HIDROLOGIA E RECURSOS HÍDRICOS

JOÃO REIS HIPÓLITO • ÁLVARO CARMO VAZ

ISBN: 978-972-8469-86-3

ANO: 2011

FORMATO: 183 X 235 mm

PÁGS.: 814

PVP: €35,00 (6% IVA Incluído)

COLEÇÃO: Ensino da Ciência e da Tecnologia | 41

A presente obra está ancorada num profundo conhecimento científico e na experiência pedagógica de mais de trinta anos por parte dos autores. Partindo de uma sólida e cuidada análise da física dos fenómenos hidrológicos, os Professores João Reis Hipólito e Álvaro Carmo Vaz desenvolvem a conceptualização e a modelação desses fenómenos até chegar à escala das bacias hidrográficas. O rigor científico desta análise é acompanhado da preocupação de dar resposta às principais questões colocadas pela hidrologia da engenharia.
A sistemática utilização de dados de Portugal e de Moçambique, reflectindo também nesse aspecto a experiência e conhecimento dos autores, enriquece esta obra por permitir pôr em contraste duas regiões do mundo com características diversas, tanto de um ponto de vista geo-físico, relevante para as disponibilidades de água, como de um ponto de vista sócio-económico, relevante para o perfil das utilizações.
Em suma, um texto que sistematiza e consolida os conhecimentos nas áreas mais relevantes da hidrologia e dos recursos hídricos e que se reveste de grande qualidade pedagógica.

Francisco Nunes Correia
Professor Catedrático de Ambiente e Recursos Hídricos
do Instituto Superior Técnico

Esta obra constitui um contributo relevante para o ensino e a formação científica e profissional na área dos Recursos Hídricos e da Hidrologia, um domínio fundamental na gestão ambiental e na engenharia civil.
Os autores, João Reis Hipólito e Álvaro Carmo Vaz, prestigiados docentes universitários em Portugal e em Moçambique, colocam a experiência e os conhecimentos adquiridos na prática profissional e académica à disposição dos jovens que irão enfrentar os desafios na referida área estratégica e vital para a Humanidade. Para além de constituir uma excelente iniciação didáctica e uma introdução rigorosa aos conceitos e conhecimentos básicos da Hidrologia e da Gestão de Recursos Hídricos, o livro é, também, uma obra de referência e consulta futura para os profissionais interessados nos aspectos fundamentais dos referidos tópicos.
É de salientar, ainda, o facto de o presente livro ser o resultado da colaboração pessoal de dois especialistas oriundos de países geograficamente distantes mas com elos de ligação muito fortes. Constitui, assim, um exemplo e um sinal promissor de cooperação científica no seio da comunidade de países de língua oficial portuguesa, em prol do respectivo desenvolvimento e qualidade de vida.

António Betâmio de Almeida
Professor Catedrático Emérito da
Universidade Técnica de Lisboa

A água, esse recurso por vezes abundante, outras escasso, é trazida sob a forma de livro em “Hidrologia e recursos hídricos” da autoria de Álvaro Carmo Vaz e João Hipólito. Sendo um recurso chave para o desenvolvimento sustentável das sociedades, na África Austral e em Moçambique a água assume-se como condição de sobrevivência.
É este valor último da água que torna este livro, preparado por qualificados e experientes professores universitários de Moçambique e Portugal, numa referência muito útil para a formação de novos técnicos e para apoio a especialistas na gestão da água. O livro apresenta uma sólida sistematização dos conceitos científicos da Hidrologia e desenvolve as suas aplicações na área dos recursos hídricos, ilustrando com dados dos dois países, o que torna a obra particularmente interessante para aqueles que em Moçambique trabalham nesta importante área.
Ele poderá servir de inspiração para uma forma diferente de olhar para a questão dos recursos hídricos, sobretudo no reconhecimento de que se trata de um recurso finito e que só acções adequadas de gestão e conservação podem torná-lo duradoiro.

Professor Orlando Quilambo
Presidente da Academia de Ciências de Moçambique

JOÃO REIS HIPÓLITO (1948-2011) foi professor associado com agregação no Instituto Superior Técnico e coordenador do núcleo de Ambiente e Recursos Hídricos do Centro de Estudos de Hidrossistemas. Licenciou-se em Engenharia Civil na Universidade de Lourenço Marques e fez o doutoramento e a agregação no Instituto Superior Técnico da Universidade Técnica de Lisboa.
Ao longo de mais de 30 anos leccionou Hidrologia e Recursos Hídricos no Instituto Superior Técnico e, temporariamente, na Universidade de Lourenço Marques e na Universidade de Évora; colaborou durante vários anos em duas das maiores empresas portuguesas do sector da água; foi presidente interino do CIIST e, numa das empresas, responsável pelo centro de informática; é autor de várias dezenas de artigos ou comunicações nesta área científica.

ÁLVARO CARMO VAZ é professor catedrático na Faculdade de Engenharia da Universidade Eduardo Mondlane, de Moçambique, tendo-se doutorado em Hidrologia e Recursos Hídricos no Instituto Superior Técnico em 1985. É membro da Academia de Ciências de Moçambique, do Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia e do Conselho Científico de Águas. Para além da carreira académica, desenvolveu uma intensa actividade de projectista e consultor.
Desenvolve há mais de 30 anos actividade científica e técnica nas áreas de Hidrologia e Gestão dos Recursos Hídricos em Moçambique e na região da África Austral, incluindo estudos de cheias e secas, planeamento e exploração de albufeiras, desenvolvimento e gestão dos recursos hídricos, planos de bacias hidrográficas, gestão de conflitos em bacias transfronteiriças, legislação da água e estruturas institucionais. Nestas áreas, publicou várias dezenas de artigos científicos e comunicações em congressos nacionais e internacionais.

ÍNDICE

PREFÁCIO

1 INTRODUÇÃO À HIDROLOGIA E AOS RECURSOS HÍDRICOS
1.1 Conceitos Gerais
1.2 Breve Nota Sobre a Evolução da Ciência da Hidrologia
1.2.1 A hidrologia na Antiguidade Oriental
1.2.2 A hidrologia na Antiguidade Clássica
1.2.3 A hidrologia na Idade Média e no Renascimento
1.2.4 A hidrologia nos séculos XVII e XVIII
1.2.5 A hidrologia no século XIX e na atualidade
1.3 Reservas Hídricas na Terra
1.4 Utilização da Água
1.5 Alterações Climáticas e seus Impactos
1.6 Exercícios
Bibliografia

2 CICLO HIDROLÓGICO. BALANÇO HÍDRICO
2.1 Conceito de Ciclo Hidrológico
2.2 Balanço Hídrico
2.3 Balanços Hídricos Globais
2.4 Exercícios
Bibliografia

3 CARACTERIZAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS
3.1 Conceito de Bacia Hidrográfica
3.2 Características Fisiográficas
3.3 Características Geométricas
3.3.1 Área de drenagem
3.3.2 Perímetro
3.3.3 Índice de compacidade
3.3.4 Fator de forma
3.3.5 Retângulo equivalente e índice de alongamento
3.4 Características do Sistema de Drenagem
3.4.1 Constância do escoamento
3.4.2 Ordem
3.4.3 Densidade de drenagem e percurso médio sobre o terreno
3.5 Características do Relevo
3.5.1 Curva hipsométrica
3.5.2 Altitude média
3.5.3 Altura média
3.5.4 Perfil do rio
3.5.5 Declives do leito
3.5.6 Declive da bacia e índices de declive
3.5.7 Curva hidrodinâmica
3.5.8 Coeficientes de massividade e orográfico
3.6 Características de Geologia, Solos, Vegetação e Tipo de Ocupação
3.7 Exercícios
Bibliografia

4 PRECIPITAÇÃO
4.1 Introdução
4.2 Características Gerais e Composição da Atmosfera
4.3 A Água e o Ar Húmido
4.4 As Nuvens e a Precipitação
4.5 Modelos Simplificados de Precipitação
4.6 Medição da Precipitação
4.7 Precipitação Intensa
4.8 Precipitação sobre uma Região
4.9 Distribuição Temporal da Precipitação
4.10 Distribuição Espacial da Precipitação Anual Média
4.11 Exercícios
Bibliografia

5 RADIAÇÃO SOLAR
5.1 Introdução
5.2 Radiação Solar no Topo da Atmosfera
5.3 Interação com a Atmosfera e a Superfície do Globo
5.4 Relações Empíricas Locais e Balanço Médio Global
5.5 Exercícios
Bibliografia

6 EVAPORAÇÃO E EVAPOTRANSPIRAÇÃO
6.1 Introdução
6.2 Difusão Turbulenta na Camada Limite
6.3 Evaporação de Superfícies de Água
6.3.1 Método aerodinâmico
6.3.2 Método do balanço energético
6.3.3 Método do balanço hídrico
6.3.4 Método combinado aerodinâmico–energético
6.4 Evapotranspiração Potencial
6.5 Evapotranspiração Cultural de Referência
6.6 Evapotranspiração Cultural
6.7 Medição da Evaporação e Evapotranspiração
6.8 Evapotranspiração Real em Bacias Hidrográficas
6.9 Exercícios
Bibliografia

7 ÁGUA NO SOLO
7.1 Introdução
7.2 Classificação de Solos
7.3 Quantidade de Água no Solo
7.4 Tensão Superficial e Capilaridade
7.5 Potencial Hidráulico
7.6 Relações entre o Teor de Humidade e a Sucção
7.7 Generalização da Lei de Darcy. Equação de Richards
7.8 Relações entre a Condutividade Hidráulica e a Sucção
7.9 Funções de Pedotransferência
7.10 Infiltração
7.11 Redistribuição da Água no Solo
7.12 Exercícios
Bibliografia

8 ÁGUA SUBTERRÂNEA
8.1 Introdução
8.2 Definições e Conceitos Fundamentais
8.2.1 Aquíferos
8.2.2 Características dos aquíferos
8.2.3 Recarga
8.3 Ocorrência de Água Subterrânea
8.3.1 Tipos de rochas
8.3.2 Caracterização dos aquíferos
8.4 Hidráulica do Escoamento Subterrâneo
8.4.1 Introdução
8.4.2 Lei de Darcy
8.4.3 Equação da continuidade
8.4.4 Escoamento bidimensional plano. Função potencial e função de corrente
8.4.5 Escoamento bidimensional radial
8.5 Escoamento Subterrâneo em Aquíferos Confinados
8.5.1 Escoamento plano num aquífero confinado
8.5.2 Escoamento radial num aquífero confinado
8.6 Escoamento Subterrâneo em Aquíferos Freáticos
8.6.1 Hipótese de Dupuit
8.6.2 Escoamento plano num aquífero freático
8.6.3 Escoamento radial num aquífero freático
8.7 Escoamento Subterrâneo em Regime Variável
8.7.1 Escoamento radial num aquífero confinado
8.7.2 Escoamento radial num aquífero freático
8.8 Escoamento Subterrâneo em Aquíferos Semiconfinados
8.8.1 Equações gerais
8.8.2 Escoamento plano num aquífero semiconfinado
8.8.3 Estabilidade de escavações
8.9 Intrusão Salina em Aquíferos Costeiros
8.9.1 Introdução
8.9.2 Teoria de Ghyben–Herzberg
8.9.3 Problemas de exploração
8.9.4 Exploração da água subterrânea em ilhas marítimas
8.10 Exercícios
Bibliografia

9 ESCOAMENTO SUPERFICIAL
9.1 Introdução
9.2 Física do Escoamento Superficial
9.3 Escoamento em Canais com Superfície Livre
9.3.1 Equações do movimento
9.3.2 Linhas características
9.3.3 Resolução numérica
9.3.4 Relação de vazão numa secção de um curso de água
9.3.5 Simplificações das equações do escoamento. Ondas difusiva e cinemática
9.3.6 Métodos do Muskingum e de Muskingum–Cunge
9.3.7 Aplicabilidade dos modelos de escoamento em canais
9.4 Escoamento sobre um Plano Inclinado
9.5 Escoamento Superficial para um Coletor
9.6 Escoamento Superficial em Bacias Hidrográficas
9.7 Medição do Escoamento Superficial
9.7.1 Introdução
9.7.2 Medição do caudal
9.7.3 Medição da altura hidrométrica
9.7.4 Estabelecimento de curvas de vazão
9.7.5 Obtenção do escoamento em determinado intervalo de tempo
9.8 Distribuição Temporal do Escoamento
9.9 Curvas de Duração Anual do Caudal Médio Diário
9.10 Distribuição do Escoamento Anual
9.11 Exercícios
Bibliografia

10 MODELOS DE TRANSFORMAÇÃO DA PRECIPITAÇÃO EM ESCOAMENTO
10.1 Introdução
10.2 Formação do Escoamento a Partir da Precipitação
10.3 Utilização de Reservatórios na Modelação Conceptual
10.4 Análise de Hidrogramas e de Hietogramas
10.5 Modelos com Discretização Anual
10.6 Modelos Com Discretização Mensal
10.6.1 Modelo de Thornthwaite e Mather
10.6.2 Modelo de Témez
10.7 Parcimónia, Funções-Objetivo, Calibração e Verificação
10.8 Exercícios
Bibliografia

11 CARACTERIZAÇÃO DE CHEIAS
11.1 Introdução
11.2 Período de Retorno e Risco Hidrológico
11.3 Curva da Precipitação Útil
11.4 Determinação do Caudal de Ponta
11.4.1 Métodos empíricos
11.4.2 Tempo de concentração
11.4.3 Métodos cinemáticos
11.4.4 Métodos estatísticos
11.4.5 Cheia máxima provável
11.5 Modelo de Réméniéras
11.6 Método do Hidrograma Unitário
11.6.1 Conceitos gerais e definições
11.6.2 Hidrograma em S
11.6.3 Transformação de hidrogramas unitários
11.6.4 Obtenção do hidrograma unitário
11.6.5 Hidrogramas sintéticos
11.6.6 Hietograma de projeto
11.7 Propagação de Cheias em Albufeiras
11.7.1 Situações de propagação de cheias a considerar
11.7.2 Propagação da cheia — descarregador sem comportas
11.7.3 Propagação da cheia — descarregador com comportas
11.8 Mitigação dos Impactos Negativos das Cheias
11.9 Exercícios
Bibliografia

12 CARACTERIZAÇÃO DE SECAS
12.1 Introdução
12.2 Definições de Seca
12.3 Metodologias para Caracterização das Secas
12.3.1 Análise estatística de extremos
12.3.2 Quantis de precipitação
12.3.3 Balanço hídrico da camada superficial do solo
12.3.4 Teoria dos chorrilhos
12.3.5 Teoria dos chorrilhos modificada
12.3.6 Índice de precipitação padrão
12.4 Caracterização de Secas Regionais
12.5 Monitorização de Secas
12.6 Previsão de Secas
12.7 Medidas de Mitigação de Secas
12.8 Exercícios
Bibliografia
13 DOTAÇÕES DE REGA
13.1 Introdução
13.2 Evapotranspiração Cultural
13.3 Dotações de Rega
13.4 Exercícios
Bibliografia

14 DIMENSIONAMENTO E EXPLORAÇÃO DE ALBUFEIRAS
 14.1 Importância das Albufeiras
14.2 Elementos de Caracterização das Albufeiras
14.3 Determinação do Volume Morto
14.4 Determinação da Capacidade Útil da Albufeira
14.4.1 Capacidade útil e fiabilidade
14.4.2 Método de Rippl
14.4.3 Algoritmo dos picos consecutivos
14.4.4 Modelo de programação linear
14.4.5 Modelo de simulação
14.5 Determinação do Volume de Encaixe de Cheias
14.6 Regras de Exploração de uma Albufeira
14.7 Impactos Sociais e Ambientais das Albufeiras
14.8 Exercícios
Bibliografia

15 CAUDAIS ECOLÓGICOS
15.1 Introdução
15.2 Conceito de Caudais Ecológicos
15.3 Estimação de Caudais Ecológicos
15.3.1 Componentes do hidrograma
15.3.2 Metodologias para a estimação dos caudais ecológicos
15.4 Métodos Hidrológicos
15.5 Métodos Hidráulicos
15.6 Métodos Holísticos — Metodologias Simplificadas
15.6.1 Metodologia de Alves e Bernardo
15.6.2 Metodologia de Hughes e Munster
15.7 Exercícios
Bibliografia

16 GESTÃO INTEGRADA DOS RECURSOS HÍDRICOS
16.1 Introdução
16.2 Funções da Gestão Integrada dos Recursos Hídricos
16.2.1 Principais funções da gestão integrada dos recursos hídricos
16.2.2 Monitorização dos recursos hídricos
16.2.3 Controlo da poluição
16.2.4 Atribuição de direitos de utilização da água
16.2.5 Gestão de cheias e secas
16.2.6 Gestão económica
16.2.7 Gestão da informação
16.2.8 Envolvimento das partes interessadas
16.3 Planeamento dos Recursos Hídricos
16.3.1 Objetivos e conteúdo do plano de recursos hídricos
16.3.2 Modelos matemáticos no planeamento de recursos hídricos
16.3.3 Modelo de programação linear
16.3.4 Modelo de simulação
16.3.5 Geração sintética de escoamentos
16.4 Exercícios
Bibliografia

ANEXO ESTATÍSTICA APLICADA À HIDROLOGIA
A.1 Objectivos
A.2 Definições
A.3 Funções de Distribuição, Duração e Densidade de Probabilidades
A.4 Período de Retorno e Risco Hidrológico
A.5 Estatísticas Descritivas de uma População e de uma Amostra
A.5.1 Introdução
A.5.2 Momentos da População e da Amostra
A.5.3 Tendência Central
A.5.4 Dispersão
A.5.5 Assimetria
A.5.6 Quantis
A.6 Ajustamento de uma Amostra a uma Distribuição Teórica de Probabilidades
A.7 Aleatoriedade de uma Série Hidrológica
A.7.1 Testes de Aleatoriedade
A.7.2 Teste de Wald–Wolfowitz
A.7.3 Teste do Número de Extremos Locais
A.7.4 Teste do Coeficiente de Autocorrelação
A.7.5 Teste de Ordenação
A.8 Ajustamento da Distribuição
A.8.1 Métodos para o Ajustamento da Distribuição
A.8.2 Método dos Momentos
A.8.3 Método da Máxima Verosimilhança
A.8.4 Método do Mínimo dos Quadrados
A.9 Funções de Distribuição de Variável Discreta
A.9.1 Processos de Bernoulli
A.9.2 Distribuição Binomial
A.9.3 Distribuição Geométrica
A.9.4 Distribuição Binomial Negativa
A.9.5 Distribuição de Poisson
A.10 Funções de Distribuição de Variável Contínua
A.10.1 Funções de Distribuição Consideradas
A.10.2 Distribuição Normal (Lei de Gauss)
A.10.3 Distribuição log-Normal de 2 Parâmetros (Lei de Galton)
A.10.4 Distribuição log-Normal de 3 Parâmetros
A.10.5 Distribuição de Gumbel
A.10.6 Distribuição de Fréchet
A.10.7 Distribuição de Weibull
A.10.8 Distribuição de Goodrich
A.10.9 Distribuição Gama de 2 Parâmetros
A.10.10 Distribuição de Pearson Tipo III
A.10.11 Distribuição log-Pearson Tipo III
A.10.12 Método dos Fatores de Probabilidade
A.11 Avaliação dos Modelos 762
A.11.1 Metodologia de Avaliação dos Modelos
A.11.2 Ajustamento Gráfico e Papel de Probabilidade
A.11.3 Teste do Qui–Quadrado
A.11.4 Teste de Kolmogorov–Smirnov
A.11.5 Utilização do Modelo para Previsão de Valores Extremos
A.12 Correlação e Regressão Lineares
A.12.1 Correlação e Regressão Lineares Simples
A.12.2 Transformação de Variáveis
A.12.3 Correlação e Regressão Lineares Múltiplas
A.13 Exercícios
Bibliografia

CRÉDITOS DE IMAGENS
ÍNDICE REMISSIVO
ÍNDICE ONOMÁSTICO

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