O Balanço Hídrico

1. INTRODUÇÃO

O balanço hídrico é um dos fundamentos mais importantes para conhecer os efeitos antrópicos sobre o meio natural e a disponibilidade hídrica. Seu estudo auxilia na representação do equilíbrio entre as quantidades de água que entram e saem, de uma certa porção do solo, em um determinado intervalo de tempo e é útil para estimar parâmetros climáticos em diferentes regiões e em áreas da engenharia como construções de barragens e reservas de água, drenagens e recargas, irrigações, dentre outros.

1. DESENVOLVIMENTO

Segundo Martine (1996), a questão populacional tem se tornado um dos agravantes principais da problemática ambiental, como a escassez de água. Devido a esse fato, concluiu-se que seria necessário o planejamento da gestão desse recurso.  Portanto, surgiu o balanço hídrico para analisar a quantidade de água presente em cada região disponível para esse manejo. Esse estudo contabiliza a chuva e a evapotranspiração que ocorre em uma determinada área com seu solo específico. Existem vários procedimentos para o cálculo de balanço hídrico. Um deles é o método criado por Charles Warren Thornthwaite em 1948 e posteriormente modificado por Mather em 1955.

2.1 ESCALA INTERMEDIÁRIA E LOCAL

A bacia hidrográfica, sendo considerada como um sistema físico de escala intermediária, constitui-se de duas partes: a entrada, onde é o volume de água provindo da precipitação e a saída que representa o volume de água que escoa pelo exutório, classificado como um ponto fixo que recebe o escoamento superficial gerado por toda a bacia. Esse conceito é fundamental no entendimento do papel hidrológico da bacia representado pela transformação da água pluvial em escoamento (TUCCI, 1996).  

Numa bacia, este estudo pode ser determinado matematicamente por:

[pic 1]

Onde dS, é a derivada em relação ao armazenamento hídrico e dt é a derivada em relação ao tempo que se dá pela variação do volume hídrico introduzido e repelido na bacia representados pelas letras I (input), podendo ser analisado como a precipitação e O (output), como a vazão e evapotranspiração. Considerando essa equação, pode-se entender o balanço hídrico que ocorre na área de uma determinada bacia, isto é, a capacidade de acúmulo de água no solo, o nível de precipitação e evapotranspiração. Para períodos onde a precipitação é menor do que a evapotranspiração, a vazão diminui, ao passo que os períodos em que a precipitação é maior, a vazão aumenta.

Na escala local é estudado o balanço hídrico de uma região para determinar a variação de armazenamento hídrico no solo dessa área e a disponibilidade de água da mesma. Com essas informações, pode-se determinar se a região está sofrendo deficiência ou excedente hídrico. Nesse caso, utiliza-se metodologias mais precisas como o balanço hídrico climatológico de Thorthwaite e Mather.

2.2 COMPONENTES DO BALANÇO HÍDRICO

Para compreensão desse método de cálculo de balanço hídrico é necessário entender, primeiramente, o equilíbrio da água entre processos que ocorrem em uma determinada região em condições naturais.

[pic 2][pic 3]

Equacionando as entradas (+) e saídas (-) de água do sistema analisado tem-se a variação de armazenamento de água no solo:

[pic 4]

Onde  é o armazenamento hídrico existente no solo; e as entradas sendo como: P considerada como a chuva, sendo a principal entrada de água em um sistema, já que é incomum a ocorrência de neve e as outras formas de precipitação como geada, neblina ou granizo contribuem pouco nos cálculos; O como orvalho, definido como a precipitação da umidade do ar por condensação na forma de gotas com a diminuição da temperatura, que só é importante em regiões muito áridas, sendo assim também desprezível; Ri é o escoamento superficial inicial que ocorre na superfície do terreno provindo das chuvas; DLi é o escoamento sub-superficial, água que desce inicialmente no subsolo na altura das raízes da vegetação, podendo ser a infiltração; e a ascensão capilar é capacidade de entrada de água do solo para as raízes e ocorre em períodos mais secos. ;Na saída, considera-se os processos de saída como: ET é a evapotranspiração, transpiração das plantas; Ro é o escoamento superficial, que ocorre após a saturação do solo; DLo é o escoamento sub-superficial, onde ocorre depois da infiltração; e a DP que é a drenagem profunda, podendo ser considerada como a água em excesso provindo das chuvas que escorre e abastece os aquíferos. Quanto mais profundo for o solo, menor é a drenagem profunda e maior é a ascensão capilar.[pic 5]

Em áreas homogêneas, ou seja, com um tamanho menor, os escoamentos (Ri, Ro, DLi, DLo) se anulam por serem os mesmos. O orvalho (O) e a ascensão capilar (AC) possuem valores desprezíveis por isso não influenciam no cálculo. Sendo assim, resume-se o balanço hídrico em condições naturais como:

[pic 6]

2.3 METODOLOGIA

A equação de armazenamento descrita no tópico acima auxilia na determinação da disponibilidade de água no solo (; alteração do armazenamento de água no solo, ou variação da disponibilidade, (; evapotranspiração real, ocorre em situações reais (ETR); deficiência hídrica, definido pela situação onde a precipitação é menor que a evapotranspiração (DEF) e excedente hídrico, ocorre quando o solo atinge sua capacidade máxima de retenção de água (EXC); com os dados da precipitação (P), evapotranspiração potencial, água perdida em forma de vapor por uma quantidade de vegetação, (ETP) e da capacidade de água disponível, máximo de água disponível que determinado tipo de solo pode reter em função de suas características fisio-hidricas, (CAD).[pic 7][pic 8]

O balanço hídrico climatológico, utilizado para descobrir tais itens descritos acima, é feito anualmente e pode ser dividido em algoritmos.

2.3.1 Roteiro para elaboração do balanço hídrico de determinada região

1. Estimativa da evapotranspiração potencial (ETP)

A evapotranspiração potencial é a máxima capacidade de água capaz de ser perdida em forma de vapor que ocorre em uma extensa superfície de vegetação rasteira. Estima-se a evapotranspiração potencial através de diversos métodos adequados para a região, em função de dados meteorológicos disponíveis, tais como por evapotranspirômetros ou por fórmulas empíricas. Este processo é feito mensalmente e requer suprimento de energia solar o que permite obter valores de ETP maiores no verão.

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