[editar] Conceitos e Aplicações

Devido ao fato de que a quantidade total de água disponível na Terra é finita e indestrutível, podemos encarar o ciclo hidrológico global como sendo um sistema fechado. Um balanço hídrico pode ser desenvolvido para explicar os componentes hidrológicos.

Considere uma superfície plana inclinada e completamente impermeável (a água não pode passar através da superfície), confinada pelos quatro lados e com uma saída no canto A. Desde que a superfície seja assumida como sendo completamente plana, não haverá depressões nas quais a água poderá se armazenar. Se uma chuva for aplicada a este sistema hidrológico simplificado, surgirá em A uma vazão de saída, denominada escoamento superficial direto. Pode-se representar o balanço hídrico para este sistema por uma equação.

onde:

I é a vazão de entrada;
Q é a vazão de saída;
dS/dt é a variação no armazenamento do sistema por unidade de tempo.

A vazão de saída não pode ocorrer até que se acumule água a uma profundidade mínima para fornecer carga necessária ao escoamento, mas devido à intensidade da chuva, a profundidade da água retida (retenção superficial) aumenta. Com o cessar da precipitação, a água retida na superfície se transforma em vazão de saída do sistema. No exemplo citado, toda a entrada se transforma em saída, negligenciando-se a pequena quantidade de água retida eletricamente na superfície e também qualquer evaporação ocorrida durante o período (uma suposição razoável para o sistema descrito). Esta ilustração elementar deve sugerir que qualquer sistema hidrológico pode ser descrito por um balanço hídrico para se poder explicar a disposição das entradas de água no sistema e a variação no armazenamento. A simplicidade do balanço hídrico é, no entanto, freqüentemente enganosa, pois como será visto adiante, os termos da equação não podem ser quantificados facilmente ou adequadamente.

Uma versão mais generalizada do balanço hídrico poderá explicar os vários componentes de um ciclo hidrológico e fornecer a visão de técnicas de resolução de problemas em regiões hidrológicas complexas. Tais regiões podem estar definidas pela topologia, limitadas politicamente ou especificadas arbitrariamente. Uma bacia é uma área definida topograficamente, drenada por um rio ou sistema de rios tal que toda a vazão é descarregada em uma única saída. Os estudos de recursos hídricos eram conduzidos, no passado, em bacias hidrográficas, pois estas áreas simplificam a aplicação do balanço hídrico. Teoricamente, um balanço é possível para qualquer tipo de região, embora a possibilidade de dados e o grau de refinamento dos métodos analíticos determine a aplicabilidade daquele em um senso prático.

O balanço hídrico de uma área unitária da superfície da Terra é formado pelos seguintes componentes:

P = precipitação;
E = evaporação;
Q = descarga, escoamento;
R = reserva, armazenamento;
U = uso, consumo.

A equação da continuidade se apresenta na seguinte forma:

(Eq. 5.2)

onde:

D pode significar o escoamento superficial ou subterrneo;
R é o armazenamento temporário de água no solo;
U é a água utilizada física ou quimicamente.

Em uma média de longo período pode-se admitir que R e U sejam constantes, de forma que as flutuações dessas quantidades tornam-se insignificantes no balanço hídrico, que pode ser simplificado para:

(Eq. 5.3)

A dificuldade em se resolver problemas práticos repousa principalmente na inabilidade em se medir ou estimar adequadamente os vários termos da equação do balanço hídrico. Para estudos locais, são feitas freqüentemente medidas seguras, mas a avaliação em uma escala global é usualmente grosseira. A precipitação é avaliada por medidores dispostos em uma área. O escoamento superficial pode ser medido de várias formas, tais como medidores em barragens, medidores de velocidade de fluxo, etc..

Em boas condições, estas medições são freqüentemente 95% precisas, mas grandes vazões não podem ser medidas pelos métodos tradicionais. A umidade do solo pode ser determinada usando-se provas de nêutrons e métodos gravimétricos; a infiltração determinada localmente por infiltrômetros ou estimada através dos dados de chuva-escoamento. Contudo as estimativas de umidade do solo e infiltração são geralmente muito pobres. Também a determinação da quantidade de água evaporada e transpirada é extremamente difícil no atual estágio de desenvolvimento da ciência.

A equação do balanço hídrico é um instrumento extremamente útil e que pode ser usado de várias maneiras para estimar a magnitude e distribuição no tempo das variáveis hidrológicas.

[editar] Balanço Hídrico no Estado de São Paulo

Em termos gerais o estado de São Paulo dispõe de aproximadamente 100 bilhões de m³/ano, dos quais estima-se que 55 bilhões de m³/ano são devidos aos escoamentos de superfície e de subsuperfície e os restantes 45 bilhões de m³/ano ao escoamento básico, este representando grande importncia como regularizador das vazões dos rios. A tabela 5.3. apresenta os resultados do balanço hídrico estadual do estadp de So paulo, sendo que as unidades estão em mm/ano e l/sx km².

Tabela 5.3. Balanço hídrico no Estado de São Paulo Resultados mm/ano L/s x km² Escoamento de superfície 220 7,0 Escoamento básico 180 5,7 Evapotranspiração real 980 31,1 Escoamento total 400 12,7 Precipitação média 1380 43,8