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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.11.2016.tde-25042016-183209
Documento
Autor
Nome completo
Francisco Carlos Soriano Arcova
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 1996
Orientador
Banca examinadora
Lima, Walter de Paula (Presidente)
Pfeifer, Rui Marconi
Poggiani, Fabio
Título em português
BALANÇO HÍDRICO, CARACTERÍSTICAS DO DEFLÚVIO E CALIBRAGEM DE DUAS MICROBACIAS HIDROGRÁFICAS NA SERRA DO MAR, SP
Palavras-chave em português
Balanço hídrico
Deflúvio
Microbacias
Serra do mar
Resumo em português
Com o objetivo de comparar o balanço hídrico e características do deflúvio e, também, de realizar a calibragem das micro bacias hidrográficas experimentais B e D, do Laboratório de Hidrologia Florestal Eng.º Agr. Walter Emmerich, estudou-se o comportamento hidrológico das duas microbacias durante um período de seis anos. A área do experimento está localizada à leste do Estado de São Paulo, no Parque Estadual da Serra do Mar - Núcleo Cunha, no limite entre a Serra do Mar e o Planalto Atlântico. O clima da região é úmido, com fortes influências dos efeitos orográficos da Serra do Mar. A precipitação média anual é superior a 2000 mm, podendo o ano hídrico ser dividido em um período caracterizado como úmido, que se estende de outubro a março, e um período seco, que compreende os meses de abril a setembro. Com área de 36,68 ha e 56,04 ha respectivamente, as microbacias B e D estão recobertas com vegetação secundária de Mata Atlântica, em solos do tipo Latossolo Vermelho Amarelo predominantemente, estabelecidos sobre rochas graníticas. No período compreendido entre outubro de 1986 a setembro de 1992, monitorou-se as duas microbacias, efetuando-se medições contínuas das descargas e das precipitações pluviométricas. Os componentes do balanço hídrico anual determinados foram a precipitação e o deflúvio. Pela diferença entre ambos, estimou-se a evapotranspiração, desconsiderando-se as variações de armazenamento de água no solo. As características do deflúvio estudadas foram as curvas de duração de fluxo do deflúvio diário, o escoamento direto e as taxas de pico de vazão de hidrogramas. Utilizando o método das microbacias pareadas, correlacionou-se o deflúvio anual, o deflúvio mensal, a quantidade de escoamento direto e o pico de vazão das microbacias B e D, por meio de regressões lineares, resultando em equações de calibragem das microbacias. A microbacia D foi considerada como controle no experimento. A média anual da precipitação, do deflúvio e da evapotranspiração foram, respectivamente: microbacia B - 2012 mm, 1473 mm e 539 mm; microbacia D - 2158 mm, 1555 mm e 603 mm. Em termos percentuais, a evapotranspiração das microbacias é da ordem de 30% da precipitação anual. O deflúvio médio diário das microbacias durante os períodos seco e úmido foram, respectivamente: microbacia B - 3,4 mm e 4,7 mm; microbacia D - 3,8 mm e 4,8 mm. Os fatores de resposta médios das microbacias B e D, calculados pelo quociente entre o volume de escoamento direto e a precipitação, estimados a partir de 88 hidrogramas, foram 0,23 e 0,12, respectivamente. Frente às análises efetuadas no presente trabalho pode-se concluir: 1) as microbacias são conservativas quanto ao consumo de água. Em comparação com outras florestas de clima tropical, a evapotranspiração anual da vegetação de mata atlântica do local ocorre a taxas consideravelmente menores; 2) as microbacias apresentam um regime de vazão bastante regular durante todo o ano hídrico. Em média, a produção de água no período das chuvas supera em apenas 10% a produção hídrica no período mais seco. O escoamento base é o principal componente do fluxo diário de água dos rios, abrangendo aproximadamente 90% do tempo de descarga na curva de duração de fluxo das microbacias. A contribuição do escoamento direto para o deflúvio diário restringe-se a cerca de 10% de todo o tempo do escoamento; 3) há uma diferença marcante entre a resposta hidrológica das duas microbacias devido às precipitações, em função da época do ano. No período das chuvas a proporção de escoamento direto é superior à verificada no período mais seco. As áreas geradoras de escoamento direto nas duas microbacias aumentam com a passagem da estação seca para a estação úmida e também com o incremento das chuvas. Embora pouco comum, a área mínima de contribuição do escoamento direto pode corresponder a 60% da superfície das microbacias; 4) o volume de escoamento direto da microbacia B, em geral, supera o da microbacia D. Uma maior proporção da superfície da primeira microbacia contribui para o escoamento rápido comparativamente à microbacia D. Para a maior parte das chuvas do período seco, não mais que 10% da microbacia D produz escoamento direto, enquanto na microbacia B, de 20% a 30% da superfície gera escoamento rápido. No período das chuvas, é bastante frequente que 30% da microbacia D participe na formação do hidrograma, enquanto 30% a 50% da área da microbacia B usualmente produz este componente do deflúvio; 5) há evidências de que a resposta hidrológica às chuvas, mais intensa na microbacia B que na microbacia D, decorre principalmente, da presença de grandes extensões de solos rasos localizados em terrenos de grande inclinação, concentrados desde as partes mais elevadas até as porções inferiores das vertentes da microbacia B; 6) com relação à calibragem das microbacias, as equações determinadas para o deflúvio anual e para o deflúvio mensal, com reduzidos erros padrão de estimativa, podem ser utilizadas para avaliação de um eventual tratamento experimental, ao contrário dos modelos obtidos para estimativa do volume de escoamento direto e do pico de vazão. Recomenda-se a inclusão de mais observações na tentativa de melhorar as equações para as duas últimas características do deflúvio.
Título em inglês
WATER BALANCE, STREAMFLOW CHARACTERISTICS AND CALIBRATION OF TWO SMALL WATERSHEDS IN SERRA DO MAR, SÃO PAULO
Palavras-chave em inglês
Serra do Mar
Streamflow
Water balance
Watersheds
Resumo em inglês
Our main target is the comparison of the water balance and the streamflow characteristics, besides achieaving the calibration of B and D experimental watersheds in Walter Emmerich Hydrologic Laboratory. We have studied the hydrologic behaviour of the two small watersheds for six years. The area of the experiment is in the east of São Paulo State, in Serra do Mar State Park in the border between Serra do Mar and Atlantic Plateau, at Brazil. It' s a wet area with hard influences of the orographic effects from Serra do Mar. The annual average precipitation is above 2,000 mm, and the water year can be divided in a wet period - from October to March - and a dry period - from April to September. There are 36.68 ha and 56.04 ha in the B and D small watersheds, respectively. They are covered with Mata Atlântica forest, principally in Red Yellow Latosols, in granite. From October 1986 to September 1992, we monitored the two watersheds, measuring discharge and precipitation continuously. The measured components of the annual water year were the precipitation and streamflow. From the difference between them we estimated the evapotranspiration, negleting the changes in soil moisture storage. The studied streamflow characteristics were: flow duration curves of daily streamflow, stormflow and peak flow rates of hydrographs. Applying the paired catchment method by means of linear regressions, we correlated the annual streamflow, monthly streamflow, the amount of stormflow and the peak discharge for the two watersheds, resulting in calibration equations. The D watershed was used as the control in the experiment. The mean annual precipitation, streamflow and evapotranspiration were respectively: B watershed - 2,012 mm; 1,473 mm and 539 mm; D watershed - 2,158 mm; 1,555 mm and 603 mm. Within percentage limits, the evapotranspiration of the watersheds is about 30% the annual precipitation. The mean daily flow of the watersheds during the dry and wet periods were respectively: B watershed - 3.4 mm and 4.7 mm; D watershed - 3.8 mm and 4.8mm. The mean hydrologic response of B and D watersheds - estimated by the rate between stormflow volume and precipitation, calculated from 88 selected hydrographs, were 0.23 and 0.12 respectively. The results permit the following conclusions: 1) B and D small watersheds are conservative in terms of water consumption. Comparing to other tropical forests, the annual evapotranspiration of forest in the Mata Atântica presents a remarkable smaller proportion; 2) the watersheds presents a rather regular discharge regime during all the water year. In average, the water yield in the rainy period is only 10% greater than the water yield in the drier period. The baseflow is the main component of the daily streamflow, occurring during 90% of the time on the flow duration curves of the catchments. The daily direct runoff contribution occurs only about 10% of the time of the streamflow; 3) there is a remarkable difference between the two watersheds hydrologic response due to precipitations in different seasons of the year. In the rainy period, the proportion of the stormflow is greater than the drier period. The generating area of stormflow in the two watersheds increase from the dry season to the wet season and with rainfall. Even though rare, the minimum contributing area can reach up to 60% of the total catchment area; 4) the stormflow volume of the B watershed is generally greater than the D watershed. During the dry period, 10% the area has a stormflow in the D watershed whereas 20% to 30% the area in B watershed produces a quickflow. During the rainy period, 30% D watershed usually contributes to the development of hydrograph, while 30% to 50% the B watershed surface usually produces this component of the flow; 5) the larger hydrologic responses to stronger rains in the B watershed than D watershed are mainly due to vast area of shallow soil in sloping ground which are concentrated from the top to the bottom in B watershed hillslopes; 6) the determined calibration equations for annual and monthly streamflow, with low standard error of estimate, could already be used to predict streamflow after an eventual experimental treatment in the B catchment. However, the models using volume of direct runoff and runoff peak were not significant with the available number of data.
 
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Data de Publicação
2016-04-28
 
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