Análise por Métodos Hidrológicos e Hidroquímicos de Fatores

Transcrição

ANÁLISE POR MÉTODOS HIDROLÓGICOS E
HIDROQUÍMICOS DE FATORES CONDICIONANTES DO
POTENCIAL HÍDRICO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS ESTUDO DE CASOS NO QUADRILÁTERO FERRÍFERO (MG)
ii
FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
Reitor
João Luiz Martins
Vice-Reitor
Antenor Barbosa Júnior
Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação
Tanus Jorge Nagem
ESCOLA DE MINAS
Diretor
Antônio Gomes de Araújo
Vice-Diretor
Marco Túlio Ribeiro Evangelista
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
Chefe
César Augusto Chicarino Varajão
iii
EVOLuÇÃO CRUSTAL E RECURSOS NATURAIS
iv
CONTRIBUIÇÕES ÀS CIÊNCIAS DA TERRA – VOL. 28
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
Nº 240
ANÁLISE POR MÉTODOS HIDROLÓGICOS E HIDROQUÍMICOS
DE FATORES CONDICIONANTES DO POTENCIAL HÍDRICO
DE BACIAS HIDROGRÁFICAS - ESTUDO DE CASOS NO
QUADRILÁTERO FERRÍFERO (MG)
Fernanda Martineli Costa
Orientador
Luis de Almeida Prado Bacellar
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do
Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito
parcial à obtenção do Título de Mestre em Ciências Naturais, Área de Concentração: Geologia
Ambiental e Conservação de Recursos Naturais
OURO PRETO
2005
v
Universidade Federal de Ouro Preto – http://www.ufop.br
Escola de Minas - http://www.em.ufop.br
Departamento de Geologia - http://www.degeo.ufop.br/
Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais
Campus Morro do Cruzeiro s/n - Bauxita
35.400-000 Ouro Preto, Minas Gerais
Tel. (31) 3559-1600, Fax: (31) 3559-1606 e-mail: [email protected]
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direito autoral.
ISSN
Depósito Legal na Biblioteca Nacional
Edição 1ª
C837a
Catalogação:
Costa, Fernanda
Martineli.http://www.sisbin.ufop.br
Análise por métodos hidrológicos e hidroquímicos de fatores condicionantes
do potencial hídrico de bacias hidrográficas
[manuscrito]: Estudo de casos no Quadrilátero Ferrífero (MG) / Fernanda
Martineli Costa. – 2005.
xxiii, 147f.: il. , grafs. , tabs.; mapas.
Orientador: Prof. Dr. Luís de Almeida Prado Bacellar.
Área de concentração: Geologia Ambiental e Conservação de Recursos
Naturais
Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Ouro Preto. Escola
de Minas. Departamento de Geologia. Programa de pós-graduação em
evolução Crustal e Recursos Naturais.
1.Geologia - Teses. 2. Bacias hidrográficas. - Quadrilátero Ferrífero (MG)
- Teses. 3. I. Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas.
Departamento de Geologia. Programa de pós-graduação em Evolução Crustal e
Recursos Naturais. II. Título.
CDU: 551(815.1)
Catalogação: [email protected]
vi
Dedico este trabalho à minha família, tudo em minha vida:
meu pai Antonio M. Costa, minha mãe Ilda M. Costa,
minha irmã Daviane, meu marido Sávio e meu filho João Sávio.
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Agradecimentos
Registro aqui, sinceros agradecimentos aos que contribuíram para o presente trabalho, seja
diretamente ou por meio de uma palavra verdadeira de incentivo.
Agradeço ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais pela
oportunidade e pela confiança. Ao Departamento de Geologia da Escola de Minas da UFOP, pela
infra-estrutura disponibilizada e, em especial, ao Laboratório de Geoquímica Ambiental (LGqA).
Agradeço aos funcionários do departamento, em particular aos secretários Edson e Aparecida.
Sinceros agradecimentos ao Prof. Dr. Luis de Almeida Prado Bacellar, pela marcante
orientação, pelas discussões e todos ensinamentos e, também, pelo apoio e amizade. Aos professores
Dr. Hermínio Nalini Júnior, Dr. Issamu Endu e Dr. Antenor Barbosa, pelas discussões valiosas e, em
especial, ao Prof . Dr. Marco Antonio Fonseca, sobretudo pela confiança.
Agradeço ao projeto “Instituto do Milênio: Água uma visão mineral” pelo apoio financeiro à
pesquisa e ao CNPq pela bolsa de estudo concedida.
A todos colegas que me acompanharam e me ajudaram nos campos, em especial para os
“bolsistas voluntários”, alunos da engenharia geológica da UFOP, Eder Fonseca Silva e Gustavo E. A.
Prado (Grilo), também pelas ajudas em escritório. Aos monitores de campo, pelo compromisso e
responsabilidade na medição de dados.
Um agradecimento muito carinhoso às amigas Ariana C. S. Almeida, Adriana Trópia A.
Guimarães, Janice Cardoso, Cristina Martins, Aline Kelly, Luciana Vetel, Maria Inês Bonaccorsi,
Maria Carolina, Pamella Schefer e Letícia Drumond, pela amizade e sabedorias compartilhadas. À
Janice, Cristina, Luciana e, em especial, Adriana, agradeço também pelos ensinamentos em
hidrogeoquímica. Agradeço aos colegas Zé Augusto e Charles pelas dicas valiosas. Agradecimentos
também aos amigos da República Marragolo pelo apoio, desde o período da minha graduação.
Agradeço à minha irmã, Daviane Martineli Costa, pelas ajudas no campo e em escritório e
pela imensa colaboração e apoio quando eu tanto precisei. Aos meus pais, por torcerem mais pelos
meus sonhos que eu mesma e pelo apoio incondicional aos meus estudos.
Agradeço, imensamente, ao meu marido, Sávio F. Trindade, por tudo! Você é essencial em
minha vida! E agradeço também ao meu filho, João Sávio, que mesmo tão pequenino despertou em
mim os mais nobres sentimentos e uma energia “espontânea” para terminar este trabalho.
Agradeço a Deus por permitir, mais uma vez, a realização de um sonho.
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x
Sumário
AGRADECIMENTOS............................................................................................................... ix
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................... xv
LISTA DE TABELAS.............................................................................................................. xix
RESUMO .................................................................................................................................. xxi
ABSTRACT ............................................................................................................................ xxiii
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO ............................................................................................... 1
1.1 – OBJETIVOS ........................................................................................................................ 2
CAPÍTULO 2 – ASPECTOS GERAIS DA REGIÃO ..............................................................5
2.1 – ASPECTOS GEOLÓGICOS .............................................................................................. 5
2.1.1 – Estratigrafia do Quadrilátero Ferrífero .................................................................. 5
2.1.1.1 – Complexo Metamórfico Bação (CMB)................................................... 6
2.1.1.2 – Supergrupo Rio das Velhas (SgRV)........................................................ 6
2.1.1.3 – Supergrupo Minas (Sg Minas) ................................................................ 7
2.2 – GEOMORFOLOGIA DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO ............................................. 8
2.3 – ASPECTOS DO CLIMA, VEGETAÇÃO, SOLO E USO/OCUPAÇÃO NO QF ............. 9
2.4 – HIDROGEOLOGIA DO QUADRILÁERO FERRÍFERO ............................................... 11
2.4.1 – Rochas ferríferas da Formação Cauê (Grupo Itabira) .......................................... 13
2.4.2 – Quartzitos ferruginosos da Formação Cercadinho (Grupo Piracicaba) ................ 13
2.4.3 – Dolomitos da Formação Gandarela (Grupo Itabira) ............................................. 14
2.4.4 – Quartzitos da Formação Moeda (Grupo Caraça) .................................................. 14
2.4.5 – Sistema aqüífero cristalino .................................................................................... 14
2.4.6 – Sistema aqüífero superficial .................................................................................. 15
2.5 – IMPACTOS SOBRE OS RECURSOS HÍDRICOS NO QF ............................................. 15
CAPÍTULO 3 – FLUXOS HÍDRICOS E VARIÁVEIS DO REGIME HIDROLÓGICO 17
3.1 – CONCEITO DE MICROBACIA ...................................................................................... 17
3.2 – RELAÇÃO ENTRE ÁGUA SUBTERRÂNEA E SUPERFICIAL .................................. 18
3.3 – ANÁLISE DE HIDROGRAMAS ..................................................................................... 19
3.4 – COMPONENTES PRINCIPAIS DO FLUXO .................................................................. 20
3.4.1 – Fluxo Superficial .................................................................................................. 21
3.4.2 – Fluxo Subsuperficial ............................................................................................ 22
3.4.3 – Fluxo de Base ....................................................................................................... 22
3.5 – ANÁLISE DO FLUXO DE BASE ................................................................................... 23
3.5.1 – Recessão do fluxo de base .................................................................................... 23
3.5.2 – Separação do fluxo de base em hidrogramas ....................................................... 25
xi
3.5.3 – Determinação do coeficiente de recessão (α) ....................................................... 28
3.5.3.1 – Método “Correlação” ........................................................................... 29
3.5.3.2 – Método “Matching Strip” ..................................................................... 30
3.6 – DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS HIDRODINÂMICOS ................................. 31
3.7– FATORES QUE INTERFEREM NO REGIME HIDROLÓGICO/HIDROGEOLÓGICO 33
3.7.1 – Clima .................................................................................................................... 33
3.7.2 – Geologia ............................................................................................................... 34
3.7.3 – Geomorfologia ..................................................................................................... 36
3.7.4 – Cobertura Vegetal ................................................................................................ 37
3.7.5 – Uso e ocupação do solo ....................................................................................... 38
3.8 – EVOLUÇÃO QUÍMICA DAS ÁGUAS EM BACIAS HIDROGRÁFICAS ................... 38
CAPÍTULO 4 - METODOLOGIA ......................................................................................... 41
4.1 – ETAPA 1: AQUISIÇÃO DOS DADOS BÁSICOS .......................................................... 41
4.2 – ETAPA 2: SELEÇÃO DAS BACIAS E MICROBACIAS ............................................... 43
4.3 – ETAPA 3: OBTENÇÃO DE DADOS DAS BACIAS ...................................................... 44
4.3.1 – Instrumentação das microbacias ............................................................................ 44
4.3.1.1 – Dados de chuva..................................................................................... 44
4.3.1.2 – Dados de vazão .................................................................................... 45
4.3.2 – Levantamento dos dados das bacias com séries hidrológicas históricas ............... 48
4.4 – ETAPA 4: MONITORAMENTO DOS DADOS NAS MICROBACIAS ........................ 49
4.4.1 – Dados hidrológicos ................................................................................................ 49
4.4.2 – Dados hidrogeoquímicos ...................................................................................... 50
4.5 – ETAPA 5: TRATAMENTO DOS DADOS ...................................................................... 52
4.6 – ETAPA 6: INTEGRAÇÃO/ INTERPRETAÇÃO E CONCLUSÕES ................. 52
CAPÍTULO 5 – CARACTERIZAÇÃO DAS BACIAS DE DRENAGEM ......................... 55
5.1 – MICROBACIAS INSTRUMENTADAS .......................................................................... 55
5.1.1 – Seleção das microbacias para monitoramento ...................................................... 55
5.2 – BACIAS COM SÉRIES HISTÓRICAS ............................................................................ 61
5.3 – GEOLOGIA ....................................................................................................................... 62
5.3.1 – Microbacias monitoradas ...................................................................................... 62
5.3.1.1 – Unidade Gnáissica ............................................................................... 62
5.3.1.2 – Unidade Máfica Intrusiva - Anfibolitos ............................................... 63
5.3.1.3 – Grupo Nova Lima (SgRV) – quartzo-mica xistos ............................... 63
5.3.1.4 – Unidade Ultramáfica/metaultramáfica ................................................. 63
5.3.1.5 – Unidade Granitóide .............................................................................. 63
5.3.1.6 – Sg Minas – Grupo Piracicaba (indiviso)............................................... 64
5.3.2 – Bacias com séries hidrológicas históricas.............................................................. 65
xii
5.4 – GEOMORFOLOGIA DAS MICROBACIAS .................................................................. 66
5.5 – USO E OCUPAÇÃO DO SOLO NAS MICROBACIAS ................................................. 68
CAPÍTULO 6 – APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS ......................................71
6.1 – REGIME PLUVIOMÉTRICO E FLUVIOMÉTRICO DAS MICROBACIAS ............... 71
6.1.1 – Dados pluviométricos ........................................................................................... 71
6.1.2 – Dados fluviométricos ........................................................................................... 73
6.2 – REGIME FLUVIOMÉTRICO DAS BACIAS COM DADOS HISTÓRICOS ................ 77
6.3 – SEPARAÇÃO DE HIDROGRAMAS E QUANTIFICAÇÃO DO FLUXO DE BASE .. 78
6.3.1 – Microbacias .......................................................................................................... 78
6.3.2 – Bacias com dados hidrológicos históricos ............................................................ 82
6.4 – COEFICIENTE DE RECESSÃO (α) ................................................................................ 86
6.4.1 – Microbacias .......................................................................................................... 86
6.4.1.1 – Matching Strip ..................................................................................... 86
6.4.1.2 – Correlação ............................................................................................ 87
6.4.2 – Bacias com dados fluviométricos históricos ........................................................ 90
6.4.2.1 – Matching Strip e Correlação.................................................................. 90
6.4.2.2 – Método de Barnes ................................................................................. 91
6.5 - ANÁLISES HIDROQUÍMICAS ...................................................................................... 92
6.5.1 – Controle de qualidade dos resultados das análises hidroquímicas ....................... 92
6.5.2 – Conteúdo iônico das águas das microbacias ........................................................ 93
6.5.3 – Diagrama de Piper ................................................................................................ 96
CAPÍTULO 7 – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ............................................................ 99
7.1 – PADRÃO DE FLUXO DAS MICROBACIAS ................................................................ 99
7.1.1 – Padrão hidroquímico das microbacias ................................................................ 102
7.1.1.1 - Análise das assinaturas hidroquímicas e as litologias ......................... 102
7.1.1.2 – Análise das assinaturas hidroquímicas e a vazão ............................... 105
7.2 – PADRÃO DE FLUXO DAS BACIAS COM DADOS HISTÓRICOS .......................... 108
7.3 – DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS HIDRODINÂMICOS................................. 109
7.4 – CONDICIONANTES DO REGIME HIDROLÓGICO................................................... 111
7.4.1 – Condicionantes Geológicos ................................................................................ 112
7.4.2 – Condicionantes Geomorfológicos ...................................................................... 115
7.4.3 – Condicionantes Antrópicos ................................................................................. 116
7.4.3.1 - Influência da voçoroca na dinâmica hidrológica/hidrogeológica de
microbacias........................................................................................................... 117
CAPÍTULO 8 – CONCLUSÕES .......................................................................................... 121
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................. 125
ANEXOS .................................................................................................................................. 131
xiii
ANEXO I – Definição de altura pluviométrica e Métodos de determinação de vazão em
pequenas drenagens......................................................................................................... 131
ANEXO II – Vertedores portáteis utilizados nas microbacias ....................................... 137
ANEXO III – Planilhas de monitoramento .................................................................... 139
ANEXO IV – Balanço iônico nas microbacias .............................................................. 141
ANEXO V – Variação iônica e parâmetros físico-químicos das microbacias................ 143
BANCA EXAMINADORA (Ficha de Aprovação)................................................................ 147
xiv
Lista de Figuras
Figura 2.1 - Coluna estratigráfica do QF..................................................................................... 07
Figura 2.2 - Mapa das unidades hidroestratigráficas do Alto rio das Velhas.............................. 12
Figura 3.1 - Hidrograma tipo com os três segmentos básicos..................................................... 20
Figura 3.2 - Rotas de fluxo em encostas ..................................................................................... 23
Figura 3.3 - Modelo conceitual proposto por Boussinesq em 1877............................................ 24
Figura 3.4 - Determinação do coeficiente de recessão pelo método de Barnes .......................... 25
Figura 3.5 - Técnicas de separação de hidrogramas.................................................................... 26
Figura 3.6 - Método gráfico de Barnes de separação das componentes do fluxo ....................... 27
Figura 3.7 - Típica curva de recessão mestra (CRM) obtida pelo método Correlação ............... 30
Figura 3.8 - Típica curva de recessão mestra (CRM) obtida pelo método Matching Strip......... 31
Figura 4.1 - Fluxograma metodológico do desenvolvimento da pesquisa .................................. 42
Figura 4.2 - Pluviômetros instalados nas microbacias B3 e B4 .................................................. 45
Figura 4.3 - Vertedores portáteis instalados nas microbacias ..................................................... 47
Figura 4.4 - A = Método volumétrico; B = Régua para leitura da carga hidráulica.................... 48
Figura 4.5 - A = Multiparâmetro utilizado em campo ................................................................ 50
Figura 4.6 - Determinação de A = alcalinidade; B = cloreto; C = sulfato .................................. 51
Figura 5.1 - A = Vertedor na microbacia B7; B = canal assoreado da microbacia B7 ............... 57
Figura 5.2 - Microbacia B8: sem processo erosivo; Microbacia B8.1: com voçoroca ............... 59
Figura 5.3 - Localização das microbacias monitoradas .............................................................. 60
Figura 5.4 - Localização das duas bacias monitoradas pela parceria CEMIG/IGAM ................ 61
Figura 5.5 - Mapa geológico correspondente a cada microbacia . .............................................. 65
Figura 5.6 - Mapa de Domínios Geomorfológicos da BRM com localização das microbacias . 67
Figura 5.7 - Representação gráfica das formas de uso e ocupação do solo em cada microbacia.70
Figura 6.1 - Hietograma com a precipitação mensal de cada microbacia................................ ... 71
Figura 6.2 - Hietograma com a precipitação média diária das microbacias................................ 72
Figura 6.3 - Hietograma diário considerando a média de todas as microbacias ......................... 72
xv
Figura 6.4 - Correlação entre os dados de vazão pelo vertedor e método volumétrico (B5) ........73
Figura 6.5 - Variação da vazão ao longo do dia na microbacia B4 ............................................. 74
Figura 6.6 - Hidrogramas das microbacias com vazão específica diária..................................... 76
Figura 6.7 - Hidrogramas com médias mensais das bacias com dados hidrológicos históricos.. 77
Figura 6.8 - Hidrogramas com médias mensais do rio Maracujá e Alto rio das Velhas ............. 77
Figura 6.9 - Hidrogramas com vazões diárias do rio Maracujá e Alto rio das Velhas ................ 78
Figura 6.10 - Hidrogramas com separação do fluxo de base pela técnica smoothed minima ..... 80
Figura 6.11 - Hidrogramas das bacias (41150000, 41180000, 56631000) com a separação do
fluxo de base pelo método de Barnes ..................................................................................... 83
Figura 6.12 - Hidrogramas das bacias (56632000, 41152000, 41163000) com a separação do
fluxo de base pelo método de Barnes ..................................................................................... 84
Figura 6.13 - Hidrogramas com separação do fluxo de base pela técnica smoothed minima das
bacias Alto rio das Velhas e Maracujá ................................................................................... 85
Figura 6.14 - Método Matching Strip aplicado à microbacia B8 ................................................ 87
Figura 6.15 - Método Correlação aplicado à microbacia B8 ...................................................... 88
Figura 6.16 - Técnica Matching Strip aplicada às Bacias Alto Rio das Velhas e Rio Maracujá. 90
Figura 6.17 - Técnica Correlação aplicada às Bacias Alto Rio das Velhas e Rio Maracujá ..... 90
Figura 6.18 - Teor de alcalinidade ao longo do ano nas microbacias ......................................... 94
Figura 6.19 - Teor de cloreto ao longo do ano nas microbacias.................................................. 94
Figura 6.20 - Variação dos cátions fundamentais ao longo do ano nas microbacias .................. 95
Figura 6.21 - Variação na concentração iônica média entre as microbacias ............................... 95
Figura 6.22 - Diagrama de Piper com a classificação das águas das microbacias ...................... 97
Figura 7.1 – Gráfico evidenciando a correlação inversa entre coeficiente de recessão e BFI... 100
Figura 7.2 – Gráfico do coeficiente de recessão em relação ao FBE ........................................ 100
Figura 7.3 – Fluxo de base específico das microbacias com destaque para as respostas de
recarga dos aqüíferos ........................................................................................................... 101
Figura 7.4 – Relação inversa entre a concentração dos íons principais e a razão rK/rNa ......... 103
Figura 7.5 – Variação da concentração química ao longo do ano com a vazão ....................... 106
Figura 7.6– Não-correlação encontrada entre o BFI e a concentração iônica média ............... 108
Figura 7.7 – Coeficiente de recessão versus BFI para todas bacias analisada. A = pelos métodos
Matching Strip e Smoothed; B = pelo método de Barnes .................................................... 112
xvi
Figura 7.8 – Gráfico de cruzamento entre slope index e coeficiente de recessão .................... 115
Figura 7.9– Gráfico do índice de compacidade x coeficiente de recessão................................ 116
Figura 7.10 – Correlação entre coeficiente de recessão e porcentagem de mata e pastagem ... 117
Figura 7.11 – Variação no coeficiente de recessão e BFI em conseqüência da voçoroca ........ 117
Figura 7.12 – Microbacias B8 e B8.1 com nítida diferença na morfologia dos canais............. 118
Figura 7.13 – Perfil esquemático A = microbacia B8, com lençol freático no regolito; e
B = microbacia B8.1, com o lençol rebaixado para a rocha alterada .................. 119
xvii
xviii
Lista de Tabelas
Tabela 3.1 - Comparação entre bacias de drenagem em diferentes escalas ................................ 18
Tabela 4.1 - Tipos de vertedores empregados nas microbacias ................................................. 48
Tabela 4.2 - Erro admissível no balanço iônico segundo Custodio & Llamas (1976) ................ 51
Tabela 5.1 - Síntese das características das microbacias monitoradas ........................................ 58
Tabela 5.2 - Localização das microbacias e dos respectivos vertedores ..................................... 60
Tabela 5.3 - Localização, período de monitoramento e área das bacias com dados históricos... 62
Tabela 5.4 - Litologias das microbacias...................................................................................... 64
Tabela 5.5 - Litologias das bacias com dados hidrológicos históricos........................................ 66
Tabela 5.6 - Índices morfométricos das microbacias .................................................................. 68
Tabela 5.7 - Uso e ocupação do solo das microbacias ................................................................ 69
Tabela 6.1 - Equação de correlação entre as vazões pelo vertedor e método volumétrico ........ 73
Tabela 6.2 - Cálculos referentes à técnica smoothed minima para a microbacia B4................... 79
Tabela 6.3 - BFI das microbacias calculado por meio da técnica smoothed minima .................. 81
Tabela 6.4 - Fluxo de base específico (FBE) anual das microbacias. ......................................... 82
Tabela 6.5 - BFI’s e FBE’s anuais das bacias com dados hidrológicos históricos...................... 86
Tabela 6.6 - Exemplos de α calculados a partir de curvas com sutil diferença na inclinação..... 89
Tabela 6.7 - Coeficiente de recessão das microbacias pelo Matching Strip e Correlação .......... 89
Tabela 6.8 - Coeficientes de recessão das bacias com dados hidrológicos históricos ................ 91
Tabela 7.1 - Razões iônicas médias definidas para as microbacias .......................................... 104
Tabela 7.2 – Valores estimados de difusividade e transmissividade......................................... 110
xix
xx
Resumo
Os meios hídricos superficiais e subterrâneos estão em dinâmica interação e,
conseqüentemente, eventuais interferências em um meio são refletidas, a curto ou longo prazo, em
todo o sistema, o que justifica a necessidade de gerenciamento integrado. Esta interconexão possibilita
ainda a análise das condições dos aqüíferos a partir de informações hidrológicas por meio dos métodos
indiretos de caracterização hidrogeológica, fundamento da presente pesquisa. Trata-se de
investigações baseadas, em especial, na análise das taxas de recessão do fluxo de base, ou seja, na
capacidade do aqüífero produzir água e contribuir para a vazão das drenagens superficiais. Com este
método, a partir do conhecimento do regime hidrológico das bacias, é possível analisar as variáveis
que participam da definição do potencial hídrico de uma região. Ressalta-se que tais variáveis, além
numerosas, atuam de forma integrada, tendo geralmente seus efeitos superimpostos. Neste trabalho, as
variáveis consideradas foram: geologia, geomorfologia e uso e ocupação do solo, em especial a
presença de voçorocas.
Foram analisadas nove microbacias de drenagem com características preferencialmente
homogêneas em toda a sua extensão e que se diferenciavam entre si por alguma particularidade prédefinida. Buscou-se assim avaliar o efeito deste atributo diferencial no potencial hídrico da bacia, que
foi determinado pelos métodos hidrológicos e hidroquímicos (métodos indiretos). A maioria das
microbacias localiza-se no Complexo Metamórfico Bação, sendo duas estruturadas em rochas do
Supergrupo Minas, ambas unidades localizadas no Quadrilátero Ferrífero – MG.
No monitoramento destas microbacias, com duração de um ano hidrológico, foram utilizados
pluviômetros alternativos com resultados satisfatórios. Na determinação da vazão utilizou-se
vertedores portáteis de placa de metal semelhantes aos sugeridos pelo USGS, de baixo custo,
altamente confiáveis e de grande praticidade.
Paralelamente, foram analisadas bacias com dados fluviométricos históricos em tamanhos
variados a fim de balizar os resultados.
xxi
O índice hídrico “coeficiente de recessão” foi determinado por meio de técnicas pouco
divulgadas em âmbito nacional e de grande utilidade por necessitar de séries fluviométricas
relativamente curtas. Trata-se dos métodos da “Correlação” e “Matching Strip”, sendo que, para os
dados disponíveis, o segundo apresentou melhores resultados. Para a separação dos hidrogramas,
determinação do fluxo de base (utilizando-se, em especial, o índice BFI: percentual do fluxo de base
em relação ao fluxo total) e de outros índices foi aplicada a técnica “Smoothed Minima”, que gerou
resultados igualmente coerentes. Foi aplicado também o tradicional método de Barnes, em especial nas
bacias com dados fluviométricos históricos. A partir dos preceitos de Maillet e Rorabaugh, foi
estimada, ainda, a difusividade (transmissividade/coeficiente de armazenamento) das microbacias e
indicados alguns valores possíveis da transmissividade.
A comparação entre as microbacias evidenciou que aquelas estruturadas em granito-gnaisse
tendem a um maior potencial hídrico que aquelas estruturadas em xistos e filitos. E, sob mesmas
condições geológicas, aquelas com relevo mais acentuado, apresentam menor potencial hídrico.
Porém, deve-se considerar que há uma tendência do manto de intemperismo ser mais espesso em áreas
de relevo mais plano nos terrenos granito-gnaissicos, o que também contribui para o maior potencial
hídrico das bacias. Não foi possível observar com clareza os efeitos das formas de uso e ocupação do
solo sobre os recursos hídricos, sendo necessários estudos mais detalhados para interpretações
definitivas. Porém, verificou-se uma significativa diminuição do fluxo de base nas microbacias
afetadas por voçorocas, causando expressivo impacto sobre o regime hidrológico. Devido ao baixo
custo e praticidade, a metodologia aqui empregada se mostrou adequada para analisar o potencial
hídrico de regiões com deficiência de dados hidrológicos e hidrogeológicos.
xxii
Abstract
As surface water and groundwater are continuously interacting, any external influence is able
to affect them in the long or short term. Because of this interconnection, aquifer information can be
obtained by the analysis of drainage flow pattern (hydrological approach). This approach is based on
the analysis of baseflow recession, i.e., the study of the aquifer ability to yield water and to maintain
the stream flow. This approach can be used to analyze the variables that affect the hydrological
potential of a basin. It should be stressed that there are many variables which can act together in the
flow pattern, sometimes with superimposed effects. In this work the following variables were
analyzed: geology, geomorphology, and land degradation, especially by gullies.
Nine small catchments were selected, with similar characteristics, but with some pre-defined
differences. This research aims to analyze the role of the above mentioned variables in the catchment
hydrological potential through indirect (hydrological and hydrogeochemical) methods. The catchments
are located in the Quadrilátero Ferrífero region, two of them in rocks of Minas supergroup and the
other ones in the Bação Metamorphic Complex.
Some alternative monitoring equipments (pluviometers and portable steel weirs, USGS type)
were used and they showed very goods results at low operating costs.
Some larger hydrographic basins of the region were simultaneously analyzed, in order to
compare the results.
The recession coefficient was determined through some methods that are very useful to treat
small fluviometric series: the correlation method and the matching strip method. The last one showed
the best results for the available data. The smoothed minima technique was used to determine the ratio
of base flow to total flow (base flow index) and other indices and the results were equally very good.
The graphical method of Barnes was applied simultaneously, especially with the data of the larger
basins. The diffusivity (transmissivity/storage coefficient) was calculated thorough the assumptions
established by Maillet and Rorabaugh, allowing the estimation of an average transmissivity for the
study catchments.
xxiii
The results showed that those catchments on granite-gneissic terrains tend to have bigger
hydrological potential than the ones on schists and phillites. The catchments placed in high relief areas
present lower hydrological potential. In fact, the regolith tends to be thicker over gently sloping areas
in basement rocks, which contributes to their higher hydrological potential. Land degradation usually
affects the water resources, but in this study these effects were not properly detected. However, it was
noted that gullies tend to decrease the baseflow, causing a great impact in the hydrological regime of
streams. This study proved that the adopted methodology is very useful to analyze the hydrological
potential, even when there is not a great amount of hydrological and hydrogeological data.
xxiv
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
A água, como recurso natural, tem sido cada vez mais foco de atenção de pesquisadores,
governantes e da própria população, uma vez que seu consumo segue uma tendência crescente
enquanto ocorrem quedas na sua disponibilidade, em geral, associadas às variações climáticas e/ou
práticas não adequadas de uso e ocupação do solo. Medidas imprescindíveis diante deste cenário
consistem no uso racional da água e na adoção de medidas conservacionistas, atitudes que podem ser
potencializadas com a evolução dos conhecimentos.
Na busca do melhor entendimento sobre os recursos hídricos é fundamental a compreensão
dos meios subterrâneos e superficiais como um sistema integrado, dinâmico e complexo (Castany
1971, Winter et al. 1998). Tal conexão deve ser considerada nos estudos e planejamentos de
recuperação e preservação dos recursos hídricos, uma vez que interferências em um meio afetam todo
o sistema. Adicionalmente, esta interconexão pode fornecer subsídios para caracterização do meio
hídrico subterrâneo a partir de informações do meio superficial. Como exemplo, têm-se os métodos
indiretos de caracterização hidrogeológica (Castany 1971, Trainer & Watkins Jr. 1974, Custodio &
Llamas 1976, Feitosa & Manoel Filho 1997, USAE 1999), que constituem o fundamento desta
pesquisa. Essa possibilidade é de grande interesse em especial para regiões onde os dados
hidrogeológicos obtidos de forma direta, geralmente mais onerosa, são escassos. Em contrapartida, em
grande parte do território nacional estão disponíveis extensas séries hidrológicas históricas que podem
fornecer importantes informações sobre as condições dos aqüíferos locais.
Há de se considerar também que as características do meio físico, sempre associadas com o
clima, definem as condições de armazenamento e circulação e, deste modo, o potencial hídrico de uma
região. De fato, algumas bacias hidrográficas, conforme suas peculiaridades, são mais propícias à
produção de água de forma sustentável. O conhecimento desta relação constitui ferramenta importante
no contexto de gestão dos recursos hídricos. O melhor entendimento das variáveis que interferem na
produção de água, assim como os mecanismos envolvidos, são de fundamental importância como
suporte tanto na previsão de regiões de maior potencial como no estabelecimento de áreas que
mereçam uma preservação mais efetiva.
Costa F.M. 2005. Análise por métodos hidrológicos e hidroquímicos ...
A presente pesquisa é desenvolvida na bacia do Alto rio das Velhas, importante tributário do
rio São Francisco. Esta bacia é responsável por cerca de 50% do abastecimento de água da rede
metropolitana de Belo Horizonte, além de demandas com minerações e abastecimento de cidades
menores (Golder Associates 2001). O conhecimento das condições hídricas desta bacia constitui,
assim, elemento essencial em programas locais de gerenciamento dos recursos hídricos.
Foram selecionadas para monitoramento, microbacias representativas do Complexo
Metamórfico Bação (região central do Quadrilátero Ferrífero – MG), uma unidade do embasamento
cristalino com limitados recursos hídricos e ainda pouco estudados. Em termos gerais, esta pesquisa
pode também contribuir para a evolução do entendimento dos sistemas aqüíferos cristalinos, que
embora abranjam cerca de 62% das reservas de águas subterrâneas no Brasil, são ainda relativamente
pouco conhecidos (Rebouças 1980).
A escala de microbacias assegura uma maior homogeneidade do meio físico e das condições
bioclimáticas. As microbacias estudadas possuem formas e dimensões semelhantes com áreas de até
cerca de 1km2. Na Europa e América do Norte, diferentemente da América Latina, pequenas bacias
(1-10 km2) como estas são amplamente usadas em estudos hidrológicos e ambientais (Moldan &
Cerný 1994).
Bacias maiores com dados fluviométricos históricos envolvendo diferentes unidades
geológicas do Quadrilátero Ferrífero também foram analisadas visando complementar a investigação.
1.1 – OBJETIVOS
Os objetivos gerais desta pesquisa consistem na caracterização das condições dos fluxos
hídricos subterrâneos por métodos hidrológicos e hidroquímicos e, a partir destas informações,
verificar e por vezes confirmar as variáveis potencialmente influenciadoras na produção de água em
bacias hidrográficas. As variáveis consideradas referem-se à geologia (em especial à litologia), à
geomorfologia e ao estado de preservação da bacia. Em particular, pretende-se avaliar os potenciais
impactos de voçorocas no regime hídrico, assunto ainda pouco enfocado na literatura.
Os objetivos específicos são:
» Verificar a aplicabilidade dos vertedores portáteis semelhantes aos sugeridos pelo
USGS (Rantz 1982);
» Aplicar métodos alternativos de determinação do coeficiente de recessão (matching
strip e correlation methods);
2
Contribuição às Ciências da Terra Série M, vol. 28, 147p.
» Estimar o índice de fluxo de base (BFI) e fluxo de base específico (FBE) por meio da
técnica smoothed minima;
» Determinar os índices coeficiente de recessão, BFI e FBE por meio do método gráfico
de Barnes (Custodio & Llamas 1976);
» Medir o impacto das atividades antrópicas, especialmente voçorocas, na dinâmica
hidrológica e, considerando que estas são freqüentes na região, verificar possíveis
efeitos cumulativos no Alto rio das Velhas,
» Aplicar os métodos indiretos de determinação de parâmetros hidrodinâmicos de
aqüíferos.
3
4
CAPÍTULO 2
ASPECTOS GERAIS DA REGIÃO
Neste capítulo apresenta-se uma caracterização geral da região em termos de seus aspectos
físicos relevantes para o entendimento do comportamento hidrológico/hidrogeológico.
A região estudada localiza-se na porção centro-sul do estado de Minas Gerais e pertence à
bacia do rio das Velhas, importante afluente da margem direita do Alto rio São Francisco. As
microbacias analisadas situam-se, especificamente, na bacia do rio Maracujá, afluente esquerdo do
Alto rio das Velhas.
Geologicamente a área está inserida no Quadrilátero Ferrífero (QF), unidade localizada no
extremo sul do Cráton São Francisco. A pesquisa tem enfoque em áreas do embasamento cristalino,
concentrando-se no Complexo Metamórfico Bação, porção central do QF. Foram definidas também
algumas bacias de diferentes dimensões em outras unidades com o objetivo de balizar os resultados.
2.1 - ASPECTOS GEOLÓGICOS
O Quadrilátero Ferrífero é uma unidade mundialmente conhecida por seus depósitos minerais
e amplamente estudada, com vários trabalhos desenvolvidos na tentativa de esclarecer a sua
constituição e evolução geológica (e.g. Dorr 1969, Carneiro et al. 1995, Endo 1997, Alkmin &
Marshak 1998).
2.1.1 - Estratigrafia do Quadrilátero Ferrífero
A primeira coluna estratigráfica do QF foi proposta por Harder & Chamberlain em 1915, a
qual foi sendo reformulada e atualizada com a evolução dos conhecimentos. Uma versão clássica foi
elaborada por Dorr (1969), na ocasião do mapeamento na escala 1/25.000 realizado pelo convênio
DNPM/USGS, e uma contribuição mais recente foi proposta por Alkmin & Marshak (1998). O QF é
constituído por 3 unidades litoestratigráficas fundamentais (Figura 2.1):
- Complexos Metamórficos, que constituem o embasamento cristalino de idade Arqueana;
- Seqüências vulcano-sedimentares Arqueanas - greenstone belt (Supergrupo Rio das Velhas);
- Seqüências supracrustais Proterozóicas (Supergrupo Minas e Grupo Itacolomi).
.
Têm-se ainda, de ocorrência mais restrita, bacias sedimentares terciárias (bacias do Gandarela,
Fonseca e Gongo-Soco) e sedimentos quaternários.
A seguir, apresenta-se uma descrição sumária destas seqüências, sendo que entre os
complexos metamórficos será abordado apenas o Bação, por constituir o foco desta pesquisa.
2.1.1.1 - Complexo Metamórfico Bação (CMB)
O Complexo Metamórfico Bação apresenta forma aproximadamente circular e área de cerca
de 385km2. Segundo Johnson (1962), esta unidade seria relativamente homogênea, representada por
rochas granito-gnáissicas indiferenciadas, apresentando lentes de rochas do Supergrupo Rio das
Velhas e alguns diques de anfibolitos, migmatitos e granitóides. Estudos posteriores, em escalas de
maior detalhe, possibilitaram sucessivas descobertas sobre sua constituição geológica. Em particular,
destaca-se o mapeamento geológico na escala 1/10.000 realizado no âmbito dos Trabalhos de
Graduação (TG’s) de alunos do Departamento de Geologia da UFOP (e.g. Ferreira 1999, Franco 1999,
Martins 1999, Martins 2001). A partir deste mapeamento, ficou evidente uma maior heterogeneidade
desta unidade, em termos estruturais e especialmente litológicos (descrições no capítulo 5).
Em geral os afloramentos são escassos, muitas vezes intemperizados, havendo espesso manto
de intemperismo que atinge até 50m de espessura. Nestes terrenos observam-se concentrações de
voçorocas e ravinas de grandes dimensões (Sobreira 1998, Sobreira & Bacellar 1999, Bacellar 2000,
Costa & Sobreira 2000, Costa & Sobreira 2001).
2.1.1.2 - Supergrupo Rio das Velhas (SgRV)
O Supergrupo rio das Velhas é dividido, da base para o topo, em dois grupos:
- Grupo Nova Lima - Possui grande extensão sendo composto pelas unidades: Metavulcânica
(rochas entre as quais: ultramáficas, metatufos, serpentinitos, esteatitos, filitos grafitosos e metascherts
- correspondentes ao Grupo Quebra Ossos, definido por Schorscher (1978)); Unidade metassedimentar
química (xistos carbonáticos, metacherts, formação ferrífera do tipo Algoma e filitos grafitosos);
Unidade Metassedimentar Clástica (quartzo-xistos, filitos e quartzitos e metaconglomerados).
- Grupo Maquiné - Constitui-se da Formação Palmital (filito com lentes de quartzito e
metaconglomerado) e Formação Casa Forte (quartzitos, conglomerados e filitos).
6
Figura 2.1 - Coluna estratigráfica do QF (Modificada de Alkmin & Marshak 1998)
2.1.1.3 - Supergrupo Minas (Sg Minas)
O Supergrupo Minas, estratigraficamente disposto acima do SgRV, é composto, da base para o
topo, pelos seguintes grupos e formações:
7
.
- Grupo Caraça - constituído por metaconglomerados e quartzitos (Formação Moeda), que
passam a metassedimentos mais pelíticos (filitos sericíticos e grafitosos) da Formação Batatal.
- Grupo Itabira - constitui a seqüência de metassedimentos químicos do Sg Minas. A
Formação Cauê, constituída essencialmente por itabiritos, representa os depósitos de minério de ferro
do QF. Acima tem-se a Formação Gandarela, representada principalmente por mármores dolomíticos
com intercalações de itabirito, filitos e filitos dolomíticos.
- Grupo Piracicaba - na base deste grupo tem-se a Formação Cercadinho, constituída por
quartzitos e filitos ferruginosos e dolomito subordinado. Acima encontra-se a Formação Fecho do
Funil com filitos, filitos dolomíticos e dolomitos. A Formação Taboões engloba quartzitos finos e
maciços, e no topo ocorrem filitos e filitos grafitosos da Formação Barreiro.
- Grupo Sabará - composto por clorita-xistos, metatufos, grauvacas, quartzitos e
metaconglomerados.
- Grupo Itacolomi – engloba quartzitos, quartzitos conglomeráticos e lentes de conglomerado
com seixos de itabirito, filito, quartzito e quartzo de veio.
2.2 - GERMORFOLOGIA DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO
O Quadrilátero Ferrífero é caracterizado por feições geomorfológicas singulares,
conseqüências de controles estruturais e paleoclimáticos e resistência intempérica diferencial dos
litotipos. Nas bordas têm-se porções com altimetria elevada e na parte central o relevo encontra-se
rebaixado (dissecado).
O Complexo Metamórfico do Bação está topograficamente deprimido em relação aos
metassedimentos que o bordeja. Os gnaisses, litotipo dominante do CMB, são mais intemperizáveis e
erodíveis que as rochas supracrustais, e assim, o relevo foi sendo atenuado ao longo do tempo
geológico. Nesta unidade predomina relevo colinoso, constituindo mares de morros. Nas rochas
bordejantes (metassedimentos) o relevo é escarpado, os vales bem encaixados e as cristas de serras
sustentadas, em especial, pelos quartzitos e itabiritos (RADAM BRASIL 1983, Barbosa 1984).
8
A bacia do rio Maracujá tem sua cabeceira em rochas supracrustais e o restante em rochas do
CMB e, portanto, apresenta no mínimo dois compartimentos geomorfológicos distintos. Em estudo de
maior detalhe, Bacellar (2000) distinguiu quatro domínios geomorfológicos. No domínio 1 têm-se
terrenos com relevo suave, com pequeno desnivelamento topográfico. Onde o relevo apresenta
maiores desnivelamentos, distingue-se o domínio 3, englobando rochas do embasamento e do
Supergrupo Rio das Velhas. O domínio 2 corresponde ao relevo com características intermediárias
entre os domínios 1 e 3. Onde afloram as rochas do Supergrupo Minas (Alto rio Maracujá), com
relevo típico das supracrustais, definiu-se o domínio geomorfológico 4.
2.3 - ASPECTOS DO CLIMA, VEGETAÇÃO, SOLO E USO/OCUPAÇÃO NO QF
O clima no QF é classificado nos tipos CWa e CWb de Köppen. O primeiro predomina na área
do CMB, sendo caracterizado por temperatura média de 27,9º, com chuvas concentradas nos meses de
outubro a março. O CWb, comum nas áreas mais altas onde se têm as supracrustais, é marcado por um
maior índice pluviométrico, correspondendo ao clima tropical de altitude (RADAM BRASIL 1983).
Os registros da pluviosidade média anual para a região do Complexo Metamórfico Bação, em
particular para a Bacia do rio Maracujá, é de 1550mm considerando dados do início do século XX
(Freiberg 1934 in Johnson 1962). Na estação da Fazenda Maracujá (localizada no Baixo rio Maracujá
- referente à bacia 41163000 analisada neste trabalho), os dados obtidos pela CEMIG/IGAM para os
anos de 2001 e 2002 indicam uma pluviosidade de 1256mm. Em estação próxima (Barragem de Rio
de Pedras) a média é de 1348 mm para a década de 90. Para as regiões mais elevadas onde afloram
supracrustais, a média pluviométrica é de 2100mm (Freiberg 1934 in Johnson 1962). A evaporação
anual média obtida na área da mina de Capão Xavier (mineração de ferro da MBR), região norte do
QF onde afloram rochas do Supergrupo Minas, é de 963mm anuais (Amorim et al. 1999).
Em termos de vegetação, o QF é uma área de transição entre a mata atlântica (que predomina
nos solos mais férteis) e cerrado (que predomina nos solos mais pobres em termos de fertilidade), com
ocorrência de campos rupestres especialmente nas serras com quartzito. Devido à intensa exploração
mineral e ocupação humana, a vegetação nativa encontra-se bastante degradada. Especificamente na
região do CMB, destacam-se campos e cerrados entremeados por matas ciliares, que atualmente
encontram-se parcialmente substituídos por formações secundárias e pastagens (Farias 1982 in
Bacellar 2000, RADAM BRASIL 1983).
9
.
O solo mostra-se em grande variedade no QF conforme a diversidade litológica existente. Em
geral, pode-se considerá-lo mais desenvolvido sobre rochas granito-gnáissicas e delgado em rochas
supracrustais, em especial sobre aquelas que apresentam maior resistência ao intemperismo, como
itabiritos e quartzitos (Franco 1999, Bacellar 2000, Martins 2001). Porém, sobre mesma unidade
litológica, o manto de intemperismo pode apresentar espessuras muito variáveis conforme diferenças
composicionais e estruturais, como constatado por Bacellar (2000) em saprolitos do gnaisse Funil no
CMB. Especificamente neste complexo predominam os latossolos e, secundariamente, solos
podzólicos e cambissolos, em geral espessos e com ocorrência freqüente de camada de colúvio. Em
setores com rochas mais resistentes pertencentes aos supergrupos Minas e Rio das Velhas, incluindo
porções com granitóides no próprio CMB, têm-se solos litólicos. O solo da região do CMB é também
condicionado por aspectos geomorfológicos, sendo em geral mais espesso (freqüentemente maior que
50m) em setores com relevo mais suave e à montante dos níveis de base locais (Bacellar 2000).
Conquanto existam as variações entre cambissolos, latossolos e solos podzólicos, em
ambientes bem drenados estes podem ser considerados relativamente homogêneos em relação às
propriedades hidráulicas (Santos 1997 in Bacellar 2000). Em geral, solos derivados de gnaisses
apresentam baixa permeabilidade, em torno de 10-4cm/s (Lambe 1996 in Bacellar 2000).
Especificamente para o saprolito dos gnaisses do CMB, os valores da condutividade hidráulica variam
entre 2,3 x 10-5 e 3,7 x 10-6cm/s, segundo dados de Bacellar (2000). Nos colúvios, os valores foram
em média da ordem de 10-4cm/s e, portanto, apresentam-se mais permeáveis que os saprolitos.
O início da ocupação das terras do QF está relacionado, em especial, com o ciclo do ouro, cujo
auge da exploração data dos meados do século XVIII. A partir de então, houve uma crescente pressão
sobre os recursos naturais, inicialmente com o desmatamento de matas e cerrados. O CMB, embora
constituído por rochas desprovidas deste metal, sofreu vários impactos, uma vez que, por sua posição
estratégica, solo relativamente mais fértil e relevo mais apropriado à cultura, serviu como centro
fornecedor de alimentos para as regiões vizinhas (Gutersohn 1945 in Bacellar 2000). Inclusive há
indícios de que as voçorocas, feições abundantes na região, tenham origem neste período. De fato, o
CMB é recortado por voçorocas em quantidades e dimensões consideráveis, concentradas em três
bacias de drenagem: bacia do rio Maracujá, bacia do rio Carioca e bacia Riacho da Cachoeira (Costa
& Sobreira 2000). Especificamente na bacia do rio Maracujá, Bacellar (2000) verificou que as
voçorocas estão relacionadas com as atividades antrópicas, mas que aspectos geológicos e
geomorfológicos também exercem importante controle.
10
Atualmente, na região do QF, destaca-se a intensa atividade minerária e uma crescente
expansão urbana, decorrente especialmente da proximidade da região metropolitana de Belo
Horizonte. Dentre as atividades minerárias, a produção do minério de ferro é a mais notável, dada a
sua importância econômica, infra-estrutura associada e amplitude do volume explotado, representando
atualmente cerca de 96% de toda produção mineral da área (Coppedê Jr. & Boechat 2002).
2.4 - HIDROGEOLOGIA DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO
Na maioria das rochas do QF, a ocorrência da água subterrânea está, em geral, relacionada a
sistemas de fraturas, dada a baixa permeabilidade da rocha intacta. Mas os processos de intemperismo
e lixiviação, associados ainda às estruturas, tais como brechação, foliação e micro-fraturamentos, por
vezes culminaram com o desenvolvimento de porosidade em alguns litotipos, que podem funcionar
então, localmente, como aqüíferos granulares ou granular-fraturados (Cruz 1995, Golder Associates
2001). São consideradas como principais unidades aqüíferas: rochas ferríferas da Formação Cauê;
quartzitos ferruginosos da Formação Cercadinho; metadolomitos da Formação Gandarela; quartzitos
da Formação Moeda; Sistema aqüífero cristalino e Sistema aqüífero Superficial. Considerando apenas
os aqüíferos das Formações Cauê, Moeda e Cercadinho, a reserva explotável é estimada em
aproximadamente cinco bilhões de metros cúbicos, o que evidencia uma significativa reserva de água
subterrânea (Silva et al. 1994, Bertachini 1994, Amorim et al. 1999, Sobreiro Neto et al. 2001). Outras
unidades comportam-se como aquicludes, aquitardes ou zonas aqüíferas de menor porte. Por exemplo,
entre as rochas do Grupo Nova Lima, as formações ferríferas correspondem a aqüíferos, porém de
pequena extensão, e os xistos constituem aquitardes e aquicludes quando alterados, e aqüíferos quando
frescos e fraturados (Rubio et al. 1997). Os xistos do Grupo Piracicaba também funcionam como
aquitardes. Algumas unidades, como os filitos da Formação Batatal já atuam como barreiras
impermeáveis, assim como alguns diques comuns no QF (Rubio et al. 1997, Rubio et al. 1998, Golder
Associates 2001, Sobreiro Neto et al. 2001).
11
.
Em termos de disponibilidades hídricas superficiais e subterrâneas, Golder Associates (2001),
em diagnóstico realizado no Alto rio das Velhas, classificaram as unidades estratigráficas do
Quadrilátero Ferrífero como: alto, médio, baixo e muito baixo potencial (Figura 2.2). Segundo estes
autores, as zonas aqüíferas dos Grupos Piracicaba (quartzitos Cercadinho) e Itabira (Fm Gandarela e,
em especial, Fm. Cauê) apresentam o maior potencial de armazenamento e disponibilização de água
subterrânea. As rochas do Complexo Metamórfico Bação e do Grupo Nova Lima foram consideradas,
respectivamente, de baixo e baixo a muito baixo potencial hídrico. Silva et al. (1994) também
consideram que os principais aqüíferos do QF correspondem aos Grupos Piracicaba, Itabira, incluindo
também o G. Caraça com a Fm Moeda. A partir das considerações dos autores acima citados, pode-se,
simplificadamente, estabelecer a seguinte tendência de classificação em termos de potencial
hidrogeológico das rochas do QF:
»
Xistos e filitos (em especial quando pouco fraturados) ------------------- muito baixo
»
Granito-gnaisses (Complexos Metamórficos) -------------------------------------- baixo
»
Quartzitos ---------------------------------------------------------------------- baixo a médio
»
Formações Ferríferas (Fm Cauê) e Metadolomitos (Fm Gandarela) ---- médio a alto
Unidades Hidroestratigráficas (Potencial hídrico)
Unidade I (médio)
Zona Aquífera do G. Itacolomi
Unidade II (médio e alto)
Zonas Aquíferas dos G Piracicaba e Itabira
V
Unidade III (muito baixo e médio)
Zonas Aquíferas do G Caraça (Fm Moeda)
e aquitardo (Fm Batatal)
IV
III
II
Unidade IV (muito baixo e baixo)
Zonas Aquitarda do G Nova Lima com zonas
aquíferas intercaladas
VI
Unidade V (médio)
Zonas Aquífera do G. Maquiné
I
0
10
20 km
Unidade VI (baixo)
Zonas Aquífera do Complexo Bação
Figura 2.2 - Mapa das unidades hidroestratigráficas do Alto rio das Velhas (Modificado de Golder Associates
2001)
12
Cabe ressaltar que, além das unidades aqüíferas a seguir detalhadas, outros estudos sugerem
diferentes compartimentações das unidades hidroestratigráficas do QF. Mas, em geral, estas distinções
correspondem a singularidades do local estudado ou simplesmente diferença nas nomenclaturas (e.g.
Silva et al. 1994, Sobreira Neto et al. 2001, Amorim et al. 1999).
2.4.1 - Rochas ferríferas da Formação Cauê (Grupo Itabira)
As hematitas e itabiritos da Formação Cauê representam o principal reservatório de água
subterrânea do QF, apresentando, em geral, valores elevados de capacidade de armazenamento e
condutividade hidráulica. Dado ainda sua ampla área de ocorrência e sua espessura saturada média (da
ordem de 400m), esta unidade possui elevado potencial para água subterrânea (Silva et al. 1994,
Coppedê Jr. & Boechat 2002, Sobreira Neto et al. 2001, Bertachini et al. 2004, Golder Associates
2001). Por coincidir, muitas vezes, com os depósitos econômicos de minério de ferro, detalhadamente
caracterizado pelas mineradoras, atualmente é a unidade aqüífera mais bem conhecida do QF. Os
valores de transmissividade e coeficiente de armazenamento são muito variáveis entre as minas,
refletindo a própria anisotropia e heterogeneidade do minério, que se apresenta desde compacto (com
porosidade de fraturas) a pulverulentos (meio granular), com predomínio do tipo intermediário. Estas
variações são conseqüências da própria gênese do minério. Onde a lixiviação foi mais intensa, tem-se
a porosidade intersticial melhor desenvolvida e, conseqüentemente, maiores valores de
armazenamento (armazenamento específico em torno de 0,002 a 0,15). Onde predominam as hematitas
e itabiritos compactos e fraturados tem-se baixa capacidade de armazenamento, mas elevada
permeabilidade, chegando a valores de 10 m/dia (Bertachini 1994, Cruz 1995, Golder Associates
2001, Bertachini et al. 2004). Os itabiritos podem ainda comportar-se como barreiras impermeáveis
quando são de fácies argilosa, compactos e não fraturados (Amorim et al. 1999). Silva et al. (1994)
citam valores de transmissividade de 50m2/dia na Mina do Cauê (CVRD) a 1500m2/dia na mina da
Mutuca (MBR), sendo que o alto valor neste último caso, segundo os autores, indica aqüífero do tipo
fraturado. Para o coeficiente de armazenamento foram encontrados valores variando entre 0,15 a
1,7x10-6, refletindo, respectivamente, presença de aqüíferos livres e confinados nas diversas minas
analisadas. (Bertachini 1994, Silva et al. 1994, Cruz 1995, Amorim et al. 1999, Golder Associates
2001).
2.4.2 - Quartzitos ferruginosos da Formação Cercadinho (Grupo Piracicaba)
Apresentam boas condições de circulação e armazenamento de água subterrânea, sendo
considerados de elevado potencial de explotação. Trata-se de um aqüífero do tipo granular e fissural,
confinado por camadas de filito e metapelitos das unidades sobrejacentes. Ensaios em um poço nesta
unidade (localizado no Parque das Mangabeiras em Belo Horizonte) revelaram valores de
permeabilidade de 1m/dia e transmissividade em torno de 90m2/dia (Silva et al. 1994).
13
.
2.4.3 - Dolomitos da Formação Gandarela (Grupo Itabira)
Constitui um aqüífero do tipo cárstico fissural, apresentando-se heterogêneo e anisotrópico.
Provavelmente possui baixo potencial de águas subterrâneas, dado o baixo grau de carstificação e a
colmatação de condutos e fraturas por argilas. A vazão específica é baixa, girando em torno de
0,02m3/h/m, segundo medidas em poço em Belo Horizonte (Silva et al. 1994, Bertachini 1994, Rubio
et al. 1997).
2.4.4 - Quartzitos da Formação Moeda (Grupo Caraça)
Apresentam baixa permeabilidade assim como pequena capacidade de armazenamento. Sua
permeabilidade primária é praticamente nula, mas comumente apresenta circulação de água devido às
fraturas, sendo caracterizado como aqüífero do tipo fraturado. Tem pequeno potencial, mas os poços
tubulares nele perfurados são produtores, provável reflexo da concentração de fraturas (Silva et al.
1994, Rubio et al. 1997). Os valores de transmissividade encontrados variam de 86 a 864m2/dia e o
coeficiente de armazenamento de 0,10 a 0,002 (Silva et al. 1994).
2.4.5 - Sistema aqüífero cristalino
Corresponde aos complexos metamórficos, que apesar das diferenças estruturais, constituem
sistemas aqüíferos similares. Os poços possuem, em geral, produtividade baixa a muito baixa, sendo
que a alta produtividade está normalmente relacionada ao sistema de fraturas ou à boa interconexão
com fontes de recarga superficial.
O Complexo Metamórfico Bação, foco desta pesquisa, é constituído pelo aqüífero fissural na
rocha sã e alterada e pelo aqüífero poroso da porção saturada do regolito. Em analogia com regiões de
geologia semelhante, tem-se que a porção subjacente, condicionada pelas fraturas, apresenta
normalmente maiores valores de condutividade e coeficientes de armazenamento menores que a
porção sotoposta, que constitui o aqüífero granular local (Deere & Patton 1971, IBRAM 2003) (vide
item 3.7.2). O aqüífero fissural pode ser considerado como heterogêneo, anisotrópico, com espessura
variável, mas geralmente com baixa produtividade. A profundidade das captações dos poços tubulares
varia entre 80 e 100m, sendo a vazão específica da ordem de 0,300 m3/h/m (Golder Associates 2001).
Para a região de Cachoeira do Campo, Cruz (1995) encontrou grande variação na vazão específica, de
0,0252 a 0,648 m3/h/m , variação freqüente em aqüíferos fraturados. Os poços tubulares profundos nos
aqüíferos fraturados nesta unidade (CMB) apresentam vazões inferiores a 4 m3/h, o que, segundo
Golder Associates (2001), o caracteriza como baixo potencial hídrico. Silva et al. (1994) citam valores
de transmissividade de 25m2/dia. Para esta mesma região, Fernandes (1990) encontrou dois padrões de
fraturas: N30-40E e N40-50W. Dados de vazão de poços perfurados ao longo do segundo padrão,
indicariam que estas fraturas seriam melhores condutoras de água subterrânea.
14
2.4.6 - Sistema aqüífero superficial
Formado pelo regolito, constituem os aqüíferos superficiais do QF, de caráter granular livre e
permeabilidade e armazenamento variáveis (ver item 3.7.2). Este sistema tem grande importância ao
promover a conexão entre a superfície e os aqüíferos profundos subjacentes, facilitando sua recarga
(Bacellar 2000, Sobreiro Neto et al. 2001, Golder Associates 2001, IBRAM 2003). São fortemente
influenciados pelas condições climáticas e, conseqüentemente, possuem pronunciada variação sazonal
de vazões, diferentemente dos aqüíferos supracitados (Rubio et al. 1997, Amorim et al. 1999).
Nas unidades supracrustais (SgRV e SgM), em geral formada por rochas menos
intemperizáveis, este sistema aqüífero é normalmente menos desenvolvido.
Nos terrenos granito-gnáissicos do QF, o clima úmido no passado geológico recente
possibilitou a formação de espesso regolito, que constitui o aqüífero granular superficial local. Este,
muitas vezes, funciona como aquitarde dos aqüíferos fraturados subjacentes (Sobreiro Neto et al.
2001, IBRAM 2003), uma vez que tem alta capacidade de armazenamento mas menor capacidade de
transmitir a água que a rocha alterada (Deere & Patton 1971, IBRAM 2003) (vide item 3.7.2).
Pesquisas desenvolvidas em terrenos similares (cristalinos) na África constataram que a
espessura do regolito é o principal fator na produção de poços tubulares profundos (Chilton & Foster
1995), evidenciando quão importante pode ser este sistema na produção de água de uma bacia.
Similarmente, em região de embasamento na zona da mata mineira, Gonçalves (2001) justificou altos
valores no armazenamento, não condizentes com sistema fissurado, pela presença de regolito espesso.
2.5 - IMPACTOS SOBRE OS RECURSOS HÍDRICOS NO QF
A utilização da água subterrânea no QF (região do Alto rio das Velhas) data do período
colonial, com as captações d’água para abastecimento de vilas e para os processos de lavagem do
ouro. Nos últimos anos, a demanda se intensificou frente à crescente urbanização, ao desenvolvimento
industrial e à concentração de atividade minerárias. Porém, a intensa utilização e ocupação do solo têm
levado ao comprometimento crescente da disponibilidade da água. O desmatamento, a compactação
do solo (em trilhas, estradas etc) e conseqüente impermeabilização tem levado ao aumento do
escoamento superficial em detrimento da infiltração. Têm-se desencadeado processos erosivos, tanto
na forma laminar como voçorocas de grandes dimensões, as quais liberam significativas quantidades
de sedimentos que assoreiam drenagem, além da própria perda de parte do aqüífero superficial. Cita-se
ainda drenagem de várzea e outras atividades as quais reconhecidamente causam impactos aos
15
.
recursos hídricos. Por tais razões, a preocupação em relação à quantidade e qualidade dos recursos
hídricos tornou-se eminente.
Outra questão a ser considerada é que parte das unidades de alto potencial hidrogeológico
coincide com os depósitos minerais de interesse econômico, em particular as jazidas de ferro, que são
as mais expressivas na região do QF (e.g. Rubio et al. 1997, Coppedê Jr. & Boechat 2002). Neste
contexto, surge então o questionamento em relação aos impactos que as atividades minerárias
poderiam causar sobre o sistema hídrico.
A partir da década de 80, as cavas das principais minas de ferro do QF atingiram o lençol
freático (Silva et al. 1994) e, para permitir a continuidade das atividades de lavra, procedeu-se o
rebaixamento do nível d’água a partir do bombeamento de poços tubulares profundos. Com o
desaguamento das minas, forma-se um cone de rebaixamento e as fontes de água por ele atingidas
terão suas vazões diminuídas (Bertachini 1994, Moraes 2002). Algumas destas fontes, com a
finalização do bombeamento, terão suas vazões recuperadas, embora possa levar anos e não alcançar
seu volume inicial (Bertachini et al. 2004, Sobreiro Neto et al. 2001).
16
CAPÍTULO 3
FLUXOS HÍDRICOS E VARIÁVEIS DO REGIME HIDROLÓGICO
O regime hidrológico de um rio é reflexo da interação de processos naturais complexos
atuantes em superfície e subsuperfície (Custodio & Llamas 1976, Smakhtin 2001), estando ainda
sujeito a variações em conseqüência das atividades antrópicas (Lima 1986, Luk et al. 1997, Costa &
Bacellar 2003, Costa & Bacellar 2005). Cada bacia de drenagem pode ser dominada por um processo
particular, conforme o clima prevalecente e suas características físicas, em especial a geologia
(Moldan & Cerný 1994).
Previamente às discussões a respeito dos fluxos hídricos e das variáveis que interferem no
regime hidrológico, serão feitas algumas considerações a respeito da escala e sua possível influência
na resposta hidrológica.
3.1 - CONCEITO DE MICROBACIA
A classificação de uma bacia a partir de seu tamanho é questionável. Não existe um
enquadramento baseado em dimensões pré-estabelecidas, embora alguns autores definam como
microbacias aquelas cuja área não ultrapassam 5km2 (Moldan & Cerný 1994). Muitas vezes, o
conceito de bacia grande e pequena é fundamentado nos fatores dominantes na produção do deflúvio,
existindo na literatura várias tentativas de definição. Em geral, considera-se microbacias aquelas que
respondem mais sensivelmente à intensidade da chuva e ao uso e ocupação do solo; e as bacias
maiores aquelas em que estes dois fatores perdem importância frente às características da rede de
drenagem, como, por exemplo, a capacidade de armazenamento ao longo dos canais (e.g. Lima &
Zakia 2000).
Neste trabalho considera-se microbacias aquelas constituídas preferencialmente por drenagens
de 1a e 2a ordem (classificação de Strahler), com áreas de até aproximadamente 1km2 e relativamente
homogêneas.
Atualmente, microbacias experimentais têm sido amplamente utilizadas em estudos
hidrológicos/hidrogeológicos em vários países. Estas, quando instrumentadas, constituem verdadeiros
laboratórios naturais (e.g. Moldan & Cerný 1994).
Na tabela 3.1 apresenta-se uma breve comparação das diferenças apresentadas entre as duas
escalas de bacias em estudos hidrológicos/hidrogeológicos.
Tabela 3.1 – Comparação entre bacias de drenagem em diferentes escalas considerando aspectos do
comportamento do fluxo
Microbacia
Bacias maiores
Vazão no
exutório
A vazão no exutório é representativa da
vazão a montante
A vazão no exutório pode não ser
representativa das condições à montante
(Langbein 1938, Snyder 1939) por receber
água de várias partes e os fatores que causam
variações nunca afetam por igual toda a bacia
(Custodio & Llamas 1976)
Controle das
condições na
área da bacia
Tem-se amplo controle sobre as condições
encontradas à montante, como barragens,
retiradas d’água e outras que podem
interferir na vazão
Quanto maior a bacia, mais difícil é controlar a
presença de estruturas que podem interferir no
volume do fluxo
Homogeneidade
Consegue-se com maior facilidade definir
das características microbacias homogêneas.
Com a amplitude areal, aumentam-se as
possibilidades de variações nas características
físicas.
Tempo de
concentração
Baixo
Alto
Fluxos
Em geral, não apresenta fluxos regionais
mais profundos.
Há maiores possibilidades de se detectar fluxos
hídricos profundos
Hidrogeoquímica
Concentração iônica tende a ser baixa, uma
vez que os fluxos tentem a ser mais rasos
Apresenta maiores concentrações iônicas,
considerando que fluxos profundos apresentam
maior tempo de residência
O chamado “efeito escala” ocorre quando a dimensão pode influenciar na resposta hidrológica.
Alguns parâmetros obtidos em escala de detalhe podem não refletir todas as características do
fenômeno hidrogeológico envolvido em escala regional. Por exemplo, grandes falhas geológicas
podem gerar efeitos distintos quando se trabalha em escala menor. O tempo de concentração de
eventos chuvosos também é altamente dependente da escala e da forma da bacia. Assim, quando se
almeja estimar o potencial hidrológico em bacias não monitoradas e/ou comparar bacias de drenagem,
deve-se buscar trabalhar com índices adimensionais (Zecharias & Brutsaert 1988, Lacey & Grayson
1998).
3.2 - RELAÇÕES ENTRE ÁGUA SUBTERRÂNEA E SUPERFICIAL
Em experimento realizado por Todd, um maciço poroso teve um dos seus lados posto em
contato com um recipiente onde o nível d’água era variável. Quando se aumentava o nível d’água,
parte se infiltrava no maciço provocando a recarga deste. Ao diminuir o fornecimento de água, parte
da água armazenada era liberada novamente para o recipiente (Castany 1971).
18
Esta simulação representa os processos de recarga e descarga do manto aluvial durante um
evento de chuva e expressa a interatividade entre os meios aquosos superficiais e subterrâneos. Em
especial nos casos de aqüífero não confinado, como ocorre na região estudada, estes dois meios estão
em interação dinâmica tanto em questões quantitativas quanto qualitativas. De fato, como definido por
Winter et al. (1998), “a água superficial e subterrânea são simplesmente duas manifestações de um só
recurso integrado”.
Dada esta conexão entre o meio aquoso superficial e subterrâneo, é possível inferir índices e
definir as características de um aqüífero através de parâmetros hidrológicos (Trainer & Watkins Jr.
1974, USAE 1999, Dewandel et al. 2003).
3.3 - ANÁLISE DE HIDROGRAMAS
Hidrograma (hidrógrafa ou fluviograma) é o gráfico da variação da vazão em função do tempo
(Q = f (t)), podendo a escala do tempo variar consideravelmente, representando, por exemplo, algumas
horas ou vários anos. Quando construído com médias mensais em um ano hidrológico é denominado
hidrograma anual.
Os hidrogramas podem ser divididos em três segmentos básicos (Figura 3.1). De fato, com um
evento chuvoso, a vazão tende a aumentar progressivamente em decorrência da geração do
escoamento superficial, definindo a curva de concentração (ou curva de acumulação) do hidrograma, a
partir do ponto A. A vazão máxima caracteriza o pico de cheia do hidrograma (ponto C), a partir da
qual o fluxo diminui com o término do período chuvoso, definindo então a curva de decaimento (ou
curva de depleção). Quando o escoamento superficial se encerra e todo o escoamento é teoricamente
proveniente dos aqüíferos (ponto B), a curva, que continua decrescendo porém mais sutilmente, recebe
o nome de curva de esgotamento ou curva de recessão (curva de depleção do escoamento de base).
Neste estágio, o fluxo é chamado de fluxo de base (Custodio & Llamas 1976).
O ponto B (início da recessão) é mais alto que o ponto de recessão antes da crescida (ponto A)
porque parte da precipitação se infiltrou causando a recarga do aqüífero. Porém, as recessões antes e
depois apresentam, teoricamente, inclinações iguais em gráficos semi-logarítimicos. A forma da curva
de concentração depende das condições da precipitação e de características da bacia. Já a curva de
decaimento, que representa o fluxo de água após o término da precipitação, terá sua forma em função
principalmente das características físicas da bacia (Castany 1971, Mello et al. 1994).
19
Q
C
Curva
conce de
ntra
ção
de
rva nto
Cu aime
dec
B
Curva de
recessão
A
tempo
Figura 3.1 - Hidrograma tipo com os três segmentos básicos (Modificada de Custodio & Llamas 1976).
A vazão é uma função das características da precipitação e suas interações com os atributos
físicos e bióticos do meio. Assim, cada bacia apresentará um hidrograma de formato singular
conforme suas peculiaridades, mesmo para idênticos eventos de chuva. Como descrito por Custodio &
Llamas (1976), hidrograma é uma “expressão das características físicas e climáticas que governam as
relações entre precipitação e o escoamento em uma bacia”. É importante observar que tal afirmativa
vale apenas para fluxos não regularizados, pois nestes casos o hidrograma não será reflexo das
condições naturais da bacia (Castany 1971).
A análise de hidrogramas possibilita interpretar várias singularidades da bacia. Entre os
índices que podem ser definidos e que tem potencial interesse para hidrogeologia e que serão
discutidos posteriormente tem-se: coeficiente de recessão, volume do fluxo de base e BFI (índice do
fluxo de base).
3.4 - COMPONENTES PRINCIPAIS DO FLUXO
O fluxo em um canal é constituído de três componentes principais com características distintas
e passíveis de individualização em operação de separação de hidrogramas: fluxo superficial, fluxo
subsuperficial e fluxo de base (Castany 1971, Fetter 1988, Moldan & Cerný 1994). Ressalta-se que,
em bacias formando um sistema isolado, sem aporte e saídas de água para bacias vizinhas, a vazão
medida no exutório da bacia é resultado do balanço de todos os fluxos ocorrentes em seu interior.
20
3.4.1 – Fluxo Superficial
O fluxo superficial (escoamento superficial direto ou runoff) representa a água que cai
diretamente nos canais e a que escoa superficialmente. Este componente do fluxo é importante em
especial durante e logo após os picos de chuva quando causa o aumento rápido da vazão,
caracterizando os picos de cheia nos hidrogramas.
Os mecanismos e caminhos pelos quais o fluxo é gerado a partir da chuva têm sido alvo de
vários estudos. Para que ocorra o fluxo superficial, o volume precipitado deve exceder o volume de
água retido nas depressões superficiais e interceptado pela vegetação e outros obstáculos e ainda
superar a capacidade de infiltração do solo. Após suprir estas demandas iniciais, a água pode fluir
como uma fina lâmina sobre a superfície do terreno, sendo este tipo de fluxo conhecido como Fluxo
Superficial Hortoniano (FSH) (Figura 3.2). Porém, mecanismos de geração deste tipo de fluxo não são
tão freqüentes na natureza, ocorrendo preferencialmente em superfícies pouco permeáveis (como
afloramento rochosos), em vertentes com solos pouco espessos e pouco vegetados ou ainda em regiões
áridas, especialmente após chuvas de grande intensidade. Em bacias muito degradadas, onde o solo se
encontra compactado e encrostado, o FSH também pode ser expressivo (Castany 1971, Chorley 1980,
Dunne 1980, Fetter 1988, Lima & Zakia 2000). Atualmente, sabe-se que grande parte do fluxo
superficial em bacias não degradadas provém do “Fluxo Superficial de Saturação” – FSSa (saturation
overland flow), que ocorre preferencialmente nos segmentos topograficamente mais baixos da
paisagem. Nestes locais, como o lençol freático normalmente é mais raso, o solo se satura rapidamente
com a elevação do lençol até a superfície, impedindo a infiltração. O fluxo superficial por saturação é
a soma das águas que então se exfiltram (fluxo de retorno) mais a precipitação que cai nesta área
saturada (Figura 3.2). As áreas potenciais para formação deste fluxo compreendem, no início da
chuva, as margens de rios, várzeas, exutórios, áreas de solo raso e fundo de vales. Com o
prosseguimento da chuva, estas áreas de contribuição se expandem, atingindo inclusive áreas de
cabeceiras, e posteriormente se retraem com o fim da chuva. As expansões e contrações se dão
conforme a duração e intensidade da chuva e as condições antecedentes de umidade no solo, sofrendo
assim variação sazonal. Este fenômeno é conhecido como “área de contribuição variável de fluxo
superficial”, dinâmica no espaço e no tempo (Hewlett & Hibbert 1967 in Moldan e Cerný 1994,
Chorley 1980, Dunne 1980, Lima & Zakia 2000).
Portanto, o fluxo superficial em bacia de clima úmido é uma composição do fluxo hortoniano
e fluxo superficial de saturação, podendo haver contribuições ainda dos fluxos subsuperficiais mais
rápidos.
21
Tradicionalmente, considera-se que a água nova seja a fonte dominante do runoff. Modelos
mais recentes, utilizando-se da tecnologia dos traçadores, mostraram que a água velha é a que domina
a vazão imediatamente após o início das chuvas. Assim, o mecanismo de pistão, onde a água nova da
chuva “empurra” a água velha em direção ao canal, tem se mostrado correto (Moldan e Cerný 1994).
O escoamento superficial é função principalmente do tipo de precipitação (intensidade,
duração) e de características da bacia tais como: área, forma, relevo, permeabilidade e capacidade de
infiltração do solo, além da umidade antecedente do solo e de fatores antrópicos.
3.4.2 – Fluxo Subsuperficial
O fluxo subsuperficial ou hipodérmico (interflow ou throughflow) corresponde ao fluxo que
ocorre apenas nas camadas mais superficiais do solo, se restringindo à zona não saturada. Uma
condição para a geração deste tipo de fluxo é a existência de uma zona não saturada homogeneamente
permeável, onde a água percola verticalmente até encontrar uma camada subjacente menos permeável,
passando então a escoar lateralmente em direção ao canal (Figura 3.2). Este fluxo pode exfiltrar na
baixa encosta antes de chegar no rio (fluxo de retorno) que, somado à precipitação sobre a área
exfiltrante, constituirá o fluxo superficial de saturação. O fluxo hipodérmico pode representar até 80%
da vazão total de uma bacia de vertentes suaves com solos cultivados ou florestados contendo espessa
camada de húmus (Castany 1971, Dunne 1980, Fetter 1988).
3.4.3 – Fluxo de Base
O fluxo de base ou escoamento de base (baseflow) corresponde à descarga de água subterrânea
para o rio, ou seja, é a componente subterrânea do escoamento total. Hall em 1968 definiu fluxo de
base como a “porção do fluxo que vem da água subterrânea ou outras fontes atrasadas” (Lacey &
Grayson 1998) e, portanto, engloba tanto a água proveniente dos aqüíferos profundos, como também
os fluxos subsuperficiais mais lentos (Figura 3.2). Em épocas de chuva, o fluxo de base desempenha
papel secundário em relação ao escoamento superficial. Porém, vai se tornando predominante à
medida que se procede a diminuição da vazão até se tornar a única fonte que alimenta o rio em
períodos de estiagem. Em áreas úmidas, mesmo durante períodos de chuva, o fluxo de base constitui
um importante e, às vezes, dominante componente da vazão (Castany 1971, Zecharias & Brutsaert
1988).
22
A água subterrânea liberada como fluxo de base é meteórica em quase totalidade dos casos, ou
seja, corresponde à água de chuva infiltrada. A medida que ocorre infiltração, o lençol freático ascende
e como conseqüência, nas proximidades do rio, mais água subterrânea é liberada. O volume do fluxo
de base é diretamente proporcional ao gradiente hidráulico em direção ao rio (Fetter 1988) e ocorre
quando a superfície potenciométrica (ou nível do lençol freático) encontra-se acima do nível do canal
(USAE 1999), situação que caracteriza o rio como efluente. Ao contrário, quando a carga hidráulica
do aqüífero é menor, têm-se rios influentes.
1
PRINCIPAIS ROTAS
DE FLUXO DA ÁGUA
EM ENCOSTAS
3
2
Lençol Freático
1 = Fluxo Superficial
Hortoniano
2 = Fluxo Superficial
por Saturação
4
3 = Fluxo Subsuperficial
4 = Fluxo de Base
Figura 3.2 - Rotas de fluxo em encostas (Modificado de Dunne (1980) e Chorley (1980)).
3.5 - ANÁLISE DO FLUXO DE BASE
A análise do fluxo de base pode ser extremamente útil na avaliação das reservas dos aqüíferos,
capacidade de armazenamento, estudo do regime de rios e gerenciamento de bacias hidrográficas uma
vez que representa a contribuição do aqüífero para o fluxo superficial, ou seja, a interação entre estes
dois meios.
3.5.1 - Recessão do fluxo de base
A recessão do fluxo de base refere-se à depleção da água subterrânea na ausência de recarga.
Corresponde à parte do hidrograma em que a vazão vem do escoamento básico. Indica a que taxas as
reservas de água subterrânea estão sendo liberadas para o rio e, assim, fornece informações a respeito
das condições do aqüífero (Castany 1971, Custodio & Llamas 1976, Fetter 1988, USAE 1999,
Smakhtin 2001).
23
Tomando-se por princípio que há uma relação linear entre a taxa de fluxo e a carga hidráulica,
a recessão obedecerá a uma equação exponencial, como a equação inicialmente proposta por
Boussinesq em 1877 (1). Trata-se de uma solução analítica aproximada onde foram assumidas várias
simplificações, entre elas: aqüífero poroso, não confinado, homogêneo e isotrópico com limite inferior
côncavo com uma profundidade b (Figura 3.3). Esta equação foi tratada por Maillet em 1905 por meio
de um modelo análogo mais simples e assim se tornou conhecida como “Fórmula de Maillet”. Porém,
sabe-se que a recessão muitas vezes decresce seguindo uma equação quadrática, devido a não
linearidade da taxa de fluxo subterrâneo com a carga hidráulica, sobretudo nos estágios iniciais de
recessão (Dewandel et al. 2003). Contudo, a equação exponencial de Maillet (1) tem sido mais
utilizada por ajustar relativamente bem às recessões e por sua maior simplicidade quanto ao tratamento
matemático, mesmo fornecendo melhores resultados para os períodos finais de recessão (Custodio &
Llama 1976, Nathan & McMahon 1990, Mwakalila et al. 2002, Dewandel et al. 2003).
Qt = Qo e −αt
(1)
Onde: Qt (m3/s) = vazão no tempo t
Qo (m3/s) = vazão no início da recessão
α = coeficiente de recessão (ou coeficiente de esgotamento)
t = tempo (dias) desde o início da recessão
e = base do logaritmo neperiano = 2,71828
L
h (x,t)
Legenda
K
S
Q (t)
b
Q (t) = vazão no tempo t
K = condutividade hidráulica
S = coeficiente de armazenamento
L = largura do aquífero
b = profundidade do aquífero
h (x,t) = carga hidráulica
Camada impermeável
Figura 3.3 = Modelo conceitual proposto por Boussinesq em 1877 para descrever taxas de fluxo de aqüíferos
(Modificado de Dewandel et al. 2003)
Por meio de modelos que simulam aqüíferos naturais, Dewandel et al. (2003) demonstraram
que a fórmula de Maillet (1) pode subestimar o volume do aqüífero; mas em alguns casos, inclusive
mais realistas, o comportamento dos aqüíferos obedece bem a esta equação.
24
O coeficiente de recessão (α) é expressado em dias-1 e corresponde à inclinação da curva de
recessão em gráfico semilogarítmico (figura 3.4). É um índice característico para cada bacia de
drenagem, sendo função principalmente da geologia, tipo de solo e geomorfologia (Castany 1971,
USAE 1999). A sua determinação é feita numericamente e, com maior precisão, usando-se a fórmula
abaixo, obtida a partir da equação (1) em forma logarítmica:
log Qt = log Q0 − αt log e
α=
log Q0 − log Qt
0,4343t
(2)
(3)
C
A Início da curva de concentração
C Pico de cheia
E Ponto de inflexão
E
Qo
3
Q (m /s) - escala logarítmica
Legenda
A
Qt
Recessão
do aquífero
B Fim do escoamento superficial
(escoamento é mantido teoricamente
apenas pelo fluxo de base)
B
log e
Coeficiente
de recessão
Tempo (dias)
Figura 3.4 – Determinação do coeficiente de recessão pelo método de Barnes (Modificado de Custodio &
Llamas 1976)
Em muitos trabalhos (e.g. Anderson & Burt 1980), dá-se o nome de coeficiente de recessão
(ou fator de depleção) a variável adimensional simbolizada pela letra k, que corresponde a e-α. Desta
forma, a equação (1) assume a seguinte forma comumente encontrada na literatura:
Qt = Q0 K t
(4)
3.5.2 – Separação do fluxo de base em hidrogramas
A quantificação da contribuição desta componente de fluxo para a vazão total pode ser feita a
partir de diversas técnicas de separação de hidrogramas, discutidas a seguir.
25
Entre as várias técnicas existentes, quase todas consideram apenas dois componentes do fluxo:
fluxo superficial e fluxo de base. Essa simplificação decorre do fato de ser praticamente impossível
determinar com precisão todas as rotas de fluxo numa bacia, já que os fluxos subsuperficiais mais
rápidos e mais lentos ocorrem muitas vezes simultaneamente e podem ser agrupados na separação de
hidrogramas ao fluxo superficial e de base, respectivamente. Portanto, são técnicas arbitrárias (e.g.
Smakhtin 2001), porém adequadas pela rapidez e boa reprodutibilidade dos resultados. Outra
dificuldade é estabelecer em hidrogramas o ponto a partir do qual não se tem mais fluxo superficial
(ponto B da figura 3.5).
As técnicas de separação de hidrogramas podem ser agrupadas em dois tipos: aquelas que
consideram que o fluxo de base responde a um evento de chuva simultaneamente com o escoamento
superficial (Figura 3.5 – caso 1) e aquelas que consideram o efeito atrasado do armazenamento nas
margens do canal (bank storage) (Figura 3.5 – caso 2). No segundo caso, enquanto o escoamento
superficial provoca o aumento da vazão, o fornecimento de água do aqüífero para o rio decai ou pode
até mesmo ter o sentido revertido e receber água da drenagem (tornar-se temporariamente influente).
Assim, somente após o pico de vazão, o fluxo de base volta a crescer (Castany 1971, Custodio &
Llamas 1976, Smakhtin 2001). Este tipo representaria mais fielmente bacias hidrográficas grandes,
com amplas planícies de inundação, motivo pelo qual não serão empregadas neste estudo.
N
C
log Q
Fluxo
superficial
Caso 1
B
Fluxo
de base
A
Caso 2
tempo
Figura 3.5 – Técnicas de separação de hidrogramas (Modificada de Custodio & Llamas 1976).
Algumas técnicas de separação de hidrogramas são muito simples e podem ser feitas
manualmente. Pode-se separar o fluxo de base traçando-se uma reta entre os pontos A (início da
subida do hidrograma) e B (origem da curva de esgotamento) (Figura 3.5 – caso 1). Há ainda o método
em que o tempo em dias (N) desde o pico do hidrograma até o fim da contribuição superficial (ponto
B) é estimado pela fórmula N = 0,827*área
0,2
(sendo a área em km2) (Figura 3.5) (Castany 1971,
Custodio & Llamas 1976, Fetter 1988).
26
O método dos gráficos semilogaritmos ou método de Barnes é freqüentemente utilizado, sendo
considerado o que fornece resultados mais próximos da realidade (Custodio & Llamas 1976, Nathan &
McMahon 1990). Baseia-se na linearidade da recessão quando esta é analisada com as vazões em
escala logarítmica. De fato, a equação (2) é a equação de uma reta (y = ax + b). Quando se plota o
hidrograma em papel semilogaritmo, com tempo (em dias) em escala aritmética na abscissa e o
logaritmo da vazão em (m3/s) na ordenada, a recessão do fluxo de base será representada por uma reta
cuja inclinação é –α log e (Figura 3.4). Posteriormente, prolonga-se esta reta em direção ao eixo das
ordenadas até a vertical que passa pelo ponto de inflexão E definindo o ponto F, que é então unido ao
ponto A (ponto de subida do hidrograma). A porção subjacente a esta linha definida corresponde ao
volume do fluxo de base (Figura 3.6). Neste método, o ponto B é obtido com maior precisão.
Repetindo-se este procedimento após a subtração do fluxo de base é teoricamente possível separar
C
E
Fluxo
Superficial
F
B
3
Q (m /s) - escala logarítmica
também o fluxo subsuperficial do superficial (Custodio e Llamas 1976).
A
Fluxo de Base
log e
Tempo (dias)
Figura 3.6 – Método gráfico de Barnes de separação das componentes do fluxo (Modificado de Custodio &
Llamas 1976)
Estas técnicas manuais são subjetivas, já que os mesmos dados tratados por diferentes
analistas podem produzir diferentes valores de fluxo de base. Neste caso, pode-se recorrer a técnicas
automatizadas de separação, com uso de filtros digitais, que são recomendáveis no tratamento de
séries históricas, já que permitem tratar grande quantidade de dados com relativa facilidade e maior
objetividade (Wahl & Wahl 1995). Porém, como nas técnicas manuais, nem sempre apresentam
resultados fisicamente confiáveis (Nathan & McMahon 1990).
27
Dentre as técnicas automatizadas, tem-se a “smoothed minima”, amplamente utilizada,
inclusive no programa “Hysep” do USGS. Neste, é identificado o menor valor de vazão a cada 5 dias
consecutivos. Cada valor mínimo é comparado com seus vizinhos mais próximos. Se 90% de uma
dada vazão mínima é menor que a vazão corresponde aos mínimos anterior e posterior, este é um
turning point. Turning points são pontos de inflexão que definem a separação entre o fluxo superficial
e fluxo de base. Eles são posteriormente ligados através de retas, definindo assim a porção
correspondente à contribuição do aqüífero para o rio (Nathan & McMahon 1990, Wahl & Wahl 1995).
Por meio destas técnicas de separação é possível determinar dois índices: o índice do fluxo de
base (BFI) e o fluxo de base específico (FBE).
O índice do fluxo de base (baseflow index – BFI) indica a proporção do fluxo total derivada do
fluxo de base (Institute of Hidrology 1980 in Lacey & Grayson 1998), ou seja:
BFI = volume do fluxo de base
volume do fluxo total
Trata-se de um índice adimensional, considerado um bom indicador dos efeitos da geologia. Tem um
valor próximo de 1 para bacias com alta contribuição de água subterrânea chegando a 0 para rios
efêmeros (Smakhtin 2001).
O fluxo de base específico (FBE) nada mais é que o volume do fluxo de base num ano
hidrológico por área da bacia.
3.5.3 - Determinação do coeficiente de recessão (α)
A determinação do coeficiente de recessão pode ser feita graficamente, seguindo os princípios
do método de Barnes a partir da inclinação da curva de recessão ou, mais precisamente, através da
equação 3 (Figura 3.4) (Custodio & Llamas 1976). Em geral, essa técnica é aplicada à séries históricas
de vazão, o que possibilita definir a recessão média para a bacia em hidrogramas anuais.
28
Em regiões de clima úmido, as chuvas freqüentemente interrompem a recessão e o resultado
são vários segmentos curtos de recessão. Estes podem ser tratados por meio de curvas de recessão
mestra (CRM) definida pelo envelopamento de várias pequenas curvas de recessão individuais,
representando assim uma curva típica. Adicionalmente, tem-se que cada recessão, embora seja uma
função do aqüífero, apresentará variações conforme a condição momentânea do meio. Por exemplo,
quando o nível do lençol freático está elevado, a curva de recessão representada no hidrograma tende a
ser mais alta, não representando uma “verdadeira” recessão. Quando estas influências do meio se
esgotam, todas os segmentos de recessão tenderão para uma única curva: a curva de recessão mestra,
que teoricamente reflete as propriedades do aqüífero. Além de permitir a filtragem das interferências
do meio, a CRM permite a determinação do coeficiente de recessão para períodos pequenos de
monitoramento, embora, quanto mais dados existam, mais consistentes serão os resultados (Mello et
al. 1994, Tallaksen 1995).
A curva de recessão mestra pode ser determinada por vários métodos, sendo os mais
difundidos (e utilizados neste trabalho) o da correlação (Langbein 1938, Knisel Jr. 1963, Nathan &
McMahon 1990, Tallaksen 1995, Smakhtin 2001, Mello et al. 1994) e o matching strip (Snyder 1939,
Nathan & McMahon 1990, Mello et al. 1994, Tallaksen 1995).
3.5.3.1 - Método “Correlação” (Correlation method)
Langbein (1938) propôs o método da correlação na tentativa de obter a curva de recessão sem
influência de escoamento superficial. A partir de seqüências de vazão decrescente (períodos de
recessão aparente), a descarga de um dia (Qn) é plotada contra a descarga de um intervalo arbitrário de
t dias antes (Qn-t), conhecido como intervalo de atraso, em escala normal. Estas recessões individuais
geralmente constituem curvas que progressivamente tornam-se mais íngremes à medida que a vazão
diminui, com tendência a uma recessão comum: a curva de recessão mestra, que é então desenhada a
partir do envelopamento das curvas de inúmeras pequenas recessões (Nathan & McMahon 1990,
Tallaksen 1995, Smakhtin 2001).
Vários outros trabalhos, em especial em âmbito internacional, foram desenvolvidos a partir
deste método, com modificações e aprimoramentos (Nathan & McMahon 1990, Smakhtin 2001).
Quando a vazão de um dia (Qn) é plotada na ordenada e a de t dias antes (Qn-t) na abscissa, a própria
inclinação da curva de recessão mestra (Qn/Qn-t) elevada ao inverso do tempo de atraso (t) fornece a
constante K (Figura 3.7). De fato, substituindo na equação (4) Qt e Qo por Qn e Qn-t respectivamente,
tem-se:
1
1
 Q t  Q
K =  t  =  n
 Q0   Q n −t
29
t


(5)
Sendo K = e –α, determina-se o coeficiente de recessão pela expressão:
α=
− log K
0,4343
(6)
Para homogeneizar os resultados, Nathan & McMahon (1990) sugerem que K seja medida a
2/3 da vazão diária.
O intervalo de atraso t normalmente adotado varia de 1 a 5 dias (Smakhtin 2001), sendo
recomendável o maior valor possível (Nathan & McMahon 1990). Contudo, valores elevados de t,
dificultam a seleção de várias seqüências de vazão em estágio de recessão, razão pela qual emprega-se
freqüentemente t = 2.
Curva de recessão
mestra (CRM)
Qn
Pequenas recessões
que tendem à CRM
Qn-t
Figura 3.7 – Típica curva de recessão mestra (CRM) obtida pelo método Correlação (Modificado de Nathan &
McMahon 1990)
3.5.3.2 – Método “Matching Strip”
Admitindo que nenhuma curva de recessão individual cobre por completo as variações da
descarga subterrânea, Snyder (1939) propôs a combinação de várias de curvas de recessão de
diferentes eventos definindo uma curva típica: a curva de recessão mestra (CRM). O coeficiente de
recessão calculado a partir desta curva principal seria mais próximo da realidade.
O método Matching Strip (ou método das Tiras de Papel, segundo Mello et al. 1994) consiste
em destacar, em um gráfico de logQ x t, todas as curvas de recessão existentes. Estas são então
ajustadas uma a uma, movimentando-se horizontalmente cada pequena recessão de forma que todas se
ajustem em uma única curva de tendência, que será a CRM (Figura 3.8) (Tallaksen 1995). O
coeficiente de recessão dado pela inclinação da CRM é então determinado pela equação de Barnes.
30
Log Q (m3/s)
Curvas de recessão
individuais que tendem à CRM
Curva de recessão
mestra (CRM)
Tempo t (dias)
Figura 3.8 – Típica curva de recessão mestra (CRM) obtida pelo método Matching Strip (Modificado de Nathan
& McMahon 1990)
3.6 - DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS HIDRODINÂMICOS
Os parâmetros hidrodinâmicos dos aqüíferos podem ser obtidos diretamente a partir de ensaios
em poços ou, de forma indireta, utilizando-se dados hidrológicos e/ou hidroquímicos. Os métodos
indiretos baseiam-se na interconexão entre aqüíferos e drenagens superficiais e, a partir de
informações sobre o comportamento do fluxo de base, inferem-se índices que caracterizam as
condições do meio hídrico subterrâneo (tais como coeficiente de recessão e BFI), podendo-se inclusive
estimar parâmetros hidrodinâmicos, como transmissividade e armazenamento (Custodio & Llamas
1976, Feitosa & Manoel Filho 1997, USAE 1999, Dewandel et al. 2003).
Os métodos indiretos de caracterização hidrogeológica podem ser aplicados às bacias
hidrográficas estruturadas sobre aqüífero não confinado e que mantém conexão hidráulica com o rio.
Neste caso, o decaimento da taxa de fluxo do aqüífero pode ser modelado como uma função das
características do aqüífero baseado nas equações teóricas do fluxo subterrâneo. Várias simplificações
são assumidas e as equações, em geral, são restritas a aqüíferos homogêneos uniformes e isotrópicos,
(Rorabaugh 1960 in Trainer & Watkins Jr. 1974). Aplicações em bacias heterogêneas e em escala
regional são mais questionáveis (Castany 1971, Trainer & Watkins Jr. 1974, Custodio & Llamas 1976,
Feitosa & Manoel Filho 1997, USAE 1999, Dewandel et al. 2003).
31
A integração da curva de recessão (1) corresponde ao volume total armazenado no aqüífero no
instante to, na ausência de recarga ou perdas. Este volume representa a reserva renovável ou reserva
reguladora do aqüífero a montante do ponto de medida de vazão (Knisel Jr. 1963, Hall 1968 in
Moldan & Cerný 1994, Castany 1971, Custodio & Llamas 1976, Cruz 1995, Smakhtin 2001). (t = [s] e
Q [m3/s]). Assim, tem-se:
∞
V = ∫ Qt dt
to
∞
V = ∫ Q0 e −αt dt
to
V=
Q0
α
Como α normalmente é expresso em dias-1 e Q em m3/s, é necessária a seguinte correção:
V=
Q0 * 86400
(7)
α
A determinação da reserva reguladora é fundamental nas políticas de gerenciamento dos
recursos hídricos, uma vez que indica o volume que pode ser explotado do aqüífero sem afetar o
balanço hídrico do sistema, ou seja, sem comprometer sua sustentabilidade. De acordo com Rebouças
et al. (1994), a disponibilidade explotável pode ser estimada em 25 a 50% do volume das reservas
renováveis.
Além do volume de armazenamento, a difusividade (T/S) e, por conseguinte, os índices
transmissividade (T) e coeficiente de armazenamento (S) também podem ser teoricamente estimados a
partir do coeficiente de recessão (α) seguindo os fundamentos de Rorabaugh. Assumindo um
comportamento linear para a recessão, como expresso pela equação exponencial de Maillet (1), α será
função de (Trainer & Watkins Jr. 1974, Custodio & Llamas 1976, USAE 1999, Dewandel et al. 2003):
α=
onde :
π 2 kb
4S y L2
(8)
k = condutividade hidráulica
Sy = porosidade efetiva (aqüíferos livres) ou coeficiente de armazenamento (aqüíferos
confinados ou semi-confinados)
b = espessura saturada
L = distância da drenagem ao divisor topográfico
32
Ou seja, segundo Rorabaugh (1960, 1964 in Trainer & Watkins Jr. 1974), a inclinação da
curva de recessão, após da estabilização do nível d’água subseqüente a uma recarga, é proporcional a
difusividade (T/S). Assim, a partir do conhecimento do coeficiente de recessão e das dimensões do
aqüífero (espessura e largura), pode-se calcular a transmissividade se o coeficiente de armazenamento
for conhecido. Como T é uma propriedade que varia muito mais do que S, é prática rotineira assumir
um valor para este parâmetro (valor tabelado) e calcular a transmissividade.
Segundo Trainer & Watkins Jr. (1974), o valor da transmissividade assim estimado se
aproxima mais dos valores obtidos por meio de testes de bombeamento para aqüíferos mais
homogêneos com perfis de intemperismo pouco espessos. Salientam ainda que, normalmente, os testes
de bombeamento são feitos apenas em poços produtivos, ou seja, onde se têm rochas mais permeáveis,
o que leva a valores superestimados da transmissividade média do aqüífero. Por tais razões, os dados
hidrogeológicos obtidos a partir da análise da recessão são muito promissores, uma vez que
representam a descarga do aqüífero para o rio em toda a bacia de drenagem. Além disso, trata-se de
uma técnica potencialmente útil, em especial em áreas onde os dados de poços são escassos. Embora
se trate de um valor médio e, portanto, inadequado para estimar produção de um poço em particular,
fornece a baixos custos uma estimativa regional das condições do aqüífero.
3.7 - FATORES QUE INTERFEREM NO REGIME HIDROLÓGICO /
HIDROGEOLÓGICO
Os principais fatores que interferem no regime hidrológico/hidrogeológico e que definem a
proporção do fluxo total que provém do fluxo de base estão relacionados ao clima e às características
físicas da bacia, como geologia, geomorfologia, regolito e até condições de uso e ocupação. A
identificação da representatividade de cada fator no balanço hidrológico final é dificultada pela
sobreposição e reciprocidade dos processos atuantes (Castany 1971, Mello et al. 1994, Moldan &
Cerny 1994, Chilton & Foster 1995, Tallaksen 1995, Lacey & Grayson 1998, Mwakalila et al. 2002).
3.7.1 – Clima
A vazão está intimamente relacionada com o balanço precipitação-evapotranspiração,
apresentando uma relação de proporcionalidade. A precipitação participa ainda da definição do
potencial hídrico ao contribuir na evolução do perfil do solo, que tende a ser mais espesso em regiões
mais úmidas (Chorley 1980, Lacey & Grayson 1998).
33
Lacey & Grayson (1998) citam rochas sedimentares similares, localizadas em regiões
distintas, com grandes diferenças na capacidade específica, que seriam explicadas em termos da
profundidade do saprolito: em áreas com altas taxas de precipitação propiciou-se um manto de
intemperismo mais profundo, responsável pela alta produtividade.
Outros índices climáticos, tais como temperatura e ventos, também participam do balanço
hidrológico, influenciando principalmente a evapotranspiração.
Em bacias onde se tem o predomínio de gnaisse no nordeste de Minas Gerais, Peixoto et al.
(1982) encontraram coeficientes de recessão médio de 0,003 a 0,009 d-1. Estes autores citam trabalhos
em região com rochas semelhantes, porém em clima semi-árido, cujo valor médio do coeficiente de
recessão é de 0,064 d-1.
3.7.2 – Geologia
A geologia tem uma função relevante na definição do regime hidrológico e hidrogeológico
(e.g Custodio & Llamas 1976, Fetter 1988, Moldan & Cerný 1994).
Diretamente, a influência da geologia reflete-se no fato da água ser armazenada nas rochas
podendo ser posteriormente liberada aos rios como fluxo de base. Conforme as propriedades da rocha,
esta poderá armazenar e transmitir com maior ou menor eficiência, definindo-se assim a
potencialidade do aqüífero. Além da litologia, aspectos estruturais também podem ser decisivos na
definição das condições de fluxo. Por exemplo, as fraturas exercem papel relevante em função de sua
abertura, freqüência e grau de conexão (e.g Fetter 1988, Mello et al. 1994, Chilton & Foster 1995).
Outra influência está na formação do solo: diferentes tipos de rochas, sob a ação do clima,
vegetação e outros, tendem a originar diferentes tipos e espessuras de solo, cujas características são
decisivas no processo de recarga e até mesmo no armazenamento e, conseqüentemente, na produção
de água na bacia (Chorley 1980, Lacey & Grayson 1998). Chilton & Foster (1995) verificaram, em
aqüífero cristalino localizado na África, que a espessura saturada do regolito é o principal fator
controlador na produção de poços. Pode-se dizer que, com o aumento da espessura do regolito há uma
tendência de aumento no fluxo de base.
34
Adicionalmente, as compartimentações do perfil de intemperismo apresentam comportamento
hidráulico diferenciado. Considerando a compartimentação proposta por Deere & Patton (1971) em
rocha sã, rocha alterada, saprolito (ou horizonte C) e horizontes A e B, tem-se um maior coeficiente de
armazenamento (S) e uma menor condutividade hidráulica (K) no regolito (que engloba horizontes
A,B e C em elúvios e colúvios) em comparação com a rocha alterada (Deere & Patton 1971, Kellett &
Bauman 1994, Chilton & Foster 1995). O regolito se comportaria, portanto, como um aquitardo.
Contudo, há exceções, como no manto de alteração de quartzitos, que por ser arenoso apresenta maior
capacidade de transmitir água (Peixoto et al. 1982). A rocha sã tende a apresentar menores valores de
k e S (Chilton & Foster 1995).
O fluxo superficial apresenta relação inversa com a permeabilidade, ou seja, para terrenos com
litologia pouco permeável a água tenderá a escoar superficialmente gerando altos valores para a
relação vazão (Q) / precipitação (P), que é o coeficiente de fluxo. Castany (1971) cita valores de Q/P
de 0,91 e 0,77 para bacias constituídas exclusivamente por basaltos e bacias em rochas graníticas e
basálticas, respectivamente. Tem-se ainda que, quanto menos permeável uma região, maior sua
densidade de drenagem, e assim a geologia acaba por definir, de forma indireta, o padrão de drenagem
(Castany 1971).
Em termos de fluxo de base, a importância da geologia é ainda maior, como atestam vários
trabalhos (Trainer & Watkins Jr. 1974, Lacey & Grayson 1998, Smakhtin 2001). Winter et al. (1998)
reportam bacias em terrenos arenosos e com cascalho (altamente permeáveis) onde 90% da vazão
média anual foi derivada de água subterrânea, e valores de apenas 14% para bacias com rochas siltosas
e argilosas. Granito e basalto são as rochas que tendem a produzir altos valores de fluxo de base
(Mwakalila et al. 2002), assim como riodacitos e algumas rochas sedimentares (Lacey & Grayson
1998). Em síntese, bacias em rochas altamente fraturadas e solo permeável profundo, terão maior
fluxo de base.
Segundo Lacey & Grayson (1998), o conjunto geologia-vegetação nativa constitui um fator
importante na determinação do fluxo de base, agindo como um parâmetro que representaria a história
climática e o comportamento hidrológico de rochas e solos. Para estes autores, alguns parâmetros
topográficos adimensionais (tais como o slope index e porcentagem da bacia constituída por planície
de inundação), o estágio de crescimento da vegetação e o tamanho da bacia (para bacias de até 100
km2) não apresentam correlação direta com o fluxo de base. Em relação às condições climáticas, estas
teriam maior efeito sobre o BFI em longo prazo, com a chuva favorecendo a formação de camadas de
solo espessas.
35
Mwakalila et al. (2002) mostraram que entre os índices físicos por eles analisados, os que
apresentam melhor correlação com o BFI são: geologia, clima (correlação positiva) e densidade de
drenagem (inversamente proporcional).
Gonçalves (2001) definiu coeficientes de recessão médios de 0,003 e 0,005 para aqüíferos
fissurais na região leste da zona da mata mineira e no extremo noroeste do Rio de Janeiro. O primeiro
valor, que indica alta capacidade de armazenamento, é justificado pelo autor pela presença mais
expressiva de aqüíferos granulares compostos pelos depósitos aluvionais e manto de intemperismo.
3.7.3 - Geomorfologia
As características geomorfológicas de uma bacia também interferem nas condições de fluxo. A
inclinação do terreno influencia o processo de infiltração e conseqüentemente na produção do fluxo de
base e do deflúvio total. Em termos locais, as taxas de infiltração são baixas em encostas íngremes,
com solos pouco desenvolvidos. Em áreas “baixas”, como nas várzeas, terraços fluviais e
concavidades, onde pode ocorrer o fenômeno do fluxo superficial por saturação (item 4.4), as
condições de infiltração também podem ser limitadas.
Para Lacey & Grayson (1998), nas áreas de relevo mais alto predomina a recarga, em
contraposição às áreas mais baixas, onde ocorre preferencialmente a descarga do lençol.
A relevância do relevo para o regime de fluxo é tradicionalmente avaliada por meio de
diversos índices morfométricos, entre os quais se destacam:
» H = relevo da bacia (ou amplitude altimétrica) – corresponde à diferença entre a maior e
a menor cota topográfica da bacia (e.g. Lacey & Grayson 1998).
» Slope index = H/√área – refere-se ao grau de inclinação da bacia, sendo um índice
adimensional (e.g. Lacey & Grayson 1998).
» Densidade de drenagem – razão entre comprimento total da rede de canais e área da
bacia.
» Largura média da bacia – obtida, neste trabalho, por meio da média de três larguras ao
longo da bacia.
36
» Kc = índice de compacidade ou índice de Gravelius - refere-se à forma da bacia que,
assim como seu sistema de drenagem, sofre grande influencia da geologia. É definido
pela relação entre o perímetro da bacia hidrográfica e o perímetro de um círculo de igual
área. Considerando P e A, respectivamente, o perímetro e a área da bacia, pode-se
calcular este índice diretamente pela fórmula (Garcez 1974, Custodio & Llamas 1976)
Kc ≈
0,28P
(9)
A
Bacias com menores valores de Kc (próximo a 1) são mais circulares e assim mais
susceptíveis a enchentes, uma vez que tendem a concentrar mais rapidamente o
escoamento superficial (considerando apenas o efeito do fator forma).
Alguns trabalhos procuraram estabelecer qual seria a influência destes índices na geração de
fluxo de base. Zecharias & Brutsaert (1988) apontam como os controles geomorfológicos mais
importantes da descarga da água subterrânea os índices: densidade de drenagem, inclinação média da
bacia e comprimento da drenagem perene. Do mesmo modo, Mwakalila et al. (2002) concluíram que a
densidade de drenagem mantém uma relação inversamente proporcional com o BFI. Este resultado é
previsível uma vez que, quanto maior a densidade de drenagem, mais impermeável é a bacia e mais
rapidamente a água escoará por ter mais oportunidade (caminhos) para chegar ao canal principal e
deixar a bacia. Conseqüentemente, a bacia apresentará altos valores de fluxo superficial em detrimento
ao fluxo de base. Já Lacey & Grayson (1998) estudaram a influência de três parâmetros topográficos
adimensionais no fluxo de base: comprimento total da rede de canais / √área da bacia, que é o
equivalente adimensional de densidade de drenagem; slope index; e a fração da bacia constituída por
planície de inundação. Dentro dos domínios homogêneos por eles estudados, não foram encontradas
tendências entre estes índices e o fluxo de base.
3.7.4 – Cobertura Vegetal
A vegetação interfere diretamente na quantidade do escoamento superficial, no processo de
infiltração e nas taxas de evapotranspiração. O papel benéfico das florestas para os recursos hídricos se
baseia principalmente no fato da cobertura vegetal proteger o solo, contribuindo para a infiltração. Por
outro lado, o aumento da vegetação e, conseqüentemente, da transpiração resulta na diminuição da
produção de água, fato que tem sido demonstrado em vários estudos, entre eles o de Bosch & Hewlett
(1982), que chegaram a esta conclusão a partir de uma revisão de 94 bacias experimentais. Este efeito
é importante particularmente nas áreas de contribuição variável (vide item 3.4.1), onde a vegetação
com raízes profundas consegue explorar água diretamente da frente saturada que se encontra próxima
à superfície e assim atinge sua capacidade máxima de transpiração (Valente & Gomes 2005).
37
A vegetação pode até mesmo promover o rebaixamento do lençol freático raso devido à
evapotranspiração (Schilling et al. 2004), cujas variações podem ainda provocar diminuição da vazão
em microbacias ao longo do dia (Valente & Gomes 2005). A evapotranspiração pode afetar as curvas
de recessão, que em geral decaem mais rapidamente no verão (estação de crescimento das plantas) que
no inverno (estação de dormência das plantas) (Langbein 1938, Federer 1973, Tallaksen 1995,
Wittenberg & Sivapalan 1999). A redução da cobertura vegetal provoca um aumento no deflúvio da
bacia dependendo principalmente da espécie vegetal, do clima e da área de desmatamento (Lima
1986).
3.7.5 - Uso e ocupação do solo
As condições de circulação d’água estão fortemente relacionadas com o uso e ocupação do
solo. Cabe ressaltar que bacias totalmente preservadas, livres de qualquer modificação, são raras uma
vez que a interferência antrópica é cada vez mais intensa no mundo todo.
A compactação do solo por estradas, caminhos e sobrepastoreio destroe os agregados do solo,
reduzindo substancialmente as taxas de infiltração. O desmatamento e as queimadas reduzem o teor de
matéria orgânica dos horizontes superficiais do solo e instabilizam seus agregados, formando crostas e
também reduzindo a infiltração (Custodio & Llamas 1976, Resende et al. 1995).
O mau uso e ocupação do solo, por vezes, é citado como causador da diminuição da vazão em
rios, mesmo em regiões de altos índices pluviométricos (e.g Ren et al. 2002).
Em relação aos processos erosivos, as voçorocas apresentam altos coeficientes de fluxo
(vazão/precipitação), em especial quando totalmente expostas, sem cobertura vegetal (Luk et al.
1997). Estas feições são responsáveis ainda pela liberação de significativo volume de sedimento que
causam assoreamento de drenagens a jusante e, ao atingirem o lençol freático, causam um cone de
depressão, rebaixando o lençol freático no seu entorno. Portanto, são potencialmente modificadoras do
regime hidrológico local.
3.8 – EVOLUÇÃO QUÍMICA DAS ÁGUAS EM BACIAS HIDROGRÁFICAS
A composição química inicial da água na fase terrestre do ciclo hidrológico é definida pela
água da chuva, que é influenciada por fatores atmosféricos, como aerossóis, poeira, poluição e gases.
Trata-se de água com baixas concentrações, em geral 20 vezes menor que a concentração da água nos
rios.
38
Ao se infiltrar, tem sua composição modificada em função dos minerais com os quais entrará
em contato e dos diversos processos atuantes como adsorção, precipitação, troca-iônica, oxi-redução e
até processos biológicos (Custodio & Llamas 1976, Hem 1985, Fetter 1988, Moldan e Cerný 1994,
Hounslow 1995, Leite 2001). É possível, inclusive, deduzir os minerais-fontes a partir da análise da
água, como esquematizado por Hounslow (1995).
A água de drenagens superficiais, por constituir-se em parte por fluxo subterrâneo (fluxo de
base), também terá uma assinatura química relacionada com o ambiente local, incluindo o cenário
geológico. A água que escoa superficialmente não interage com o substrato, mas aquela que se infiltra
no solo, em geral, permanece tempo suficiente para que ocorram reações, conferindo-lhe uma
configuração que poderá ser realçada por concentração devido à evaporação, pela mistura com águas
profundas ou pela presença de rochas que liberam elementos facilmente (Hem 1985). O parâmetro em
questão é o tempo de residência, que será tanto maior quanto maior o percurso e menor a
permeabilidade do meio. Assim, em geral, águas de infiltração recente são pouco mineralizadas e as
águas mais profundas (águas de circulação regional), contêm mais sais e tendem a ir se saturando
(Custodio & Llamas 1976). Pode-se, portanto, esperar que quanto maior a salinidade, mais profundo é
o fluxo em questão.
E, como o fluxo de base é a componente principal do deflúvio na época de seca (quando a
vazão é baixa), a concentração de sais em uma drenagem tenderá a ser inversamente proporcional à
vazão. Contudo, é comum o acúmulo de elementos no perfil de solo durante a estação seca, que são
lavados com as primeiras chuvas pelo efeito “pistão”, provocando altas concentrações nas primeiras
enchentes. Com a continuidade da estação chuvosa, há uma tendência de diluição progressiva. Via de
regra, se a composição e concentração química da água de um rio varia significativamente com a
vazão, a principal contribuição é superficial. Mas se a composição mantém um determinado padrão
para valores extremos de deflúvio, o aporte principal é o escoamento subterrâneo profundo (Custodio
& Llamas 1976). A distinção entre a contribuição química dos fluxos de base e superficial não é
simples, considerando principalmente que estes variam com o tempo (Hem 1985).
Os principais íons presentes na maioria das águas naturais são Na+, K+, Ca2+, Mg2+, SO42-,
HCO3-, e Cl-. São denominados íons fundamentais (ou íons maiores), perfazendo quase sempre a
totalidade dos constituintes da água (Custodio & Llamas 1976, Hem 1985, Fetter 1988).
39
A composição química da água natural está, de fato, fortemente relacionada com meio
litológico no qual circula. Ressalta-se ainda que pequenas particularidades, como veios, podem ser
desproporcionalmente importantes nos processos geoquímicos. Mas nesta inter-relação intervêm
diversos outros fatores (Custodio & Llamas 1976, Hem 1985, Moldan & Cerný 1994). Além da
composição da rocha em si, têm-se o tamanho e arranjo dos cristais, a porosidade e o grau de
fraturamento que definem a área de contato, ou seja, a área exposta ao ataque químico. As condições
físico-químicas do meio, como pressão, temperatura, pH e Eh, e até condições biológicas controlam
certas reações e, assim, interferem diretamente na assinatura química de determinada água. A própria
composição da chuva em si é variável tanto espacialmente quanto temporalmente (Hem 1985). Outro
fator importante é o clima, uma vez que os processos intempéricos que liberam íons são fortemente
influenciados pela temperatura e precipitação. Freqüentemente são citadas variações na salinidade da
água em anos com diferentes taxas de pluviosidade (Custodio & Llamas 1976, Hem 1985, Bertachini
1988). A água da chuva propicia a renovação dos elementos ao solubilizar e carrear os produtos, e a
evaporação contribui para o aumento da concentração iônica. Assim, deve-se considerar as diferenças
no produto e na taxa de intemperismo de litologias similares expostas às condições climáticas
distintas. Há ainda fatores que influenciam indiretamente a qualidade da água, como o relevo, uma vez
que em áreas mais planas a circulação é mais lenta, permitindo maior tempo de contato entre água e
rocha (Custodio & Llamas 1976). A cobertura vegetal também interfere pela constante troca de
nutrientes entre plantas, solo e água (Moldan & Cerný 1994, Lima & Zakia 2000), embora esta
interferência seja mais pronunciada nos fluxos de chuva (Leite 2001).
Considerando a intensa utilização dos recursos naturais pelo homem, pode-se também definir
como um modificador da química da água as formas de uso e ocupação do solo, causando inclusive a
poluição (e.g. Moldan & Cerný 1994).
40
CAPÍTULO 4
METODOLOGIA
As etapas desenvolvidas ao longo do trabalho estão sintetizadas no fluxograma metodológico
(figura 4.1) e descritas a seguir:
4.1 - ETAPA 1: AQUISIÇÃO DOS DADOS BÁSICOS
A parte inicial do trabalho consistiu no levantamento e compilação de bibliografia relacionada
com o tema, em especial as referentes à: técnicas de medição de vazão em pequenas drenagens;
métodos de determinação de coeficientes de recessão em hidrogramas e de determinação indireta da
transmissividade e do coeficiente de armazenamento; quantificação do fluxo de base;
hidrogeoquímica; potencial hidrológico/hidrogeológico de bacias; hidrogeologia do Complexo
Metamórfico Bação. Embora esta tarefa tenha tido maior ênfase na fase inicial, durante todo o trabalho
recorreu-se às informações técnicas à medida que surgia necessidade.
O acervo cartográfico/fotográfico utilizado constou de:
•
mapas topográficos nas escalas de 1/50.000 e 1/25.000 (SGE /IGA – 1981)
•
fotografias aéreas na escala de 1/30.000 (CEMIG – 1986) e fotografias aéreas coloridas
nas escalas 1/15.000 (NEPUT - 2003)
•
ortofotos na escala de 1/10.000 (CEMIG – 1986)
•
mapa geológico nas escala de 1/25.000 (USGS/DNPM – 1969)
•
mapa geológico nas escalas de 1/100.000 (Projeto Rio das Velhas, DNPM/CPRM – 1996)
•
mapas geológicos na escala 1/10.000, produzidos durante o Trabalho de Graduação (TG)
de alunos da Engenharia Geológica da UFOP. Estes foram posteriormente integrados e
utilizados na pré-seleção de microbacias de drenagem.
METODOLOGIA
Levantamento e compilação
bibliográfica
Pré-seleção de microbacias na
região do CMB, com
características definidas
AQUISIÇÃO DE DADOS
BÁSICOS
DEFINIÇÃO DAS BACIAS
PARA ESTUDO
Verificação da viabilidade de
instrumentação
Seleção de 10 microbacias
diferenciáveis em termos de
geologia, geomorfologia e
uso e ocupação do solo.
Instrumentação das
microbacias: construção e
instalação de vertedores e
pluviômetros
Dados hidrológicos
Monitoramento de vazão e
pluviosidade das microbacias.
Elaboração de hietograma e
hidrogramas
Determinação de parâmetros
hidrogeológicos: vazão
específica, coeficiente de
recessão, fluxo de base, BFI
Determinação indireta de
índices hidrogeológicos
Cruzamento de dados
Caracterização
física de detalhe
de cada
microbacia, com
elaboração dos
respectivos
mapas.
OBTENÇÃO DOS DADOS
MONITORAMENTO DOS
DADOS NAS MICROBACIAS
Calibração pelo
método
volumétrico
TRATAMENTO DOS DADOS
Aplicação de
metodologias
“matching
strip”
“correlação” e
“smoothed
mínima”
Aquisição de mapas, fotos
aéreas e ortofotos. Integração
do mapa geológico do CMB a
partir dos mapas do TG.
Levantamento de bacias na
região do Quadrilátero
Ferrífero com dados
hidrológicos históricos
Análise da geologia das bacias
levantadas
Seleção de 6 bacias
Levantamento de séries
fluviométricas no banco de
dados da ANA, COPASA,
CEMIG, IGAM
Dados hidroquímicos
Determinação in situ: pH, Eh,
TDS, T e CE. Determinação
dos elementos químicos em
laboratório
Dados hidroquímicos
Verificação de tendências e
determinação de razões
iônicas. Verificação de
relação entre hidroquímica,
geologia e condições do
fluxo
INTEGRAÇÃO/
INTERPRETAÇÃO DOS
DADOS E CONCLUSÕES
Figura 4.1 – Fluxograma metodológico do desenvolvimento da pesquisa.
42
Verificação da influência dos
fatores analisados no
comportamento
hidrológico/hidrogeológico
4.2 - ETAPA 2: SELEÇÃO DAS BACIAS E MICROBACIAS
Para definir as microbacias a serem instrumentadas, primeiramente procedeu-se uma préseleção. Fez-se o cruzamento de mapas geológico, geomorfológico e de focos erosivos e, ainda,
fotointerpretações e análises de ortofotos, individualizando-se microbacias com potencial frente ao
objetivo proposto. Ou seja, foram pré-selecionadas várias microbacias com características físicas
aproximadamente homogêneas e diferenciáveis entre si pela geologia, geomorfologia ou estado de
preservação (em especial pela presença de voçorocas). A principal dificuldade inicialmente prevista
seria a demarcação de bacias com uma só litologia ou característica geomorfológica, mas frente à
escala de trabalho adotada, foi possível um grande controle sobre esta questão. Em etapa subseqüente
foram feitas campanhas de campo para reconhecimento das microbacias e verificação da viabilidade
de instrumentação das drenagens. Grande parte das microbacias não apresentou condições adequadas
para o monitoramento. Esta questão será discutida em detalhe no capítulo 5, onde serão apresentados
os critérios considerados na escolha definitiva da área de estudo.
Nas microbacias selecionadas fez-se uma caracterização detalhada em termos de seus atributos
físicos e condições ambientais. Especificamente nesta caracterização final, usaram-se as seguintes
fontes de pesquisa, além de trabalhos de campo.
•
O levantamento das unidades geológicas de cada microbacia baseou-se no mapa
originado da integração dos mapas geológicos na escala 1/10.000.
•
A caracterização geomorfológica baseou-se no trabalho de Bacellar (2000),
realizado na Bacia do Rio Maracujá, que engloba todas as microbacias estudadas.
Adicionalmente, fez-se uma análise individual de cada microbacias, coletando-se
nos mapas topográficos, dados e índices morfométricos.
•
No levantamento de microbacias na região que continham voçorocas foi utilizado
o “Mapa de focos erosivos no Complexo Metamórfico Bação” (Costa & Sobreira
2001).
•
As condições de uso e ocupação do solo foram definidas com base em fotografias
aéreas coloridas (escala 1/15.000 – NEPUT 2003).
Foram levantadas também bacias de drenagem com séries históricas de dados hidrológicos,
localizadas no Quadrilátero Ferrífero, preferencialmente próximas ao Complexo Metamórfico Bação.
Seguindo estes quesitos, foram selecionadas 19 bacias de drenagem. Na próxima etapa foi feita a
caracterização geológica preliminar destas com base no mapa geológico do Projeto Rio das Velhas
(CPRM/DNPM 1996) e no mapa Dorr (1969) e selecionadas aquelas com características litológicas
43
menos variável possível. Nesta seleção, evitou-se também, na medida do possível, as bacias que
possuíam lagos ou represas detectáveis na escala trabalhada. Assim definiram-se seis bacias de
drenagem.
4.3 – ETAPA 3 - OBTENÇÃO DE DADOS DAS BACIAS
4.3.1 – Instrumentação das microbacias
As microbacias foram instrumentadas para obtenção dos dados de vazão e pluviosidade a
partir de vertedores e pluviômetros, respectivamente. Informações técnicas adicionais encontram-se no
anexo 1.
4.3.1.1 - Dados de chuva
Foi instalado, por aproximadamente 1 mês, um pluviógrafo na microbacia B5, porém,
infelizmente, não se conseguiu obter resultados confiáveis devido a problemas operacionais. Contudo,
frente aos objetivos propostos e levando-se em conta ainda o custo de um pluviômetro e um
pluviógrafo, concluiu-se que medidas a partir de pluviômetros seriam satisfatórias, uma vez que se
utilizariam dados diários de vazão e precipitação.
Foi instalado um pluviômetro em cada microbacia, contabilizando-se um total de 8 aparelhos.
Como as microbacias B3 e B3.1, assim como as B8 e B8.1, são contíguas, nestas utilizou-se apenas
um aparelho.
Os pluviômetros foram construídos utilizando-se material reciclável de baixo custo: uma haste
de madeira, uma garrafa pet e arames. Na parte superior da haste, fixada verticalmente no solo,
acoplou-se uma pequena base de madeira onde se apoiou a garrafa pet, amarrada com arame de forma
que pudesse ser retirada para efetuar a medida do volume acumulado por meio de uma proveta. As
hastes usadas neste trabalho têm 2m de altura, sendo que 0,5m foi cravado no solo e, assim, o
recipiente de captação acoplado ficou a cerca de 1,5m do chão (Figura 4.2). A garrafa pet foi cortada
em sua parte superior, constituindo assim um recipiente cilíndrico com abertura de diâmetro igual a
98,6 mm, correspondendo a uma área de captação de 76,32 cm2. A fim de diminuir a evaporação da
água captada e dificultar a queda de folhas, acoplou-se a própria parte superior da garrafa cortada
(parte afunilada) invertida sobre a parte cilíndrica, sem alterar o diâmetro da área de captação.
44
Vale ressaltar que na instalação dos pluviômetros foi certificado que nenhuma das
características físicas do meio (como obstáculos, árvores etc) interferia na trajetória das gotas de chuva
e, conseqüentemente, no seu registro. Para tal, o aparelho foi instalado a uma distância pelo menos
duas vezes a altura dos obstáculos presentes e a uma altura de cerca de 1,5m do solo para evitar os
respingos, conforme recomendações técnicas (Garcez 1974).
Figura 4.2 –Pluviômetros instalados nas microbacias B3 e B4 (Fotografado em maio/2003).
Os pluviômetros foram todos construídos seguindo os mesmos princípios, ou seja, de forma
padronizada. Assim, erros eventualmente existentes seriam comuns a todos, problema não
significativo, já que o principal interesse é comparar valores e não analisar sistematicamente a chuva.
4.3.1.2 - Dados de vazão
As dez microbacias instrumentadas possuem áreas relativamente pequenas (faixa de 1km2),
com deflúvios da ordem de menos de 1L/s até valores máximos de aproximadamente 70L/s. Como
seria conveniente obter dados diários de vazão, considerando-se as limitações e vantagens de cada
método (Neves 1982, Netto & Alvarez 1988, Porto 2001) (Anexo 1), conclui-se que o uso de
vertedores seria o mais adequado, uma vez que fornecem dados confiáveis para o intervalo de vazões
esperadas, além de apresentar baixo custo (Figura 4.3). Tem-se ainda que a leitura em campo é muito
simples, consistindo em tomar a altura da lâmina d’água (h) em uma régua, o que poderia ser feito
com facilidade por monitores.
45
Para garantir a credibilidade dos dados, fizeram-se medidas pelo método volumétrico (vide
anexo 1 e Figura 4.4-A) ao longo do ano hidrológico, que possibilitaram a calibração dos dados (item
6.1.2).
Na maioria das microbacias, o vertedor foi instalado à montante do exutório na tentativa de
locar um ponto na drenagem que melhor atendesse as condições para sua instalação, em especial os
quesitos 2 e 5 , listados no anexo 1 (página 134).
Os vertedores usados neste trabalho são portáteis, construídos com chapas de aço galvanizado
de 4 a 6 mm de espessura, seguindo o modelo sugerido pelo USGS – United States Geological Survey
- (Figura 4.3) (Rantz 1982). A sua instalação é simples, sendo a chapa cravada diretamente nas
margens do canal, tendo para isso bordas laterais e inferiores prolongadas. Estas bordas foram afinadas
para facilitar a penetração no solo e na soleira foi feito um chanfro de 45º para facilitar a queda livre
da lâmina d’água. O volume do fluxo, por ser relativamente pequeno, foi insuficiente para causar
deformações nas chapas. Conforme as condições específicas de cada microbacia, em particular a
amplitude da vazão prevista, definiu-se o tipo e o dimensionamento de cada vertedor (Tabela 4.1),
cujos croquis encontram-se no anexo 2. Todos são de parede delgada, com contração lateral e lâmina
livre (Anexo 1).
Considerando que a lâmina d’água sofre um processo de contração vertical ao passar pelo
vertedor, a medida da carga hidráulica (h) deve ser tomada à montante da estrutura (Neves 1982,
Delmée 1983, Netto & Alvarez 1988, Porto 2001) (Anexo 1). Porém, diferentemente do normalmente
recomendado, nos vertedores instalados nas microbacias, as medidas da carga hidráulica foram
tomadas a partir de uma régua fixada na parte montante da própria chapa do vertedor, assim como nos
vertedores portáteis sugeridos pelo USGS (Rantz 1982) (Figura 4.4 - B). Nestas situações, pode-se
recorrer à fórmulas de ajuste como as propostas por Daker (1987), que fornecem valores de carga
corrigidos (H) a partir de valores tomados na placa do vertedor (h) (anexo 1). De qualquer maneira,
todos os valores de vazões foram calibrados, o que os torna confiáveis.
Inicialmente, a vazão da drenagem da microbacia B8 foi superestimada e o vertedor projetado
foi do tipo retangular. Neste, a carga hidráulica foi inferior ao limite mínimo estabelecido em normas
técnicas e o vertedor foi então adaptado para o tipo triangular. Na microbacia erodida B8.1, a grande
quantidade de sedimento proveniente da voçoroca, em especial nos eventos de chuva intensos,
arrancou a placa de metal algumas vezes. Esta foi recolocada o mais breve possível, porém sempre
resultando em períodos desprovidos de medida.
46
1
1
2
2
3
Figura 4.3 –Vertedores portáteis instalados nas microbacias: 1 = vertedor retangular na microbacia B1; 2 =
vertedor trapezoidal Cipoletii na microbacia B3; e 3 = vertedor triangular na microbacia B2 (Fotografados em
abril e maio/2003).
47
Tabela 4.1: Tipos de vertedores empregados nas microbacias
Microbacia
Tipo de vertedor
B1 - Cór. Soledade (canal principal)
trapezoidal-Cipoletti
B1.1 - Cór. Soledade (desvio)
retangular
B2 - Barrero
triangular (ângulo de abertura: 90º) *
B3 - Cór. Maracujá com voçoroca
trapezoidal Cipoletti
B3.1 - Cór. Maracujá sem voçoroca
B4 - Cór. do Canal
B5 - CDB
triangular (ângulo de abertura: 90º) **
B6 - Cór. Peixoto
B8 - Sg Minas - sem voçoroca
triangular (ângulo de abertura: 60º)
B8.1 - Sg Minas - com voçoroca
triangular (ângulo de abertura: 90º) **
* dimensões do modelo “pequeno” sugerido pela USGS (Rantz 1982)
** dimensões do modelo “grande” sugerido pela USGS (Rantz 1982)
Régua
linimétrica
fixada na parte
montante
do vertedor
A
B
Figura 4.4 - A = Método volumétrico para determinação da vazão – microbacia B3. B = Régua para leitura da
carga hidráulica fixada no próprio vertedor – microbacia B3 (Fotografados em setembro/2003).
4.3.2 - Levantamento dos dados das bacias com séries hidrológicas históricas
As vazões das bacias com séries hidrológicas históricas foram levantadas no banco de dados
da Agencia Nacional de Águas (ANA 2004) e, exclusivamente na bacia 41180000, obtidos na
publicação “Deflúvios Superficiais no Estado de Minas Gerais” (Cadastro Hidrosistemas) da
COPASA (1993), que continha a série fluviométrica mais extensa.
48
Os dados das bacias do Alto rio das Velhas e rio Maracujá foram adquiridos diretamente nas
empresas responsáveis pelo monitoramento, CEMIG-IGAM, que fazem as medições diárias desde
março de 2000.
4.4 - ETAPA 4: MONITORAMENTO DOS DADOS NAS MICROBACIAS
4.4.1 - Dados hidrológicos
A princípio, o monitoramento das microbacias foi proposto para ser efetuado simultaneamente
por um ano hidrológico. Porém, devido às dificuldades encontradas na seleção definitiva das áreas
(item 5.1.1), a instrumentação dos vertedores foi sendo implementada e o monitoramento iniciado à
medida que se conseguia selecionar cada microbacia. Essa seqüência de instrumentação foi utilizada
na nomeação das microbacias, de B1 até B8.1. As primeiras microbacias tiveram o monitoramento
iniciado em abril de 2003 e as últimas em julho do mesmo ano, mas todas monitoradas por um ano
hidrológico.
Os dados foram tomados por monitores (pessoas residentes próximo ao local) devidamente
treinados para medir o volume precipitado (v [mL]) e a carga hidráulica no vertedor (h [cm]). Foram
feitas visitas ao campo, inicialmente com maior freqüência, para conferir os dados e verificar a
assiduidade dos monitores.
No período de estiagem, as leituras da vazão nos vertedores foram tomadas duas vezes ao dia:
de manhã (por volta de 7:00h) e à tarde (aproximadamente 17:00h), com exceção das microbacias B5,
B8 e B8.1, que foram monitoradas apenas uma vez ao dia devido à restrição de disponibilidade por
parte dos monitores. Na estação chuvosa (dez/2003 a mar/2004) foram tomadas de 3 a 4
(eventualmente 2) medidas diárias em todas microbacias, com exceção para microbacia B5, onde foi
possível tomar 2 medidas diárias apenas nos meses de dezembro/2003 e janeiro/2004.
A pluviosidade foi medida diariamente sempre às 7:00h.
Os dados de pluviosidade e vazão foram anotados em planilhas específicas (anexo 3). No fim
de cada mês estas eram recolhidas e os valores transcritos para planilha Excel, eliminando-se erros
grosseiros de leitura para então serem trabalhados.
49
4.4.2 - Dados hidrogeoquímicos
O estudo hidrogeoquímico foi realizado como suporte na investigação do comportamento
hidrogeológico das microbacias de drenagem. Foram feitas oito campanhas de coleta, algumas
durante o período seco, quando o fluxo era mantido fundamentalmente por fonte subterrânea,
e outras no período das chuvas.
Utilizando-se do multiparâmetro portátil (Ultrameter - Myron L Company, modelo 6P), foram
tomadas medidas in situ de pH, Eh, condutividade elétrica (CE), sólidos totais dissolvidos (STD ou
TDS) e temperatura (Figura 4.5). Coletou-se 1L da água para análise em laboratório seguindo técnicas
padrões de amostragem, essencialmente fazendo-se ambiente no frasco e coletando-se água no meio
do canal no sentido contrário ao fluxo, atentando sempre para não deixar bolhas de ar no recipiente
(APHA/AWWA/ WPCF 1992).
Figura 4.5 – Multiparâmetro utilizado em campo para determinação dos parâmetros: T, CE, STD, Eh e pH –
microbacia B6 (Fotografia novembro/2003).
No laboratório as amostras foram filtradas a vácuo utilizando membrana de 0,45µm. Para
análise de metais, as mesmas foram acidificadas com ácido nítrico concentrado em pH menor que 2 e
preservada a 4ºC (APHA/AWWA/ WPCF 1992). As análises foram todas realizadas no Laboratório de
Geoquímica Ambiental (LGqA) do DEGEO/UFOP.
A técnica utilizada para determinação dos metais foi a de Espectrometria de Emissão Atômica
com Fonte Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-OES), marca SPECTRO/Modelo Cirus CCD. Os
procedimentos para a determinação dos principais ânions (sulfato, cloreto e alcalinidade) descritos em
POPs (Procedimento Operacional Padrão) seguem os princípios do “Standard Methods for the
Examination of Water and Wastewater” (APHA/AWWA/WPCF 1992). Na determinação da
alcalinidade, utilizou-se o Método Titulométrico, que permite detectar as espécies (OH-, HCO3-, CO3250
ou CO2) responsáveis pela mesma. O teor de cloreto foi determinado a partir do método de MÖHR
(titulação) e o sulfato pelo método Turbidimétrico (Figura 4.6).
A
C
B
Figura 4.6 – Determinação de A = alcalinidade; B = cloreto ; C = sulfato (Laboratório de Geoquímica
Ambiental – LGqA – DEGEO/UFOP; novembro/2003).
Os resultados das análises foram verificados em relação a possíveis erros por meio do balanço
iônico (equação 10) e de relações típicas para águas naturais, considerando apenas os elementos
fundamentais. O balanço iônico é baseado no fato de que toda solução deve ser eletricamente neutra,
ou seja, a soma dos cátions (∑C) deve ser igual a soma dos ânions (∑A), em meq/L. Na prática,
ocorrem pequenas diferenças devido a erros acumulados e presença de íons menores (Custodio &
Llamas 1976). O limite de aceitabilidade do erro varia conforme a concentração iônica total e a
condutividade. De fato, a solução apresenta baixa condutividade quando possui baixa concentração
iônica, o que dificulta a detecção dos íons, e assim justifica erros maiores (Hem 1985, Hounslow
1995). Neste trabalho, utilizou-se a fórmula sugerida por Custodio & Llamas (1976), que estabelece
limites de aceitabilidade em função da condutividade:
Erro(%) =
(∑ C − ∑ A)
0,5(∑ C + ∑ A)
* 100
(10)
Tabela 4.2 – Erro admissível no balanço iônico, segundo Custodio & Llamas (1976)
Condutividade µS/cm
50
200
500
2000
>2000
Erro admissível (%)
30
10
8
4
4
Altos valores de erro podem ser devidos a: erro analítico ou de cálculo; presença de íons não
considerados no cálculo; águas pouco mineralizadas, ou mesmo, resultados não usuais (Hounslow
1995, Feitosa & Manoel Filho1997).
51
4.5 - ETAPA 5: TRATAMENTO DOS DADOS
A partir dos dados de precipitação e vazão já tratados, foram elaborados hietogramas e
hidrogramas para todas as bacias e microbacias e definidos vários índices.
Para as bacias com dados hidrológicos históricos, o coeficiente de recessão e o fluxo de base
foram determinados em hidrogramas semi-logaritmicos anuais, utilizando-se da equação de Barnes
(Custodio & Llamas 1976).
Os dados de vazão das microbacias foram trabalhados para obtenção do coeficiente de
recessão utilizando-se duas técnicas pouco adotadas em âmbito nacional, mas amplamente empregada
internacionalmente. Trata-se do “matching strip” e “correlation method” que permitem que a curva de
recessão seja obtida a partir de dados não tão extensos de vazão (Langbein 1938, Snyder 1939, Knisel
Jr. 1963, Nathan & McMahon 1990, Tallaksen 1995, Smakhtin 2001). A separação do fluxo de base
em hidrogramas das microbacias foi baseada na técnica smoothed minima (Nathan & McMahon 1990,
Wahl & Wahl 1995). Estas técnicas foram aplicadas também nas duas bacias com dados hidrológicos
históricos, Alto rio das Velhas e Maracujá.
A partir do fluxo de base definido em todas as bacias analisadas, determinou-se o índice de
fluxo de base (Baseflow index – BFI) e o fluxo de base específico (FBE).
Os valores de transmissividade foram obtidos indiretamente a partir do coeficiente de
recessão, seguindo metodologia sugerida por Trainer & Watkins Jr. (1974) e Dewandel et al. (2003).
Com os dados hidroquímicos, foram estabelecidas razões iônicas e construídos diagramas
visando a verificação de tendências. O comportamento hidroquímico de cada microbacia foi então
analisado considerando a geologia local e as condições de fluxo, em especial do fluxo de base.
Buscou-se também verificar a existência de relação entre a assinatura química e aumento da vazão no
período de chuvas.
4.6 - ETAPA 6: INTEGRAÇÃO/INTERPRETAÇÃO DOS DADOS E CONCLUSÕES
A partir do conhecimento das condições do fluxo das bacias e microbacias, promoveu-se a
análise comparativa entre as mesmas visando o estabelecimento da influência dos fatores analisados.
Entre as microbacias, pôde-se fazer o cruzamento das informações hidrológicas, hidrogeológicas e
hidroquímicas com suas propriedades geológicas, geomorfológicas e de uso e ocupação do solo, em
particular quanto à ocorrência de voçorocas. O efeito destas feições erosivas no comportamento
hídrico foi verificado pela comparação dos resultados obtidos do monitoramento das duas microbacias
52
conjugadas e semelhantes que se diferenciam apenas pela presença do fenômeno erosivo. Na análise
da influência da geologia no regime hídrico foram utilizadas as microbacias e também as bacias
maiores com períodos de monitoramento mais extensos.
53
54
CAPÍTULO 5
CARACTERIZAÇÃO DAS BACIAS DE DRENAGEM
Em acordo com os objetivos do trabalho foram definidos dois grupos de bacias de drenagem
para estudo:
»
Microbacias instrumentadas e monitoradas durante esta pesquisa.
»
Bacias de drenagem maiores com dados fluviométricos históricos.
5.1 – MICROBACIAS INSTRUMENTADAS
5.1.1 - Seleção das microbacias para monitoramento
As microbacias foram escolhidas em uma área que abrange o Complexo Metamórfico Bação e
adjacências. Os fatores avaliados na seleção estão entre aqueles considerados essenciais no
comportamento hídrico de uma bacia de drenagem: geologia, geomorfologia e o grau de degradação,
incluindo neste, processos erosivos e cobertura vegetal (Castany 1971, Custodio & Llamas 1976,
Fetter 1988, Moldan & Cerný 1994, Bacellar 2000, Lima & Zakia 2000).
Conforme exposto no capítulo 4, várias microbacias foram pré-selecionadas conforme
possuíssem particularidades condizentes com o objetivo do trabalho. Estas foram então analisadas para
averiguar se as condições eram adequadas para o monitoramento. Além de quesitos operacionais, foi
observado o grau de influência antrópica, evitando-se bacias muito perturbadas pelo homem, uma vez
que se busca o reflexo de condições naturais nos processos hidrológicos. Como exceção,
propositalmente foram escolhidas duas microbacias com voçoroca (B8.1 e B3). Neste sentido, as
principais questões observadas foram:
• A não-regularização da drenagem ou qualquer outro tipo de alteração artificial que
pudesse modificar o comportamento natural do fluxo. Para que os dados de vazão possam ser
usados como índices das condições hidrogeológicas locais, é necessário que estes sejam
conseqüências apenas de fatores naturais. Um canal que possui uma barragem, por exemplo,
apresentará um hidrograma de forma típica em conseqüência da regularização (Pinto et al.
1976).
• Microbacias com retiradas consideráveis de água, seja por poços tubulares ou por
captação diretamente no canal, também foram evitadas, considerando que na escala de
trabalho estas abstrações poderiam causar apreciáveis variações no deflúvio. Uma prática
relativamente comum na região é o desvio artificial dos canais. Os produtores rurais desviam
parte da água dos córregos, que passam a fluir por gravidade em canais artificialmente
construídos até desaguar em açudes ou rodas d’água de moinho. Tal alteração também é
indesejada frente à proposta do estudo.
• Em algumas microbacias pré-selecionadas foi constatada a prática de drenagem das
áreas de várzea: são escavados canais para drenar a área pantanosa e adequá-la para plantio
agrícola. Este tipo de interferência modifica a interação natural entre a água subterrânea, a
água da várzea (armazenada nas margens, planície de inundação e pântanos) e a água do rio,
podendo causar alterações no regime hídrico local (Winter et al. 1998). Um exemplo é a
redução da possibilidade do fluxo superficial de saturação (item 3.4.1), que ocorre
preferencialmente nas partes baixas, devido à subida do lençol freático na época das chuvas.
Pode ainda haver conseqüências em relação à dinâmica hidroquímica local (Hewlett &
Hibbert 1967 in Moldan & Cerný 1994).
• Algumas microbacias estavam localizadas próximas a povoados e sofriam os mais
diversos tipos de interferências, desde captações até impermeabilizações de áreas
consideráveis. São denominadas bacias urbanas e também não são indicadas para o estudo
proposto.
• E ainda, uma vez que se pretendia usar vertedores portáteis para determinar a vazão,
entre outras condições (vide anexo 1), era desejável que o canal: 1) tivesse paredes
relativamente altas, permitindo a instalação da placa e a formação do remanso à montante; e
2) possuísse trecho retilíneo para instalação do vertedor. Os córregos de algumas
microbacias pré-selecionadas encontravam-se intensamente assoreados e o canal nem sempre
era bem definido, não apresentando assim condições de monitoramento.
• Houve ainda outras dificuldades, como a não autorização do proprietário do terreno para
o monitoramento ou ausência de pessoas que morassem nas proximidades e se dispusessem a
monitorar.
Assim, várias microbacias pré-selecionadas não puderam ser monitoradas e, a princípio,
somente 10 foram instrumentadas. Cada microbacia recebeu uma numeração conforme foi sendo
definida (B1, B2, B3, B3.1, B4, B5, B6, B7, B8 e B8.1) e, para facilitar a identificação, cada uma foi
designada com nomes da drenagem local principal ou do povoado mais próximo (tabela 5.1).
56
O monitoramento da microbacia B7 teve que ser interrompido logo após iniciado o
monitoramento. Localizada nas margens do Córrego Holanda, constitui-se em sua maior parte por uma
voçoroca de porte considerável e em avançado estágio de evolução. Inicialmente, nesta microbacia foi
instalado um vertedor, e embora este instrumento não fosse o mais adequado para medições em canais
com grandes aportes de sedimentos (Custodio & LLamas 1976, Rantz 1982), esperava-se que alguns
ajustes viabilizassem o seu uso, como as alças fixas no vertedor para facilitar a limpeza periódica do
material assoreado (ABNT 1995) (Figura 5.1). Porém, ainda assim, o volume de sedimento carreado
após picos de chuva foi tal que chegou a arrancar várias vezes e amassar a placa de metal, tornando
impraticáveis as medições com um mínimo de acurácia. Decidiu-se então parar o monitoramento nesta
microbacia, considerando que o objetivo geral do trabalho não seria prejudicado, uma vez que se tem
outra microbacia com características semelhantes (microbacia B3, em região de gnaisse, com
voçoroca).
B
A
Figura 5.1 – A = Vertedor instalado na microbacia B7, constituída em grande parte por uma voçoroca. Notar a
expressiva quantidade de sedimento em suspensão e assoreamento à montante do vertedor. B = Canal da
microbacia B7, assoreado em conseqüência da voçoroca. (Fotografado em outubro/2003).
As nove microbacias então definidas para o estudo foram detalhadamente caracterizadas,
(resumo na tabela 5.1).
A microbacia B1 possui uma peculiaridade. Seu córrego principal teve uma parcela do fluxo
desviada, e assim, a partir de certo ponto a água flui por dois canais aproximadamente paralelos,
dentro da mesma microbacia. Segundo moradores, este desvio foi feito há décadas. Como discutido no
início deste item, tal interferência pode alterar características hidrológicas locais. Porém, como nesta
microbacia o desvio é antigo e ocorre em um trecho relativamente pequeno quando comparado com o
tamanho da bacia, acredita-se que já se tenha estabelecido condições permanentes quanto ao fluxo
subterrâneo e assim decidiu-se monitorá-la, julgando não haver interferências significativas nos
resultados. Exclusivamente neste caso foi necessária a instalação de dois vertedores. Assim, o deflúvio
desta microbacia foi obtido a partir da soma da vazão medida nos dois vertedores. Por vezes o canal
principal é referido como B1 e o desvio como B1.1.
57
Em relação às microbacias conjugadas B3 e B3.1, é importante destacar que são contíguas e
independentes entre si, correspondendo a duas drenagens distintas. Possuem características muito
semelhantes, se diferenciando pela presença da feição erosiva. A microbacia B3 constitui-se em
grande parte (cerca de 40%) por uma voçoroca com dígitos bem desenvolvidos, responsáveis por
contínua produção de sedimentos, embora apresente alguns setores mais estáveis, inclusive com a
regeneração parcial da vegetação. Por outro lado, a microbacia B3.1 está totalmente livre de erosão em
canais, possuindo cerca de 60% em área de mata preservada. Desta forma, estas microbacias foram
monitoradas na expectativa de se detectar eventual comportamento hidrológico anômalo que seria
conseqüência direta da presença de feição erosiva, assim como quantificar o grau de influência desta
variável. Algo semelhante ocorre na microbacia B8.1, que se constitui em grande parte por uma
voçoroca, e na B8, que se encontra livre de processos de erosão acanalada (Figura 5.2) (Costa &
Bacellar 2005).
Tabela 5.1 – Síntese das características das microbacias monitoradas.
Domínio
Geologia
Geomorfopredominante
lógico
Erosão
Classe de
degradação
Início do
monitoramento
2
sem
voçoroca
preservada
abr/03
Gnaisse
2
sem
voçoroca
preservada
abr/03
0,399
Gnaisse e
granito
1B
com
voçoroca
muito
degradada
mai/03
Cór.
Maracujá
0,146
Gnaisse e
granito
1B
sem
voçoroca
preservada
mai/03
B4
Cór. do
Canal
0,861
Gnaisse
1B e 2
sem
voçoroca
pouco
degradada
mai/03
B5
CDB
0,271
Gnaisse e
granito
3
sem
voçoroca
preservada
mai/03
B6
Cór.
Peixoto
0,915
Gnaisse
e outras
3
sem
voçoroca
preservada
mai/03
B8
Sg Minas
0,178
Xistos e
filitos
4A
sem
voçoroca
pouco
degradada
jul/03
B 8.1
Sg Minas
0,091
Xistos e
filitos
4A
com
voçoroca
muito
degradada
jul/03
Microbacias
Referência
Área
(Km2)
B1
Cór.
Soledade
1,023
Gnaisse
B2
Barrero
0,098
B3
Cór.
Maracujá
B 3.1
58
Figura 5.2 – Microbacia B8: sem processo erosivo atual instalado; Microbacia B8.1: com destaque para a
voçoroca presente (Fotografia de outubro/2003).
As nove microbacias instrumentadas localizam-se na bacia do rio Maracujá (BRM), entre os
meridianos 43º 37’ 30’’ e 44º 45’ 00’’ W e os paralelos 20º 14’ 30’’ e 20º 25’ 30’’ E (Figura 5.3),
estando distribuídas em uma região compreendida entre Ouro Preto e Itabirito, especificamente nos
distritos de Cachoeira do Campo, Amarantina e Glaura, integrantes do primeiro município. O acesso
se dá por vias secundárias a partir da rodovia BR356 (OP à Br040), desde as proximidades do Centro
Dom Bosco, em Cachoeira do Campo, até o trevo de acesso à mina de Capanema (CVRD). A região
possui razoável número de estradas vicinais que levam às áreas das microbacias. A tabela 5.2 contém a
localização precisa de cada microbacia, indicando o posicionamento em relação à rede de drenagem
local (rio Maracujá), assim como a identificação por coordenadas UTM dos locais de instalação do
vertedor. Por razões logísticas (conforme exposto no capítulo 4), na maioria das microbacias o
vertedor foi instalado à montante do exutório.
59
ara
M
Ri
o
Sã
oF
ra
nc
isc
o
já
cu
Brasil
MG
B 3.1
B3
B4
C órr
ego
do
C anal
B6
B2
Bacia do
Alto rio
das Velhas
B1
B7
Bacia
do rio
Maracujá
B5
Microbacias
Drenagens
B8
B 8.1
0
2000m
Figura 5.3 – Localização das microbacias monitoradas
Tabela 5.2 – Localização das microbacias e dos pontos de instalação dos respectivos vertedores.
Micro
bacia
Drenagem principal/Localização
Ponto de instalação do
vertedor (coordenadas UTM)
B1
Córrego Soledade: afluente esquerdo do Rio Maracujá, entre o
córrego Holanda e rio da Prata. Porção central da BRM.
Vertedores do desvio e do
canal principal próximos a
UTM 7751240N – 636230E
B2
Sua drenagem deságua no rio da Prata, próximo à confluência
deste com o Rio Maracujá. Localiza-se imediatamente a
noroeste da microbacia B1, no povoado de Barreiro.
UTM 7751402N – 635396E
As drenagens destas duas microbacias se juntam para formar o
último afluente esquerdo do Córrego Maracujá antes deste
desaguar no rio Maracujá, na porção norte da bacia homônima
Vertedores imediatamente à
montante da confluência
destas duas drenagens: UTM
7757000N – 635540E
B4
É drenada pelo Córrego do Canal, tributário do Córrego dos
Padres que deságua no rio Maracujá na porção nordeste da
BRM.
UTM 7756748N – 639914E
B5
Afluente do rio Maracujá na parte sudeste da bacia. Está
localizada nos terrenos do Centro Dom Bosco (CDB), no
distrito de Cachoeira do Campo.
UTM 7746899N – 641472E
B6
Córrego do Peixoto, tributário direito do Rio Maracujá, na
porção centro-leste da bacia homônima.
UTM 7752000N – 638734E
B3
B3.1
B8
B8.1
As microbacias B8 e B8.1 localizam-se na porção sul da BRM.
São bacias contíguas, com drenagens independentes, que
UTM 7744672N – 639438E
deságuam diretamente no rio Maracujá.
60
5.2 – BACIAS COM SÉRIES HISTÓRICAS
Quatro bacias com dados hidrológicos históricos (4115000, 41180000, 56631000 e 56632000)
possuem de 17 a 50 anos de monitoramento e áreas que variam de 31 a 302 km2 (tabela 5.3). Todas
pertencem ao Quadrilátero Ferrífero, estando duas na bacia do Alto rio das Velhas e duas na bacia do
rio Doce.
Adicionalmente, mais duas bacias com menos tempo de monitoramento foram selecionadas: a
bacia Alto rio das Velhas (41152000 - Fazenda Vertentes) e bacia do rio Maracujá (41163000 Fazenda Maracujá). Essas são monitoradas por uma parceria entre a CEMIG e o IGAM desde 2000, e
foram as únicas visitadas e com dados fornecidos diretamente pelas instituições responsáveis. São
bacias contíguas, situadas na cabeceira do Alto rio das Velhas (Figura 5.4). Cabe salientar que a bacia
referida como bacia do rio Maracujá não compreende a bacia inteira, uma vez que a estação de
monitoramento (linímetro) está localizada à montante de sua confluência com o rio das Velhas, como
pode ser facilmente observado na figura 5.4. Na Fazenda Maracujá está instalado um pluviógrafo,
cujos dados também foram analisados. O acesso a estas bacias se dá, partindo de Ouro Preto no
sentido Itabirito, pela rodovia BR356, até o trevo de acesso à mina de Capanema, a partir do qual
segue até as fazendas referidas.
Ri
oS
ão
Fr
an
cis
co
N
Bacia do Alto
rio das Velhas
A = Estação fluviométrica
Fazenda Vertentes
B = Estação pluvio-fluviométrica
Fazenda Maracujá
MG
A
Bacia
do rio
Maracujá
B
Bacia
do Alto rio
das Velhas
(Faz. Vertentes)
0
6 km
Figura 5.4 – Localização das duas bacias monitoradas pela parceria CEMIG/IGAM no rio das Velhas.
61
Tabela 5.3 – Localização, período de monitoramento e área das bacias com dados históricos.
COPASA
41150000
--
rio Funil
41180000
40
rio Itabira
56631000
--
rio Conceição
ribeirão
Caraça
IGAM
41163000
--
rio Maracujá
41152000
--
Alto rio das
Velhas
Bacia
Hidrográfica
rio das
Velhas
ANA
56632000
CEMIG /
Rio
rio Doce
Código
rio das
Velhas
ANA / COPASA
Fonte
20º 18’ 19’’
43º 36’ 59’’
Monitoramento
total
Período
(anos)
1956 a
37
1993
20º 19’ 00’’
43º 47’ 00’’
1939 a
1989
50
302,0
20º 07’ 00’’
43º 36’ 00’’
1938 a
1957
19
194,0
20º 05’ 00’’
43º 29’ 00’’
1938 a
1955
17
31,0
20º 15’ 46’’
43º 41’ 51’’
Desde
2000
3
116,4
20º 14’ 26’’
43º 40’ 56’’
Desde
2000
3
312,7
Localização da
estação
Área
(km2)
173,0
5.3 - GEOLOGIA
5.3.1 - Microbacias monitoradas
O levantamento das unidades geológicas das microbacias foi baseado em mapas na escala
1/10.000, o que permitiu uma caracterização de detalhe. Considerou-se, assim, conveniente descrever
aqui as unidades presentes, que por vezes constituem subdivisões de unidades maiores, como os
diversos gnaisses constituintes do CMB. As unidades estratigráficas do QF estão devidamente
descritas no capítulo 2. Sete microbacias estudadas estão localizadas no CMB e duas imediatamente
ao sul, nas rochas do Sg. Minas (cabeceira da BRM). As litologias encontradas em cada microbacia
(tabela 5.4 e Figura 5.5) estão descritas a seguir.
5.3.1.1 - Unidade Gnáissica
É a mais abundante na área de interesse, ou seja, no CMB. A partir dos mapeamentos em
escala 1/10.000, foi possível delimitar variações de gnaisse, com base em diferenças discretas (Ferreira
1999, Franco 1999, Martins 1999, Martins 2001), sendo encontrados nas microbacias os gnaisses:
Amarantina, Praia e Funil. Em comum, todos apresentam evidências de eventos metamórficos e
deformacionais, com presença de falhas e dobramentos e a ocorrência de veios de quartzo e
pegmatitos. A direção da foliação gnáissica varia predominantemente entre NE-SW, NS e NW-SE.
Em geral, possuem fraturas, às vezes em alta densidade. Mineralogicamente são também muito
semelhantes, possuindo os mesmos minerais essenciais: quartzo, plagioclásio e microclina.
62
Freqüentemente apresentam biotita, moscovita, granada, zircão, titanita, apatita, opacos, sericita e
epidoto. A composição varia de granítica a granodiorítica e a granulometria comumente de fina a
média. O gnaisse Funil se diferencia do Amarantina pela maior heterogeneidade, pela presença de
foliação NS menos marcante e composição mais félsica. Provavelmente as diferenças existentes não
são representativas a ponto de justificar variações pronunciadas no comportamento hidrogeológico e
hidroquímico entre um gnaisse e outro.
5.3.1.2 - Unidade Máfica Intrusiva - Anfibolitos
São rochas esverdeadas, com forte foliação e fino bandamento e, em geral, bastante alteradas,
gerando um solo avermelhado. Os minerais essenciais são: anfibólio, plagioclásio e quartzo.
Encontram-se ainda: epidoto, opacos, granada, zircão e leucoxênio. A única ocorrência desta unidade
na área estudada foi um dique de direção NNW na microbacia B6 (Franco 1999).
5.3.1.3 - Grupo Nova Lima (SgRV) - Quartzo-mica xistos
Na área que engloba a microbacia B6 (Córrego dos Peixotos) ocorre uma lente de xisto de
direção NW-SE, sendo possível distinguir biotita-quartzo xistos e cuminngtonita-granada-quartzo
xistos. Franco (1999) interpreta tais rochas como remanescentes do SgRV.
5.3.1.4 – Unidade ultramáfica/metaultramáfica
Corresponde a esteatitos (talco, anfibólio, clorita, carbonato e opacos) e serpentinitos
(serpentina, anfibólio, clorita, talco e opacos). Igualmente as duas unidades descritas acima, na área
estudada, estas rochas somente ocorrem como uma lente de direção NNW na microbacia B6 (Franco
1999).
5.3.1.5 – Unidade Granitóide
Os granitos são interpretados como as rochas mais recentes, intrusivas nos gnaisses. Nos
domínios das microbacias distinguem-se as variedades Granito Casa Branca, Granito a Duas Micas e
Granito Glaura, embora sejam relativamente semelhantes. Todos apresentam granulometria fina a
grossa. Possuem, em geral, a mesma mineralogia com presença de quartzo, feldspato, biotita e
moscovita. No Granito Glaura distingue-se ainda o ortopiroxênio e no Granito Casa Branca há
ocorrências de porções pegmatíticas ricas em feldspatos e turmalina. Por vezes estes granitos
apresentam porções com discreta foliação (Ferreira 1999, Franco 1999).
63
5.3.1.6 – Sg Minas - Grupo Piracicaba (indiviso)
Esta unidade, nos limites das microbacias B8 e B8.1, é representada por xistos que
transicionam a filitos. São normalmente compactos, mas por vezes apresentam-se friáveis.
Correspondem a cloritóide-clorita xisto, sericita xisto, filito e quartzo xisto, com níveis ricos em
cristais bem formados de magnetita. A paragênese principal é representada por sericita, clorita (com
composição magnesiana a ferro-magnesiana), quartzo e cloritóide. A xistosidade apresenta direções
em torno de NE-SW (Martins 2001).
Tabela 5.4 – Litologias das microbacias
Microbacias
Litologias
(%)
B1
Gnaisse Amarantina
Gnaisse Funil
51
49
B2
Gnaisse Amarantina
100
B3
Gnaisse Praia
Granito Glaura
70
30
B 3.1
Gnaisse Praia
Granito Glaura
60
40
B4
Gnaisse Praia
Gnaisse Funil
Gnaisse Funil - leucocrática
64
30
6
B5
Gnaisse Funil
Granito a duas micas
55
45
B6
Gnaisse Praia
Gnaisse Funil
Anfibolito
Quartzo mica-xisto
Granito Casa Branca
Metaultramáfica
49
3
20
13
8
7
B8
G. Piracicaba - indiviso
Fm. Moeda
Fm. Cauê
87
3
10
B 8.1
G. Piracicaba - indiviso
64
100
636.000
635.000
635.000
636.000
641.000
Sg Rio das
Velhas
Grupo Nova Lima
Granito Glaura
Granito Vale do Tropeiro
Canal
Ca
fé
639.000
640.000
7753.000
639.000
640.000
Granito Casa Branca
Complexo Metamórfico Bação
do
7746.000
do
7756.000
Fm Moeda - Gr. Caraça
Sg Minas (indiviso)
go
rre
Có
638.000
Fm Cauê - Gr. Itabira
642.000
7747.000
7757.000
641.000
Có
rreg
o
Gr. Piracicaba (indiviso)
Sg Minas
7750.000
7756.000
7751.000
ujá
rac
Ma
7757.000
go
rre
Có
Legenda
Granito a duas micas
Quartzo Mica xisto
Anfibolito
Ultramáfica/Metaultramáfica
Gnaisse Amarantina
Gnaisse Funil
Gnaisse Funil Porção Leucrocrática
7745.000
Gnaisse Praia
Complexo Metamórfico Bação
(indiviso)
7752.000
Drenagem
Microbacia de
7744.000
drenagem
0
500
1000m
Figura 5.5 - Mapa geológico correspondente a cada microbacia. (Modificado de Ferreira 1999, Franco 1999,
Martins 1999, Martins 2001)
5.3.2 – Bacias com séries hidrológicas históricas
Estas bacias tiveram suas unidades geológicas levantadas no mapa “Projeto Rio das Velhas”
na escala 1:100.000 (DNPM/CPRM 1996) e no mapa geológico Dorr (1969) e, portanto, de caráter
regional, englobando as consagradas unidades estratigráficas do Quadrilátero Ferrífero (descritas no
capítulo 2) As unidades presentes em cada bacia e sua respectiva porcentagem aproximada encontramse na tabela 5.5.
65
Tabela 5.5 – Litologia das bacias com dados hidrológicos históricos
Código Estação
ANA
COPASA
Geologia
Rio
rio Funil
50% G. Piracicaba
25% CMB
15% Fm Cauê e Fm
Moeda
10% G. Nova Lima
rio Itabira
45% G. Piracicaba
45% CMB
5% Fm Cauê e Fm Moeda
5% G. Nova Lima
56631000
rio Conceição
35% Fm Moeda
25% G. Nova Lima
20% G. Maquiné
20% Fm Cauê
56632000
Ribeirão Caraça
95% quartzito - G Caraça
5% Diques máficos
rio Maracujá
90% CMB
9% G. Piracicaba
1% G. Nova Lima
Alto rio das
Velhas
50% G. Nova Lima
15% CMB
15% G.Piracicaba
15% G. Maquiné
5% Fm Cauê e Fm Moeda
41150000
41180000
41163000
41152000
40
CEMIG /
IGAM
CEMIG /
IGAM
5.4 – GEOMORFOLOGIA DAS MICROBACIAS
Conforme descrito no capítulo 2, Bacellar (2000) distinguiu quatro domínios geomorfológicos
na Bacia do rio Maracujá: domínio 1 com relevo suave; domínio 3 com maiores desnivelamentos;
domínio 2 com características intermediárias entre os domínios 1 e 3; e domínio 4 com relevo típico
das supracrustais. A figura 5.6 apresenta a localização de cada microbacia no contexto destes
domínios. As microbacias B1 e B2 pertencem ao domínio geomorfológico 2; As microbacias B3 e
B3.1 estão no domínio 1. A microbacia B4 se encaixa em dois domínios: 1 e 2; O domínio
geomorfológico 3 abrange as microbacias B5 e B6; e as microbacias B8 e B8.1 correspondem ao
domínio 4. Ou seja, as microbacias localizadas em áreas de relevo mais abrupto são B5, B6, B8 e
B8.1; com relevo mais suave, têm-se as B3 e B3.1; e em um estágio intermediário, destacam-se as B4,
B1 e B2 (tabela 5.6).
66
B3
N
B 3.1
B4
1312 m
2
2
1B
2
1B
3 3
B2
B6
2
14 00
2
2
B5
2160 m
731 m
1A
B1
33
LEGENDA
4A
0
2 km
B8
B 8.1
Figura 5.6– Mapa de Domínios Geomorfológicos da Bacia do rio Maracujá com a localização das microbacias
estudadas (Modificado de Bacellar 2000).
Partindo-se para o reconhecimento geomorfológico de detalhe de cada microbacia, foram
determinados alguns índices morfométricos trabalhando-se em uma escala maior. Foram utilizados
mapas topográficos na escala 1/25.000 e, complementarmente, fotografia aéreas na escala 1/30.000.
Entre os índices discutidos no capítulo 3, encontram-se na tabela 5.6 aqueles possíveis de serem
determinados para as microbacias.
A área, o perímetro e a largura média da bacia foram obtidos por meio de recursos do software
Auto-CAD, a partir do arquivo digital dos mapas topográficos (1/25.000) das microbacias. A largura
média da bacia corresponde à média de três larguras ao longo de cada microbacia.
67
Os valores do slope index (H/νA) (vide item 3.7.3) são condizentes com os domínios
geomorfológicos proposto por Bacellar (2000). Ou seja, os maiores valores (maiores
desnivelamentos), correspondem às microbacias localizadas nos domínios D3 e D4, onde o relevo é
mais íngreme. Da mesma foram, as microbacias do domínio 1B (relevo mais suave) apresentaram os
menores índices. A microbacia B2, porém, apresenta valor do slope index acima do esperado, uma vez
que pertence ao domínio geomorfológico 2, fato que pode ser explicado pela diferença na escala de
trabalho.
Em termos do índice de compacidade (Kc), as microbacias apresentam valores relativamente
baixos, o que denota uma tendência a formas mais circulares (tabela 5.6). As microbacias mais
alongadas são, em ordem decrescente, as B8.1, B1 e B8.
Tabela 5.6 - Índices morfométricos das microbacias.
cota
mínima
(m)
cota
máxima
(m)
H*
(relevo
da
bacia)
slope
index =
H/√A
Kc =
0,28
P/√A
615
960
1120
160
158,19
1,237
1,211
250
950
1050
100
319,44
1,083
0,399
2,607
500
930
1030
100
158,31
1,156
1B
0,146
1,415
370
930
990
60
157,03
1,037
B4
1B e 2
0,861
3,764
747
960
1090
130
140,10
1,136
B5
3
0,271
2,075
440
1090
1330
240
461,03
1,116
B6
3
0,915
3,883
732
960
1200
240
250,90
1,137
B8
4A
0,178
1,781
327
1150
1290
140
331,83
1,182
B8.1
4A
0,091
1,383
207
1150
1240
90
298,35
1,284
Largura
P
A
Área Perímetro média
(m)
(Km)
(km2)
Micro
bacias
Domínio
Geomorfológico
B1
2
1,023
4,469
B2
2
0,098
B3
1B
B3.1
* H = diferença entre maior e menor elevação topográfica
5.5 - USO E OCUPAÇÃO DO SOLO NAS MICROBACIAS
O levantamento aéreo utilizado nesta caracterização foi realizado em 2003 (escala 1/15.000 NEPUT), permitindo definir a situação recente das áreas. Cabe ressaltar que, desde o começo do
estudo, tinha-se um controle sobre a situação de cada bacia, inclusive sendo este um critério na seleção
das mesmas.
A partir da fotointerpretação, definiram-se como principais formas de uso e ocupação do solo:
área de pastagem; área de pastagem degradada (com solos compactados e por vezes com ocorrência de
erosão laminar); área de plantação agrícola; mata preservada; mata degradada e capoeiras; mata ciliar;
áreas com voçorocas e áreas com voçorocas estabilizadas (tabela 5.7).
68
Como já discutido, em duas microbacias monitoradas, B3 e B8.1, tem-se a presença de
voçoroca ocupando, respectivamente, 38% e 42% de suas áreas. Nestas feições, observam-se
processos erosivos ativos, com taludes se instabilizando não só por erosão hídrica, mas também por
movimentos de massa, tais como escorregamentos rotacionais e queda de taludes, o que causa
liberação de grandes quantidades de sedimento, em especial nos eventos de chuva.
Com base nas formas de uso e ocupação do solo, foi possível definir o estado de preservação
de cada microbacia, utilizando-se os termos: preservada, pouco degradada e muito degradada. Nas
áreas preservadas tem-se o predomínio de matas em relação às áreas de pastagem e, as vezes, indícios
de erosão já controlada. Em áreas pouco degradas já se tem o predomínio de pastagem em relação às
matas. As áreas muito degradadas correspondem àquelas com voçoroca e por vezes pastagem
degradada. Na figura 5.7 tem-se a representação gráfica das condições de cada microbacia
Tabela 5.7 - Uso e ocupação do solo das microbacias
Uso e ocupação do solo (%)
Mata
Área
Mata
Área de
Micro
degradada Mata
de
Área de
Voçoroca
CLASSE DE
preserpastagem Voçoroca
bacias
e
ciliar Planta- pastagem
estabilizada DEGRADAÇÃO
vada
degradada
capoeiras
ção
B1
61
--
--
1
36
--
--
2
preservada
B2
85
--
--
--
15
--
--
--
preservada
7
--
--
5
15
35
38
--
muito degradada
57
--
--
--
43
--
--
--
preservada
B4
22
13
--
5
60
--
--
--
pouco degradada
B5
47
--
11
--
42
--
--
--
preservada
B6
49
26
--
1
24
--
--
-
preservada
--
20
--
78
--
--
2
pouco degradada
--
--
--
48
--
42
--
muito degradada
B3
com
B 3.1
sem
B8
B 8.1
com
10
69
1%
B1
B2
B 3.1
36%
43%
85%
Microbacias
Preservadas
15%
2%
61%
57%
B5
11 %
26%
42%
B6
1%
24%
47%
49%
B8
B4
Microbacias
Pouco
Degradadas
60%
78%
5%
13%
2%
22%
20%
B3
Microbacias
Muito
Degradadas
Legenda
B 8.1
42%
38%
35%
15%
5%
7%
48%
10%
mata preservada
mata degradada
mata ciliar
plantação
pastagem
pastagem
degradada
voçoroca
voçoroca
estabilizada
Figura 5.7 - Representação gráfica das formas de uso e ocupação do solo em cada microbacia.
70
CAPÍTULO 6
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
Neste capítulo são apresentados, já devidamente tratados, os dados do monitoramento
fluviométrico, pluviométrico e hidroquímico das microbacias obtidos durante este trabalho, assim
como os dados fluviométricos das bacias maiores levantados nos banco de dados da ANA (2004) e
COPASA (1993).
6.1 – REGIME PLUVIOMÉTRICO E FLUVIOMÉTRICO DAS MICROBACIAS
6.1.1 – Dados pluviométricos
A média pluviométrica anual considerando todas microbacias com seus respectivos períodos
de monitoramento (a saber: para as microbacias B1 a B6: 29/05/03 a 28/05/04; e para as B8 e B8.1:
31/07/03 a 30/07/04) foi de 1354mm. Trata-se, portanto, de uma média coerente com a média
pluviométrica histórica da região do CMB, podendo-se considerar o ano monitorado com pluviosidade
ligeiramente mais elevada que a registrada de 2000 a 2002 para a Bacia do rio Maracujá, embora
menor que a média registrada no início do século XX (item 2.3).
A partir do hietograma com a altura pluviométrica mensal em cada microbacia (Figura 6.1),
observa-se um regime de chuvas semelhante, o que era esperável, haja vista estarem localizadas nas
B1
420
B2
B3
350
280
210
B4
B5
140
70
jul/04
jun/04
mai/04
abr/0 4
mar/04
fev/04
jan/04
dez/03
nov/03
out/03
set/03
ago/0 3
jul/03
jun/03
0
mai/03
total precipitado no mês (mm)
proximidades. Assim, o período de chuvas foi de novembro a abril e o de estiagem de maio a outubro.
B6
B8
Figura 6.1 – Hietograma com a precipitação mensal de cada microbacia. Ressalta-se que apenas após julho/03
todas microbacias estavam instrumentadas; e que nos meses de junho/04 e julho/04 apenas o pluviômetro na
microbacia B8 foi monitorado.
Considerando as médias diárias de precipitação (Figura 6.2) observa-se que, embora
sutilmente, o maior e menor índice pluviométrico correspondem, respectivamente, aos pluviômetros
instalados na B8 e B2. Tem-se, portanto, que as microbacias B8 e B8.1 apresentam os maiores índices
pluviométricos, o que se justifica pela sua localização em domínio regionalmente mais elevado
(supracrustais). Porém, segundo as médias pluviométricas históricas registradas para este domínio
(item 2.3), era esperado uma pluviometria ainda maior. Uma provável explicação é a proximidade
destas microbacias com o Complexo Metamórfico Bação, estando, assim, ainda sob influência do
Precipitação média diária
(mm)
regime pluviométrico das demais microbacias.
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B8
Microbacias
Figura 6.2 – Hietograma com a precipitação média diária das microbacias
Considerando a similaridade entre índices pluviométricos das microbacias, apresenta-se na
figura 6.3 o hietograma diário com a média de todas as microbacias.
70,0
Precipitação diária média para todas
microbacias
60,0
P (mm)
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
Figura 6.3 – Hietograma diário considerando a média de todas as microbacias
72
15/7/04
25/6/04
5/6/04
16/5/04
26/4/04
6/4/04
17/3/04
26/2/04
6/2/04
17/1/04
28/12/03
8/12/03
18/11/03
29/10/03
9/10/03
19/9/03
30/8/03
10/8/03
21/7/03
1/7/03
11/6/03
22/5/03
2/5/03
12/4/03
0,0
6.1.2 – Dados Fluviométricos
As vazões obtidas pelo vertedor e pelo método volumétrico foram comparadas em todas as
microbacias e os valores exibiram ótimas correlações (tabela 6.1). Como exemplo, apresenta-se na
figura 6.4 os dados de vazão da microbacia B5 obtidos pelos dois métodos, assim como o respectivo
gráfico de correlação.
Considerando que o método volumétrico apresenta maior acurácia para pequenas vazões
(Rantz 1982), os dados obtidos pelo vertedor foram então corrigidos segundo as equações de
correlação obtidas (Tabela 6.1).
Tabela 6.1 – Equação de correlação entre as vazões obtidas pelo vertedor e método volumétrico
Microbacia
Equação de correlação
R2
B1
Y = 1,0983x - 0,539
0,9711
B1.1
Y = 1,1377x - 0,2097
0,9555
B2
Y = 0,8546x + 0,0068
0,9824
B3
Y = 1,7385x - 0,9249
0,9577
B3.1
Y = 1,2134x - 0,2555
0,9206
B4
Y = 1,0184x + 0,7776
0,9606
B5
Y = 1,0719x - 0,0614
0,9956
B6
Y = 1,1x - 0,3749
0,9982
B8
Y = 1,1828x + 0,2789
0,9990
B8.1
Y = 1,097x - 0,0296
0,9946
Q (L/s)
Método
Volumétrico
Vertedor
11/6/2003
0,907
0,889
8/7/2003
0,743
0,730
30/7/2003
0,724
0,730
28/8/2003
0,991
0,976
30/9/2003
0,608
0,622
31/10/2003
0,427
0,465
30/11/2003
1,660
1,663
27/1/2004
1,315
1,319
2/3/2004
2,058
1,919
Q (L/s)
Q (met.volumétrico)
Data
B5 - CDB
2,5
2,0
1,5
1,0
y = 1,0719x - 0,0614
R2 = 0,9956
0,5
0,0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Q (vertedor)
Figura 6.4 – Correlação entre os dados de vazão obtidos pelo vertedor e pelo método volumétrico para a
microbacia B5.
73
Como discutido no capítulo 4, a altura d’água (carga) foi tomada na própria placa do vertedor,
o que não é recomendável, dada a contração do filete d’água ao passar pela estrutura (anexo 1). Por tal
razão, normalmente recomenda-se medir a carga a uma certa distância à montante da placa ou então
fazer a correção como a proposta por Daker (1987), que leva em consideração a contração da lâmina.
A princípio, pretendia-se fazer tal correção, mas a partir da comparação com resultados do método
volumétrico, verificou-se que os valores de vazão calculados a partir de h (altura d’água tomada na
placa) foram mais coerentes que os valores obtidos com uso da carga corrigida (H). Uma explicação
para este comportamento é que as vazões nas microbacias são relativamente pequenas e a régua foi
colada mais próxima à margem do canal, em uma posição menos atingida pela contração.
Para os vertedores triangulares foi verificada ainda qual fórmula, dentre aquelas citadas na
literatura (anexo 1), fornecia valores de vazão mais próximos dos valores obtidos pelo método
volumétrico, tendo-se então optado pela fórmula de Gourley e Crimp (Custodio & Llamas 1976,
Neves 1982, Netto & Alvarez 1988, Porto 2001).
Em alguns dias não foram feitas medições por parte dos monitores e, em outros, valores
discrepantes foram descartados, existindo, portanto, lacunas na seqüência dos dados fluviométricos.
Ocorreram situações em que a altura da lâmina d’água no vertedor foi inferior ao limite mínimo e
outras em que o volume de água ultrapassou a estrutura (transbordamento), casos em que também não
se obteve o valor da vazão.
As vazões, devidamente tratadas e calibradas pelo método volumétrico foram então lançadas
em hidrogramas. Foi possível verificar que as vazões tendiam a diminuir ao longo do dia, com os
menores valores registrados no fim da tarde. São variações discretas, graficamente melhor visualizadas
na microbacia B4 (Figura 6.5).
B4 - Córrego do Canal
Vazão (m3/s/km2)
0,020
0,015
0,010
07:00h
11:00h
0,005
15:00h
17:00h
0,000
29/4/2003
18/6/2003
7/8/2003
26/9/2003
15/11/2003
4/1/2004
23/2/2004
13/4/2004
Figura 6.5 – Variação da vazão ao longo do dia na microbacia B4. A escala na ordenada foi limitada para
facilitar a visualização das variações da vazão ao longo do dia e, assim, os picos do hidrograma foram omitidos.
74
2/6/2004
Foram calculadas médias diárias de vazão, utilizadas na separação do fluxo de base e
determinação de índices, tais como: coeficiente de recessão, fluxo de base específico e BFI. Na figura
6.6 têm-se os hidrogramas de todas microbacias construídos a partir da vazão específica diária, ou
seja, a vazão diária pela área da microbacia. Notar que a escala do eixo das ordenadas (vazão) é igual
para todas microbacias visando facilitar a comparação entre as mesmas.
75
0,00
30-mai-04
5-mai-04
10-abr-04
16-mar-04
20-fev-04
26-jan-04
1-jan-04
12-jun-04
2-jun-04
8-mai-04
18-mai-04
20-dez-03
14-jan-04
8-fev-04
4-mar-04
29-mar-04
23-abr-04
13-abr-04
19-mar-04
23-fev-04
29-jan-04
4-jan-04
10-dez-03
1-ago-04
7-jul-04
12-jun-04
18-mai-04
23-abr-04
29-mar-04
4-mar-04
8-fev-04
0,00
7-dez-03
0,02
14-jan-04
0,04
20-dez-03
0,10
25-nov-03
31-out-03
1-ago-04
7-jul-04
12-jun-04
18-mai-04
23-abr-04
29-mar-04
4-mar-04
8-fev-04
14-jan-04
20-dez-03
25-nov-03
31-out-03
6-out-03
11-set-03
17-ago-03
23-jul-03
Figura 6.6 – Hidrogramas das microbacias com vazão específica diária
6-out-03
Microbacia B8.1 - Sg.Minas com voçoroca
25-nov-03
0
15-nov-03
0,02
0,00
11-set-03
0,12
31-out-03
0
0,04
0,04
6-out-03
0,02
21-out-03
0,08
11-set-03
0,10
17-ago-03
0,1
0,08
23-jul-03
Microbacia B8 - Sg.Minas sem voçoroca
Microbacia B6 - Cór. Peixoto
28-jun-03
0,02
0,02
0,06
0,06
0,04
0,04
26-set-03
0,06
1-set-03
Microbacia B 5 - CDB
Microbacia B4 - Cor. do Canal
7-ago-03
0,1
0,10
13-jul-03
0,12
0,12
12-nov-03
0,08
18-out-03
0,10
23-set-03
0,1
0,08
29-ago-03
Microbacia B 3.1 - C.Maracujá sem voçoroca
Microbacia B3 - C.Maracujá com voçoroca
4-ago-03
0,12
m 3/s/km 2
m3/s/Km2
Microbacia B2 - Barrero
Microbacia B1 - Cór. Soledade
10-jul-03
0,00
0
0,06
m3/s/km2
0
18-jun-03
0,12
m3/s/km2
0,02
17-ago-03
23-jul-03
2
0,02
3-jun-03
9-mai-03
3-jul-03
28-jul-03
22-ago-03
16-set-03
11-out-03
5-nov-03
30-nov-03
25-dez-03
19-jan-04
13-fev-04
9-mar-04
3-abr-04
28-abr-04
23-mai-04
0,00
8-jun-03
0,06
3
0,08
24-mai-03
29-abr-03
4-jun-04
10-mai-04
15-abr-04
21-mar-04
25-fev-04
31-jan-04
6-jan-04
12-dez-03
17-nov-03
23-out-03
28-set-03
3-set-03
9-ago-03
15-jul-03
20-jun-03
26-mai-03
1-mai-03
0,08
m /s/km
0,10
m3/s/Km2
0,1
0,08
15-jun-03
0,12
m3 /s/km2
0,12
21-mai-03
0,02
0,02
0,04
0,04
0,04
0,04
0,06
0,06
0,06
0,06
0,08
0,08
m 3 /s/km 2
0,12
26-abr-03
1-abr-03
2-jun-04
8-mai-04
13-abr-04
19-mar-04
23-fev-04
29-jan-04
4-jan-04
10-dez-03
15-nov-03
21-out-03
26-set-03
1-set-03
7-ago-03
13-jul-03
18-jun-03
24-mai-03
29-abr-03
76
2-jun-04
8-mai-04
13-abr-04
19-mar-04
23-fev-04
29-jan-04
4-jan-04
10-dez-03
15-nov-03
21-out-03
26-set-03
1-set-03
7-ago-03
13-jul-03
18-jun-03
24-mai-03
29-abr-03
4-abr-03
0,12
m 3/s/km 2
6.2 – REGIME FLUVIOMÉTRICO DAS BACIAS COM DADOS HIDROLÓGICOS
HISTÓRICOS
Os dados fluviométricos diários das bacias foram transformados em médias mensais de todos
os anos de monitoramento, a partir dos quais geraram-se os hidrogramas expostos na Figura 6.7.
Rio Funil
m3/s
6,0
4,0
8,0
2,0
4,0
0,0
0,0
out
nov
dez
jan
fev
ma
abr
mai
jun
jul
ago
set
m3/s
Bacia 41180000 - out/39 a set/89
16,0
Rio Itabira
12,0
out
nov
dez
jan
fev
mar
abr
mai
jun
jul
ago
set
Bacia 41150000 - out/56 a set/93
Bacia 56631000 - out/39 a set/57
16,0
Rio Conceição
Ribeirão Caraça
4,5
m 3/s
12,0
8,0
3,0
4,0
1,5
0,0
0,0
out
nov
dez
jan
fev
ma
abr
mai
jun
jul
ago
set
m 3/s
Bacia 56632000 out/38 a set/55
6,0
out
nov
dez
jan
fev
ma
abr
mai
jun
jul
ago
set
8,0
Figura 6.7 – Hidrogramas com médias mensais das bacias com dados hidrológicos históricos
Para as bacias do rio Maracujá (41163000) e Alto rio das Velhas (41152000), foram
construídos hidrogramas com médias mensais (Figura 6.8) para o período de três anos de
monitoramento, além dos hidrogramas com vazões diárias (Figuras 6.9).
Alto rio das Velhas - out/00 a set/03
8
12
6
9
set
ago
jul
jun
mai
abr
mar
fev
out
set
ago
jul
jun
mai
abr
fev
mar
0
jan
0
dez
3
out
2
jan
6
dez
4
nov
m3/s
15
nov
m3/s
Rio Maracujá - out/00 a set/03
10
Figura 6.8 – Hidrogramas com médias mensais do rio Maracujá (41163000) e Alto rio das Velhas (41152000).
77
Bacia do rio Maracujá
3
m /s
35
28
21
14
17-ago-03
8-jun-03
30-mar-03
19-jan-03
10-nov-02
1-set-02
23-jun-02
14-abr-02
3-fev-02
25-nov-01
16-set-01
8-jul-01
29-abr-01
18-fev-01
10-dez-00
0
1-out-00
7
Bacia Alto rio das Velhas
100
m3/s
80
60
40
17-ago-03
8-jun-03
30-mar-03
19-jan-03
10-nov-02
1-set-02
23-jun-02
14-abr-02
3-fev-02
25-nov-01
16-set-01
8-jul-01
29-abr-01
18-fev-01
10-dez-00
0
1-out-00
20
Figura 6.9 – Hidrogramas com vazões diárias do rio Maracujá (41163000) e Alto rio das Velhas (41152000)
6.3 – SEPARAÇÃO DE HIDROGRAMAS E QUANTIFICAÇÃO DO FLUXO DE
BASE
6.3.1 – Microbacias
Neste trabalho, a separação dos fluxos nas nove microbacias seguiu os princípios da técnica
smoothed mínima (item 3.5.2). Usaram-se os recursos dos programas Excel, Origin e Corel Draw, que
possibilitou de certa forma uma automatização dos cálculos. Os dados foram dispostos em planilha e
tratados da seguinte forma:
Coluna 1: data (dia/mês/ano)
Coluna 2: seqüência das vazões médias diárias (m3/s)
Coluna 3: menor vazão em um intervalo de 5 dias consecutivos
Coluna 4: 90% do valor encontrado na coluna 3.
78
Se o valor assim encontrado na coluna 4 fosse menor que a vazão mínima imediatamente anterior e a
posterior (coluna 3), tratava-se de um ponto crítico (turning point), e então, o valor original (ou seja,
os 100%) era repetido na coluna 5. As vazões mínimas que não apresentaram esta relação foram
descartadas. A título de exemplo, são apresentados os cálculos para os primeiros dias de
monitoramento da microbacia B4 (Tabela 6.2). A área sob a linha que une os pontos críticos define a
porção correspondente ao fluxo de base (Figuras 6.10). Embora seja algo arbitrária, assim como o
método de Barnes, esta separação permite comparar o comportamento de bacias.
Tabela 6.2 – Cálculos referentes à técnica Smoothed minima para os primeiros dias da microbacia B4
DIA
1/mai/03
2/mai/03
3/mai/03
4/mai/03
5/mai/03
6/mai/03
7/mai/03
8/mai/03
9/mai/03
10/mai/03
11/mai/03
12/mai/03
13/mai/03
14/mai/03
15/mai/03
16/mai/03
17/mai/03
18/mai/03
Q diária
(m3/s)
0,008954
0,008874
0,010530
0,008954
0,008954
0,009198
0,010530
0,009512
0,008954
0,008954
0,008954
0,008954
0,008954
0,008954
0,008954
0,008954
0,008874
0,008874
Q mínima
em 5 dias
90% Q mínima
em 5 dias
Turning
point
Fluxo de
base
0,008874
0,007987
0,008954
0,008059
0,008954
0,008954
0,008059
0,008954
0,008874
0,007987
0,008874
0,008954
0,008954
0,008954
0,008954
0,008954
0,008954
0,008938
0,008922
0,008906
0,008890
0,008874
Estes procedimentos permitiram ainda extrair outras informações relacionadas à hidrogeologia
das microbacias. Partindo do princípio que entre dois turning points a vazão aumenta ou diminui
linearmente (Nathan & McMahon 1990, Wahl & Wahl 1995), os valores dos dias intermediários
foram calculados proporcionalmente, obtendo-se assim a coluna 6 com a seqüência numérica dos
fluxos de base em cada dia monitorado (excluindo apenas os primeiros e últimos dias por não
possuírem os valores anteriores e posteriores, respectivamente, para serem comparados). Dividindo-se
o fluxo de base médio pelo fluxo total médio obteve-se o índice BFI. Observa-se que os valores do
fluxo de base diário obtidos por este procedimento em algumas vezes é maior que o fluxo total (por
exemplo, na microbacia B4 o fluxo de base do dia 17/05/03 foi de 0,008890m3/s sendo que a vazão
total é 0,008874 m3/s - linha 21 da tabela 6.2), situação não real, já que o fluxo de base sempre é
menor que o fluxo total. Este é um problema inerente ao método, comentado inclusive na literatura (no
programa Hysep do USGS, por exemplo).
79
Vazão específica
Fluxo de base específico
Figura 6.10 – Hidrogramas com a separação do fluxo de base por meio da técnica smoothed minima para o
período completo de monitoramento de cada microbacia. Notar que o valor máximo na ordenada foi limitado em
0,05m3/s/km2 para melhor visualização do fluxo de base e comparação entre as microbacias.
80
É importante destacar que as vazões foram medidas 1, 2 ou, eventualmente, 3 vezes ao dia. E
por vezes alguns picos de vazão (enchentes) não foram registrados, seja por ter ocorrido em horário
diferente ao da leitura, seja por ter sido maior que a capacidade do vertedor. No segundo caso, foram
adotados os valores máximos do vertedor. Assim, os BFI’s diários calculados são estimativas e
certamente correspondem a valores superiores ao BFI’s reais, uma vez que alguns valores máximos de
vazão não foram registrados.
O BFI é uma relação entre o fluxo de base e a vazão total num ano hidrológico. Quando se
pretende comparar bacias, o ideal é comparar BFIs calculados para igual período do ano, pois este
índice obviamente varia ao longo das estações. Porém, o período de monitoramento não foi o mesmo
nas microbacias (Tabela 5.2), dificultando eventuais comparações. Assim, para as microbacias B1 a
B6 o BFI foi calculado a partir de 15/maio/2003 até 14/maio/2004 e para a B8 e B8.1 de 25/07/03 a
24/07/04, completando sempre um ano hidrológico. A título de comparação, também foram feitos
cálculos de BFI para um período menor que um ano (25/07/03 a 30/05/04) para todas as microbacias
(Tabela 6.3). Nota-se que os valores de BFI assim calculados não diferiram muitos dos calculados para
um ano hidrológico. Assim, como as variações só ocorrem na segunda casa decimal, os dados obtidos
do período de 25/07/03 a 30/05/04 foram considerados adequados e utilizados para futuras correlações
com outros índices.
Tabela 6.3 – BFI das microbacias calculado por meio da técnica smoothed mínima
Micro
bacias
BFI
15/maio/03 a
14/maio/04
25/julho/03 a
24/julho/04
25/julho/03 a
30/maio/04
B1
0,6624
---
0,6360
B2
0,4083
---
0,3552
B3
0,5787
---
0,4975
B3.1
0,7240
---
0,6740
B4
0,9068
---
0,8927
B5
0,6359
---
0,5880
B6
0,6248
---
0,6023
B8
---
0,6902
0,6663
B8.1
---
0,1732
0,1396
A partir destes dados foi calculado também o fluxo de base específico (FBE) anual,
considerando o período de maio/03 a maio/04 para as microbacias B1 a B6 e julho/03 a julho/04 para a
B8 e B8.1. (Tabela 6.4)
81
Tabela 6.4 – Fluxo de base específico (FBE) anual das microbacias
Micro
bacias
FBE anual
(m3/km2)
B1
112.068,22
B2
20.986,54
B3
174.370,59
B3.1
349.889,74
B4
311.848,1
B5
100.370,5
B6
114.396,9
B8
181.338,54
B8.1
68.948,09
6.3.2 – Bacias com dados hidrológicos históricos
A separação do fluxo de base das bacias com dados hidrológicos históricos seguiu a
metodologia de Barnes (Custodio & Llamas 1976). A seguir, apresenta-se os gráficos com a separação
do fluxo de base e os cálculos simplificados do BFI e FBE (Figura 6.11 e Figura 6.12).
82
41150000 56/57 até 92/93
10,0
Q superficial = 101.761.920 m3/ano
Q base = 66.951.360 m3/ano
BFI = 0,658
FBE = 387.002,08 m3/Km2 ao ano
Rio Funil
6,17
m3/s
5,40
4,77
Fluxo
total
4,31
3,13
3,14
Fluxo
superficial
2,17
2,35
2,15
2,46
2,60
2,50
2,55
2,15
2,35
1,96
1,77
2,00
1,85
Fluxo de base
1,83
1,60
1,0
out
nov
dez
jan
fev
mar
abr
mai
jun
jul
ago
set
41180000 39/40 até 88/89
100,0
3
Q superficial = 239.967.360 m /ano
3
Q base = 178.511.040 m /ano
BFI = 0,744
3
2
FBE = 591.096,16 m /Km ao ano
Rio Itabira
m3/s
Fluxo
total
10,0
10,90
7,67
5,65
5,30
5,70
12,50
11,69
9,82
Fluxo
superficial
6,40
6,10
5,85
6,70
7,64
6,60
6,16
5,62
5,19
4,86 4,92
4,40
Fluxo de base
1,0
out
nov dez
jan
fev mar abr mai
jun
jul
ago
set
56631000 - 38/39 até 56/57
100,0
3
3
Q base = 165.732.480 m /ano
BFI = 0,683
3
2
FBE = 854.291,13 m /Km ao ano
Rio Conceição
3
m /s
Fluxo
total
10,0
8,11
5,79
4,80
5,10
13,21
12,26
Fluxo
superficial
5,30
5,50
10,55 9,94
7,58
5,70
5,90
5,90
6,04
5,70
5,49
5,05
4,80
4,81
4,70
Fluxo de base
1,0
out
nov
dez
jan
fev
mar
abr
mai
jun
jul
ago
set
Figura 6.11 – Hidrogramas das bacias com dados hidrológicos históricos (41150000, 41180000 e 56631000)
com a separação do fluxo de base pelo método de Barnes
83
56632000 38/39 até 54/55
10,0
3
Ribeirão Caraça
5,35
Fluxo
total
4,48
3,17
3
m /s
2,47
1,0
3
Q base = 13.011.840 m /ano
BFI = 0,229
3
2
FBE = 419.736,77 m /Km ao ano
2,60
Fluxo
superficial
0,82
0,40
0,35
0,31
0,45
1,19
0,52
0,69
0,59
0,53
0,41
0,32
0,28
0,25
Fluxo de base
0,20
0,1
out nov dez jan
fev mar abr mai jun
jul
ago set
41152000 - RV 00/01 até 02/03
100,0
Alto rio das Velhas
m3/s
12,80
9,56
10,0
9,56
6,94
5,00
4,62
3,38
2,8
2,4
3,7
3,7
3,3
3,4
3,0
2,87
2,40
2,7
2,17
2,07 2,18
1,95
1,9
1,0
out
nov
dez
jan
fev
mar
abr
mai
jun
jul
ago
set
41163000 - R Maracujá 00/01 até 02/03
10,0
Rio Maracujá
3
Fluxo 3,39
total
m3/s
1,51
2,28
Fluxo
superficial
1,0
0,54
0,54
0,64
3
Q base = 22.680.000 m /ano
BFI = 0,4593
3
2
FBE = 194.862,10 m /Km ao ano
5,35
0,77
0,93
1,73
1,12
1,1
1,1
0,84
0,9
0,75
0,62
0,73
0,51 0,44
Fluxo de base
0,42
0,47
0,1
out
nov
dez
jan
fev
mar
abr
mai
jun
jul
ago
set
Figura 6.12 – Hidrogramas das bacias com dados hidrológicos históricos (56632000, 41152000, 41163000) com
a separação do fluxo de base pelo método de Barnes
84
Os resultados do FBI e FBE para todas as bacias encontram-se na tabela 6.6.
Exclusivamente nas bacias Alto rio das Velhas e Maracujá (CEMIG/IGAM), a técnica
smoothed minima também foi aplicada para separar hidrogramas (Figura 6.13). Analogamente às
microbacias, determinou-se o BFI e o FBE anual de cada, agora considerando o período de out/00 a
set/03 (Tabela 6.5)
0,05
vazão específica
m3 /s/km2
0,04
fluxo de base
específico
0,03
0,02
0,01
0,00
07/08/03
08/06/03
09/04/03
08/02/03
10/12/02
11/10/02
12/08/02
13/06/02
14/04/02
13/02/02
15/12/01
16/10/01
17/08/01
18/06/01
19/04/01
18/02/01
20/12/00
21/10/00
22/08/00
0,05
vazão específica
m3 /s/km2
0,04
fluxo de base
específico
0,03
0,02
0,01
0
07/08/03
08/06/03
09/04/03
08/02/03
10/12/02
11/10/02
12/08/02
13/06/02
14/04/02
13/02/02
15/12/01
16/10/01
17/08/01
18/06/01
19/04/01
18/02/01
20/12/00
21/10/00
22/08/00
Figura 6.13 – Hidrogramas com a separação do fluxo de base por meio da técnica smoothed minima das bacias
Alto rio das Velhas e Maracujá (CEMIG/IGAM). Notar que o valor máximo na ordenado foi limitado em 0,05
para melhor visualização do fluxo de base e comparação das bacias.
85
Tabela 6.5 - BFI’s e FBE’s anuais das bacias com dados hidrológicos históricos.
FBE anual (m3/Km2)
BFI
Bacia
Período
Código/Rio
método de
considerado
Barnes
técnica
smoothed
minima
método de
Barnes
técnica
smoothed
minima
41150000
rio Funil
Out/1956 a set/1993
0,658
--
387.002,08
--
41180000
rio Itabira
Out/1939 a set/1989
0,744
--
591.096,16
--
56631000
rio Conceição
Out/1938 a set/1957
0,683
--
854.291,13
--
56632000
rib. Caraça
Out/1938 a set/1955
0,229
--
419.736,77
--
41152000 Alto rio das Velhas
Out/2000 a set/2003
0,5258
0,6893
277.030,41
327.790,7
41163000
Out/2000 a set/2003
0,4593
0,5762
194.862,10
248.559,9
rio Maracujá
6.4 - COEFICIENTE DE RECESSÃO (α)
Os coeficientes de recessão foram determinados por meio do método Barnes e das técnicas
matching strip e correlação, discutidos no capítulo 3. Nas microbacias, o método de Barnes não foi
aplicado, uma vez que este é indicado para períodos maiores de monitoramento, de forma a utilizar a
vazão média de vários anos. Em contrapartida, as bacias de códigos 41150000, 41180000, 56631000 e
56632000, com período monitoramento mais extensos tiveram seus coeficientes de recessão
determinados apenas pelo método Barnes. Por fim, as três técnicas foram utilizadas simultaneamente
nos dados das bacias Alto rio das Velhas (41152000) e rio Maracujá (41163000) (CEMIG/IGAM), o
que permitiu inclusive a comparação das técnicas.
6.4.1 – Microbacias
6.4.1.1 - Matching Strip
Foram construídos gráficos, em escala semilogarítmica, da vazão diária (m3/s) versus tempo
(dias), nos quais os períodos de recessão foram individualizados e destacados. A recessão representa a
parte do hidrograma em o que o fluxo é teoricamente mantido exclusivamente por contribuição
subterrânea, sendo identificada pelos trechos lineares neste tipo de hidrograma. Na próxima etapa,
todas recessões foram movimentadas horizontalmente, buscando ajustá-las da melhor forma possível,
estabelecendo-se, assim, a curva de recessão mestra (CRM) (item 3.5.3). Ressalta-se que este
procedimento foi repetido algumas vezes por pessoas diferentes no intuito de tornar o resultado o mais
impessoal possível.
86
Para as microbacias B3.1, B4, B5 e B6 os períodos de recessão foram facilmente identificados,
ao passo que para as microbacias B1, B2 e B3 houve uma maior dificuldade na definição dos mesmos
e, consequentemente, da CRM.
A partir da curva de recessão mestra definida, determinou-se o coeficiente de recessão baseado
na equação exponencial da recessão (Equação de Maillet), conforme detalhado no capítulo 3.
Como exemplo, têm-se a seguir o gráfico e os cálculos para a microbacia bacia B8 (Figura 6.14):
0,1000
Microbacia B8
Recessões
individualizadas
no hidrograma
m3/s
0,0100
0,0010
25/12/03
10/12/03
25/11/03
10/11/03
26/10/03
11/10/03
26/09/03
11/09/03
27/08/03
17/08/03
28/07/03
0,0001
Curva de recessão
mestra (CRM)
Figura 6.14 - Método Matching Strip aplicado à microbacia B8
Qo = 0,01 m3/s
Qt = 0,003 m3/s
α=
log Qo − log Qt
0,4343∆t
t = 01/set/03 a 12/nov/03
∆t = 72 dias
α = 0,001672
A média de quatro valores de α (0,01672, 0,01387, 0,01078 e 0,01340) determinados por
diferentes operadores forneceu α = 0,0136.
6.4.1.2 - Correlação
A partir dos valores diários de vazão, foram destacadas as seqüências em que o deflúvio
decresce com o tempo, caracterizando pequenas recessões com as quais foram construídos gráficos
utilizando-se o intervalo de atraso n=2. Ou seja, as vazões de um dia foram lançadas na ordenada
contra a vazão de dois dias antes na abscissa. A partir do envelopamento das curvas geradas, definiuse a curva de recessão mestra (CRM). Em seqüência, determinou-se sua inclinação (k) no ponto
correspondente a dois terços da vazão média diária (Nathan & McMahon 1990), o que permitiu de
certa forma um padronização nas medições. A constante k foi então determinado por meio da fórmula:
87
 Q
k =  n
 Q n −t
sendo k = e-α , então:
α=



1/ t
(5)
− log K
0,4343
(6)
Este procedimento foi repetido por pelo menos três pessoas visando um resultado impessoal.
As seqüências de vazão disponíveis das microbacias são pequenas e assim foi possível aplicar
o método da correlação apenas com intervalos de atraso igual a 2 (Qn-2). Intervalos maiores, por
exemplo t = 5 (Qn-5), exigiriam seqüências de vazão decrescentes consecutivas (recessões aparentes)
de pelo menos 7 valores para poder definir a curva de recessão mestra.
O gráfico obtido para a microbacia B8, assim como os cálculos desenvolvidos, são
apresentados a seguir, a título de exemplo (Figura 6.15):
Curva de recessão
mestra (CRM)
0,0030
Qn
0,0024
0,0018
0,0012
0,0006
Microbacia B8
0,0000
0,0080
0,0072
0,0064
0,0056
0,0048
0,0040
0,0032
0,0024
0,0016
0,0008
0,0000
Q n-2
Figura 6.15 – Método Correlação aplicado à microbacia B8.
Com base no gráfico, tem-se:
Q
Q
∆y
= n =
= 0,9737
Q0 Qn − 2 ∆x
1
2
 Q 
 = 0,9867
K = 
Qo


⇒
α = 0,01332
Considerando os valores obtidos pela repetição do procedimento, obtém-se o valor médio para
o coeficiente de recessão de 0,02079.
88
Houve uma certa subjetividade neste método, uma vez que os pequenos intervalos de recessão
identificados, por vezes, não foram suficientes para estabelecer uma curva de recessão mestra de
forma unívoca. Adicionalmente, pequenas variações na inclinação da curva de envelopamento
(CRM), causam consideráveis variações no coeficiente de recessão. Por exemplo, uma sutil
variação de 0,01 na inclinação representa uma variação de 0,005 no coeficiente de recessão, que é
significativa, considerando-se o pequeno intervalo comumente encontrado para este índice (tabela
6.6). Por várias vezes, a variação da inclinação entre as possíveis retas de envelopamento (CRM) foi
de mais 0,05, em especial para as microbacias B6, B5 e B2. Esta dificuldade na determinação exata da
CRM é citada também por outros autores, como Nathan & McMahon (1990).
Tabela 6.6 – Exemplos de α calculados a partir de curvas com sutil diferença na inclinação
Inclinação da CRM
(∆y/∆x)
K = (∆y/∆x)1/2
α = - log K
0,4343
0,970
0,9849
0,01523
0,980
0,9899
0,01010
0,990
0,9950
0,00502
Diante desta dificuldade, optou-se neste trabalho por não utilizar os coeficientes determinados
pelo método de Correlação nas discussões a respeito do potencial hídrico das microbacias. Porém, não
se tem o propósito de questionar o método ou sua aplicação, apenas considera-se que o período de
monitoramento foi insuficiente para se chegar em um resultado confiável por meio dos procedimentos
(rotina) adotados e com os recursos disponíveis.
Os resultados obtidos com as técnicas matching strip e correlação encontram-se na tabela 6.7
Tabela 6.7 – Coeficiente de recessão das microbacias obtidos pelos Métodos Matching Strip e Correlação
Coeficiente de recessão (α )
Microbacia
Matching Strip
Correlação (t=2)
B1
0,00727
0,01491
B2
0,01191
0,04002
B3
0,01401
0,01818
B3.1
0,00432
0,01490
B4
0,00334
0,00918
B5
0,01050
0,03031
B6
0,00749
0,02700
B8
0,01360
0,02079
B8.1
0,04100
0,04800
89
6.4.2 – Bacias com dados fluviométricos históricos
6.4.2.1 - Matching Strip e Correlação
Entre as bacias com dados fluviométricos históricos, as técnicas Matching Strip e Correlação
foram aplicadas apenas nas bacias do Alto rio das Velhas e rio Maracujá, no intervalo de vazões de
set/2000 a ago/2003 (Figura 6.16 e Figura 6.17; Tabela 6.9).
Figura 6.16 – Técnica Matching Strip aplicada às bacias Alto rio das Velhas e rio Maracujá.
Bacia Alto rio das Velhas - set/00 a ago/03
Bacia do rio Maracujá - set/00 a ago/03
12,0
5,0
Curva de recessão
mestra (CRM)
4,0
8,0
Q(n) - m3/s
Q (n) - m3/s
10,0
6,0
4,0
3,0
Curva de recessão
mestra (CRM)
2,0
1,0
2,0
0,0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0,0
20
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
3
Q (n - 2) - m /s
Q (n - 2) - m3/s
Figura 6.17 – Técnica Correlação aplicada às bacias Alto rio das Velhas e rio Maracujá
90
Vale ressaltar que nestas bacias tem-se um maior tempo de monitoramento, e assim foi
possível usar também o intervalo de atraso n = 5 (Qn-5) (tabela 6.9). Intervalos maiores permitem uma
melhor discriminação das constantes de recessão quando a inclinação da reta encontra-se entre 43,5º e
45º, que praticamente coincide com os valores mais freqüentes das recessões de fluxo de base, que é
de 0,93 a 0,995 (ou seja 42,9º a 44,85º) (Nathan & McMahon 1990). E de fato, para este intervalo de
atraso, a CRM foi mais facilmente definida e forneceu resultados mais semelhantes aos obtidos pelo
método de Barnes (Tabela 6.9).
6.4.2.2 - Método de Barnes
Este método foi aplicado a todas bacias com séries fluviométricas históricas. A partir de
hidrogramas de descargas médias mensais, definiu-se a curva de recessão e, então, o coeficiente de
recessão seguindo os fundamentos da equação exponencial da recessão (Fórmula de Maillet) (Tabela
6.8).
Como exemplo, segue os cálculos para a bacia do rio Funil - 41150000 (vide Figura 6.11):
log Qo − log Qt
0,4343∆t
log 2,15 − log 1,77
α=
0,4343 × 60
α=
α = 0,00324
Tabela 6.8: Coeficientes de recessão das bacias com dados hidrológicos históricos.
Estação
Bacia
α (pelo Método
α (pelo Correlation)
α (pelo
de Barnes)
t=2
t=5
Matching Strip)
41150000
Bacia do rio Funil
0,00324
--
--
--
41180000
Bacia do rio Itabira
0,00260
--
--
--
56631000
Bacia do rio Conceição
0,00169
--
--
--
56632000
Bacia do rib. Caraça
0,00830
--
--
--
41152000
0,00336
0,00931
0,00636
0,00412
41163000
0,00650
0,01076
0,00714
0,00753
* O período considerado para cada bacia encontra-se na tabela 6.6.
91
Comparando-se os coeficientes de recessão das bacias Alto rio das Velhas e rio Maracujá
(CEMIG/IGAM) obtidos por meio das três técnicas e considerando que o Método de Barnes é o mais
reproduzível por trabalhar com médias mensais e, ainda, o mais convencional, observa-se que os
valores mais discrepantes referem-se aos obtidos pelo método da Correlação com intervalo de atraso
igual a 2.
6.5 – ANÁLISES HIDROQUÍMICAS
6.5.1 - Controle de qualidade dos resultados das análises hidroquímicas
Antes de serem interpretados, os resultados das análises hidroquímicas passaram por
averiguação de eventuais inconsistências por meio do balanço iônico e algumas relações típicas de
águas naturais (item 4.4.2) (Hem 1985, Moldan & Cerný 1994, Hounslow 1995).
Durante o período de monitoramento, em todas as microbacias (exceto na B2), o valor da
condutividade elétrica foi, em média, menor que 50 µS. Como as concentrações iônicas também foram
pequenas, variando entre 0,2 e 1 meq/L, erros de balanço iônico maiores são admissíveis (tabela 4.2).
Para as microbacias B1, B3, B4, B5 e B6 os erros variaram de 8 a 59%, com média de 32,7% (anexo
4). Na microbacia B2, registraram-se os maiores valores de condutividade e o erro calculado variou de
1 a 20%, havendo um erro extremo de 39%, em dez-03/jan-04, que provavelmente está relacionado
com o fato do Eh neste período ter sido abaixo da média, o que eventualmente facilitou a solubilização
de algum elemento traço.
Observa-se (anexo 4) que os maiores erros no balanço de cargas ocorrem nas microbacia B3.1
(em média 73%), B8 e B8.1 (em média 140%). Estes erros são, inclusive, sistemáticos, repetindo-se
em todos os meses analisados, o que descarta a possibilidade de problemas na transcrição de
resultados ou de cálculos. Erros analíticos também são improváveis, uma vez que foram usados os
mesmos procedimentos para todas as análises. Provavelmente, nestas amostras ocorrem quantidades
significativas (ou anormais) de outros elementos não considerados no balanço (Custodio & Llamas
1976, Hounslow 1995). Cabe lembrar ainda, que os valores da condutividade elétrica e concentração
iônica são consideravelmente baixos (cátions na ordem centesimal e anions na ordem decimal),
tratando-se, portanto, de águas pouco mineralizadas, o que dificulta em muito a determinação iônica.
No caso das duas microbacias em rochas do Supergrupo Minas (B8 e B8.1), os valores dos cátions
considerados no balanço (Ca, Na, K, Mg) são extremamente baixos, em detrimento a outros, como Li,
Mn e Fe. Portanto não significa necessariamente que os resultados estejam errados e, assim, nenhuma
análise foi descartada.
92
Com vistas a analisar a qualidade dos dados, foram verificadas também algumas relações
comumente encontradas para as águas naturais (Hem 1985, Hounslow 1995):
1 - Na >> K - Estes elementos são originados principalmente do intemperismo de feldspatos e micas.
O sódio em geral predomina porque o potássio é mais facilmente removido da solução por argilominerais e plantas (Hounslow 1995). A microbacia B8.1 e, por vezes, a B8 foram as únicas que não
apresentaram esta relação (às vezes Na<K ou Na~K). Os valores encontrados para estes elementos, e
também para o Mg e Ca, foram extremamente baixos. Provavelmente o baixo conteúdo de sódio
destas microbacias se deve, em parte, ao maior conteúdo de lítio, que apresenta comportamento
geoquímico semelhante, porém é mais móvel e freqüente em minerais de pegmatitos comuns na
região.
2 - Ca ≥ Mg – Somente na microbacia B6 esta relação não foi observada. Segundo Hounslow (1995),
esta relação não é verificada particularmente em aqüíferos de rochas máficas ou ultramáficas (tal como
serpentinito), em virtude da dissolução de minerais ferromagnesianos. E de fato, a microbacia B6 é a
única estruturada sobre rochas entre as quais ultramáficas.
6.5.2 – Conteúdo iônico das águas das microbacias
A partir das informações do conteúdo iônico e dos parâmetros físico-químicos das microbacias
e suas respectivas variações ao longo do período amostrado (Anexo 5), pode-se observar algumas
tendências:
Em todas as amostras, o pH foi menor que 8,3 e maior que 4,5 (em média pH = 6,9) e,
portanto, a alcalinidade presente se deve ao bicarbonato (HCO3-), conforme as reações abaixo (Sawyer
et al. 1994, Hem 1985):
- conversão do carbonato em bicarbonato (CO3-2 + H+ = HCO3-)
pH = 8,3
- conversão do bicarbonato em ácido carbônico (HCO3- + H+ = H2CO3)
pH = 4,5
Os valores de alcalinidade foram aproximadamente homogêneos, com média de 19,5 mg/L
CaCO3-. Uma exceção é microbacia B2, que apresentou variações mais bruscas ao longo do ano e uma
média maior: 57,4 mg/L de CaCO3- (Figura 6.18). O solo nesta microbacia é hidromórfico, com
presença abundante de matéria orgânica nos horizontes superficiais que ao ser oxidada libera CO2, o
que pode justificar os altos valores encontrados.
93
Alcalinidade (C HCO3-)
B1
B2
100
B3
mg/L
80
B 3.1
60
B4
40
B5
20
B6
0
mai/03
jun/03
jul/03
ago/03
set
out/03
nov/03
dez/03
jan/04
B8
fev/mar/
abr04
B 8.1
mês referente
Figura 6.18 – Teor de alcalinidade ao longo do ano nas microbacias
O teor de sulfato apresentou-se, em geral, abaixo do limite de quantificação do método
(<L.Q.), sendo registrado valores apenas na microbacia B8 nos meses de maio e junho (1,29 e 2,29
mg/L, respectivamente) e na B2 referente aos meses de dez/03 e jan/04 (7,26 mg/L). Este alto valor na
B2 provavelmente está relacionado com o ambiente redutor registrado neste período (menor valor de
registrado: Eh = -58), favorável à disponibilização de elementos
O teor de cloreto não apresentou variações significativas ente as microbacias, estando entre 1,5
e 4,5mg/L. Contudo, observa-se uma sutil variação deste ânion com as chuvas (figura 6.19).
Cloreto (CCl-)
B1
mg/L
5,0
B2
4,0
B3
3,0
B 3.1
B4
2,0
B5
1,0
B6
B8
0,0
mai/03
jun/03
jul/03
ago/03
set
out/03
nov/03
mês referente
Figura 6.19 – Teor de cloreto ao longo do ano nas microbacias
94
dez/03 fev/mar/
jan/04 abr04
B 8.1
Em geral, as concentrações dos cátions foram consideravelmente baixas e não houve variações
significativas ao longo do período considerado. A figura 6.20 mostra o comportamento dos cátions
fundamentais (Na+, Ca2+, K+ e Mg2+) e, como se pode observar, apenas para a microbacia B2 têm-se
valores mais variáveis. Como já discutido, esta microbacia apresenta comportamento hidroquímico
diferenciado, correspondendo à drenagem mais salinizada entre as analisadas.
mg/L
Na + Ca + K + Mg
30
B1
25
B2
20
B3
15
B 3.1
10
B4
B5
5
B6
0
mai/03 jun/03
jul/03
ago/03
B8
nov/03 dez/03 fev mar
set
out/03
jan/04 abr/04
B 8.1
mês referente
Figura 6.20 – Variação dos cátions fundamentais ao longo do ano nas microbacias
Considerando a média dos elementos fundamentais (Na+, Ca2+, K+, Mg2+, HCO3-, SO42-, Cl-) e
ainda Si, Fe, Mn, tem-se a seguinte ordem decrescente em termos de concentração iônica: B2 >> B6 >
B1 > B5 > B4 ~ B3 > B3.1 > B8 > B8.1 (Figura 6.21), a qual, previsivelmente, coincide com a ordem
estabelecida com base nos índices STD e CE.
-
--
-
Concentração média (Na, Ca, K, Mg, Si, Fe, Mn, HCO3 , SO4 , Cl )
15,00
B-2
13,00
B-3
11,00
mg/L
B1
B-3.1
9,00
B-4
7,00
B-5
5,00
B-6
B-8
3,00
B-8.1
1,00
mai/03
jun/03
jul/03
ago/03
set
out/03
nov/03
Figura 6.21 – Variação na concentração iônica média entre as microbacias
95
dez03 /
jan04
fev mar
abr/04
Em termos de potencial de oxidação, todas as microbacias apresentaram Eh positivo (meio
oxidante), exceto a B2, com alguns períodos com Eh negativo. Nesta microbacia, o ambiente redutor
se justifica pela presença do solo hidromórfico, rico em matéria orgânica, onde há consumo de O2 para
estabilização (degradação) da matéria orgânica com posterior liberação de CO2 (Anexo V).
Nas microbacias têm-se valores baixos de sólidos totais dissolvidos - STD - (em média
25,11mg/L), sendo os menores valores encontrados nas microbacias B8.1 e B8, cujas médias são,
respectivamente, 7,99 e 10,34 mg/L. Os maiores valores de STD foram encontrados para a microbacia
B2 (em média 75,3 mg/L), provavelmente devido ao ambiente redutor que favorece a solubilização de
alguns metais (Hem 1985).
As mesmas tendências de STD são observadas para a condutividade elétrica - CE - , fato
previsível, uma vez que a CE = f(STD). O maior valor médio foi encontrado para a microbacia B2
(114,2 µS) e o menor para a microbacia B8.1 (12,3 5µS).
O pH variou de 6,4 a 7,6 e a temperatura apresentou uma média de 18,5º, considerando todas
as microbacias no período monitorado (Anexo V).
6.5.3 - Diagrama de Piper
A partir dos íons fundamentais, procedeu-se à classificação das águas das microbacias
conforme a fácies hidroquímica por meio do Diagrama de Piper (Custodio & Llamas 1976, Fetter
1988, Hounslow 1995), utilizando-se dos recursos do programa “Aquachem” (Figura 6.22).
Em comum, todas são do tipo bicarbonatada, sendo:
- B8 e B8.1: cálcica, sódica ou mista;
- B6: cálcica ou magnesiana;
- e demais (B1, B2, B3, B3.1. B4 e B5): sódicas.
Embora o Diagrama de Piper seja comumente utilizado na classificação de águas subterrâneas,
sua aplicação nas microbacias é uma tentativa de verificar variações. Deve-se considerar ainda que a
água subterrânea (fluxo de base) está inclusa no fluxo superficial total, como já comprovado.
96
1 - Cloro- sulfatada
cálcica ou magnesiana
1
2
6
5
8
3
10
4
7
9
8
11
2 - Bicarbonatada cálcica
e/ou magnesiana
3 - Cloro sulfatada
sódica
4 - Bicarbonatada sódica
5 - Cálcica
6 - Magnesiana
7 - Sódica
8 - Mista
9 - Bicarbonatada
10 - Sulfatada
11 - Cloretada
Figura 6.22 – Diagrama de Piper com a classificação das águas das microbacias
97
98
CAPÍTULO 7
DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
7.1 - PADRÃO DE FLUXO DAS MICROBACIAS
Em microbacias os fluxos hídricos subterrâneos profundos nem sempre se manifestam, dado
que se tratam de bacias pequenas, de primeira ou segunda ordem. Todavia, para as microbacias
estudadas, a perenidade dos canais e a assinatura hidroquímica em conformidade com a geologia
(conforme discutido a frente) denotam conexão hidráulica do meio superficial com aqüíferos locais
não confinados. Nestas condições, os índices determinados a partir do fluxo superficial refletem
características deste aqüífero, podendo ser utilizados para investigar a potencialidade hidrogeológica
de cada microbacia (Castany 1971, Trainer & Watkins Jr. 1974, Custodio & Llamas 1976, Feitosa &
Manoel Filho1997, USAE 1999).
Os coeficientes de recessão das microbacias apresentam a seguinte ordem decrescente
(considerando os índices obtidos pela técnica Matching Strip, como justificado no capítulo anterior):
B8.1 (α = 0,041) > B3 (α = 0,01401) > B8 (α = 0,0136) > B2 (α = 0,01191) > B5 (α = 0,01050) > B6
(α = 0,00749) > B1 (α = 0,00727) > B3.1 (α = 0,00432) > B4 (α = 0,003344).
Observa-se que nas microbacias B8.1, B3, B8, B2 e B5 encontram-se os maiores coeficientes
de recessão, o que indica que nestas a água subterrânea drena em um menor intervalo tempo. Ao
contrário, nas microbacias com coeficientes pequenos (B4, B3.1, B1, B6), a vazão decai a uma taxa
menos acelerada, sendo mantida pelo fluxo armazenado no aqüífero na ocasião da recarga (fluxo de
base). Assim, quanto menor o coeficiente de recessão, melhor a capacidade de manutenção das vazões
dos rios, pois o fluxo de base se manterá por mais tempo, com maiores volumes. Isto só é possível
graças a uma alta capacidade de armazenamento e baixa transmissividade. De fato, o coeficiente de
recessão (α ) é diretamente proporcional à transmissividade (T) ou coeficiente de permeabilidade (K) e
inversamente proporcional ao coeficiente de armazenamento (S) ou porosidade efetiva (Sy) (Custodio
& Llamas 1976, Cruz 1995, Feitosa & Manoel Filho 1997, Dewandel et al. 2003). Portanto, a ordem
das microbacias acima seria crescente em relação à potencialidade de armazenamento dos aqüíferos.
O BFI é também um índice que fornece indícios sobre as condições dos fluxos subterrâneos,
sendo maior em bacias com melhores condições de armazenamento, tendendo a ser, portanto,
inversamente proporcional ao coeficiente de recessão. Embora os BFI’s determinados para as
microbacias sejam superestimados (como justificado no item 6.3.1), os valores apresentam esta
tendência (Figura 7.1).
Da mesma forma pode-se aventar uma proporcionalidade entre FBE e o volume armazenado
de uma bacia, e assim uma relação inversa com o coeficiente de recessão. No entanto, esta correlação
não ficou clara com os dados das microbacias (Figura 7.2).
Vale ressaltar que os valores de FBE e BFI das microbacias não são exatos, uma vez que não
foi possível obter dados de vazão máxima (quando o volume de água ultrapassava o vertedor) e
mesmo eventuais dados de vazão mínima (quando o volume de água estava abaixo do recomendado
para medições com vertedor). São, portanto, dados que devem ser usados com precaução, embora
permitam uma avaliação das condições dos aqüíferos das microbacias.
BFI x α
Microbacias monitoradas
1,2
R2 = 0,7257
BFI
B4
0,8
B8
B1
B3.1
0,4
B6 B5
B3
B2
0,0
0,00
B8.1
0,01
0,02
0,03
0,04
coeficiente de recessão (α)
Figura 7.1 – Gráfico evidenciando a correlação inversa entre o coeficiente de recessão e o BFI.
FBE médio anual
FBE x α
Microbacias monitoradas
480.000
360.000
240.000
120.000
0
0,00
B3.1
B4
B8
B3
B6
B1
B8.1
B5
B2
0,01
0,02
0,03
coeficiente de recessão (α)
Figura 7.2 – Gráfico do coeficiente de recessão em relação ao FBE.
100
0,04
Apesar das ressalvas, os índices acima discutidos evidenciam que as microbacias com maior
potencial em termos de armazenamento de água e produção de fluxo de base são as B4 e B3.1 e a
piores são B8.1, B3, B8 e B2. Com caráter mediano, têm-se as microbacias B1, B6 e B5.
Pela análise dos hidrogramas observa-se uma elevação generalizada no fluxo de base no fim
de fevereiro/2004, sugerindo que neste período ocorreu o ápice da recarga do aqüífero em todas as
microbacias (Figura 7.3), ou seja, quatro meses após início da estação chuvosa. Em contrapartida, na
microbacia B8.1 esse fenômeno ocorreu apenas em abril/2004, sugerindo uma recarga mais lenta,
reflexo provável da presença da voçoroca.
Ainda em relação aos níveis do fluxo de base específico, nota-se que este é nitidamente
menor na microbacia B2, na qual, inclusive, a elevação é muito sutil, o que sugere uma infiltração
(recarga) pequena.
B1
0,01
B2
0,01
B3
0,01
B3.1
B4
Subida generalizada
no fluxo de base
0,00
0,02
0,00
0,02
0,00
0,02
0,01
0,00
0,02
0,01
B5
0,00
0,02
0,01
B8
B6
0,00
0,02
0,01
0,00
0,02
0,01
0,00
0,02
Pic o
o
atra sad
na B8.1
0,01
0,00
5/5/2003
4/6/2003
4/7/2003
3/8/2003
2/9/2003
2/10/2003
1/11/2003
1/12/2003
31/12/2003
30/1/2004
29/2/2004
30/3/2004
29/4/2004
29/5/2004
28/6/2004
B8.1
Fluxo de base específico das microbacias
3
2
- (m /s/km )
0,02
A
Figura 7.3 – Fluxo de base específico das microbacias, com destaque para as respostas de recarga dos aqüíferos
101
As variações da vazão observadas ao longo do dia (figura 6.5) podem ser atribuídas às
variações da evapotranspiração. A queda na vazão à tarde pode ser assim justificada pela maior
evapotranspiração no período da tarde, fenômeno já relatado por outros autores (Valente & Gomes
2005).
7.1.1 – Padrão hidroquímico das microbacias
A assinatura química das microbacias foi correlacionada com as características físicas e com o
deflúvio.
7.1.1.1 - Análise das assinaturas hidroquímicas e as litologias
Procedeu-se uma análise comparativa entre os minerais característicos de cada unidade
litológica e a concentração dos principais elementos químicos nas águas das microbacias, levando-se
em consideração a mobilidade de cada elemento. Esta mobilidade justifica o fato de que elementos
químicos comuns nas rochas nem sempre coincidem com os mais abundantes nas águas. Baseando-se
nas informações de Hem (1985) e Custodio & Llamas (1976) e utilizando-se os valores médios das
análises químicas, foi possível verificar que:
- As microbacias B1, B2, B3, B3.1, B4, B5 e B6 apresentam maiores concentrações de Ca, Na
(cujas fontes potenciais são os plagioclásios) e K (proveniente do microclínio e outros, como a
moscovita). Isto se justifica pelo fato de estarem estruturadas em unidades ricas em silicatos, em
particular feldspatos. Assim, outro elemento também comum nas águas destas microbacias é a Si. Já
nas microbacias B8 e B8.1, tem-se baixos teores destes elementos, provavelmente devido à litologia
local, com menos minerais fontes, em especial feldspatos.
- O Mg foi encontrado em todas nas microbacias, com destaque para B6, com maiores valores.
As fontes potenciais deste elemento nas microbacias são biotita, clorita, piroxênios e anfibólio. Estes
minerais são encontrados em todas as microbacias e na B6, além destes, têm-se ainda talco, serpentina
e estaurolita, que corrobora o maior teor encontrado.
- O Li e Mn foram encontrados em quantidades moderadas, exceto na B8.1, que apresentou
altas concentrações. Estes dois elementos apresentam-se altamente correlacionáveis (0,82) sugerindo
uma fonte comum, que pode ser a turmalina (Gaines et al. 1997), mineral freqüente na região desta
microbacia.
- O Fe também foi encontrado em todas microbacias, provavelmente proveniente de anfibólio,
piroxênio, biotita e clorita. Foram observados valores maiores nas microbacias B2 e B8. A alta
concentração na B8 é provável conseqüência das rochas itabiríticas da Formação Cauê, localizadas em
sua cabeceira. Na microbacia contígua B8.1 esta formação não aparece e, de fato, tem-se um menor
102
conteúdo de Fe. A microbacia B2 não possui outros minerais que justifiquem uma concentração maior
quando comparada com bacias de geologia semelhante, como a B1. Ou seja, a fonte litogênica é a
mesma: biotita e anfibólio. Uma explicação para altos teores de Fe seria o ambiente de exfiltração: a
solubilidade do Fe na água é fortemente dependente do Eh, pH (diagrama pH x Eh) e da ação
biológica e a B2 é a única microbacia com ambiente redutor. Nestas condições, o ferro se encontra no
estado ferroso (Fe++), que é solúvel. Nas demais bacias, em ambiente menos redutor, predomina o
ferro férrico, que se precipita normalmente como hidróxido. Assim, tem-se uma maior quantidade de
Fe disponível na água da microbacia B2. No canal da B2 observa-se, ainda, quantidade considerável
de particulados com aspecto gelatinoso e cor marrom ferrugem, que representam ferro no estado
coloidal.
Como salientado anteriormente, a composição química da água que circula em determinada
unidade geológica é influenciada por vários fatores, alguns particulares de cada região, e daí não
existir uma relação unívoca entre geologia e composição da água. Mas pode-se, desconsiderando
situações extremas, estabelecer relações, tendências em comum, por exemplo por meio de razões
iônicas. Considerando a composição média de cada microbacia e seguindo as relações entre razões
iônicas (tabela 7.1) e litologias expostas por Custodio & Llamas (1976), foi possível verificar que:
1) rK/rNa – Em águas doces esta razão está freqüentemente entre 0,004 e 0,3, havendo uma tendência
de diminuição com o aumento da salinidade (Hem 1985), a qual foi observada para as microbacias
(Figura 7.4). Exclusivamente da microbacias B8.1, esta razão é maior que 1. Porém, esta microbacia
apresenta altas quantidades de lítio que pode estar substituindo parcialmente o sódio e, assim,
interferindo no valor desta razão. Seria necessária uma investigação mais pontual para interpretações
deste alto valor.
Concentração dos ions
fundamentais
10,0
B1
B2
8,0
B3
6,0
B3.1
B4
4,0
B5
B6
2,0
0,0
0,00
B8
B8.1
0,50
1,00
1,50
rK/rNa
Figura 7.4 - Relação inversa entre a concentração dos íons principais e a razão rK/rNa para os dados das
microbacias.
103
2) rNa/rCa – Nas microbacias onde predominam granitos e gnaisses (B1 a B6), os valores médios para
esta razão estão entre 1,0 e 5,1. Intervalos de valores semelhantes (0,7 – 5,0) são citados por Scudino
(2002) para este tipo de terreno. Para as microbacias B8 e B8.1, estruturadas sobre xistos e filitos do
Supergrupo Minas, os valores foram menores: média de 0,6 e 0,3, respectivamente. Esses valores são
similares aos encontrados pelo autor supracitado para as rochas do Grupo Nova Lima (0,1 – 0,7),
onde também predominam xistos e filitos.
3) rMg/rCa – Todas microbacias apresentaram valores médios entre 0,3 e 1,0, dentro dos limites
comuns para águas continentais (entre 0,3 e 1,5, segundo Custodio & Llamas 1976). A B6 apresenta
um valor mais elevado (em média 1,45), justificado pelas fontes adicionais litogênicas de Mg, como
explicado anteriormente.
Tabela 7.1 – Razões iônicas médias definidas para as microbacias
Razões Iônicas médias
rK / rNa
rNa / rCa
rMg / rCa
B1
0,20
1,84
0,66
B2
0,11
1,04
0,29
B3
0,42
1,64
0,84
B3.1
0,31
5,10
0,50
B4
0,25
3,13
0,35
B5
0,19
2,61
0,81
B6
0,10
1,38
1,45
B8
0,41
0,59
0,62
B8.1
1,16
0,33
0,76
É clara, portanto, a existência de relação entre litologia e hidroquímica nas microbacias. Isto
evidencia uma interação das águas superficiais com o substrato e uma participação da água
subterrânea na composição do fluxo total. Assim, esta apresenta uma assinatura química característica,
compatível com o meio, salvo a B2 com comportamento anômalo, provável reflexo de condições
superficiais locais.
104
7.1.1.2 – Análise das assinaturas hidroquímicas e a vazão
Foi analisada para cada microbacia a existência de relação entre vazão, precipitação e a
concentração química média dos íons fundamentais (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42- HCO3-) e ainda
Si, Mn e Fe. Porém, não foi possível detectar tendências consistentes (que se repitam conforme o
aumento ou diminuição da vazão), uma vez que as concentrações apresentaram comportamentos
irregulares frente aos eventos de chuva ao longo do ano. Contudo, esta falta de correlação pode ser
devido simplesmente ao fato da coleta não ter sido sistemática. Conclusões mais precisas a este
respeito exigem dados contínuos de monitoramento hidroquímico, da chuva e da vazão.
Porém, quando se compara as microbacias, observa-se que entre aquelas estruturadas em
granito-gnaisses, a microbacia B2 apresenta as maiores oscilações na concentração durante o ano
(desvio padrão = 2,43), variando proporcionalmente à vazão (Figura 7.5). Essa variação sugere que a
principal componente do fluxo é superficial. Em outro extremo, nas microbacias B3.1 e B4, as
concentrações químicas oscilam menos ao longo do ano (desvio padrão 0,28 e 0,29, respectivamente),
tendendo a certo patamar, mesmo com variação no deflúvio, sugerindo uma maior contribuição
subterrânea (Custodio & Llamas 1976). Entre as microbacias do Supergrupo Minas, observa-se
maiores oscilações na concentração na B8.1 (desvio padrão = 0,44). Esta microbacia, assim como a B3
(desvio padrão = 0,34) é caracterizada pela presença de voçoroca e a variação mais realçada que nas
respectivas microbacias vizinhas (B3.1 e B8, com desvio padrão 0,28 e 0,37, respectivamente) sugere
uma menor contribuição subterrânea (Figura 7.5).
105
5,5
0,8
11,0
0,4
7,0
mai-04
0,0
jan-04
mar-04
9,0
ago-03
out-03
dez-03
0,2
mai-04
dez-03
B3
B3.1
4,0
6,0
4,0
5,0
2,5
3,0
2,5
0,0
1,0
0,0
1,0
7,0
10,0
5,5
7,5
5,5
5,0
4,0
abr-04
mg/L
7,0
fev-04
mai-03
B5
7,0
mg/L
L/s
L/s
18,0
mg/L
abr-04
fev-04
jan-04
set-03
nov-03
ago-03
jun-03
mai-03
B4
24,0
jan-04
10,0
nov-03
5,5
set-03
9,0
jun-03
5,5
ago-03
15,0
L/s
12,0
mg/L
7,0
L/s
20,0
13,0
abr-03
1,0
fev-04
mar-04
0,0
set-03
out-03
2,5
mai-03
jul-03
6,0
15,0
0,6
mai-03
jul-03
4,0
12,0
B2
5,5
7,5
5,5
12,0
4,0
5,0
4,0
6,0
2,5
2,5
2,5
0,0
1,0
0,0
1,0
mai-04
mg/L
mai-04
1,0
mar-04
jul-03
fev-04
2,5
Figura 7.5 – Variação da concentração química ao longo do ano com a vazão.
106
mar-04
4,0
5,0
0,0
-
fev-04
5,5
dez-03
2-
7,0
10,0
set-03
-
Fe, Mn, Cl , SO4 HCO3 )
dez-03
B8.1
nov-03
(Na+, K+, Ca2+ , Mg2+ , Si,
nov-03
set-03
jul-03
L/s
Concentração iônica média
7,0
mg/L
mai-03
L/s
mg/L
mai-04
abr-04
fev-04
dez-03
set-03
nov-03
ago-03
jun-03
L/s
B8
15,0
Vazão média diária
abr-04
18,0
fev-04
10,0
nov-03
jan-04
7,0
B6
set-03
1,0
jun-03
ago-03
0,0
abr-04
1,0
fev-04
0,0
jan-04
2,5
nov-03
2,5
set-03
2,5
jun-03
6,0
ago-03
4,0
mai-03
12,0
24,0
mg/L
1,0
L/s
18,0
abr-03
L/s
24,0
7,0
mg/L
B1
30,0
Em termos de comportamento hidroquímico, conforme exposto, há certa similaridade na
composição das águas das microbacias estruturadas em terrenos granito-gnáissicos, que por sua vez
diferem das microbacias em xistos e filitos do Supergrupo Minas. As águas superficiais das
microbacias apresentam assinaturas hidroquímicas que refletem o ambiente geológico local e que
comprovam a interação destas com as águas subterrâneas e o substrato, com ressalvas para a
microbacia B2, discutida a seguir. São águas que, em geral, apresentam baixos valores de CE, STD e
concentrações iônicas. Nas áreas estudadas, prevalecem condições tropicais úmidas, onde a
temperatura alta favorece o intemperismo mas a alta pluviosidade permite a renovação das águas, o
que em parte, justifica a baixa salinidade das águas. Além disso, no Complexo Metamórfico Bação
predominam latossolos (Bacellar 2000), que são solos muito desenvolvidos, lixiviados e quimicamente
estáveis (ricos em minerais residuais pouco alteráveis, como quartzo e oxi-hidróxidos de Fe), o que
reduz a disponibilidade de elementos químicos em solução (Hem 1985, Resende et al. 1995).
Adicionalmente, esses baixos valores até no período de estiagem (quando o fluxo é mantido
por fontes subterrâneas)
são também indícios de que as microbacias recebem fluxos
subsuperficiais ou subterrâneos com baixo tempo de residência, o que é esperado para bacias
de primeira a segunda ordem.
A microbacia B2 apresentou o comportamento mais anômalo, com maiores concentrações
iônicas, STD e CE, além de variações mais bruscas ao longo do ano hidrológico. Também apresentou
ambiente por vezes redutor, provável conseqüência das condições superficiais locais: área de várzea
com solo hidromórfico (rico em matéria orgânica, que consome O2 em processo de estabilização) em
considerável proporção da bacia. O meio redutor facilita a mobilidade dos metais, o que contribui para
as maiores concentrações iônicas. Este ambiente confere à água características singulares que são
reflexos apenas das condições superficiais e não do meio subterrâneo. A maior oscilação na
concentração química com os eventos de chuva reforça a hipótese de predomínio de fluxo superficial
em detrimento do fluxo subterrâneo nesta microbacia. De fato, a B2 apresenta FBE e BFI
consideravelmente baixos. O comportamento hidroquímico da B2 é, portanto, nitidamente diferente de
microbacias com geologia e grau de degradação semelhantes, como a B1.
O cruzamento dos dados hidroquímicos com o regime de fluxo das microbacias não mostrou
nenhuma tendência evidente. Era prevista uma correlação positiva entre a concentração iônica e o
índice BFI, uma vez que, quanto maior BFI, maior contribuição subterrânea, que apresentaria maior
concentração iônica, o que não foi confirmado (Figura 7.6). Porém, deve-se ressaltar que as vazões
foram monitoradas diariamente, enquanto a amostragem química ocorreu em intervalos de tempo
maiores, variando de 1 a 2 meses. A não correlação observada pode ser conseqüência desta
disparidade na freqüência de coleta dos dados.
107
1
B4
0,8
BFI
B3.1
B8
B5 B1
B6
B2
B3
0,6
B8.1
0,4
0,2
0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0 10,0 11,0
Concentração iônica média (mg/L)
Figura 7.6 – Não correlação encontrada entre o BFI e a concentração iônica média no período monitorado
considerando os íons fundamentais e os íons Si , Fe e Mn.
Como discutido, as concentrações iônicas das microbacias B3.1 e B4 apresentam as menores
variações em diferentes estágios de vazão, mantendo-se uma certa constância, o que indica uma
contribuição subterrânea mais importante (Figura 7.5). De fato, conforme interpretações a partir dos
índices coeficiente de recessão, BFI e BFE, estas microbacias apresentam armazenamento e produção
de fluxo de base significativos.
7.2 - PADRÃO DE FLUXO DAS BACIAS COM DADOS HIDROLÓGICOS
HISTÓRICOS
Assim como nas microbacias, aspectos da potencialidade hidrogeológica das bacias com dados
hidrológicos históricos foram interpretados a partir dos coeficientes de recessão (α) e,
secundariamente, dos índices BFI e FBE. Deve-se considerar que nestas não se tem controle efetivo
sobre as condições encontradas à montante, como barragens, retiradas d’água e outras, que podem
interferir na vazão e, conseqüentemente, nos índices hidrogeológicos calculados. Ressalta-se ainda
que, entre as características definidas para as microbacias (geologia, geomorfologia e uso e ocupação
do solo), nas bacias maiores tem-se conhecimento apenas da geologia, que inclusive apresenta-se
relativamente heterogênea, com várias unidades litológicas.
A bacia 56631000 apresenta o menor coeficiente de recessão, seguida pela 41180000,
41150000 e 41152000, cujos valores variaram em torno de 0,002 e 0,003 dia-1. Analogamente à
discussão para as microbacias, atribui-se a estas bacias um maior armazenamento e maior capacidade
de manter a vazão por períodos mais extensos. Em outro extremo, com menor potencial, têm-se as
bacias 566320000 e 41163000. Cabe mencionar que nesta comparação foram utilizados os índices
obtidos pelo método de Barnes para todas as bacias.
108
Em termos de BFI, a classificação das bacias segue a mesma ordem obtida pela análise do
coeficiente de recessão (o que apenas valida os dados já que teoricamente estes índices são mesmo
correlacionáveis).
7.3 - DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS HIDRODINÂMICOS
Os parâmetros hidrodinâmicos das microbacias foram determinados indiretamente,
assumindo-se que os respectivos aqüíferos obedecem às condições estabelecidas por Maillet e
Rorabaugh (item 3.6), que resultam na equação:
α=
π 2 Kb
(8)
4SyL2
Assim, procedeu-se uma estimativa da difusividade (transmissividade (T) / coeficiente de
armazenamento (S) ou porosidade efetiva (Sy)) média dos aqüíferos das microbacias (Tabela 7.1).
Sendo T = Kb , tem-se:
T 4 L2α
=
Sy
π2
(9)
Considerando que S varia em um intervalo mais limitado que a transmissividade, adotou-se
valores freqüentemente citados na literatura para este parâmetro, estimando assim a transmissividade
das microbacias. Em aqüíferos livres, o coeficiente de armazenamento (ou, mais precisamente, a
porosidade efetiva) varia entre 0,3 e 0,01, sendo que para aqüíferos confinado os valores são menores,
da ordem de 0,001 e 0,0001 (ou mesmo 0,00001) (Freeze & Cherry 1979). Pode-se supor no caso das
microbacias uma maior efetividade de aqüíferos livres, pela representativa relativa do regolito. Diante
deste pressuposto atribuiu-se valores máximos e mínimos de S obtendo-se assim estimativas máximas
e mínimas de T (Tabela 7.2).
.
109
Tabela 7.2 – Valores estimados de difusividade e transmissividade
Difusividade
Coeficiente
de recessão
(pelo matching
T/S
strip)
Valores mínimos
Valores máximos
S
T =m2/dia
S
T =m2/dia
278,60
0,01
2,79
0,1
27,86
0,01191
75,42
0,01
0,75
0,1
7,54
500
0,01401
354,88
0,01
3,55
0,1
35,49
B3.1
370
0,00432
59,92
0,01
0,60
0,1
5,99
B4
747
0,00334
188,84
0,01
1,89
0,1
18,88
B5
440
0,0105
205,97
0,01
2,06
0,1
20,60
B6
732
0,00749
406,63
0,01
4,07
0,1
40,66
B8
327
0,0136
147,34
0,01
1,47
0,1
14,73
B8.1
207
0,041
178,00
0,01
1,78
0,1
17,80
Bacias
L (m)
B1
615
0,00727
B2
250
B3
Os intervalos do coeficiente de armazenamento disponíveis na literatura e utilizados nos
cálculos da transmissividade das microbacias não correspondem a aqüíferos com características iguais
aos das microbacias. Porém, foram utilizados uma vez que não se têm valores mais reais. Os valores
da transmissividade encontrados devem, portanto, ser analisados com ressalvas.
Silva et al. (1994) citam transmissividade de 25m2/dia na região do CMB. Assim, no caso das
microbacias B1 a B6 onde predominam granitos e gnaisses do CMB, tem-se que a transmissividade
estimada indiretamente é coerente com o valor encontrado para a região.
É importante destacar ainda que os valores de transmissividade calculados desta forma, ou
seja, a partir do conhecimento das taxas de recessão do fluxo de base, tendem a ser menores que os
estipulados por testes de bombeamento (item 3.6).
110
7.4 – CONDICIONANTES DO REGIME HIDROLÓGICO
Cada bacia está sujeita a processos hidrológicos/hidrogeológicos distintos em função das
peculiaridades do meio, como discutido no capítulo 3.
Seguindo este princípio, as respostas hidrológicas de cada microbacia foram comparadas
frente aos diferentes contextos físicos e ambientais, como proposto no início deste trabalho, buscandose estabelecer a influência dos condicionantes geológicos, geomorfológicos e de uso e ocupação do
solo na potencialidade hídrica das microbacias, para as quais tem-se um conhecimento efetivo sobre as
condições do meio físico. Para as bacias com dados históricos foi avaliada principalmente a
influências da geologia, uma vez que não se tem controle sobre as demais características.
O termo “potencial hídrico” utilizado neste trabalho refere-se ao potencial de produção de
água da bacia hidrográfica, ou seja, denota-se como bacia de alto potencial hídrico aquela que
apresenta altas taxas de fluxo de base e, conseqüentemente, conseguem manter por longo tempo uma
vazão razoável mesmo em épocas de estiagem.
Destaca-se ainda que nas bacias do rio Maracujá e Alto rio das Velhas foi possível aplicar
métodos diferentes de determinação do BFI e FBE. Por comparação, constata-se que o método de
Barnes fornece valores menores que a técnica smoothed minima (item 6.3.2). Isto se justifica pelos
próprios princípios dos métodos, já que no smoothed minima pequenas variações na vazão são
consideradas e, assim, no gráfico de separação de hidrogramas, a linha correspondente ao fluxo de
base é oscilante (mais irregular). Já no método de Barnes têm-se médias anuais e a linha de separação
dos fluxos é mais regular. Raciocínio semelhante justifica os maiores valores de coeficiente de
recessão obtidos pelo matching strip em relação àqueles obtidos pelo método de Barnes (item 6.4.1),
já que no primeiro caso todas as pequenas variações da taxa de recessão são consideradas e no
segundo tem-se uma recessão média do fluxo de base. Assim, na comparação entre as bacias deve-se
sempre utilizar os resultados do mesmo método. Mas é importante ressaltar que as tendências vão se
manter, pois uma bacia terá maior fluxo de base que outra independente do método.
111
Cabe ressaltar que o coeficiente de recessão, assim como os índices BFI e FBE variam
anualmente, devido às variações na precipitação e às diferentes condições de armazenamento da bacia
em períodos anteriores. Porém, quando se analisam várias bacias em um mesmo intervalo de tempo,
as variações entre os índices são mais influenciadas pelas diferenças físicas do meio (é o caso das
microbacias). De fato, sob mesma condição climática, microbacias apresentaram taxas de produção de
água distintas, o que denota a influência de parâmetros físicos no potencial hídrico.
7.4.1 - Condicionantes Geológicos
A análise do coeficiente de recessão e do BFI nos gráficos abaixo evidenciam
agrupamentos de bacias que podem ser classificados como alto, médio, baixo e, especificamente para a
BFI (pela técnica smoothed minima)
microbacia B8.1, muito baixo potencial hídrico (Figura 7.7).
B1
1,2
Alto
1,0
B2
Potencial hídrico
B3
Médio
0,8
B3.1
Baixo
B4
0,6
Muito baixo
B5
0,4
B6
0,2
B8
0,0
0,00
A
0,01
0,02
0,03
0,04
Coef. de recessão (pelo matching strip )
41150000
BFI (pelo método de Barnes)
Alto
Potencial hídrico
41180000
0,8
0,6
56631000
Médio
0,4
56632000
0,2
41152000
0,0
0,00
B
41152000
41163000
1,2
1,0
B8.1
0,01
0,02
0,03
Coef. de recessão (pelo método de Barnes)
0,04
41163000
Figura 7.7 – Coeficiente de recessão versus BFI para todas bacias analisadas. A = obtidos pelos métodos
Matching Strip e Smoothed minima; B = obtidos pelo método de Barnes
112
Quando se faz a comparação apenas entre as microbacias, observa-se que os coeficientes de
recessão daquelas com predomínio de granito-gnaisse (B1 a B6) são menores que nas microbacias do
Supergrupo Minas (B8 e B8.1), desconsiderando a B3, que possui o diferencial da presença da
voçoroca, a ser discutido à frente. Isto sugere que o primeiro grupo constitui litologia com maior
potencial hídrico. De fato, os xistos e filitos no QF constituem aqüíferos de muito baixo potencial,
como constato em outros trabalhos (Silva et al. 1994, Cruz 1995, Golder Associates 2001) (item 2.4) e
na área estudada provavelmente são pouco fraturados.
Além das rochas em si, outro aspecto a ser considerado é o regolito, que pode se comportar
como um meio de transmissão de água para meio fissural e/ou como meio aqüífero granular e
contribuir para a manutenção do fluxo de base. Os granitos-gnaisses em geral apresentam baixa
porosidade primária, mas dão origem a perfis de intemperismo predominantemente areno-siltosos ou
silto-arenosos que atingem grande espessura. No CMB o manto de intemperismo é geralmente bem
desenvolvido, chegando a mais de 50m onde o relevo é mais plano (Sobreira 1998, Bacellar 2000)
(item 2.3). O regolito espesso configura um aqüífero granular raso com boas condições de
armazenamento e, embora apresentem baixa condutividade, são decisivos na recarga do aqüífero
fissural subjacente, com más condições de armazenamento (Deere & Patton 1971), e assim contribuem
para a definição do potencial hídrico das microbacias citadas. Nas microbacias do Sg Minas o solo é
menos desenvolvido e mais delgado e, assim, sua contribuição como aqüífero superficial é limitada.
Neste sentido, pode-se afirmar que microbacias estruturadas em granito-gnaisse com perfil de
intemperismo espesso apresentam maior potencial hídrico que microbacias em xistos e filitos do G.
Piracicaba (indiviso) com perfil de intemperismo delgado.
Estas interpretações corroboram as observações de Chilton & Foster (1995) e Gonçalves
(2001) (item 3.7.3). Segundo estes autores, em regiões de clima úmido, a presença do regolito espesso
é fator decisivo em termos de armazenamento do aqüífero, processo de recarga de zonas subjancentes
e capacidade de explotação (produção de poços locais).
Outro fator que pode estar influenciando no potencial hídrico é o grau de fraturamento, assim
como zonas de cisalhamento, porém, esse fator especificamente não foi investigado.
Destaca-se que as diferenças na litologia da microbacia B6 em relação às demais microbacias
do CMB (a saber, presença de anfibolito, xisto e metaultramáfica em 40% da microbacia – tabela 5.4)
não se refletiram nos índices BFI e coeficiente de recessão. Aventa-se que outras características da
microbacia exerçam influência mais efetiva, capaz de suprimir o efeito deste diferencial e/ou que as
rochas em questão sejam apenas lascas tectônicas no gnaisse e, assim, não interfeririam nas condições
dos fluxos hídricos subterrâneos. Seria necessário um estudo mais detalhado nesta área para
definitivamente comprovar alguma hipótese.
113
Entre as microbacias estruturadas em embasamento cristalino, duas se destacam pelo baixo
potencial hídrico: a B3, que será discutida a seguir, e a B2, que se caracterizam pelos maiores
coeficientes de recessão e menores BFI’s deste grupo. A microbacia B2 apresenta um comportamento
anômalo, refletido tanto nos índices hídricos quanto na assinatura hidroquímica (item 7.1.1). A
contribuição do fluxo de base para esta drenagem é muito baixa em detrimento ao fluxo superficial,
como também demonstrado pelos menores valores do FBE e BFI e corroborado pelas interpretações a
partir da oscilação da concentração química de suas águas ao longo do ano. Exclusivamente nesta
bacia, tem-se uma significativa área de várzea com grande quantidade de argilas orgânicas (solos
hidromórficos), com baixa taxa de infiltração (recarga reduzida) e, conseqüentemente, um escoamento
superficial alto. Nesta microbacia foi observado ainda que a nascente encontra-se parcialmente
degradada pelo pisoteio de gado, agravando assim as condições de infiltração local. O ambiente rico
em matéria orgânica confere condições redutoras ao meio e conseqüente disponibilização de mais
elementos na água, o que a torna quimicamente distinta das demais microbacias analisadas no CMB.
Como já salientado, neste caso o comportamento químico diagnosticado reflete condições
hidroquímicas superficiais. Há de se considerar também que a B2, embora regionalmente pertença ao
domínio geomorfológico 2, possui um slope index consideravelmente alto (tabela 5.6). Como
demonstrado à frente, no caso das microbacias, este índice apresenta relação inversa com as taxas de
fluxo de base. Assim o alto valor do slope index também contribui para altas taxas de escoamento
superficial e justifica, em parte, o alto coeficiente de recessão.
A influência da geologia no comportamento hídrico das bacias com séries hidrológicas
históricas a partir da comparação dos índices hídricos não pôde ser claramente definida. A diversidade
litológica encontrada é um fator que provavelmente dificultou o estabelecimento de uma relação clara,
já que dentre as seis bacias analisadas, apenas as de código 41163000 (rio Maracujá) e 56632000
(ribeirão Caraça) apresentam uma unidade dominante, ou seja, são constituídas, respectivamente, de
90% de rochas do CMB e 95% de quartzito. Outro fator que provavelmente está influenciando o
comportamento hídrico das bacias é a proximidade destas com megaestruturas do QF. Especificamente
as bacias 41180000 (rio Itabira), 41150000 (rio Funil) e 41152000 (Alto rio das Velhas) estruturam-se
parcialmente em flanco do Sinclinal Dom Bosco, sendo que a última também corresponde à parte do
Anticlinal de Mariana. Por sua vez, a bacia 566310000 (rio Conceição) pode estar sob influência do
Sinclinal Gandarela. Parâmetros geomorfológicos e de uso e ocupação do solo, não analisados para
estas bacias, também podem estar influenciando significativamente o comportamento hídricos do
sistema. Conquanto essas ressalvas, observa-se um coeficiente de recessão relativamente alto (α =
0,0083) para a bacia 56632000 estruturada 95% em quartzito do G. Caraça, sugerindo alta
transmissividade e baixo coeficiente de armazenamento, típico de aqüífero fraturado. Tal interpretação
confere com os dados citados por Silva et al. (1994), que atribuem aos quartzitos do G. Caraça baixos
valores de S (0,1 – 0,002) e valores de T de até 864 m2/dia, reflexo dos fraturamentos (item 2.4.4).
114
7.4.2 - CONDICIONANTES GEOMORFOLÓGICOS
Para avaliar o condicionamento da geomorfologia, foram consideradas as microbacias com a
mesma litologia e grau de preservação semelhante (preservadas e pouco degradadas, tabela 5.7). Entre
os índices geomorfológicos disponíveis (tabela 5.6) foram utilizados os parâmetros slope index e Kc,
uma vez que o índice “domínio geomorfológico” representa uma compartimentação geomorfológica
de escala regional e o slope index apresenta a vantagem de ser adimensional (ou seja, independente da
escala), além de ser um índice em escala local.
No gráfico de coeficiente de recessão versus BFI (Figuras 7.1 e 7.7), observam-se
agrupamentos distintos entre as microbacias onde predominam rochas granito-gnáissicas e que foram
classificadas como preservadas e pouco degradadas, a saber: B1, B2, B3.1, B4, B5 e B6. Trata-se de
bacias semelhantes em termos de geologia e uso e ocupação do solo, mas que se diferenciam por
características geomorfológicas, que podem estar contribuindo para a diferenciação observada no
comportamento hidrológico. Em especial, quando se analisa em termos do slope index, que é uma
medida do grau de inclinação da bacia, tem-se que as bacias com menor coeficiente de recessão e
maior BFI correspondem às bacias menos íngremes (Figura 7.8). Isto sugere que bacias com relevo
mais suave (menor slope index) são potencialmente melhores em termos de armazenamento de água e
produção do fluxo de base que bacias de relevo mais inclinado. Inclusive para a B2, analisada à parte
dada suas particularidades, esta tendência é observada, uma vez que se trata de uma microbacia com
alto coeficiente de recessão, baixo fluxo de base e slope index alto. Deve-se considerar ainda que no
CMB as áreas mais planas apresentam cobertura mais espessa, o que também favorece as condições
hídricas da bacia, como discutido anteriormente.
500
slope index
400
300
Potencial
hídrico
Baixo
B5
Médio
Alto
B2
B6
200
B3.1
B1
100
0
0,000
B4
0,003
0,006
0,009
0,012
0,015
Coeficiente de recessão
Figura 7.8 – Gráfico de cruzamento entre Slope index e coeficiente de recessão de microbacias com
características geológicas e de uso e ocupação do solo semelhante
115
Outro parâmetro geomorfológico característico entre as microbacias é o índice de
compacidade (Kc). Porém não foi observada nenhuma relação evidente entre este e parâmetros
hidrológicos (Figura 7.9).
indice de compacidade - Kc
1,3
B1
1,2
B4
B6
1,1
B5
B2
B3.1
1
0,9
0,000
0,003
0,006
0,009
0,012
0,015
coeficiente de recessão
Figura 7.9 - Gráfico do Índice de compacidade x coeficiente de recessão de microbacias com características
geológicas e de uso e ocupação do solo semelhante
7.4.3 - CONDICIONANTES ANTRÓPICOS
Os condicionantes antrópicos estão relacionados com os tipos de uso e ocupação do solo,
utilizados neste trabalho para classificar as microbacias quanto ao grau de preservação (item 5.5).
A influência em relação às formas de uso e ocupação do solo não foi claramente identificada
quando se fez o cruzamento com os índices hídricos. Especificamente, o cruzamento do coeficiente de
recessão com o total de matas e total de pastagem não evidenciou nenhuma tendência significativa
(Figura 7.10). Deve-se considerar que a definição das condições dos fluxos hídricos envolve uma
relação complexa entre vários fatores. Assim, pode-se supor que a influência do uso e ocupação esteja
suprimida pelas outras características das microbacias ou ainda que as diferenças de uso e ocupação
não sejam tão marcantes entre as microbacias a ponto de apresentarem reflexo diferencial no
comportamento hídrico destas. De fato, todas apresentam tipos de uso e ocupação do solo com
proporções relativamente parecidas, exceto as microbacias B3 e B8.1 nitidamente distintas pela
presença da voçoroca, cuja influência é então discutida a seguir (com base nas microbacias
conjugadas). Adicionalmente, ressalta-se que as delimitação dos tipos de uso e ocupação do solo neste
trabalho não foi de detalhe, o que seria conveniente para uma interpretação mais definitiva.
Embora não tenha sido objeto de investigação desta pesquisa, vale destacar que o efeito
temporal da influência antrópica sobre os recursos hídricos é mais evidente e conhecido. Por exemplo,
116
a diminuição da vazão em rios, em especial do fluxo de base, sem a diminuição da chuva, ao longo do
tempo pode ser atribuída ao mau uso do solo.
100
B1
B2
80
B3
60
B 3.1
B4
40
B5
20
B6
B8
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
total em % de pastagem
total em % de matas
100
B1
B2
80
B3
60
B 3.1
B4
40
B5
20
B6
B8
0
B 8.1
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
B 8.1
Figura 7.10 – Correlação entre o coeficiente de recessão e a porcentagem de mata e pastagem nas microbacias
7.4.3.1 – Influência da voçoroca na dinâmica hidrológica/hidrogeológica de
microbacias
Os maiores coeficientes de recessão correspondem às microbacias B8.1 e B3, indicando que a
vazão decai a uma taxa mais rápida e que o armazenamento é pequeno. As respectivas microbacias
conjugadas (B8 e B3.1), por sua vez, apresentam coeficientes de recessão nitidamente inferiores. As
microbacias B8.1 e B3 apresentam ainda BFI’s menores, evidenciando um fluxo de base pequeno em
detrimento ao escoamento superficial (Figura 7.11).
CMB
0,8
B3.1 sem
voçoroca
0,4
Sg Minas
BFI
0,6
0,2
0,0
0,00
B3 com
voçoroca
0,02
0,03
0,05
B8 sem
voçoroca
B8.1 com
voçoroca
coeficiente de recessão
Figura 7.11 – Variação no coeficiente de recessão e BFI em conseqüência da presença de voçoroca
117
Na microbacia B8.1 ocorrem grandes picos de enchentes, que se esgotam rapidamente,
chegando a drenagem a secar em épocas de estiagem prolongada. Estes picos na vazão por vezes são
destrutivos e provocam erosão nas margens do canal que, conseqüentemente, possui uma largura
desproporcionalmente grande (Figura 7.12). Na B3, os picos de vazão também provocam erosão à
jusante. Em contrapartida, nas microbacias B8 e B3.1 (sem voçoroca) a água de chuva consegue se
infiltrar e, conseqüentemente, os picos de vazão são menores. A água armazenada é, então, liberada
gradativamente na época de estiagem como fluxo de base, caracterizando, portanto, um regime
hidrológico previsível em equilíbrio.
Microbacia B8
Microbacia
B8.1
Voçoroca
Figura 7.12 – Microbacias B8 e B8.1 com nítida diferença na morfologia dos respectivos canais
Tem-se, portanto, um comportamento hídrico nitidamente diferenciado entre as microbacias
B8 e B8.1, e entre as microbacias B3 e B3.1. Atribui-se à voçoroca este comportamento diferenciado,
uma vez que os demais parâmetros analisados (geologia e geomorfologia) podem ser considerados
semelhantes. De fato, as microbacias B8 e B8.1 apresentam slope index semelhantes (331,8 e 298,3,
respectivamente), se situam no domínio geomorfológico 4 definido por Bacellar (2000) (item 5.4) e
estão estruturadas predominantemente sobre xistos e filitos do Grupo Piracicaba (Sg Minas). Por sua
vez, as microbacias B3 e B3.1 são constituídas de mesma geologia (granito e gnaisses) e possuem
geomorfologia semelhante, estando no mesmo domínio geomorfológico (domínio 1B) e com slope
index parecidos (158,3 e 157,03, respectivamente).
Nas microbacias adjacentes sem voçoroca, o lençol freático encontra-se no regolito (Bacellar
2000), que, por analogia à outras áreas com rochas metamórficas, tende a apresentar um coeficiente de
armazenamento alto e baixa transmissividade (Deere & Patton 1971), justificando os coeficientes de
118
recessão menores. Nas voçorocas e no seu entorno ocorre o rebaixamento do lençol freático até a
rocha alterada subjacente ao ser removida grande parte do regolito. Na rocha alterada tem-se um baixo
armazenamento mas a condutividade, em geral, é maior (Deere & Patton 1971), definindo para estas
áreas erodidas um coeficiente de recessão maior. A própria remoção de horizontes superficiais e,
conseqüentemente, de parte considerável do aqüífero granular, resulta em menores condições de
armazenamento (Figura 7.13).
A
B
Regolito
>S
<K
LF
LF
Rocha alterada
<S
>K
* L F = Lençol freático
Figura 7.13 – Perfil esquemático A = microbacia B8, com o lençol freático no regolito; e B = microbacia B8.1,
com o lençol rebaixado para a rocha alterada.
Adicionalmente, nas microbacias com voçoroca, o escoamento superficial é significativo
sugerindo taxas de infiltração limitadas, o que pode ser justificado pela redução do percentual de área
com regolito e aumento de afloramento de rocha alterada, e mesmo rocha sã, no fundo da voçoroca.
Nestas condições, não é armazenada água suficiente na microbacia para posteriormente sustentar o
fluxo de base. Portanto, define-se um cenário onde a capacidade de armazenamento já é baixa,
acentuado pela dificuldade de infiltração.
As microbacias B8 e B8.1 foram ainda analisadas em termos de vazão total (fluxo de base +
fluxo superficial) e constatou-se que a vazão específica média anual é 64% maior na B8.1, mesmo sob
iguais alturas pluviométricas. Assim, na microbacia com voçoroca (B8.1) a produção total de água é
maior, porém o fluxo de base específico é menor (tabela 6.3). Isto indica que na B8 há infiltração mais
eficiente capaz de abastecer o aqüífero, enquanto na B8.1 a água se infiltra em menor quantidade,
predominando o escoamento superficial, fato confirmado pelo baixo BFI.
E, como discutido no item 7.1, na microbacia B8.1 a recarga é mais lenta, o que pode ser
atribuído a mais uma conseqüência de voçoroca.
119
Frente às análises e cruzamento dos dados, é evidente o impacto das voçorocas no regime
hidrológico. Os fluxos de cheia são maiores causando enchentes, perda de solo etc, e a água não
infiltra, diminuindo o armazenamento e as condições de recarga e, conseqüentemente, tendendo a
diminuir o fluxo de base. Adicionalmente, tem-se a perda considerável de regolito, ou seja, de parte do
aqüífero superficial poroso. Enchentes severas e vazões cada vez menores no período de estiagem, um
cenário que tem sido descrito no mundo todo com cada vez mais freqüência (e.g. Chen et al. 2001).
A diminuição do fluxo de base apresenta impactos potenciais graves: aumenta sedimentação
mudando a morfologia do canal e mesmo aumentando a poluição; afeta a distribuição e abundância da
biota; e a própria diminuição da disponibilidade de água para humanidade. Os impactos antrópicos
sobre fluxo de base não estão totalmente entendidos e quantificados, dado que cada combinação de
processos naturais e impactos antrópicos tem um efeito diferente sobre o fluxo de base.
Outro aspecto a ser considerado é que as voçorocas provocam o rebaixamento do lençol
freático em suas adjacências definindo o cone de depressão com inevitáveis efeitos sobre o fluxo de
base. Este processo de pode ser comparado com o que acontece artificialmente com o nível d’água nas
cavas das minerações.
120
CAPÍTULO 8
CONCLUSÕES
No monitoramento dos dados hidrológicos, os vertedores portáteis sugeridos pelo USGS
(Rantz 1982) mostraram-se altamente confiáveis na determinação de pequenas vazões nas microbacias
e de grande praticidade. Os pluviômetros alternativos também apresentaram ótimos resultados.
As condições dos fluxos hídricos subterrâneos foram estabelecidas indiretamente por meio de
informações hidrológicas e hidroquímicas. Em especial, a análise da curva de recessão forneceu
elementos importantes sobre as condições dos aqüíferos e do potencial hídrico das bacias.
Os métodos utilizados na determinação dos índices hídricos apresentaram-se adequados, sendo
que apenas o método da correlação, utilizado para determinar o coeficiente de recessão, mostrou-se
impreciso quando aplicado à séries fluviométricas relativamente pequenas. O método Matching Strip,
também utilizado para determinar o grau de inclinação da curva de recessão, apresentou maior
precisão e valores mais coerentes com os obtidos pelo tradicional método de Barnes. Da mesma
forma, o método Smoothed minima também apresentou resultados coerentes, embora haja diferenças
com os obtidos pelo método de Barnes em conseqüência do próprio princípio de cada método.
Utilizando-se da equação de Maillet e Rorabaugh, assumindo-se todas as condições
pressupostas, foi possível estimar a difusividade e ainda indicar possíveis valores para a
transmissividade das microbacias. Contudo, deve-se lembrar que embora a equação de Maillet seja
amplamente utilizada por ser de mais fácil tratamento matemático, sua aplicação é mais fiel nos
estágios finais da recessão. As equações quadráticas tendem a fornecer valores mais exatos da
transmissividade e coeficiente de armazenamento para toda a recessão (Dewandel et. al. 1993).
Enfim, a partir de informações do meio hídrico superficial, conseguiu-se definir parcialmente
as condições dos aqüíferos, reforçando a importância da interconexão entre os fluxos superficiais e
subterrâneos. Trata-se de uma forma de investigação de custo relativamente baixo e cujos dados
iniciais, explicitamente a vazão, por vezes, já existem em bancos de dados hidrológicos. Dado ainda
que esta inter-relação deve ser considerada na gestão dos recursos hídricos, trata-se de uma ferramenta
de análise que merece continuidade dos estudos.
Em termos das variáveis que participam da definição do potencial hídrico de uma bacia
hidrográfica, vale destacar que, além numerosas, atuam de forma integrada, tendo geralmente seus
efeitos superimpostos. Conseqüentemente, a determinação do grau de influência de cada fator e a
avaliação do potencial hídrico de uma bacia a partir de suas características são tarefas complexas.
Contudo, frente às análises dos dados expostos e discutidos neste trabalho, considerando as limitações
e ressalvas, e levando-se em conta ainda que as interpretações são suportadas por evidências de
campo, pode-se concluir que:
Microbacias estruturadas em terreno granito-gnáissico tendem a apresentar maior potencial
de produção de água que microbacias em xistos e filitos.
Em termos de condicionantes geomorfológicos, sob mesmas condições geológicas, bacias
com maior slope index, ou seja, com relevo mais acentuado, tendem a um menor potencial
hídrico.
Considerando que, em geral, o manto de intemperismo é mais espesso em terrenos granitognáissicos e com relevo mais plano, esta característica (resultado de interações, em especial,
do clima e da própria geologia e geomorfologia) contribui para o maior potencial hídrico de
uma bacia
Sob mesmas condições geológicas, as formas de uso e ocupação do solo presentes nas
microbacias não se destacaram como diferencial no potencial hídrico das mesmas (não
considerando aqui a presença de feições erosivas). Porém, esse resultado não pode ser
interpretado como uma falta de influência do uso e ocupação do solo em relação à produção
de água. Seriam necessários estudos mais extensos para uma interpretação mais precisa,
inclusive abordando o efeito temporal a partir do qual é mais evidente a inter-relação
dinâmica existente entre as características físicas, uso e ocupação e água.
As voçorocas provocam intensos impactos sobre o regime hidrológico, com diminuição do
fluxo de base e picos de cheia pronunciados, caracterizando um cenário em desequilíbrio.
Esses impactos ganham maiores proporções quando se considera a elevada concentração do
fenômeno de voçorocamento no CMB, unidade que representa cerca de 20% do Alto rio das
Velhas.
122
A influência específica da geologia na produção de água das bacias com dados hidrológicos
históricos não foi claramente identificada. São bacias que apresentam relativa diversidade litológica,
cujas contribuições podem estar se superpondo, e também estão localizadas próximas à
megaestruturas, que podem igualmente estar influenciando no comportamento dos fluxos hídricos.
Adicionalmente, as características geomorfológicas e de uso e ocupação do solo destas bacias, que
também interferem nos resultados, não puderam ser analisadas.
O conhecimento das variáveis que interferem no potencial hídrico de uma bacia constitui
ferramenta essencial no contexto de gestão dos recursos hídricos. Assim, pretende-se que as
informações aqui apresentadas possam contribuir para o melhor gerenciamento dos recursos hídricos,
fornecendo subsídios para determinação de estratégias de exploração, bem como em ações de
preservação.
Diante das dificuldades e limitações encontradas, pode-se listar algumas recomendações para
trabalhos futuros:
- Caracterização mais detalhada das formas de uso e ocupação do solo na investigação de suas
influências no potencial hídrico de bacias;
- Monitoramento hidroquímico mais contínuo visando interpretações mais minuciosa a respeito das
condições dos fluxos;
- Utilização de software específico para aplicação da técnica smoothed minima, viabilizando sua
aplicação para séries fluviométricas extensas;
- Aplicação de equações quadráticas para descrever o comportamento do fluxo e comparação com a
equação de Maillet;
123
124
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129
130
ANEXO I
DEFINIÇÃO DE ALTURA PLUVIOMÉTRICA E
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DE VAZÃO EM PEQUENAS DRENAGENS
I.1 - Altura pluviométrica
A medida da chuva é dada pela altura pluviométrica, definida como a “espessura média da
lâmina d’água precipitada sobre uma superfície ideal plana e horizontal, considerando que não haja
perdas”, ou seja, é a quantidade de água precipitada por unidade de área horizontal se esta se
mantivesse sem evaporar, escoar ou infiltrar (Garcez 1974, Custodio & Llamas 1976). A altura
pluviométrica de 1mm é a quantidade de precipitação correspondente ao volume de 1L/m2. Para
obtenção desta variável, existem dois tipos fundamentais de aparelhos: pluviômetros, para medidas
diárias, e pluviógrafos, sistema de registro contínuo. A altura pluviométrica é determinada pela
relação:
P = 10 *
V
A
Onde: P = altura pluviométrica (mm)
V = volume de chuva captado (mL ou cm3)
A = área de interceptação da chuva - abertura do pluviômetro (neste trabalho, A = 76,32cm2)
I.2 – Métodos de determinação de vazão em pequenas drenagens
A vazão de um rio é definida como o volume de água que passa por certo ponto de seu
percurso em um determinado intervalo de tempo. Há várias técnicas para sua determinação em
pequenos córregos, entre elas as calhas Parshall (e.g. Silveira & Tucci 1998), régua linimétrica,
vertedores etc. A escolha deve ser em função principalmente do objetivo do trabalho e precisão
requerida; da dimensão da bacia monitorada; e disponibilidade de recursos.
A seguir, tem-se a descrição de algumas destas técnicas, com ênfase para as que foram
utilizadas no trabalho.
I.2.1 - Método volumétrico
O método volumétrico (ou por capacidade) consiste em um processo simples e de grande
acurácia (Rantz 1982), mas que tem aplicação apenas em drenagens de pequena vazão. Em geral, a
vazão máxima confiável que se consegue determinar por este método é de 10 L/s (Feitosa & Manoel
Filho 1997), embora a ABNT (1995) não o recomende para vazões acima de 5 L/s.
O método consiste em medir o tempo necessário para encher um recipiente de volume
conhecido, sendo recomendado fazer, no mínimo, três medições. A medida do tempo deve ser precisa,
pois para pequenas vazões, diferença de alguns segundos pode ocasionar um erro considerável no
cálculo da vazão. Considerando um erro máximo aceitável de 5% e que, em média, o erro na
determinação do tempo gasto é de 1 segundo, deve-se ter um tempo de no mínimo 20 segundos para
preencher o recipiente (Feitosa & Manoel Filho 1997). Portanto, deve-se escolher um recipiente
adequado, nem tão pequeno que proporcione erros, nem tão grande que dificulte as medidas.
I.2.2 - Métodos baseados na determinação da velocidade de fluxo
A vazão (Q), sendo o produto da velocidade média do fluxo em uma seção (v) pela área (A)
desta seção (Q = v * A), pode ser determinada indiretamente por meio destas duas variáveis. A
velocidade (v) pode ser definida por vários métodos, entre os quais:
• Processo do flutuador - Consiste em determinar a velocidade média do fluxo a partir do tempo
gasto por um objeto que flui com a corrente em uma extensão conhecida do canal
• Molinetes – São aparelhos que fornecem a velocidade de maneira rápida e precisa. Consiste em
uma hélice (molinete de Woltmann) ou uma rodinha com conchas (Molinete de Price) que gira
sob a ação do fluxo e o movimento é transmitido a um contador de ciclos através de
engrenagens. Para cursos d’água menores utiliza-se versões reduzidas destes aparelhos,
conhecidos como micro-molinetes.
• Químico – Mede-se o tempo gasto para dissipação (diluição) de traçadores químicos em um
determinado intervalo da drenagem (Rantz 1982)
I.2.3 – Vertedores
Vertedor (vertedouro ou
descarregador) é, essencialmente, uma
barreira interposta
perpendicularmente ao fluxo, com uma abertura na parte superior de forma geométrica definida,
através da qual a água verterá livremente após elevar-se à montante devido à presença do próprio
obstáculo. A altura da lâmina d’água que passará sobre a abertura será compatível com a vazão
descarregada (Custodio & Llamas 1976, Porto 2001). Um vertedor apresenta a seguinte
configuração (Figura I.1):
132
W
L
h
P
B
Figura I.1: Principais elementos geométricos em um vertedor
Onde: L (crista ou soleira) = borda inferior da abertura (deve estar sempre na posição horizontal)
P (altura do vertedor) = diferença de cota entre a soleira e o fundo do canal de chegada
h (carga sobre a soleira) = altura da lâmina d’água sobre a soleira
W (ombreira) – distância entre abertura e a extremidade do vertedor
B = largura do vertedor
A classificação dos vertedores é feita com base em várias características:
1) Quanto à forma geométrica da abertura: retangulares, trapezoidais (Cipoletti), triangulares etc.
2) Quanto à espessura (e) da parede: quando o vertedor tem espessura reduzida em relação à lâmina
vertente (em geral e < 2/3 h), o vertedor é denominado de parede delgada. Quando a espessura é
representativa (em geral e > 2/3 h), tem-se o vertedor de parede espessa (Porto 2001).
3) Quanto à natureza da lâmina (Custodio & Llamas 1976, Delmée 1983, Porto 2001):
•
Lâmina livre (ou aerada): quando o lençol cai livremente à jusante, permitindo a circulação
de ar sob a lâmina d’água vertente.
•
Lâmina deprimida: quando a pressão abaixo da lâmina d’água é inferior à pressão
atmosférica devido à aeração insuficiente e a lâmina vertente se aproxima do vertedor.
•
Lâmina aderente: neste caso também não há circulação de ar sob a lâmina que se
encontrará aderida na parede jusante do vertedor.
•
Vertedor incompleto (mergulhado ou submerso): ocorre quando o nível da água à jusante é
superior ao nível da soleira.
4) Quanto à largura relativa da soleira: quando a largura da soleira é igual à largura do canal têm-se os
vertedores sem contração lateral e quando é menor tem-se o vertedor com contração lateral.
133
A instalação do vertedor requer alguns cuidados para que se obtenham valores com acurácia.
Quando a instalação e operação se dão de maneira correta, o percentual de precisão chega a 98%
(Feitosa & Manoel Filho 1997). Entre as condições que devem ser obedecidas, têm-se (Custodio e
Llamas 1976, Porto 2001):
1. O vertedor deve ser instalado perpendicularmente à direção do fluxo e na posição vertical;
2. O local de instalação do vertedor deve ser precedido por um trecho retilíneo e uniforme do canal,
garantindo a distribuição uniforme da velocidade na chegada;
3. A largura da soleira deve ser, no mínimo, igual a três vezes a carga (L ≥ 3h) (Porto 2001);
4. O dimensionamento de um vertedor deve ser tal que o valor de h esteja entre 3 e 30 cm (Delmeé
1983). Porém, Porto (2001) indica um intervalo de valores maiores: 2 cm ≤ h ≤ 50 cm;
5. O canal deve ter paredes com alturas suficientes para conter o volume de água acumulado.
Outra questão a ser observada é que a lâmina vertente ao adquirir velocidade em direção à
soleira, sofre um processo de “convergência vertical dos filetes”, havendo uma contração da veia
líquida que passa no vertedor (Porto 2001, Custodio e Llamas 1976). Assim, a medida da carga (h) na
seção de instalação do vertedor não corresponde à altura real do nível d’água a montante. As
recomendações de quão distante à montante deve ser tomada a medida de h para que esta não sofra
influência da depressão da lâmina variam de 3 a 6 vezes o valor de h (Custodio & Llamas 1976, Daker
1987, Neto & Alvarez 1988, Porto 2001). Segundo Daker (1987), pode-se determinar h na seção do
vertedor e corrigir o valor segundo a fórmula (sendo h o valor tomado na seção do vertedor e H o valor
real):
H = 7/6 h = 1,167 h (Para vertedores de parede delgada)
H = 3/2 h = 1,50 h (Para vertedores de parede espessa)
A seguir têm-se as fórmulas válidas para os tipos de vertedor de lâmina livre usados neste
trabalho, cabendo ressaltar que não é do escopo deste aprofundar-se nas deduções.
I.2.3.1 - Vertedor retangular
Para o vertedor retangular de parede delgada sem contração lateral, tem-se a fórmula de
Francis (Porto 2001) (Q [m3/s]; H [m]; L [m]):
Q = 1,838 Lh 3 / 2
134
No vertedor com contração lateral a lâmina d’água se contrai ao passar na abertura do
vertedor que tem largura (L) menor que a largura do canal. A contração lateral em um vertedor
retangular é igual a 1/10 da carga h. Para duas contrações tem-se, então, que a largura a qual o
escoamento efetivamente ocupa é de (L – 2/10h). Assim a Fórmula de Francis fica (sujeito a P > 3,5h):
Q = 1,838( L − 0,2h)h 3 / 2
I.2.3.2 - Vertedor triangular
O vertedor triangular é recomendado para vazões abaixo de 30 L/s, cujas cargas estão entre
0,06 e 0,50 m (Delmée 1983, Porto 2001), embora a NBR 13403 (ABNT 1995) sugira seu uso para
vazões de até 300 L/s. A precisão do vertedor triangular é maior que a dos outros tipos, pois para
pequenas variações no deflúvio tem-se uma variação apreciável da carga (h). É importante garantir que
a bissetriz do ângulo de abertura fique na posição vertical. A equação fundamental da vazão para todos
vertedores triangulares de parede delgada e lâmina livre é (Delmée 1983, Porto 2001):
Q=
8
α 
C d 2 g tg  h 5 / 2
15
2
Quando α = 90º, que é a configuração mais usada, tem-se as seguintes fórmulas (Custodio & Llamas
1976, Neves 1982, Netto & Alvarez 1988, Feitosa & Manoel Filho 1997, Porto 2001):
Tabela I.1: Fórmulas propostas para vertedores triangulares com α = 90º
Fórmulas
Sujeições
Fórmula de Thompson
Q = 1,4 h5/2
0,05 < h < 0,38m; P > 3h; b < h
Fórmula de Gourley e Crimp
Q= 1,32 h2,47
0,05 < h < 0,38; P > 3h; b > 6h
Fórmula de Barnes
Q = 1,34 h 2,48
No presente trabalho, foram testadas as três fórmulas e comparadas com o valor obtido pelo
método volumétrico. A fórmula que forneceu resultados mais próximos foi a de Gourley e Crimp para
todos os vertedores triangulares utilizados.
135
I.2.3.2 - Vertedor trapezoidal
O mais usado é o Vertedor de Cipoletti, cujo trapézio é isóscele com inclinação das faces tal
que “compense a diminuição de vazão devido ao efeito da contração lateral do vertedor retangular de
mesma largura de soleira”. Para tanto deve-se ter a inclinação horizontal/vertical de 1/4. Nessas
condições o vertedor Cipoletti funciona como um retangular sem contrações (sujeito à 0,08 < h<
0,60m; L > 3h; P>3h ) (Neves 1982, Daker 1987, Porto 2001):
Q = 1,86 Lh 3 / 2
136
ANEXO II
Vertedor tipo retangular
VERTEDORES PORTÁTEIS UTILIZADOS NAS MICROBACIAS
5cm
5cm
30cm
30cm
30cm
Parte destinada à fixação
nas margens do canal.
15cm
30cm
60cm
B1
10cm
30cm
Microbacia B3
Cór. Maracujá com voçoroca
Microbacia B3.1
Cór. Maracujá sem voçoroca
27,5cm
30cm
27,5cm
20cm
B6
15cm
60cm
8.75cm
7,5cm
40cm
30cm
30cm
7cm
10cm
Microbacia B4
Cór. Canal
40cm
7cm
35cm
60cm
40cm
40cm
15cm
B4
10cm
75cm
40cm
B1
35cm
12cm
10cm
70 cm
Microbacia B1 (canal principal)
Cór. Soledade
10cm
20cm
20cm
10cm
40cm
30,48cm
53,40cm
60°
B8
10cm
22,86cm
B5
40cm
40cm
70cm
90°
Microbacia B8
Sg. Minas sem voçoroca
25,48cm
30cm
Microbacia B5
CDB
20cm
40cm
110cm
Microbacia B2
Barrero
15,25 cm
15,25 cm
70cm
5cm
70cm
~18cm
55,48cm
.1
B8
30 cm
200,96cm
137
55,48cm
90°
30,48cm
o
20,75 cm
90
B2
Microbacia B8.1
Sg Minas com voçoroca
12,75 cm
5cm
8 cm
Vertedores tipo triangular com abertura
de 90o, exceto para B8 cuja abertura é de 60o
40cm
25,48cm
7,5cm
30cm
12.5cm
50cm
B3
8,75cm
30cm
10cm
20cm
35cm
12,5cm
Microbacia B 6
Cór. Peixoto
7cm
7,5cm
60cm
.1
32,5cm
20cm
B3
30cm
32,5cm
17cm
35cm
20cm
Vertedores tipo trapezoidal Cipoletti
7cm
7cm
138
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
02 de março
terça-feira
03 de março
quarta feira
04 de março
quinta feira
5 de março
sexta feira
06 de março
sábado
7 de março
domingo
8 de março
segunda-feira
9 de março
terça-feira
10 de março
quarta feira
11 de março
quinta feira
12 de março
sexta feira
13 de março
sábado
14 de março
domingo
15 de março
segunda-feira
HORA
(manhã)
01 de março
segunda-feira
DIA
mL
mês: março/ 2004
139
31 de março
quarta-feira
30 de março
terça-feira
29 de março
segunda-feira
28 de março
domingo
27 de março
sábado
26 de março
sexta-feira
25 de março
quinta-feira
24 de março
quarta-feira
23 de março
terça-feira
22 de março
segunda-feira
21 de março
domingo
20 de março
sábado
19 de março
sexta-feira
18 de março
quinta-feira
17 de março
quarta-feira
16 de março
terça-feira
DIA
Responsável =
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
07:00
HORA
(manhã)
Bacia ___________________ Área de intercepção =
Início do monitoramento =
Planilha de monitoramento PLUVIOMÉTRICO (P)
mL
18 de maio
terça-feira
19 de maio
quarta-feira
20 de maio
quinta-feira
21 de maio
sexta-feira
22 de maio
sabado
23 de maio
domingo
24 de maio
segunda-feira
25 de maio
terça-feira
26 de maio
quarta-feira
27 de maio
quinta-feira
28 de maio
sexta-feira
29 de maio
sabado
30 de maio
domingo
03 de maio
segunda-feira
04 de maio
terça-feira
5 de maio
quarta-feira
6 de maio
quinta-feira
7 de maio
sexta-feira
8 de maio
sabado
9 de maio
domingo
10 de maio
segunda-feira
11 de maio
terça-feira
12 de maio
quarta-feira
13 de maio
quinta-feira
14 de maio
sexta-feira
15 de maio
sabado
31 de maio
segunda-feira
17 de maio
segunda-feira
DIA
02 de maio
domingo
ALTURA
(cm)
16 de maio
domingo
HORA
01 de maio
sabado
DIA
mês:maio / 2003
Córrego =
Responsável =
Obs.:
Bacia ___________________ Tipo de Vertedor =
Início do monitoramento =
HORA
Planilha de monitoramento FLUVIOMÉTRICO (Q)
ALTURA
(cm)
ANEXO III
PLANILHAS DE MONITORAMENTO
140
ANEXO IV
BALANÇO IÔNICO NAS MICROBACIAS
Cátions
microbacia - mês
Ânions
Erro(%)
Σ
Σ
(Custodio
SO4
HCO3 cátions ânions
Na
K
Mg
Ca
Cl
& Llamas
1976)
meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L
+
+
+2
+2
-
-2
-
B 1 - maio
B 1.1 - maio
B 2 - maio
B 3 - maio
B 3.1 -maio
B 4 - maio
B 5 - maio
B 6 - maio
B 8 -maio
B 8.1 - maio
0,211
0,174
0,354
0,098
0,089
0,129
0,163
0,176
0,010
0,009
0,038
0,026
0,036
0,035
0,028
0,031
0,031
0,016
0,003
0,008
0,064
0,089
0,057
0,046
0,009
0,013
0,055
0,176
0,002
0,003
0,090
0,102
0,186
0,056
0,022
0,035
0,062
0,109
0,008
0,004
0,141
0,071
0,071
0,092
0,071
0,071
0,056
0,071
0,063
0,071
x
x
x
x
x
x
x
x
0,027
x
0,391
0,431
0,599
0,255
0,188
0,267
0,326
0,446
0,154
0,099
0,403
0,391
0,633
0,234
0,147
0,208
0,311
0,477
0,024
0,024
0,532
0,502
0,670
0,347
0,259
0,338
0,382
0,516
0,244
0,170
27,59
24,79
5,74
38,73
54,83
47,79
20,71
7,95
164,83
150,76
B 1 - junho
B 1.1 - junho
B 2 - junho
B 3 - junho
B 3.1 -junho
B 4 - junho
B 5 - junho
B 6 - junho
B 8 -junho
B 8.1 - junho
0,227
0,178
0,357
0,092
0,086
0,124
0,169
0,181
0,021
0,009
0,033
0,029
0,064
0,033
0,028
0,031
0,031
0,016
0,007
0,008
0,056
0,095
0,083
0,041
0,006
0,012
0,051
0,175
0,013
0,003
0,082
0,119
0,266
0,046
0,013
0,033
0,061
0,114
0,019
0,005
0,085
0,056
0,056
0,063
0,056
0,056
0,049
0,056
0,049
0,049
x
x
x
x
x
x
x
x
0,048
x
0,375
0,437
0,780
0,233
0,192
0,233
0,342
0,484
0,180
0,132
0,397
0,421
0,770
0,213
0,133
0,200
0,313
0,486
0,060
0,025
0,459
0,494
0,836
0,296
0,249
0,289
0,392
0,540
0,277
0,181
14,47
15,88
8,25
32,90
60,41
36,49
22,40
10,58
128,93
151,65
B 1 - julho
B 1.1 - julho
B 2 - julho
B 3 - julho
B 3.1 -julho
B 4 - julho
B 5 - julho
B 6 - julho
B 8 -julho
B 8.1 - julho
0,189
0,177
0,355
0,095
0,088
0,125
0,174
0,189
0,000
0,006
0,047
0,031
0,047
0,053
0,030
0,033
0,030
0,018
0,008
0,003
0,078
0,070
0,068
0,049
0,005
0,012
0,049
0,160
0,016
0,007
0,121
0,101
0,269
0,057
0,013
0,035
0,064
0,124
0,022
0,014
0,085
0,071
0,071
0,092
0,071
0,078
0,085
0,099
0,092
0,071
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
0,521
0,446
0,770
0,271
0,215
0,231
0,358
0,512
0,203
0,164
0,434
0,378
0,738
0,253
0,136
0,204
0,316
0,490
0,046
0,031
0,605
0,516
0,840
0,363
0,285
0,308
0,443
0,611
0,294
0,235
32,86
30,76
12,89
35,55
71,00
40,61
33,37
22,01
146,26
153,15
B 1 - agosto
B 1.1 - agosto
B 2 - agosto
B 3 - agosto
B 3.1 -agosto
B 4 - agosto
B 5 - agosto
B 6 - agosto
B 8 -agosto
B 8.1 - agosto
0,193
0,187
0,392
0,087
0,090
0,128
0,174
0,178
0,000
0,000
0,046
0,049
0,073
0,046
0,037
0,041
0,036
0,028
0,005
0,010
0,053
0,067
0,068
0,046
0,005
0,011
0,051
0,176
0,011
0,021
0,094
0,108
0,242
0,051
0,012
0,031
0,068
0,126
0,017
0,027
0,085
0,071
0,099
0,071
0,071
0,071
0,071
0,092
0,071
0,078
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
0,459
0,512
0,803
0,275
0,261
0,243
0,389
0,604
0,237
0,188
0,386
0,412
0,775
0,230
0,144
0,212
0,329
0,508
0,033
0,058
0,544
0,583
0,902
0,346
0,331
0,314
0,459
0,696
0,308
0,265
33,99
34,45
15,16
40,41
78,86
38,56
32,90
31,14
161,22
128,56
141
continuação:
Cátions
Ânions
microbacia - mês
Erro(%)
Σ
Σ
(Custodio
cátions
ânions
Na
K
Mg
Ca
Cl
& Llamas
1976)
meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L
B 1 - set - out/03
B 1.1 - set - out/03
B 2 - set - out/03
B 3 - set - out/03
B 3.1 -set - out/03
B 4 - set - out/03
B 5 - set - out/03
B 6 - set - out/03
B 8 -set - out/03
B 8.1 - set - out/03
0,260
0,188
0,488
0,101
0,101
0,128
0,193
0,203
0,006
0,000
0,061
0,052
0,048
0,041
0,021
0,025
0,034
0,015
0,004
0,013
0,073
0,058
0,122
0,049
0,008
0,012
0,060
0,151
0,015
0,040
0,143
0,106
0,428
0,061
0,018
0,041
0,083
0,141
0,024
0,057
0,141
0,085
0,085
0,127
0,099
0,099
0,085
0,085
0,113
0,085
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
0,544
0,557
1,181
0,340
0,242
0,263
0,399
0,553
0,265
0,221
0,537
0,403
1,085
0,252
0,147
0,206
0,370
0,510
0,049
0,110
0,685
0,641
1,266
0,467
0,340
0,361
0,484
0,637
0,378
0,305
24,30
45,59
15,39
59,71
79,16
54,83
26,78
22,15
154,42
94,36
B 1 - nov/03
B 1.1 - nov/03
B 2 - nov/03
B 3 - nov/03
B 3.1 -nov/03
B 4 - nov/03
B 5 - nov/03
B 6 - nov/03
B 8 -nov/03
B 8.1 - nov/03
0,263
0,177
0,350
0,096
0,097
0,124
0,150
0,171
0,000
0,007
0,044
0,052
0,012
0,040
0,025
0,027
0,027
0,014
0,006
0,011
0,058
0,042
0,089
0,054
0,011
0,015
0,037
0,181
0,018
0,016
0,124
0,072
0,327
0,065
0,021
0,047
0,048
0,136
0,026
0,023
0,106
0,099
0,078
0,085
0,085
0,092
0,085
0,092
0,099
0,106
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
0,340
0,431
0,872
0,290
0,258
0,275
0,300
0,557
0,235
0,179
0,488
0,343
0,778
0,255
0,154
0,214
0,262
0,502
0,050
0,057
0,446
0,529
0,950
0,375
0,343
0,367
0,385
0,649
0,334
0,284
9,00
42,79
19,88
37,88
76,12
52,51
37,91
25,37
147,90
133,30
B 1 - dez/03 - jan/04
B 1.1 - dez/03 - jan/04
B 2 - dez/03 - jan/04
B 3 - dez/03 - jan/04
B 3.1 -dez/03 - jan/04
B 4 - dez/03 - jan/04
B 5 - dez/03 - jan/04
B 6 - dez/03 - jan/04
B 8 -dez/03 - jan/04
B 8.1 - dez/03 - jan/04
0,197
0,172
0,321
0,092
0,087
0,129
0,159
0,153
0,007
0,007
0,031
0,043
0,010
0,037
0,026
0,034
0,033
0,018
0,003
0,009
0,120
0,055
0,220
0,056
0,014
0,020
0,055
0,245
0,013
0,022
0,165
0,067
0,724
0,066
0,023
0,055
0,058
0,144
0,019
0,027
0,078
0,071
0,071
0,071
0,085
0,099
0,071
0,071
0,099
0,099
x
x
0,151
x
x
x
x
x
x
x
0,626
0,420
1,677
0,345
0,271
0,311
0,343
0,593
0,219
0,181
0,512
0,338
1,273
0,251
0,150
0,239
0,305
0,560
0,043
0,065
0,704
0,491
1,899
0,415
0,356
0,410
0,413
0,663
0,317
0,279
31,57
36,98
39,44
49,22
81,54
52,59
29,95
16,92
152,42
124,89
B 1 - fev mar abr/04
B 1.1 - fev mar abr/04
B 3.1 -fev mar abr/04
B 8 -fev mar abr/04
B 8.1 - fev mar abr/04
0,208
0,197
0,334
0,098
0,090
0,135
0,163
0,160
0,013
0,009
0,029
0,033
0,045
0,034
0,027
0,035
0,035
0,017
0,004
0,008
0,085
0,077
0,120
0,048
0,012
0,020
0,062
0,213
0,010
0,028
0,148
0,094
0,407
0,061
0,021
0,050
0,070
0,125
0,017
0,030
0,071
0,042
0,042
0,085
0,071
0,056
0,056
0,042
0,042
0,085
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
0,589
0,506
0,849
0,301
0,288
0,327
0,407
0,581
0,234
0,223
0,470
0,401
0,906
0,241
0,151
0,240
0,330
0,516
0,044
0,076
0,660
0,548
0,891
0,386
0,359
0,383
0,464
0,624
0,276
0,308
33,54
31,10
1,66
46,20
81,39
45,95
33,80
18,94
144,80
120,75
+
+
+2
142
+2
-
SO4
-2
HCO3
-
ANEXO V
VARIAÇÃO IÔNICA E PARÂMETROS FÍSÍCO-QUÍMICOS DAS MICROBACIAS
Variação das concentrações dos ânions nas microbacias ao longo do ano:
Mês
referente
Cloreto - Cl- (mg/L)
Sulfato - SO42- (mg/L)
Alcalinidae - HCO3- (mg/L)
data de
coleta
mai/03
jun/03
jul/03
ago/03
set
out/03
nov/03
dez/03
jan/04
fev/mar/
abr/04
03/06/03 30/06/03 30/07/03 28/08/03 31/10/03 30/11/03 27/01/04 30/04/04
B1
25,1
24,8
29,5
29,6
33,6
23,5
31,9
33,4
B2
36,6
47,6
47,0
49,0
72,1
53,2
102,3
51,8
B3
15,6
14,2
16,6
16,8
20,8
17,7
21,0
18,4
B 3.1
11,5
11,7
13,1
15,9
14,7
15,8
16,5
17,6
B4
16,3
14,2
14,1
14,9
16,0
16,8
19,0
20,0
B5
19,9
20,9
21,9
23,7
24,4
18,3
20,9
24,9
B6
27,2
29,5
31,3
36,9
33,7
34,0
36,2
35,5
B8
9,4
11,0
12,4
14,5
16,2
14,4
13,3
14,3
B 8.1
6,1
8,0
10,0
11,5
13,5
10,9
11,0
13,6
B1
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
B2
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
7,26
<L.Q.
B3
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
B 3.1
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
B4
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
B5
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
B6
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
B8
1,29
2,29
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
B 8.1
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
<L.Q.
B1
3,75
2,50
2,75
2,75
4,00
3,62
2,62
2,00
B2
2,50
2,00
2,50
3,50
3,00
2,75
2,50
1,50
B3
3,25
2,25
3,25
2,50
4,50
3,00
2,50
3,00
B 3.1
2,50
2,00
2,50
2,50
3,50
3,00
3,00
2,50
B4
2,50
2,00
2,75
2,50
3,50
3,25
3,50
2,00
B5
2,00
1,75
3,00
2,50
3,00
3,00
2,50
2,00
B6
2,50
2,00
3,50
3,25
3,00
3,25
2,50
1,50
B8
2,25
1,75
2,50
2,50
4,00
3,50
3,50
1,50
B 8.1
2,50
1,75
3,25
2,75
3,00
3,75
3,50
3,00
* L.Q. = Limite de Quantificação.
Cloreto: L.Q. = 1,0 mg/L e Sulfato: L.Q = 1,0 mg/L
143
LQ
Na
mg/L
0,15
Mg
mg/L
0,01
K
mg/L
0,05
Ca
mg/L
0,01
mai/03
jun/03
jul/03
ago/03
set out/03
nov/03
dez03/jan04
fev mar abr/04
média do período
B1
4,42
4,66
4,21
4,37
5,15
5,06
4,24
4,66
4,60
0,93
0,92
0,90
0,73
0,79
0,61
1,07
0,98
0,86
1,27
1,20
1,52
1,86
2,21
1,87
1,45
1,22
1,57
1,93
2,01
2,22
2,02
2,50
1,96
2,32
2,42
2,17
B2
8,14
8,21
8,15
9,02
11,21
8,05
7,37
7,67
8,48
0,70
1,00
0,82
0,82
1,48
1,08
2,67
1,45
1,25
1,40
2,49
1,83
2,85
1,86
0,46
0,37
1,78
1,63
3,72
5,34
5,40
4,84
8,57
6,56
14,50
8,16
7,14
B3
2,25
2,11
2,18
2,00
2,32
2,20
2,12
2,26
2,18
0,56
0,50
0,59
0,55
0,60
0,66
0,69
0,58
0,59
1,36
1,30
2,08
1,81
1,60
1,57
1,43
1,34
1,56
1,12
0,92
1,14
1,02
1,23
1,31
1,32
1,22
1,16
4,00
4,13
4,04
3,98
4,20
4,18
4,55
4,50
4,20
2,74
2,61
2,73
3,28
2,96
3,74
3,65
3,34
3,13
< L.Q.
6,0
< L.Q.
< L.Q.
< L.Q.
6,5
< L.Q.
< L.Q.
6,3
B3.1
Variação das concentrações dos cátions mais freqüentes nas microbacias ao longo do ano
2,04
1,97
2,02
2,06
2,31
2,24
1,99
2,07
2,09
0,11
0,07
0,06
0,06
0,10
0,13
0,17
0,15
0,11
1,10
1,10
1,18
1,43
0,82
1,00
1,02
1,07
1,09
0,43
0,27
0,25
0,24
0,35
0,41
0,47
0,43
0,36
5,58
5,95
5,80
5,78
5,62
5,43
5,83
5,73
5,72
0,97
1,04
1,17
1,29
1,33
1,29
1,57
1,18
1,23
2,96
2,86
2,87
2,95
2,95
2,86
2,97
3,10
2,94
0,15
0,15
0,14
0,14
0,15
0,18
0,25
0,24
0,18
1,23
1,21
1,29
1,62
0,97
1,07
1,33
1,37
1,26
0,69
0,65
0,69
0,62
0,82
0,95
1,11
1,01
0,82
6,42
6,48
6,22
6,27
6,37
6,09
6,67
6,31
6,35
mai/03
jun/03
jul/03
ago/03
set out/03
nov/03
dez03/jan04
fev mar abr/04
média do período
mai/03
jun/03
jul/03
ago/03
set out/03
nov/03
dez03/jan04
fev mar abr/04
média do período
mai/03
jun/03
jul/03
ago/03
set out/03
nov/03
dez03/jan04
fev mar abr/04
média do período
mai/03
jun/03
jul/03
ago/03
set out/03
nov/03
dez03/jan04
fev mar abr/04
média do período
B4
Elementos
Si
mg/L
0,02
Al
µg/L
4,0
Mn
µg/L
4,0
Fe
µg/L
9,3
Zn
µg/L
2,3
Ba
µg/L
0,2
6,27
0,69 < L.Q.
6,03 < L.Q.
5,0
5,73
0,56 < L.Q.
6,17
0,66
2,6
5,86
0,57
7,2
6,48
0,51
6,3
6,93 <L.Q. < L.Q.
5,95
0,64 < L.Q.
6,18
0,60
5,3
169,5
211,9
188,9
205,7
545,1
361,9
303,2
314,4
287,6
697,6
577,4
537,0
459,5
357,9
593,0
980,5
285,5
561,0
< L.Q.
< L.Q.
7,0
4,5
< L.Q.
3,9
< L.Q.
< L.Q.
5,1
16,7
15,9
19,1
27,2
20,4
23,8
26,6
30,7
22,5
10,32 < L.Q. < L.Q. 192,0
19,2
10,05
0,52 < L.Q. 351,5
38,5
10,26 <L.Q. < L.Q. 305,5 807,0
10,61
0,69
4,8 201,3 730,0
10,74
0,62 < L.Q. 281,8 428,9
10,05
0,76
9,5 224,8 1080,0
9,28
0,50
33,7 1139,0 12593
9,27
0,66 < LQ 592,0
23,9
10,07
0,63
16,0 411,0 1965,1
< L.Q.
< L.Q.
4,1
4,8
< L.Q.
6,5
< L.Q.
< L.Q.
5,1
49,8
64,0
78,1
66,6
86,2
78,0
150,3
108,6
85,2
271,4
225,3
177,7
247,2
206,5
492,4
640,0
252,7
314,2
63,3 < L.Q.
87,8 < L.Q.
66,8
3,7
110,1
5,4
50,4
3,6
122,1
5,1
188,9 < L.Q.
140,2
4,1
103,7
4,4
9,8
11,1
10,9
9,4
13,1
9,3
8,3
11,7
10,4
< L.Q.
< L.Q.
< L.Q.
< L.Q.
< L.Q.
5,0
8,6
8,8
7,5
80,1
88,4
75,9
54,6
66,2
73,4
157,1
103,6
87,4
24,9 < L.Q.
246,6 < L.Q.
1113,0
4,1
417,0
4,6
448,9
5,1
1169,0
7,5
2195,0 < L.Q.
1956,5
20,2
946,4
8,3
6,7
5,2
5,8
5,7
7,7
10,5
9,3
7,3
7,3
0,98
13,0
1,02
20,2
1,08
4,3
0,99
4,3
1,09
6,4
1,13
29,6
1,23 < L.Q.
1,32
25,6
1,10
14,8
36,3
31,4
31,7
18,6
34,3
47,3
91,5
56,8
43,5
144
Li
µg/L
0,5
86,8
79,4
41,7
133,5
111,9
170,6
121,0
122,8
108,5
< L.Q.
< L.Q.
3,5
< L.Q.
3,1
3,6
< L.Q.
< LQ
3,4
6,7
6,4
7,0
5,0
7,2
8,0
8,7
8,8
7,2
B5
mai/03
jun/03
jul/03
ago/03
set out/03
nov/03
dez03/jan04
fev mar abr/04
média do período
1,22
1,23
1,17
1,41
1,32
1,04
1,30
1,37
1,26
1,24
1,23
1,29
1,37
1,67
0,97
1,17
1,39
1,29
9,55
9,79
9,52
9,27
10,31
8,48
9,21
8,88
9,38
2,31
2,20
2,52
2,56
3,09
2,21
2,00
2,04
2,36
10,6
17,6
5,7
12,6
7,6
75,2
31,8
7,8
21,1
18,5
11,0
9,9
7,1
16,2
8,1
15,9
26,7
14,2
128,5 < L.Q.
84,8 < L.Q.
92,2
3,0
123,3
4,0
136,0
3,4
160,4
4,0
265,4 < L.Q.
154,2 < LQ
143,1
3,6
7,2
6,2
6,7
7,0
8,1
5,3
6,0
8,1
6,8
B6
mai/03
jun/03
jul/03
ago/03
set out/03
nov/03
dez03/jan04
fev mar abr/04
média do período
0,66
0,62
0,59
0,62
0,73
0,45
0,66
0,75
0,64
4,04
4,15
4,34
4,10
4,67
3,92
3,51
3,68
4,05
2,14
2,13
1,94
2,14
1,83
2,20
2,98
2,59
2,24
0,63
0,64
0,70
1,08
0,60
0,56
0,69
0,68
0,70
2,18
2,29
2,48
2,53
2,83
2,73
2,89
2,51
2,55
8,81
8,89
8,90
8,51
9,74
8,25
8,41
7,48
8,62
1,58
1,63
1,98
2,08
2,37
1,74
1,60
1,56
1,82
< L.Q.
< L.Q.
< L.Q.
< L.Q.
< L.Q.
< L.Q.
< L.Q.
< LQ
< LQ
55,9
57,0
71,3
65,5
90,1
87,6
132,6
87,2
80,9
267,9 < L.Q.
159,1 < L.Q.
740,0
5,1
228,0
4,0
210,1
5,3
226,8
4,6
669,0 < L.Q.
400,6 < LQ
362,7
4,8
28,4
29,2
35,1
35,6
41,1
35,2
35,3
30,1
33,8
B8
mai/03
jun/03
jul/03
ago/03
set out/03
nov/03
dez03/jan04
fev mar abr/04
média do período
3,75
3,89
4,00
3,99
4,43
3,45
3,66
3,76
3,87
0,23
0,48
0,15
< L.Q.
0,15
< L.Q.
0,17
0,30
0,25
0,03
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0,16
0,12
0,14
0,12
0,29
0,13
0,19
0,14
0,22
0,12
0,17
0,17
0,16
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0,28
0,35
0,48
0,53
0,39
0,34
0,36
1,83
1,86
1,79
1,82
1,84
1,73
1,83
1,73
1,80
2,41
4,0
2,89
6,0
3,39
5,6
3,25
4,3
4,18
4,9
2,98 < L.Q.
2,10
5,8
2,46
4,7
2,96
5,0
309,7
418,0
428,4
445,3
663,0
538,0
379,5
407,9
448,7
2412,0
2746,0
2725,0
2560,0
2362,0
2479,0
2153,0
3104,0
2567,6
< L.Q.
< L.Q.
5,7
5,2
5,1
5,3
< L.Q.
< L.Q.
5,4
13,1
16,6
18,4
19,4
23,4
18,7
11,4
14,0
16,9
B8.1
mai/03
jun/03
jul/03
ago/03
set out/03
nov/03
dez03/jan04
fev mar abr/04
média do período
0,20
0,20
< L.Q.
< L.Q.
< L.Q.
0,16
0,16
0,21
0,18
0,03
0,04
0,19
0,25
0,49
0,19
0,26
0,35
0,23
0,32
0,33
0,30
0,38
0,50
0,43
0,34
0,32
0,37
0,09
0,09
0,44
0,55
1,14
0,47
0,55
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0,49
1,90
1,90
1,76
1,80
2,01
1,76
1,95
1,83
1,86
1498,0
1279,0
1122,0
1409,5
1686,5
1337,0
1482,0
1737,0
1443,9
14,6
15,5
178,8
77,8
48,1
30,7
57,3
300,2
90,4
< L.Q.
< L.Q.
5,5
6,1
< L.Q.
5,9
< L.Q.
3,3
5,2
25,7
22,5
20,4
22,5
23,4
16,4
24,1
31,1
23,2
25,99
24,76
26,34
30,42
38,74
33,25
22,96
24,08
28,32
< L.Q.
4,0
< L.Q.
< L.Q.
5,7
< L.Q.
< L.Q.
< LQ
4,9
LQ = Limite de Quantificação
Variação dos parâmetros físico-químicos nas microbacias ao longo do ano
Temperatura - ºC
Mês referente
B1
B2
B3
B 3.1
B4
B5
B6
B8
B 8.1
mai/03
jun/03
jul/03
ago/03
set out/03
nov/03
dez/03 jan/04
fev mar abr/04
19,3
16,6
18,1
18,8
28,0
23,8
22,8
20,8
17,0
14
20
21
30,2
24,6
22,4
18,7
16,9
14
15,15
18,95
20,2
24,1
23,4
18,5
16,9
13,5
14,9
17,45
18,9
22,1
20,9
17,6
18,3
15,3
16,2
18,65
20,8
22,1
22,7
18,4
18,6
16,8
17,9
17,25
20,9
20,2
19,6
18,4
16,4
14,5
15,1
14,7
19,6
21,5
22,7
16,7
16,05
14
14,5
16,4
20,5
20,3
20,1
17,1
16,7
14,9
18,4
19,13
27,7
23,1
21,6
20
145
Condutividade Elétrica - µS
Mês de
referência
maio
junho
julho
agosto
set/out
novembro
dez/jan
fev mar abri/04
B1
B2
B3
B 3.1
B4
B5
B6
B8
B 8.1
40,21
41,25
46,95
43,62
59,95
46,35
44,00
44,37
77,13
108,50
113,40
90,50
109,70
81,30
201,40
132,00
25,95
25,23
30,65
27,61
29,90
29,90
29,50
24,79
19,35
19,26
21,59
21,97
22,20
23,40
25,90
22,80
22,13
21,80
23,82
23,89
22,80
24,60
26,30
23,35
31,28
30,87
35,00
35,04
37,50
28,10
29,90
30,60
47,60
47,26
55,00
55,27
53,60
54,00
55,10
49,01
12,75
15,79
15,80
10,45
17,10
18,70
14,10
16,40
8,43
7,65
11,62
13,41
18,40
12,20
12,50
14,62
pH
Mês de
referência
maio
junho
julho
agosto
set/out
novembro
dez/jan
fev mar abri/04
B1
B2
B3
B 3.1
B4
B5
B6
B8
B 8.1
6,89
7,06
6,99
6,91
6,90
6,90
6,85
6,79
6,54
6,74
6,80
6,72
6,50
6,70
6,70
6,63
6,86
7,27
7,65
7,30
6,80
6,80
6,90
6,90
6,56
7,00
6,83
6,88
6,60
6,60
6,80
6,52
7,07
7,27
7,37
7,46
6,90
7,40
7,10
6,97
6,65
7,05
7,05
7,00
6,60
7,10
6,60
6,81
6,70
7,06
7,18
6,85
6,40
7,00
7,30
6,85
6,56
6,80
6,85
6,49
6,40
6,80
6,70
6,74
6,71
6,97
6,87
6,80
6,60
6,80
6,80
7,07
STD (Sólidos Totais Dissolvidos) - mg/L
Mês de
referência
maio
junho
julho
agosto
set/out
novembro
dez/jan
fev mar abri/04
B1
B2
B3
B 3.1
B4
B5
B6
B8
B 8.1
27,05
27,92
29,08
28,06
38,90
30,30
29,60
29,14
52,15
73,60
69,95
58,21
71,00
53,10
137,70
86,71
17,35
16,98
19,12
17,73
19,50
19,40
19,80
16,14
12,93
12,95
13,24
14,10
14,40
15,30
17,30
14,82
14,72
14,57
14,61
15,27
14,80
15,90
17,60
16,51
20,98
20,78
21,40
22,05
24,50
18,30
20,20
20,05
32,38
32,17
34,30
36,00
35,40
35,50
37,20
32,44
8,53
10,61
9,69
10,45
11,10
12,20
9,40
10,73
5,62
5,12
7,10
8,58
11,80
7,90
8,30
9,47
Eh (potencial de oxidação) - mV
Mês de
referência
junho
julho
agosto
set/out
novembro
dez/jan
fev mar abri/04
B1
B2
B3
B 3.1
B4
B5
B6
B8
B 8.1
22
42
59
52
34
43
28
-15
-14
22
63
29
-58
-16
53
43
39
37
47
55
72
66
83
45
47
57
56
72
74
97
72
37
32
56
46
88
87
108
99
81
131
72
58
45
44
47
42
42
45
50
73
79
52
38
78
56
87
54
61
35
52
82
68
146
Ficha de Aprovação
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
TÍTULO: Análise por métodos hidrológicos e hidroquímicos de fatores condicionantes do potencial
hídrico de bacias hidrográficas- Estudo de casos no Quadrilátero Ferrífero (MG)
AUTORA: Fernanda Martineli Costa
ORIENTADOR: Prof. Dr. Luis de Almeida Prado Bacellar
Aprovada em: 25/11/2005
PRESIDENTE: Prof. Dr. Luis de Almeida Prado Bacellar
BANCA EXAMINADORA:
Prof. Dr. Luis de Almeida Prado Bacellar _____________________________________ DEGEO/UFOP
Profa. Dra. Leila Nunes Menegasse Velásquez ___________________________________ IGC/UFMG
Profa. Dra. Mariangela Garcia Praça Leite _____________________________________ DEGEO/UFOP
Ouro Preto, _______/_______/_______
147

Análise por Métodos Hidrológicos e Hidroquímicos de Fatores

Transcrição

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