XVI CONGRESSO DE PÓS-GRADUAÇÃO DA UFLA 22 a 26 de outubro de 2007

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1 CARACTERIZAÇÃO MORFOMÉTRICA DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO GRANDE UTILIZANDO SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS MARCELO R. VIOLA 1 ; CARLOS R. DE MELLO 2 ; GILBERTO COELHO 3 ; MATHEUS F. DURÃES 4 ; LÉO F. ÁVILA 5 ; RESUMO O comportamento hidrológico de uma bacia hidrográfica é função de suas características geomorfológicas e do tipo da cobertura vegetal. Desse modo, aspectos fisiográficos de uma bacia possuem importante papel nos processos do ciclo hidrológico, influenciando, dentre outros, a infiltração, a quantidade de água produzida como deflúvio, a evapotranspiração e os escoamentos superficial e sub-superficial. A quantificação morfométrica da bacia hidrográfica constitui a base do processo de caracterização hidrológica, assim como de parametrização da bacia, visando à simulação hidrológica. Nesse contexto, objetivou-se nesse trabalho realizar a caracterização morfométrica da bacia hidrográfica do rio Grande, com seção de controle em Madre de Deus de Minas. Foi encontrada para a bacia uma área de 2080,21 km², com 413,67 km de perímetro e 0,394 km.km -2 de densidade de drenagem, além de baixa tendência a enchentes. Palavras-chave: hidrologia, escoamento superficial, declividade. ABSTRACT Hydrologic behavior in a watershed is function of its geomorphologic characteristics and type of vegetal coverage. This way, physics characteristics of a watershed owns important function in the hydrologic cycle process, influencing the infiltration, runoff, evapotranspiration and ground water runoff. The knowledge of morphmetric characteristics of a watershed constitutes the base of hydrologic characterization process, as well as of watershed parameterization to hydrologic simulation. On this context, this work aimed at to develop morphmetric characterization of Rio Grande watershed in the Madre de Deus de Minas control section. It was found to the watershed an area of 2,080 Km 2, with a perimeter of Km 2 and a drainage density of Km.Km 2, besides to present a slow tendency of flood. Key-words: hydrology, runoff, slope. INTRODUÇÃO A palavra morfometria é originada da associação dos radicais gregos - morphé, que significa a forma, e - metrikós, ato de medir ou processo de estabelecer dimensões, designando, no contexto de bacias hidrográficas, o estabelecimento de índices e medidas que representem a forma física da bacia. A quantificação dos recursos hídricos está intimamente relacionada ao conhecimento das características morfométricas da bacia hidrográfica. Dessa maneira, em questões como 1 Eng. Agrícola, Mestrando em Eng. de Água e Solo - UFLA, 2 Orientador, Professor Adjunto DEG, UFLA, 3 Eng. Agrícola, Pesquisador Prodoc, DEG-UFLA, 4 Eng. Agrônomo, 5 Eng. Agrícola, Mestrando em Eng. de Água e Solo UFLA, 1

2 caracterização e simulação hidrológica, regionalização de vazões, planejamento e gestão dos recursos hídricos, é necessário uma ferramenta que possibilite sua aquisição, onde se enquadram os Sistemas de Informações Geográficas (SIG). No tocante especificamente à simulação hidrológica, a qual produz subsídios à estudos sobre mudanças climáticas, impacto de alterações no uso do solo sobre o regime de escoamento e previsão de vazões, entre outros (Collischonn, 2001), tem-se, como cenário, a bacia hidrográfica, a qual define de uma maneira completa e única a área na qual todo o escoamento superficial converge para sua foz. No entanto, a morfometrização de bacias hidrográficas não é de utilidade exclusivamente técnica, pois a mesma é considerada a unidade fundamental para o planejamento do uso e conservação de recursos múltiplos, onde os recursos naturais e outros componentes ambientais podem ser produzidos para atender às necessidades da crescente população mundial (Brooks et al., 1991). Em 08/01/1997 foi decretada a Lei nº 9.433, que instituiu a Política Nacional de Recursos Hídricos, estabelecendo a bacia hidrográfica como unidade territorial para a administração das águas. Assim, a delimitação de bacias a nível estadual, definindo as Unidades de Planejamento e Gestão dos Recursos Hídricos (UPGRH), tornou-se uma necessidade, e que pode ser atendida pelos SIGs. A modelagem da bacia hidrográfica por um SIG é baseada no modelo digital de elevação do terreno (DEM), sendo que, para que haja confiabilidade dos resultados, o DEM utilizado deve ser hidrologicamente consistente. Nesse contexto, objetivou-se nesse trabalho, realizar a caracterização morfométrica da bacia hidrográfica do Rio Grande, com seção de controle em Madre de Deus, a montante do reservatório da UHE Camargos/Itutinga, utilizando o software ArgGIS 9.1. MATERIAL E MÉTODOS A bacia hidrográfica de Madre de Deus possui área de drenagem de 2080,21 km 2, estando sua seção de controle no Rio Grande, próximo à cidade de Madre de Deus - MG, na Unidade de Planejamento e Gestão dos Recursos Hídricos GD01 (UPGRH GD01). Consiste da principal bacia de drenagem para o reservatório da UHE de Camargos, sendo, portanto, aquela que contribui de forma mais efetiva para manutenção dos níveis de água no referido 2

3 reservatório. Na Figura 1, apresenta-se o Estado de Minas Gerais subdividido em UPGRH, com destaque para a região em estudo. Figura 1. Mapa de Minas Gerais subdividido em UPGRH, com destaque para GD01, apresentando a hidrografia e a bacia hidrográfica de Madre de Deus A caracterização morfométrica de bacias hidrográficas utilizando SIG é baseada no modelo digital de elevação do terreno (DEM), o qual é apresentado para a região em estudo na Figura 2. De acordo com (Ribeiro, 2003), o mesmo deve ser hidrologicamente consistente, o que implica na remoção de possíveis depressões existentes, além de haver coincidência entre a drenagem derivada numericamente e a drenagem mapeada. Figura 2. Modelo digital de elevação do terreno para a região em estudo Na Figura 3, é apresentado um grid com 9 células em formato raster, hipotético, visando descrever o procedimento de geração da rede de drenagem derivada numericamente 3

4 pelo software. No item 3.a, é apresentado o DEM, onde a numeração de cada célula equivale à sua elevação. a) b) c) d) e) Figura 3. Procedimento utilizado pelo software ArcGIS 9.1, para geração da rede de drenagem derivada numericamente A partir da bacia hidrográfica e hidrografia vetorizada, podem-se obter as características morfométricas de interesse à caracterização hidrológica. A primeira etapa na geração da rede de drenagem, primordial para delimitação da bacia, consiste na geração do modelo matricial de direções de fluxo (3.c), no qual, é aplicada uma numeração à cada célula, relativa à direção de maior declividade (3.b), conforme representa o item 3.e. Finalmente, a hidrografia pode ser obtida, a partir do fluxo acumulado (3.d), que consiste de um grid no qual a numeração representa o número de células que drenam em sua direção, e assim, permitindo identificar a rede de drenagem. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Figura 4 são apresentados os mapas necessários à caracterização morfométrica da bacia hidrográfica em estudo, gerados a partir do modelo de elevação digital do terreno hidrologicamente consistente. Uma importante etapa na geração da rede de drenagem envolve o estabelecimento do número mínimo de células contribuintes ao escoamento, no mapa de fluxo acumulado, para identificação da rede de drenagem, o que está intimamente relacionado à densidade de drenagem, e que para esta bacia foi estabelecido em células. Na Tabela 1 são apresentadas as principais características morfométricas a serem obtidas de uma bacia hidrográfica. A forma da bacia influencia o tempo de concentração e assim pode indicar a tendência à ocorrência de enchentes. Esta influência é quantificada através de índices, como o fator de forma (F), coeficiente de compacidade (Kc), entre outros. 4

5 a) b) c) d) e) f) Figura 4. Mapas gerados, sendo: a) DEM; b) direções de fluxo; c) fluxo acumulado; d) rede de drenagem (raster); e) rede de drenagem (vetorial); f) mapa de declividade (%) O coeficiente de compacidade expressa a relação entre o perímetro da bacia e o perímetro de uma circunferência com área igual à da bacia, dando uma idéia sobre a dimensão de enchentes na bacia, uma vez que quanto mais próximo de um círculo, maior será sua capacidade de proporcionar grandes cheias. Esse coeficiente foi quantificado em 2,54; classificando a bacia, segundo Melo & Silva (2006), como não sujeita a grandes enchentes, o que é retratado por coeficientes superiores a 1,5. O fator de forma (F) expressa a relação entre a largura média da bacia e o seu comprimento axial, o que é um indicativo da tendência da bacia à ocorrência de enchentes. De acordo com Melo & Silva (2006), valores menores que 0,5 caracterizam a bacia como não sujeita a enchentes, sendo, para a presente bacia, quantificado em 0,4. 5

6 Tabela 1. Principais características morfométricas Características Morfométricas Área de drenagem 2080,21 km² Perímetro 413,67 km Coeficiente de compacidade 2,54 Fator de forma 0,4 Densidade de drenagem 0,394 km/km² Declividade média 9,875º Declividade média do curso d água principal 0,00278 m/m Comprimento total da rede de drenagem 818,98 km CONCLUSÕES O uso de SIGs para a caracterização morfométrica proporciona rapidez e confiabilidade dos resultados. Com base no fator de forma, a bacia não apresenta tendência à ocorrência de enchentes e, se estas ocorrerem não serão de grande vulto, com base no coeficiente de compacidade. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BROOKS, K.N.; FFOLLIOTT, P.F.; GREGERSEN, H.M. & THAMES, J.L. Hydrology and the management of watersheds. Ames, Iowa State University Press, p. COLLISCHONN, W. Simulação Hidrológica de Grandes Bacias. Porto Alegre: UFRGS. Tese (Doutorado em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental), Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul MELLO, C. R. de; SILVA, A. M. da. Princípios de hidrologia. Lavras: Universidade Federal de Lavras p. Apostila da disciplina DER 507 Hidrologia Aplicada. RIBEIRO, C. A. A. S. Tópicos avançados em Sistemas de Informações Geográficas. UFV. Disciplina ENF-613. Viçosa, II semestre de p. 6

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