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Processos HidrológicosProcessos Hidrológicos
CST 318 / SER 456CST 318 / SER 456
Tema 3 –Interceptação Tema 3 –Interceptação ANO 2015ANO 2015
Laura De Simone BormaCamilo Daleles Rennóhttp://www.dpi.inpe.br/~camilo/prochidr/
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Processos hidrológicosProcessos hidrológicos
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Interceptação - definiçãoInterceptação - definiçãoInterceptação
primeiro processo hidrológico pela qual a água passa processo pelo qual a água da chuva é temporariamente retida pela vegetação (folhas, galhos e troncos), sendo, em seguida, redistribuída em:
Água que goteja no solo Água que escoa pelo tronco Água que volta à atmosfera por evaporação direta
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Interceptação - importânciaInterceptação - importância
Reservatório que retém e devolve para a atmosfera uma importante parcela da precipitação
Processo eventual ocorre quando há chuva Áreas de floresta a interceptação pode atingir mais de 30% do
total precipitado Interfere no balanço hídrico da bacia hidrográfica:
Contribui diretamente para a quantidade de vapor d´água da atmosfera Influencia no comportamento da vazão ao longo do ano:
Favorece a infiltração da água no soloRetarda e atenua o pico de cheias
Frequentemente negligenciado devido à grande variabilidade e às dificuldades de quantificação
A sua não consideração pode induzir a erros na modelagem
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Interceptação Interceptação –– o processo o processo
Uma parte da chuva é retida pela vegetação (interceptação) Outra parte percola através das folhas e troncos, quando a capacidade de armazenamento é superada (precipitação efetiva) Parte da água interceptada evapora depois da chuva
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DefiniçõesDefinições
Precipitação incidente (P) – quantidade de chuva medida acima do dossel ou em terreno aberto, adjacente à floresta
Precipitação interna ou throughfall (Pi) – chuva que atravessa o dossel florestal, englobando as gotas que passam diretamente pelas aberturas das copas e as gotas que respingam da água retida nas copas
Escoamento pelo tronco ou stemflow (Pt) – água de chuva que, após ser retida pela copa, escoa pelo tronco em direção à superfície do terreno
Precipitação efetiva Pe = Pi+ Pt
PP
PPss
PPtt
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Precipitação efetiva e interceptaçãoPrecipitação efetiva e interceptação
Precipitação efetiva (Pe) – chuva que efetivamente chega ao solo
Pe = Pi + Pt
Pe = P – I
Onde:I - Interceptação – fração de chuva que é evaporada diretamente da copa, não atingindo o solo, dada por:
I = S + E
Sendo:S – capacidade de retenção do dossel - quantidade de água que pode ser retida temporariamente na copa, antes do início dos processos de Pi e PtE – evaporação da água retida na copa
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Interceptação e armazenamento na Interceptação e armazenamento na folha (S)folha (S)
No início da chuva, ocorre primeiramente o armazenamento de água na folha e no dossel (S)
Somente depois de S ter atingido seu ponto máximo, começam os processos de escoamento pelo tronco (Pt) e precipitação interna (Pi)
Capacidade de armazenamento (S): Equilíbrio entre a tensão superficial e a gravidade Tensão superficial na folha é função
Do tipo de folha (vegetação) Das forças externas (clima)
Temperatura: influencia na viscosidade da águaVento: quebra as forças de adesãoIntensidade da precipitação: influencia nas forças de adesão
Maiores valores de S ocorrem nas seguintes condições Espécies com folhas grandes e rugosas Baixa temperatura do ar Ausência de ventos Baixa intensidade de precipitação
Equilíbrio entre tensão superficial e gravidade Foto: Ricardo Espinheira
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Fatores condicionantes da Fatores condicionantes da interceptaçãointerceptação
Condições meteorológicasPrecipitação
AlturaDuraçãoIntensidade
Vento TemperaturaUmidade do arPeríodo do ano
Características da vegetação Folha
TamanhoFormaRugosidade
EspécieBioma
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Interceptação Interceptação –– o processo o processo Horton (1919) um dos primeiros trabalhos notáveis no estudo da
interceptação (descrição detalhada do processo) Estabeleceu as primeiras suposições sobre esse processo:
O volume das perdas por interceptação é função da capacidade de armazenamento da vegetação (S), da intensidade da chuva e da evaporação durante o evento
O percentual das perdas por interceptação decresce com a intensidade de chuva
Os volumes de escoamento de tronco são significativos, mas seu percentual em relação à chuva é pequeno
A interceptação é maior em coníferas do que em latifoliadas
Giglio e Kobiyama (2013)
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Influência da vegetaçãoInfluência da vegetação Árvores, arbustos, gramíneas e serrapilheira Influenciam, principalmente, a capacidade de armazenamento Folhas mais largas têm maior área de captação, porém conduzem
à formação de gotas maiores, que pingam mais facilmente no solo Vegetações perenes têm capacidade de armazenamento mais
uniforme do que vegetações do tipo decíduas (caducifólias) Maior densidade de vegetação maior capacidade de
armazenamento maior interceptação
http://eyesnature.files.wordpress.com/2009/08/chuva-na-mata-2-low.jpg
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Influência da vegetaçãoInfluência da vegetação Richardson (2000)
É difícil extrair conclusões gerais sobre a influência de um tipo de floresta nas perdas por interceptação, porque essas dependem também das características da chuva e outras condições meteorológicas
As características de uma floresta que influenciam a interceptação não são fáceis de identificar e quantificar
Densidade de árvores, inclinação dos galhos, uniformidade da altura da copa, características da casca, forma e inclinação das folhas e índice de área foliar são todas características que influenciam a interceptação
http://eyesnature.files.wordpress.com/2009/08/chuva-na-mata-2-low.jpg
Trabalho: Tema 1 – fazer uma revisão dos trabalhos acerca da influência da vegetação sobre a interceptação
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Influência do climaInfluência do clima
De uma chuva pequena, p.e. 5mm, quase toda água será retida pelas copas e evaporada 100% de “perdaAproximadamente a mesma quantidade de chuva, 5mm, será perdida de uma chuva maior (p.e. 100mm) 5% de perda
Kobyama, 2008
Interceptação x precipitação
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Influência da precipitaçãoInfluência da precipitação Kuraji et al (2001):
mediram volumes mensais de chuva total, precipitação interna e escoamento pelo tronco
Observaram que o percentual de perdas por interceptação foi maior no ano com mais eventos de chuva e menor volume total precipitado
Cuartas et al. (2007) Observaram que a maior quantidade interceptada ocorre nos
anos mais secos
Trabalho: Tema 2 – fazer uma revisão dos trabalhos acerca da influência dos parâmetros do clima sobre a interceptação
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Alguns locais de medida para o BrasilAlguns locais de medida para o Brasil
Giglio e Kobiyama (2013)
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Oliveira et al., 2008
Alguns valores para o BrasilAlguns valores para o Brasil
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Alguns valores para o BrasilAlguns valores para o Brasil
Giglio e Kobiyama (2013)
Trabalho: Tema 3 – fazer uma revisão dos trabalhos acerca dos valores de interceptação identificados para regiões brasileiras
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Medida da interceptaçãoMedida da interceptação
Métodos empíricos Considera-se um sistema onde:
Entrada = chuva total (P)Saída = chuva interna (Pi) e escoamento pelo
tronco (Pt)Diferença = interceptação
I = P – Pi – Pt medida indireta
Variáveis a serem medidas:P - precipitação total (externa)Pi - precipitação interna Pt - escoamento pelo tronco
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Medida da precipitação interna - PiMedida da precipitação interna - Pi
Podem ser utilizados pluviômetros comuns (interceptômetros) e/ou calhas
Pluviômetros podem conduzir a erros – grande variabilidade espacial da precipitação interna alternativa - vários pluviômetros + relocação periódica dentro da parcela
Calhaspossuem maior área de captação as chuvas coletadas devem ser conduzidas a um pluviômetrozinco ou plástico/tamanho varia conforme a necessidadeBorda dobrada para dentro, para evitar perda por respingos
Ideal: Calhas + pluviômetros
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Medida da precipitação interna - PiMedida da precipitação interna - Pi
Kobyama, 2008
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Medida do escoamento pelo tronco (PMedida do escoamento pelo tronco (Ptt))
Utilização de uma calha bem vedada em torno da árvore (colar)Chapa final de metal ou mangueira cortada ao meioUso de pregos e cola de siliconeMedição pode ser feita individualmente ou em grupoColeta em um reservatórioFloresta com grande número de árvores pequenas – medição é difícil
Kobyama, 2008
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Medida do escoamento pelo tronco - PMedida do escoamento pelo tronco - Pss
Em geral, Pt constitui uma fração muito pequena da precipitação incidente, variando de espécie para espécie
Espécies de tronco liso – 5 a 8% da precipitação incidente
Espécies de casca rugosa – 1 a 2% (ou até menos) da precipitação incidente
Medem-se diversas árvores em uma parcela e utilizam-se cerca de 5 a 10 parcelas em uma floresta, distribuídas ao acaso
Como é feita a transformação do volume de água coletada em cada árvore para a unidade mm de altura de água?
Mede-se Pt em todas as árvores de uma parcela pequena e calcula-se o volume total em relação à área da parcela [L3/L2)
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Medida de P, PMedida de P, Pii e P e Ptt
(1)pluviógrafo medindo chuva externa,(2)Pluviógrafo medindo escoamento de tronco e (3)pluviógrafo medindo chuva líquida coletada
pelas calhas
Kobyama, 2008
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AnáliseAnálise
Kobyiama, 2009
Primeiro passo: transformar os volumes medidos em mm Pi: dividir o volume de água coletado pela área de coleta da calha,
projetada em planta (p.e. m3/m2) Pt: dividir o volume escoado pelo tronco pela área de influência
aproximada das copas das árvores (p.e. m3/m2)
(1) Área de cálculo para escoamento pelo tronco e pelo dossel
(2) Pluviômetro para medida da chuva externa
(3) Calha para medição da chuva interna
(4) Colar para medição do escoamento pelo tronco
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Exemplo de lay-outExemplo de lay-out
Santos Junior, 2008
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Métodos alternativosMétodos alternativos
Lorenz & Gallard (2000) Método simplesConsiste em medir o armazenamento em elementos da vegetação (folhas, galhos, troncos) Extrapolar para uma área a partir da quantificação desses elementos com o uso de fotografias áereas da vegetação, capturadas do solo para cima
Czikowsky & Fitzjarrald (2009)Novo métodoMedições micrometeorológicas de fluxo turbulentoEvita erros de medição devido à heterogeneidade da copaFerramenta útil para alimentação de modelos com infos de interceptação
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Modelagem Modelagem –– influência de S e E influência de S e EPonto A - Início da chuva – E representa o componente principal da perda por interceptaçãoEntre A e B – À medida em que a chuva continua, a evaporação tende a diminuir devido à alteração das condições microclimáticas (temperatura, gradiente de pressão de vapor, disponibilidade de energia) enquanto a folha passa a reter mais águaPonto B – S atinge seu máximo e, se a chuva continuar, o aumento de I ocorre devido à continuação da evaporação, porém a taxas menores que as iniciais
Lima, 2008
Hipótese – interceptação cresce exponencialmente com P até o momento em que S atinge seu máximo. A partir daí, a taxa fica constante e equivalente à taxa de evaporação
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Estimativa da interceptaçãoEstimativa da interceptação
Regressão linear (equação de Horton)
I = aPn + b
Onde:
I – quantidade interceptada (mm)P – precipitação incidente (mm)a,b e n – parâmetros de ajuste
Vantagem – pode ser usado com chuvas totais, e não por eventoDesvantagem – não leva em conta certas variáveis, como intensidade e duração da chuva
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Estimativa da interceptaçãoEstimativa da interceptação
Parâmetros da Equação de Horton
Cobertura vegetal
a b N
Pomar 0,04 0,018 1,00Carvalho 0,05 0,18 1,00Maple 0,04 0,18 1,00Pinus 0,05 0,20 0,50Arbustos 0,02 0,40 1,00
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ExercíciosExercícios
1. Considerando duas florestas exatamente iguais em tudo, a perda por interceptação (para uma mesma chuva) deve ser maior em Brasília do que em Campos do Jordão. Certo ou errado? Justifique.
2. Florestas de Pinus, em regiões temperadas, apresentam perda média por interceptação de acordo com a seguinte equação:
I = 0,1P – 0,1n Sendo:I = perda por interceptação (mm)P = precipitação incidente (mm)n = número de chuvas no ano Calcular a interceptação em dado ano cuja precipitação, em 80 chuvas,
atingiu o total de 820mm. Expressar I de forma percentual a P.
Lima, 2008