A
hidrologia é uma ciência dedicada ao estudo das águas
Introdução
Hidrologia é a ciência que trata da água
na Terra, sua ocorrência, circulação, distribuição espacial, suas propriedades
físicas e químicas e sua relação com o ambiente, inclusive com os seres vivos.
A Hidrologia é o estudo da água na superfície terrestre, no solo e no sub-solo.
De uma forma simplificada pode-se dizer que hidrologia tenta responder à
pergunta: O que acontece com a água da chuva?
A Hidrologia pode ser tanto uma ciência
como um ramo da engenharia e tem muitos aspectos em comum com a meteorologia,
geologia, geografia, agronomia, engenharia
ambiental e a ecologia. A Hidrologia
utiliza como base os conhecimentos de hidráulica, física e estatística.
Existem outras ciências que também
estudam o comportamento da água em diferentes fases, como a meteorologia, a
climatologia, a oceanografia, e a glaciologia. A diferença fundamental é que a
Hidrologia estuda os processos do ciclo da água em contato com
os continentes.
Hidrologia
nas Engenharias
A humanidade tem se ocupado com a água
como uma necessidade vital e como uma
ameaça potencial pelo menos desde o
tempo em que as primeiras civilizações se desenvolveram às margens dos rios.
Primitivos engenheiros construíram canais, diques, barragens, condutos
subterrâneos e poços ao longo do rio Indus, no Paquistão, dos
rios Tigre e Eufrates, na Mesopotâmia,
do Hwang Ho na China e do Nilo no Egito, há
pelo menos 5000 anos.
Enquanto a Hidrologia é a ciência que
estuda a água na Terra e procura responder à pergunta sobre o que ocorre com a
água da chuva uma vez que atinge a superfície, a
Engenharia Hidrológica é a aplicação dos
conhecimentos da Hidrologia para resolver problemas relacionados aos usos da
água.
Entre os principais usos humanos da água
estão: o abastecimento humano; irrigação; dessedentação animal; geração de
energia elétrica; navegação; diluição de efluentes; pesca; recreação e
paisagismo.
As preocupações com o uso da água
aumentam a cada dia porque a demanda por água
cresce à medida que a população cresce e
as aspirações dos indivíduos aumentam. Estima-se que no ano 2000 o mundo todo
usou duas vezes mais água do que em 1960.
Enquanto as demandas sobem, o volume de
água doce na superfície da terra é relativamente fixo. Isto faz com que certas
regiões do mundo já enfrentem situações de escassez. O Brasil é um dos países
mais ricos em água, embora existam problemas
diversos.
A Engenharia Hidrológica também estuda
situações em que a água não é exatamente utilizada pelo homem, mas deve ser
manejada adequadamente para minimizar prejuízos, como no caso das inundações
provocadas por chuvas intensas em áreas urbanas ou pelas cheias dos grandes
rios.
A água também é importante para a
manutenção dos ecossistemas existentes em rios, lagos e ambientes marginais aos
corpos d’água, como banhados e planícies sazonalmente inundáveis. Nos últimos
anos a Hidrologia e a Engenharia Hidrológica têm se aproximado de ciências
ambientais como a limnologia e a ecologia, visando responder questões como:
Qual é a quantidade de água que pode ser retirada de um rio sem que haja
impactos significativos sobre os seres vivos que habitam este rio? É possível
que no futuro a água venha a ter um papel cada vez mais importante, num mundo
em que a energia renovável vai ser fundamental: no caso de produção (hidroelétrica,
energia de ondas e marés); no caso de
armazenamento (para complementar energia eólica ou solar); e no caso de
produção de biocombustíveis
(irrigação).
Usos
da água
Os usos da água são normalmente
classificados em consuntivos e não consuntivos.
Usos consuntivos alteram
substancialmente a quantidade de água disponível para outros usuários. Usos
não-consuntivos alteram pouco a quantidade de água, mas podem alterar sua
qualidade. O uso de água para a geração de energia hidrelétrica, por exemplo, é
um uso não-consuntivo, uma vez que a água é utilizada para movimentar as turbinas
de uma usina, mas sua quantidade não é alterada. Da mesma forma a navegação é
um uso não-consuntivo, porque não altera a quantidade de água disponível no rio
ou lago. Por outro lado, o uso da água para irrigação é um uso consuntivo,
porque apenas uma pequena parte da água aplicada na lavoura retorna na forma de
escoamento. A maior parte da água utilizada na irrigação volta para a atmosfera
na forma de evapotranspiração. Esta água não está perdida para o ciclo hidrológico
global, podendo retornar na forma de precipitação em outro local do planeta, no
entanto não está mais disponível para outros usuários de água na mesma região
em que estão as lavouras irrigadas.
Os usos de água também podem ser
divididos de acordo com a necessidade ou não de retirar a água do rio ou lago
para que possa ser utilizada. Alguns usos da água que podem ser feitos sem
retirar a água de um rio ou lago são a navegação, a geração de energia
hidrelétrica, a recreação e os usos paisagísticos. Alguns usos da água que
exigem a retirada de água, ainda que parte dela retorne, são o abastecimento
humano e industrial, a irrigação e a dessedentação de animais.
A
seguir mostrarei com um pouco mais de detalhe alguns dos principais usos de
água.
Abastecimento
humano
O uso da água para abastecimento humano
é considerado o mais nobre, uma vez que o homem depende da água para sua
sobrevivência. A água para abastecimento humano é utilizada diretamente como
bebida, para o preparo dos alimentos, para a higiene pessoal e para a lavagem
de roupas e utensílios. No ambiente doméstico a água também é usada para
irrigar jardins, lavar veículos e para recreação.
O consumo de água em ambiente doméstico
é estimado em 200 litros por habitante por dia. Aproximadamente 80% deste
consumo retornam das residências na forma de esgoto doméstico, obviamente com
uma qualidade bastante inferior.
Abastecimento
industrial
O uso industrial da água está
relacionado aos processos de fabricação, ao uso no produto final, a processos
de refrigeração, à produção de vapor e à limpeza. A fabricação de diferentes
produtos tem diferentes consumos de água. Assim, a indústria de produção de
papel, por exemplo, é reconhecidamente uma das que mais consomem água.
Irrigação
A irrigação é o uso de água mais
importante do mundo em termos de quantidade utilizada. A irrigação é utilizada
na agricultura para obter melhor produtividade e para que a atividade agrícola
esteja menos sujeita aos riscos climáticos. Em algumas regiões áridas, semi-áridas,
ou com uma estação seca muito longa, a irrigação é essencial para que possa
existir a agricultura. No Brasil, o uso de água para irrigação vem aumentando a
cada ano.
A quantidade de água utilizada na
irrigação depende das características da cultura, do clima e dos solos de uma
região, bem como das técnicas utilizadas na irrigação.
Navegação
A navegação é um uso não-consuntivo que
pode ser bastante atrativo do ponto de vista econômico, principalmente para
cargas com baixo valor por tonelada, como minérios e grãos. A navegação requer
uma profundidade adequada do corpo d’água e não pode ser praticada em rios com
velocidade de água excessiva.
Assimilação
e transporte de poluentes
Os corpos de água são utilizados para
transportar e assimilar os despejos neles lançados, como o esgoto doméstico e
industrial. Mesmo em regiões em que o esgoto doméstico e industrial é tratado,
as concentrações de alguns poluentes podem ser superiores às concentrações
encontradas nos rios. Assim, utiliza-se a capacidade de diluição dos rios e
lagos para diminuir a concentração dos poluentes. Também se utiliza os rios
para transportar os poluentes e, assim, afastá-los de onde são gerados.
A capacidade de assimilação de um corpo
d’água é limitada, e quando o lançamento de dejetos é excessivo, a qualidade de
água de um rio não é mais suficiente para outros usos, como a recreação e a
preservação dos ecossistemas.
Recreação
Um uso de água não consuntivo realizado
no próprio curso d’água é a recreação. Este uso é bastante frequente em rios
com qualidade de água relativamente boa, e inclui atividades de contato direto,
como natação, esportes aquáticos, a vela e a canoagem. Também podem existir
atividades de recreação de contato indireto, como a pesca esportiva.
Preservação
de ecossistemas
Além de todos os usos humanos mais
diretos, é do interesse das sociedades que os rios e lagos mantenham sua flora
e fauna relativamente bem preservadas. A manutenção dos ecossistemas aquáticos
implica na necessidade de que uma parcela da água permaneça no rio, e que a qualidade
desta água seja suficiente para a vida aquática.
Geração
de energia
A água é utilizada para a geração de
energia elétrica em usinas hidrelétricas que aproveitam a energia potencial
existente quando a água passa por um desnível do terreno. A potência de uma
usina hidrelétrica é proporcional ao produto da descarga
(ou vazão) pela queda. A queda é
definida pela diferença de altitude do nível da água a montante (acima) e a
jusante (abaixo) da turbina. A descarga em um rio depende das características
da bacia hidrográfica, como o clima, a geologia, os solos, a vegetação.
Em projetos de centrais hidrelétricas,
os estudos hidrológicos são necessários para:
• escolha das turbinas adequadas e determinação
da potência instalada;
• análise da variação temporal da
disponibilidade de energia;
• determinação da energia garantida ou
firme;
• estimativa de vazões máximas em
eventos extremos para dimensionamento das estruturas extravasoras;
• otimização da operação de sistemas
interligados de geração elétrica que incluem hidrelétricas e termoelétricas;
• análise das relações entre o uso da
água para geração de energia e outros usos, como irrigação, abastecimento
urbano, navegação, preservação do meio ambiente e recreação.
No Brasil, a geração de energia elétrica
está fortemente ligada à hidrologia porque a quase totalidade da energia gerada
e consumida é oriunda de usinas hidrelétricas.
Considerando os dados da década de 1990,
o Brasil é o terceiro maior produtor de energia hidrelétrica do mundo, atrás
apenas dos Estados Unidos e do Canadá, e a frente da China, da Rússia e da
França. Entretanto, a energia hidrelétrica no Brasil corresponde a mais de 97%
do total da energia elétrica gerada, enquanto que, na maior parte dos outros
países, a energia hidrelétrica corresponde a percentuais muito menores do total.
Destes países apenas a Noruega apresenta
uma dependência semelhante da água no setor de energia, com 99% da energia de
origem hidrelétrica. A dependência mundial da energia hidrelétrica é de apenas
20%.
Mesmo em usinas termelétricas a água tem
um papel fundamental e é consumida em quantidades significativas. Neste caso a
água é utilizada nos ciclos internos de resfriamento e geração de vapor. Nos
Estados Unidos, as usinas termelétricas utilizam cerca de 260 bilhões de metros
cúbicos por ano, o que corresponde a 47% da utilização total de água neste
país. Deve-se ressaltar, entretanto, que nem toda esta água é consumida, e
grande parte retorna aos rios. Por este motivo, também as usinas termelétricas
são construídas junto a fontes abundantes e confiáveis de água, e são necessários
estudos hidrológicos para avaliar a sua disponibilidade.
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Assista a esse rápido vídeo para melhor
entendimento do ciclo hidrológico.
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