Introdução
A Hidrologia trata do estudo das águas na terra, sua ocorrência, circulação, distribuição, propriedades físico-químicas e iteração com o meio ambiente.
A engenharia utiliza a hidrologia no projeto e operação de projetos de controle e de uso da água.
No nosso caso específico, a geração hidrelétrica.
O estudo da hidrologia começa com o conceito do ciclo hidrológico.
Este ciclo começa com a evaporação das águas nos oceanos.
Este vapor de água é transportado pelas massas de ar em circulação na atmosfera para diversas regiões do globo.
Em condições especiais, este vapor se transforma em nuvens que podem precipitar na forma de chuva, neve ou granizo.
Parte desta precipitação ocorre sobre os próprios oceanos e, desta forma, o ciclo se fecha. Esta parcela, que se precipita sobre os oceanos, é inútil para a geração hidrelétrica.
No entanto, parte da precipitação ocorre sobre a terra e é dispersa de diversas maneiras. Quanto maior a precipitação sobre terras elevadas maior o potencial de geração hidrelétrica.
A maior parte é temporariamente armazenada no solo onde caiu e retorna para a atmosfera devido à evaporação e à transpiração das plantas.
Uma parcela menor encontra um caminho sobre a superfície da terra formando, devido à gravidade, córregos, lagos e rios que levam as águas precipitadas até os oceanos.
Outra parcela infiltra-se no solo formando o sistema de águas subterrâneas. As águas subterrâneas também sofrem a ação da gravidade e fluem para regiões mais baixas e eventualmente terminam nos oceanos.
No entanto, parcela significativa da água superficial e subterrânea volta para a atmosfera devido à evaporação e à transpiração antes de atingir os oceanos. Este processo é extremamente complexo porque as águas superficiais podem percolar através do solo até as águas subterrâneas e as águas subterrâneas podem voltar à superfície.
Além disso, parcela da água precipitada pode permanecer armazenada na superfície na forma de neve e gelo durante meses antes de voltar ao seu processo de escoamento.
Portanto, as principais fases do ciclo hidrológico são:
- Precipitação - P;
- Infiltração - I;
- Evaporação - E,
- Transpiração - T;
- Escoamento superficial - Qs;
- Escoamento subterrâneo -Qg.
Para efeito de modelagem matemática, a evaporação e a transpiração podem ser reunidas em apenas um fator; a evapotranspira��o.
Aparentemente, a descrição acima induz a pensar que o ciclo ocorre de forma contínua e constante. Na verdade, o ciclo hidrológico é absolutamente errático tanto no tempo como na área.
Isto significa que a previsão da quantidade de água disponível em um rio para a geração de energia elétrica, da sua disponibilidade mínima e da quantidade máxima dependem de modelos estatísticos e climáticos extremamente complexos.
A quantidade disponível de água para geração determina o tamanho da usina assim como o fluxo de caixa possível de ser obtido para remunerar o investimento.
A disponibilidade mínima de água determina o risco de falta de energia e restrições operativas para garantir a navegabilidade dos rios e a disponibilidade de água para uso humano, animal e para a agricultura.
Finalmente, a quantidade máxima de água determina os esforços máximos que as estruturas deverão suportar assim como as restrições operativas para impedir inundações.
Portanto, no projeto de hidrelétricas a primeira variável a ser considerada é a vazão. No entanto, para chegarmos à vazão é necessário estudar todo o ciclo hidrológico.
Balanço Hídrico
O balanço hídrico é a base da hidrologia e equivale ao fluxo de potência na engenharia elétrica ou à contabilidade na área financeira.
Basicamente, a variação da água armazenada é igual ao somatório de todos os fluxos de água que entram menos o somatório de todos os fluxos de água que saem num determinado ponto e/ou região.
O Balanço Hídrico do escoamento superficial é dado por:
Onde:
- P é a precipitação na área em questão;
- Q1s é o fluxo superficial entrando na área;
- Q2s é o fluxo superficial saindo da área;
- Qg é o fluxo de águas subterrâneas voltando para a superfície;
- Es é a evaporação superficial da área;
- Ts é a transpiração superficial na área;
- I é a infiltração na área;
- ΔSs é a variação da água superficial armazenada na região.
Já para o escoamento subterrâneo, teremos que:
Onde:
- I é a infiltração na área;
- Q1g é o escoamento subterrâneo entrando na área;
- Q2g é o escoamento subterrâneo saindo na área;
- Eg é a evaporação das águas subterrâneas;
- Tg é a transpiração das águas subterrâneas;
- ΔSg é a variação da água subterrânea armazenada na região.
O Balanço Hídrico combinado da região é dado pela soma das equações, resultando em:
Onde:
- P é a precipitação na área em questão;
- ΔQs é o fluxo superficial líquido saindo na região;
- ΔQg é o fluxo subterrâneo líquido saindo na região;
- E é a evaporação total;
- T é a transpiração total;
- ΔS é a variação total de água armazenada na região;
Esta é a equação básica da hidrologia e será muito utilizada no futuro mas a grande questão são os dados meteorol�gicos.