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PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO
VERRUGA
Phablo Cabral de Oliveiral1; Ana Verena Luciano Santos Campos2*;Iara Oliveira Fernandes3;
Mariangela Bittencourt4; Eduardo Freitas Rêgo5; Felizardo Adenilson Rocha6; Joseane Oliveira da
Silva7; Cristiano Tagliaferre8; Flávia Mariani Barros9
RESUMO – Este estudo teve como objetivo quantificar a produção de sedimentos na seção de
controle do rio Verruga, bem como quantificar a granulometria dos sedimentos de arraste de fundo
transportados pelo rio, com periodicidade mensal. O monitoramento e as análises de sedimentos em
suspensão na massa líquida e por arraste de fundo, bem como a medição de vazão e cota foram
realizados no período de novembro de 2012 a setembro de 2013. Com base nas variáveis citadas
acima foi calculada a descarga sólida de sedimentos em suspensão e a produção específica de
sedimentos. Após cada coleta, as amostras eram analisadas no laboratório de Solos do IFBA. A
descarga sólida de sedimentos em suspensão no rio Verruga variou entre um valor mínimo de 6,76
ton. dia-1 até um valor máximo de 1436,93 ton. dia-1. A produção específica de sedimentos média
calculada para o rio Verruga foi de 0,18 ton.km-2.dia-1, porém na maior parte do período monitorado
a produção de sedimentos pode ser considerada baixa.
Palavras-chave: Sedimentos em suspensão, sedimentologia, descarga líquida
PRODUCTION OF SEDIMENTS IN WATERSHED VERRUGA RIVER
ABSTRACT – This search was carried out the quantify the sediment production in the control
section of Verruga River and quantify the grain size of the sediment drag fund transported by the
river, on the monthly scale. The monitoring and analysis of sediments in suspension in the liquid
mass and drag fund, as soon the flow measurement and level of water have been carried out from
November 2012 to September 2013. Based on the variables mentioned above the solid discharge
was calculated suspended sediment and the specific sediment yield. After each collection, the
samples were analyzed at the IFBA soil laboratory. The solid discharge of suspended sediment in
the Verruga River ranged between a low value of 6.76 ton.day-1 until a maximum of 1436.93
tons.day -1. The Specific production medium river sediments calculated was 0.18 ton.km-2.dia-1, but
most of the monitoring period the production of sediments can be considered low.
Key-words: suspended sediments, sedimentology, liquid discharge
_____________________________
Estudante de Engenharia Elétrica do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia – IFBA. E-mail: [email protected]
Estudante de Engenharia Ambiental do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia – IFBA. E-mail: [email protected]
3
Estudante de Engenharia Ambiental do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia – IFBA. E-mail: [email protected]
4
Estudante de Engenharia Ambiental do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia – IFBA. E-mail: [email protected]
5
Estudante de Engenharia Ambiental do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia – IFBA. E-mail:
[email protected]
6
Professor do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia – IFBA. E-mail: [email protected]
7
Professora do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia – IFBA. E-mail: [email protected]
8
Professor da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia – UESB. E-mail: [email protected]
9
Professora da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia – UESB. E-mail: [email protected]
* Autor Correspondente: Ana Verena Luciano Santos Campos
1
2
XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos
1
INTRODUÇÃO
O conhecimento da quantidade de sedimentos transportada pelos rios é de fundamental
importância para o planejamento e aproveitamento dos recursos hídricos de uma região, uma vez
que os danos causados pelos sedimentos dependem da quantidade e da natureza destes, as quais, por
sua vez, dependem dos processos de erosão, transporte e deposição de sedimentos (SCAPIN, 2005).
Dentre os problemas causados pelos sedimentos transportados pelos rios, pode-se destacar: a)
assoreamento de rios, diminuindo a sua navegabilidade e aumentando as dimensões das enchentes;
b) assoreamento de reservatórios, diminuindo a sua vida útil ou provocando a necessidade de
dragagens periódicas de alto custo; c) inviabilidade, em alguns casos, de aproveitamento do rio para
abastecimento e até mesmo para irrigação, dependendo da quantidade de sedimentos transportados;
d) Contaminação do leito e das águas dos cursos d’água a grandes distâncias dos pontos onde foram
gerados, em virtude de atuarem como vetores no transporte de contaminantes neles aderidos, entre
outros (FOSTER, 1982).
Durante o transporte de água e de solo pelo escoamento superficial ocorrem também perdas
de nutrientes, sejam dissolvidos na água ou adsorvidos nos sedimentos da enxurrada. Sem dúvida,
as perdas de nutrientes via erosão é um dos principais fatores da redução da produtividade da
maioria das culturas, com consequente acréscimo no seu custo de produção, aumentando a
necessidade de uso de corretivos e fertilizantes (BERTOL & MIQUELLUTI, 1993). De acordo com
Lane et al. (1992), a estimativa da erosão é essencial para nortear práticas adequadas de
conservação do solo.
A quantidade de sedimentos transportados pelos cursos d’ água, seja em suspensão e/ou por
arraste de fundo, é dependente da granulometria do sedimento, que, por sua vez, depende da
geologia e do tipo de solo, do regime de escoamento e do formato do leito do rio (CARVALHO,
2008). Segundo o autor, 70% a 90% do material transportado ocorrem no período das chuvas.
Siviero (1999), analisando a produção de sedimentos no Rio Atibaia-SP, observou que a descarga
sólida transportada, no período de estiagem, foi de 6,62 ton dia -1 para uma vazão líquida de 5,68
m3.s-1. No entanto, estudos e pesquisas em hidrossedimentologia ainda são caros, incipientes e
esporádicos, principalmente no estado da Bahia, uma vez que os efeitos dos processos
hidrossedimentológicos não apresentam consequências imediatas.
Em pequenas bacias hidrográficas podem ser feitos alguns controles para evitar os danos
causados pela erosão. As áreas agrícolas devem respeitar o uso e manejo do solo, considerando o
tipo de plantação e respeitando as curvas de nível do terreno. Alguns controles como obras de
formação de sulcos, podem conter água e solo que são arrastados. Em áreas urbanas, o impacto das
gotas de chuva e as enxurradas são os maiores causadores de erosão. É necessário um sistema de
drenagem eficiente e uma manutenção desse sistema, com limpeza de ruas e bueiros. Nas margens
dos córregos, é importante o reflorestamento ciliar. Como medidas preventivas deve-se impedir a
ocupação habitacional desordenada e nos taludes com riscos, devem ser feitas obras civis estruturais
(CARVALHO, 2008).
A quantidade de sedimento transportado no curso fluvial está diretamente relacionada à
quantidade do fluxo fluvial (vazão). Segundo Carvalho (2008) existe razoável correlação entre a
carga do material em suspensão e o débito fluvial.
XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos
2
As concentrações de sedimentos e as vazões são influenciadas pela intensidade das
precipitações e por sua distribuição, pela taxa de escoamento superficial, pelas distâncias
percorridas, pelo armazenamento/mobilização dos sedimentos disponíveis e pela taxa de
sedimentação (Williams, 1989).
Na literatura, pesquisadores também têm utilizado a curva-chave de sedimentos decorrente do
fato de que a realização diária de coleta e análise de amostras é economicamente inviável, além de
que deve ser executada por profissional qualificado. Porém, em determinados casos, o método da
curva-chave de sedimentos tem se mostrado pouco preciso, com um grau de dispersão bastante
acentuado. Isso, devido aos fatores que influem no processo de transporte de sedimentos serem
altamente variáveis no tempo e no espaço.
Em função do exposto, este trabalho teve como objetivo o monitoramento da vazão e
produção de sedimentos na seção de controle do rio Verruga, com periodicidade mensal, bem como
quantificar a granulometria dos sedimentos de arraste de fundo transportados pelo rio.
MATERIAL E MÉTODOS
O presente trabalho foi realizado na bacia hidrográfica do rio Verruga, entre os municípios de
Vitória da Conquista e Itambé, no estado da Bahia. A bacia abrange uma extensão total de 901 km2
e o seu rio principal possui 57,5 km de comprimento, estando sua área situada entre os paralelos 14º
49’ e 15º 16’ de latitude sul e os meridianos 40º 32’ e 40º 55’ de longitude oeste. É uma área
intensamente afetada pela ação antrópica. A precipitação média anual varia de 600 a 1.100 mm e a
temperatura média anual varia de 21,5º a 24ºC. O rio Verruga nasce no planalto de Vitória da
Conquista, mais especificamente na sub-bacia do rio Santa Rita, dentro da cidade, e dirige-se à
calha do rio Pardo, no sentido Nordeste-Sudeste, com seção de controle a jusante à cidade de
Itambé.
O monitoramento e as análises de sedimentos em suspensão na massa líquida e por arraste de
fundo, bem como a medição de vazão e cota foram realizados no período de novembro de 2012 a
setembro de 2013, com periodicidade mensal, conforme será descrito abaixo. Com base nas
variáveis acima, foi calculada a descarga sólida de sedimentos em suspensão e a produção
específica de sedimentos (relação entre descarga sólida de sedimentos em suspensão média anual e
a área de drenagem da bacia), conforme Carvalho (2008). A produção específica de sedimentos foi
obtida a partir da média mensal dos valores de descarga sólida de sedimentos, uma vez que se
monitorou apenas 10 meses do ano.
O relevo é ondulado na maior parte da bacia; no entanto, na parte cabeceira da bacia é muito
montanhoso, tendo como classes de solo predominante o Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico e
o Chernossolo Argilúvico (GOMES & DETONI, 1998). A fertilidade natural dos solos tem
propiciado a pecuária extensiva, com predomínio das pastagens naturais em relação às artificiais,
justamente pela capacidade de suporte dos seus solos.
No monitoramento do rio Verruga, foi instalado um posto fluviométrico, próximo à seção de
controle da bacia, visando à medição de vazão e sedimentos. A vazão do rio, para fins de obtenção
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3
da descarga de sedimentos em suspensão e de arraste de leito do rio, foi calculada em um trecho
retilíneo, com seção uniforme, com leito regular estável, empregando os princípios da equação da
continuidade. Para isso, realizou-se batimetria na seção do trecho do rio em estudo, conforme
Carvalho (2008). Este método consiste em subdividir a seção transversal do curso de água e obter,
para cada subseção, a altura da lâmina de água e a velocidade de escoamento, conforme
recomendações de Barros (2008). Na medição da velocidade dos perfis de velocidade utilizou-se
um micromolinete fluviométrico, modelo FP201, marca Global Water, com precisão de 0,1 m/s. A
expressão para cálculo da vazão (Q) é obtida pela equação 1:
n
Q   A i  Vi 
(1)
i 1
em que: Ai é a área da subseção i, em m2 ; Vi é a velocidade na subseção i, em m s -1; n é o número
de subseções.
Para as medições de descarga de fundo foi utilizado o amostrador de sedimentos modelo
Helley Smith (Carvalho et al., 2008). O equipamento possui um bocal quadrado divergente, um
saco de amostragem e uma armação para dar peso e equilíbrio ao equipamento. Neste modelo, o
sedimento de arrasto fica contido numa saca de nailon e a eficiência de amostragem é de 100% para
areias e pedregulho, com material do leito de 0,062 a 16 mm, podendo ser usado em rios com
velocidades menores que 3 m/s (CARVALHO, 2008).
O equipamento utilizado para a medição da descarga sólida em suspensão foi o amostrador do
tipo USDH-48. Este dispositivo consiste numa peça de formato hidrodinâmico, com carcaça em
material metálico e bocal com abertura de ¼’’, por onde entra a água e os sedimentos. No seu
interior existe uma garrafa de vidro com capacidade de 450 mL (CARVALHO, 2008).
A coleta de sedimentos foi realizada mensalmente. Após cada coleta, as amostras foram
analisadas no laboratório de solos do IFBA, campus Vitória da Conquista - BA. A descarga sólida
medida numa determinada vertical é dada pela equação 2:
Dssi  0,0864  Ci  Pi  Q
(2)
Em que: Dssi é a descarga sólida em suspensão da vertical i, em ton.dia-1 ; Ci é a concentração
média, em mg.L-1; Pi é a porcentagem de vazão líquida que passa na faixa de influência desta
vertical; Q é a vazão líquida total, em m3.s-1.
A curva-chave de sedimentos, que relaciona descarga sólida em suspensão e vazão líquida do
rio, foi ajustada com base nos valores de vazão líquida medida e respectiva (e simultânea)
concentração de sedimentos em suspensão, na seção de controle da bacia e demais pontos de
monitoramento (CARVALHO, 2008).
Para a determinação da granulométrica dos materiais coletados em suspensão e por arraste de
fundo foram realizados ensaios de laboratório com peneiramento e sedimentação das amostras
coletadas mensalmente em campo, conforme metodologia proposta pela Embrapa (1997).
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4
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os valores de cota, vazão, concentração de sólidos em suspensão e descarga sólida de
sedimentos obtida na seção do rio Verruga, para o monitoramento realizado entre 16/11/12 a
28/03/13 em campo são apresentados na Tabela 1 abaixo.
Em média, a concentração de sedimentos em suspensão que passa na seção de controle do rio
Verruga foi de 297,62 mg.L-1 (Tabela 1), porém, houve uma grande dispersão dos dados em função
do período da estação do ano, ou seja, no período em que ocorreu chuva na bacia houve grandes
picos de material em suspensão sendo transportado pela calha do rio. Como a bacia é pequena (901
km2), com declividade acentuada e com condições de uso do solo que favorece o escoamento
superficial, observa-se que pequenos eventos de chuva contribuem para elevação da cota de água e
vazão no rio Verruga.
Alexandrov et al. (2003) obtiveram, em uma região árida de Israel, valores de concentração de
sedimento suspenso variando de 15,50 até 187,00 mg.L-1, para vazões de 0,24 até 84,4 m³.s-1,
monitorando uma bacia de 112 km². Bollmann & Marques (2001) obtiveram, em uma bacia do Rio
Cachoeiras no Paraná, valores de vazão média de 140 L.s-1, representando uma descarga sólida de
3,6 ton.ha-1.ano-1, considerada baixa.
A descarga sólida de sedimentos em suspensão no rio Verruga variou entre o valor máximo de
1436,93 ton.dia-1 e um valor mínimo de 6,76 ton.dia-1, enquanto a produção específica variou de
valores baixos (0,01 ton.km-2.dia-1) a altos (1,59 ton.km-2.dia-1), respectivamente. A produção
específica de sedimentos média calculada para o rio Verruga foi de 0,18 ton.km-2.dia-1, porém, na
maior parte do período monitorado a produção de sedimentos pode ser considerada baixa. Em
média, o comportamento da bacia apresenta alto nível de degradação, com valores acima de 0,192
ton.km-2.dia-1, de acordo com Carvalho et al. (2000), apud Vanzela et al. (2014).
Para Carvalho et al. (2008) valores de produção específica de sedimentos acima de 0,479
ton.km-2.dia-1 são altamente prejudiciais, assim como abaixo de 0,192 ton.km-2.dia-1. Para o autor os
fatores que afetam a remoção de sedimentos na bacia são: relevo, área de drenagem, deposição e
extensão do curso d’água, razão de bifurcação, razão relevo-comprimento e densidade de drenagem.
Paranhos & Paiva (2008) avaliaram a produção de sedimentos na bacia Menino de Deus II no
Rio Grande do Sul, com uma área de 5,03 km², e obtiveram valores médios de vazão e descarga
sólida em suspensão de 4,7 m³.s-1 e 979,93 ton.dia-1, respectivamente.
Tabela 1. Valores de cota, vazão, concentração de sedimentos e descarga de sedimentos obtida na
seção de controle do rio Verruga
Cota
Vazão
Qss(2)
Pss
(1)
-1
Data
CS
(mg.L
)
(ton.km-2.dia-1)
(cm)
(m3.s-1)
(ton.dia-1)
16/11/2012
155
16,95
976,87
1436,93
1,59
31/11/2012
32
2,20
264,25
52,66
0,06
15/12/2012
2
0,86
155
11,11
0,01
12/01/2013
7
0,76
257,5
16,62
0,02
23/03/2013
16
0,68
222,19
13,57
0,02
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5
12/04/2013
04/05/2013
20/07/2013
03/09/2013
28/09/2013
Média
Desvio Padrão
7
20
26
45
8
-----
1,36
0,76
0,68
0,45
0,81
2,55
5,08
275,62
244,37
270,62
154,37
155,42
297,62
243,79
(1)
29,77
16,34
19,86
6,76
6,98
161,06
448,50
CS = concentração de sedimentos em suspensão, obtida pela média de três repetições,
sedimentos em suspensão; Pss = Produção específica de sedimentos
0,03
0,02
0,02
0,01
0,01
0,18
0,49
(2)
Descarga sólida de
Vazão (m3/s)
A curva chave do rio Verruga é apresentada na Figura 1. Observou-se que, durante boa parte
do ano, a vazão oscilou entre 0,45 a 2,20, porém, apenas uma única vez, durante o período chuvoso
(16/11/12) houve um pico de vazão fora do normal. Vale destacar que a curva foi feita com
periodicidade mensal, com poucas épocas de medição da vazão, principalmente no período chuvoso
ou durante eventos de chuva. Nestas condições, registraram-se poucos picos de vazão, o que
contribuiu para um bom ajuste da curva cota x vazão (R2= 0,92).
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
y = 0,1007x
R² = 0,9232
0
50
100
150
200
Cota (cm)
Figura 1. Curva chave cota-vazão gerada para a seção de controle do rio Verruga
Na Tabela 2, está exibida a granulometria dos sedimentos de arraste de fundo encontrados no
rio Verruga durante o período estudado. Observou-se que a partícula de areia grossa predomina no
leito de fundo, seguida por areia fina, argila e silte. Tal comportamento é esperado, tendo em vista
que a bacia apresenta um desnível de mais de 600 metros, com relevo, declividade e densidade da
rede de drenagem favorável ao transporte de material pela calha do rio. Nestas condições, a
velocidade de escoamento da água na calha do rio aumenta, contribuindo para o transporte de
partículas de maior dimensão pelo curso de água. Adicionalmente, acredita-se que o ponto
escolhido para o posto fluviométrico não contribuiu para deposição de partículas finas devido a uma
maior velocidade média do escoamento.
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Tabela 2. Análise granulométrica dos sedimentos de arraste de fundo do rio Verruga
DATA
16/11/2012
15/12/2012
23/03/2013
10/05/2013
08/06/2013
06/07/2013
03/09/2013
28/09/2013
Média
Desvio Padrão
Areia grossa
(%)
87,31
85,71
84,22
85,19
85,14
57,26
64,46
58,51
75,98
13,35
Areia Fina
(%)
10,09
9,35
10,89
11,67
12,34
40,64
31,29
37,75
20,50
13,57
Silte
(%)
1,10
2,34
1,78
1,91
1,43
0,37
0,12
2,49
1,44
0,87
Argila
(%)
1,50
2,60
3,11
1,21
1,08
1,71
4,02
1,25
2,06
1,07
CONCLUSÕES
A produção específica de sedimentos média calculada para o rio Verruga foi de 0,18
ton.km2.dia-1, porém na maior parte do período monitorado a produção de sedimentos pode ser
considerada baixa, com valores inferiores a 0,479 ton.km-2.dia-1.
O arraste de sedimentos pelo fundo do rio foi predominantemente de areia grossa, seguido por
areia fina, argila e silte, evidenciando um rio com características favoráveis ao transporte de
material de maior dimensão, devido a maior declividade e velocidade de escoamento da água.
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