrico para se poder explicar a disposicao das entradas de agua no sistema e a variacao no armazenamento. A simplicidade do balanco hidrico e, no entanto, frequentemente enganosa, pois como sera visto adiante, os termos da equacao nao podem ser quantificados facilmente ou adequadamente.
Uma versao mais generalizada do balanco hidrico podera explicar os varios componentes de um ciclo hidrologico e fornecer a visao de tecnicas de resolucao de problemas em regioes hidrologicas complexas. Tais regioes podem estar definidas pela
topologia
, limitadas politicamente ou especificadas arbitrariamente. Uma bacia e uma area definida
topograficamente
, drenada por um rio ou sistema de rios tal que toda a vazao e descarregada em uma unica saida. Os estudos de recursos hidricos eram conduzidos, no passado, em bacias hidrograficas, pois estas areas simplificam a aplicacao do balanco hidrico. Teoricamente, um balanco e possivel para qualquer tipo de regiao, embora a possibilidade de dados e o grau de refinamento dos metodos analiticos determine a aplicabilidade daquele em um senso pratico.
O balanco hidrico de uma area unitaria da superficie da Terra e formado pelos seguintes componentes:
- P = precipitacao;
- E = evaporacao;
- Q = descarga, escoamento;
- R = reserva, armazenamento;
- U = uso, consumo.
A equacao da continuidade se apresenta na seguinte forma:
(Eq. 5.2)
onde:
- D pode significar o escoamento superficial ou subterraneo;
- R e o armazenamento temporario de agua no solo;
- U e a agua utilizada fisica ou quimicamente.
Em uma media de longo periodo pode-se admitir que R e U sejam
constantes
, de forma que as flutuacoes dessas quantidades tornam-se insignificantes no balanco hidrico, que pode ser simplificado para:
(Eq. 5.3)
A dificuldade em se resolver problemas praticos repousa principalmente na inabilidade em se
medir
ou
estimar
adequadamente os varios termos da equacao do balanco hidrico. Para estudos locais, sao feitas frequentemente medidas seguras, mas a avaliacao em uma escala global e usualmente grosseira. A precipitacao e avaliada por medidores dispostos em uma area. O escoamento superficial pode ser medido de varias formas, tais como medidores em barragens, medidores de velocidade de fluxo, etc..
Em boas condicoes, estas medicoes sao frequentemente 95% precisas, mas grandes vazoes nao podem ser medidas pelos metodos tradicionais. A umidade do solo pode ser determinada usando-se provas de
neutrons
e metodos gravimetricos; a infiltracao determinada localmente por infiltrometros ou estimada atraves dos dados de chuva-escoamento. Contudo as estimativas de umidade do solo e infiltracao sao geralmente muito pobres. Tambem a determinacao da quantidade de agua evaporada e transpirada e extremamente dificil no atual estagio de desenvolvimento da ciencia.
A equacao do balanco hidrico e um instrumento extremamente util e que pode ser usado de varias maneiras para estimar a magnitude e distribuicao no tempo das variaveis hidrologicas.
Em termos gerais o estado de
Sao Paulo
dispoe de aproximadamente 100 bilhoes de m³/ano, dos quais estima-se que 55 bilhoes de m³/ano sao devidos aos escoamentos de superficie e os restantes 45 bilhoes de m³/ano ao escoamento basico, este representando grande importancia como regularizador das vazoes dos rios. A tabela 5.3. apresenta os resultados do balanco hidrico estadual do estado de Sao Paulo, sendo que as unidades estao em mm/ano e l/sx km².
- Tabela 5.3. Balanco hidrico no Estado de Sao Paulo
- Resultados mm/ano L/s x km²
- Escoamento de superficie 220 7,0
- Escoamento basico 180 5,7
- Evapotranspiracao real 980 31,1
- Escoamento total 400 12,7
- Precipitacao media 1380 43,8
Referencias
- Garcez, Lucas N. - Hidrologia - Ed. Edgard Blucher - SaoPaulo, 1970.
- Chow, Ven T. - Handbook of Applied Hydrology.
- Wisler, O. C.; Brater, E. F. - Hidrologia.
- Braga, Benedito P.F.; Conejo, J.G.L. - Balanco Hidrico no Estado de Sao Paulo.
- Hjelmfelt, A. T. - Hydrology for Engineers and Planners.
- Ward, R. C. - Principles of Hydrology.
- Baumgarter, A. - The World Water Balance, 1975.
- Boletins Tecnicos DAEE.
- Lencastre, Armando - Licoes de Hidrologia - Lisboa, 1990.
- Linsley, Ray K.; Franzini, Joseph B. - Engenharia de Recursos Hidricos. Traducao e Adaptacao: Luiz Americo Pastorino. Editora da Universidade de Sao Paulo, Editora McGraw-Hill do Brasil Ltda, 1978.