DIAGNÓSTICO PRELIMINAR DAS CONDIÇÕES HIDROSSEDIMENTOLÓGICAS DA BACIA INCREMENTAL DA USINA HIDRELÉTRICA ITÁ

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1 DIAGNÓSTICO PRELIMINAR DAS CONDIÇÕES HIDROSSEDIMENTOLÓGICAS DA BACIA INCREMENTAL DA USINA HIDRELÉTRICA ITÁ Vanderléia Schmitz 1 *& Nadia Bernardi Bonumá 2 Resumo O trabalho tem por objetivo apresentar os resultados alcançados com os dados hidrossedimentológicos da bacia hidrográfica incremental da Usina Hidrelétrica Itá, no rio Uruguai, referente ao período de monitoramento entre março de 23 a setembro de 21. A bacia abrange municípios dos estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul, entre as latitudes 26 3 S e 28 3 S e entre as longitudes 5 45 W e 52 3 W, com uma área de drenagem incremental de 13. km 2. O estudo utilizou dados de chuva, vazão e sedimento em suspensão de quatro estações, sendo três localizadas a montante do reservatório da UHE Itá e uma localizada a jusante da usina. Foi realizada uma caracterização do regime mensal de chuva, vazão e sedimento em suspensão das estações. O fluxo médio de sedimento em suspensão de cada estação resultou numa classificação de baixa produção de sedimento em suspensão nas estações. Foi estimada, por meio dos dados de sedimento em suspensão das três estações localizadas a montante do reservatório e dos dados da estação localizada a jusante da usina, que a carga de sedimento depositada no reservatório da UHE Itá é de 82 ton/dia, que corresponde a 7% da carga de sedimento em suspensão afluente. Palavras-Chave Sedimento em suspensão, rio Uruguai, UHE Itá. DIAGNOSIS OF PRELIMINARY HIDROSSEDIMENTOLÓGICAS THE CONDITIONS OF INCREMENTAL BASIN HYDROELECTRIC POWER PLANT ITÁ Abstract The work aims to present the results achieved with the hydrosedimentological data from incremental basin of Itá Hydroelectric Power Plant on the River Uruguay, referring to the monitoring period from March 23 to September 21. The basin covers municipalities in the states of Santa Catarina and Rio Grande do Sul, between latitudes 26 3 'S and 28 3' S and between longitudes 5 45 'W and 52 3' W, with an incremental drainage area of 13. km 2. The study used rainfall data, flow and sediment in Four Seasons suspension, three located upstream of the Itá hydroelectric plant and a reservoir located downstream of the plant. A characterization of the monthly rainfall regime, flow and suspended sediment of seasons was held. The average flow of sediment into suspension every season resulted in low production of sediment classification in suspension in the stations. It was estimated using data in the sediment suspension of three stations located upstream of the reservoir and the station data located downstream of the mill, the charge pellet deposited in the reservoir Itá HEPS is 82 ton/day, which corresponds to 7% of the sediment load in affluent suspension. Keywords Suspended sediment, river Uruguay, HEPS Itá. 1 Aluna do Mestrado do ENS/UFSC: vanhidrologia5@gmail.com. 2 Professora do ENS/UFSC: nadia.bonuma@ufsc.br. * Autor Correspondente. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 INTRODUÇÃO O estudo hidrossedimentológico de uma bacia hidrográfica é uma ferramenta de apoio para estudos ambientais, análise de viabilidade de diversas atividades econômicas e disseminação de informações para suporte de ações e decisões para os gestores e sociedade em geral. Este trabalho tem como objetivo geral o estudo de caso onde apresenta um diagnóstico preliminar hidrossedimentológico da bacia hidrográfica incremental da Usina Hidrelétrica Itá. O empreendimento hidrelétrico está localizado no rio Uruguai, sendo o primeiro de grande porte implantado no mesmo e com uma rede de monitoramento superior a dez anos de dados hidrológicos. O trabalho procurou contribuir com os seguintes objetivos específicos: - a caracterização do regime médio mensal de chuva, vazão e sedimento em suspensão das estações localizadas na área em estudo. - a análise do fluxo médio de sedimento em suspensão de cada estação e sua classificação em relação à produção de sedimento em suspensão na área em estudo. - e com a estimativa de sedimento em suspensão depositado no reservatório da UHE Itá, através dos dados de três estações localizadas a montante do reservatório e de uma estação localizada logo a jusante da usina. ÁREA DE ESTUDO A bacia hidrográfica incremental da UHE Itá se localiza entre a área de drenagem do aproveitamento até o aproveitamento localizado a montante, no caso UHE Machadinho, ambos no trecho do rio Uruguai. Possui uma área de drenagem incremental de aproximadamente 13. km 2, abrangendo municípios dos estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul, entre as latitudes 26 3 S e 28 3 S e entre as longitudes 5 45 W e 52 3 W. A localização da bacia estudada é apresentada na Figura 1. Figura 1 Localização da bacia incremental da UHE Itá XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 DADOS UTILIZADOS Foram utilizados dados hidrossedimentológicos das redes de estações implantadas pela Tractebel Energia para atender as demandas do órgão ambiental e do setor elétrico (ANEEL), referente a UHE Itá. Foi realizada uma seleção das estações a serem estudadas, considerando o mesmo período de dados monitorados. As estações selecionadas foram Ouro (SC), Arabutã (SC) e Passo Colombelli (RS), localizadas a montante do reservatório e a estação Itá-Jusante (SC), localizada logo a jusante da usina Itá. Os dados selecionados foram a série diária de chuva, série diária de vazão e as medições de vazão e sedimento em suspensão, referente ao período de março de 23 a setembro de 21. Na tabela 1 encontra-se a relação de estações e informações das mesmas e, na figura 2 está a espacializada com a localização das estações e da UHE Itá. Tabela 1 Relação das Estações. Nome Ponto Rio Área de drenagem (km 2 ) Passo Colombelli P 1 Apuaê Ouro P 2 Peixe 4.83 Arabutã P 3 Jacutinga 84 Itá-Jusante P 4 Uruguai Figura 2 Localização das estações e da UHE Itá na bacia incremental Os dados diários de chuva foram transformados em uma série mensal de chuva total, referente as estações Ouro, Passo Colombelli e Itá-Jusante. A estação Arabutã não possui monitoramento de chuva no período analisado. Os dados diários de vazão foram transformados em uma série mensal de vazão média, referente as estações Ouro, Arabutã, Passo Colombelli e Itá-Jusante. As medições de vazão e de sedimento em suspensão foram utilizadas na elaboração da curva-chave de sedimentos, obtendo-se uma equação para cada estação (figura 3): Qss=,768*Q 1,221 (Ouro), Qss=1,771*Q,879 (Arabutã), Qss=,677*Q 1,371 (Passo Colombelli) e Qss=137,5*Q,31 (Itá-Jusante). As estações Ouro, Arabutã e Passo Colombelli apresentaram R 2 entre,654 e,746 e a estação Itá- Jusante apresentou um R 2 de,51. Na seqüência foram calculadas as séries diárias de descarga de sedimento em suspensão para cada estação, através das séries diárias de vazão e das curvas-chaves de sedimentos. E os dados diários foram transformados em uma série mensal de descarga de XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 sedimento em suspensão média, referente as estações Ouro, Arabutã, Passo Colombelli e Itá- Jusante. No cálculo das séries mensais de chuva, vazão e descarga de sedimento em suspensão foram considerados somente os meses com todos os dados, ou seja, o mês que apresentou falha de dados em algum dia, o mês foi considerado incompleto e não foi utilizado na serie mensal. As quantidades de medições de sedimento em suspensão, realizadas entre 25 e 21, para as estações Passo Colombelli, Ouro, Arabutã e Itá-Jusante são, respectivamente, 2, 18, 19 e 16. MEDIÇOES OURO MEDIÇOES ARABUTÃ 1 1 OURO y =,768x 1,221 R² =,654 1 Q (m 3 /s) MEDIÇOES PASSO COLOMBELLI PASSO COLOMBELLI 1 1 ARABUTÃ y = 1,771x,879 R² =,729,1 1 1 Q (m 3 /s) MEDIÇOES ITA-JUSANTE ITÁ JUSANTE Figura 3 Curva-chave de sedimento das estações Ouro, Arabutã, Passo Colombelli e Itá-Jusante RESULTADOS E DISCUSSÃO Caracterização dos Regimes Hidrológicos das Estações Para cada estação foram convertidas as séries diárias de chuva, vazão e descarga de sedimento em suspensão para séries mensais, sendo considerados somente os meses sem falhas de dados diários. Estação Ouro 1 y =,677x 1,371 R² =, Q (m 3 /s) y = 137,5x,31 R² =,51 No período de março de 23 a setembro de 21 a estação Ouro apresenta uma chuva média mensal de 165 mm, variando de 11 a 57 mm. A série de vazão mensal da estação Ouro, referente ao período de março de 23 a agosto de 21, apresenta uma média de 124 m 3 /s, variando de 12 m 3 /s a 49 m 3 /s. E a série de descarga de sedimento em suspensão da estação Ouro, março de 23 a agosto de 21, apresenta uma média de 325 ton/dia, variando de 15 ton/dia a 1266 ton/dia. As séries mensais da estação Ouro estão representadas na figura 4. Q (m 3 /s) Série Mensal de Chuva Total - Ouro Série Mensal de Vazão - Ouro março-3 julho-3 novembro-3 março-4 julho-4 novembro-4 março-5 julho-5 novembro-5 março-6 julho-6 novembro-6 março-7 julho-7 novembro-7 março-8 julho-8 novembro-8 março-9 julho-9 novembro-9 março-1 julho-1 março-3 julho-3 novembro-3 março-4 julho-4 novembro-4 março-5 julho-5 novembro-5 março-6 julho-6 novembro-6 março-7 julho-7 novembro-7 março-8 julho-8 novembro-8 março-9 julho-9 novembro-9 março-1 julho-1 VAZÃO MÉDIA (m3/s) Figura 4 Séries Mensais de Chuva Total, Vazão e Sedimento em Suspensão da estação Ouro XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 (continuação da Figura Série Mensal de Sedimento em Suspensão -Ouro março-3 julho-3 novembro-3 março-4 julho-4 novembro-4 março-5 julho-5 novembro-5 março-6 julho-6 novembro-6 março-7 julho-7 novembro-7 março-8 julho-8 novembro-8 março-9 julho-9 novembro-9 março-1 julho-1 QSS MÉDIA (ton/dia) Estação Passo Colombelli No período de maio de 25 a setembro de 21 a estação Passo Colombelli apresenta uma chuva média mensal de 138 mm, variando de 4 a 337 mm. A série de vazão mensal da estação Passo Colombelli, referente ao período de março de 23 a setembro de 21, apresenta uma média de 94 m 3 /s, variando de 7 m 3 /s a 437 m 3 /s. E a série de descarga de sedimento em suspensão da estação Passo Colombelli, março de 23 a setembro de 21, apresenta uma média de 495 ton/dia, variando de 11 ton/dia a 3314 ton/dia. As séries mensais da estação Passo Colombelli estão representadas na figura Série Mensal de Chuva Total - Passo Colombelli Série Mensal de Vazão - Passo Colombelli maio-5 agosto-5 novembro-5 fevereiro-6 maio-6 agosto-6 novembro-6 fevereiro-7 maio-7 agosto-7 novembro-7 fevereiro-8 maio-8 agosto-8 novembro-8 fevereiro-9 maio-9 agosto-9 novembro-9 fevereiro-1 maio-1 agosto-1 março-3 junho-3 setembro-3 dezembro-3 março-4 junho-4 setembro-4 dezembro-4 março-5 junho-5 setembro-5 dezembro-5 março-6 junho-6 setembro-6 dezembro-6 março-7 junho-7 setembro-7 dezembro-7 março-8 junho-8 setembro-8 dezembro-8 março-9 junho-9 setembro-9 dezembro-9 março-1 junho-1 setembro-1 VAZÃO MÉDIA (m3/s) Série Mensal de Sedimento em Suspensão -Passo Colombelli março-3 julho-3 novembro-3 março-4 julho-4 novembro-4 março-5 julho-5 novembro-5 março-6 julho-6 novembro-6 março-7 julho-7 novembro-7 março-8 julho-8 novembro-8 março-9 julho-9 novembro-9 março-1 julho-1 QSS MÉDIA (ton/dia) Figura 5 Séries Mensais de Chuva Total, Vazão e Sedimento em Suspensão da estação Passo Colombelli Estação Arabutã A série de vazão mensal da estação Arabutã, referente ao período de março de 23 a setembro de 21, apresenta uma média de 24 m 3 /s, variando de,37 m 3 /s a 141 m 3 /s. E a série de descarga de sedimento em suspensão da estação Arabutã, março de 23 a setembro de 21, apresenta uma média de 26 ton/dia, variando de,72 ton/dia a 128 ton/dia. As séries mensais da estação Arabutã estão representadas na figura 6. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 março-3 julho-3 novembro-3 março-4 julho-4 Estação Itá-Jusante novembro-4 março-5 Série Mensal de Vazão - Arabutã julho-5 novembro-5 março-6 julho-6 novembro-6 março-7 julho-7 VAZÃO MÉDIA (m3/s) novembro-7 março-8 julho-8 novembro-8 março-9 julho-9 novembro-9 março-1 julho-1 Figura 6 Séries Mensais de Vazão e Sedimento em Suspensão da estação Arabutã No período de março de 23 a setembro de 21 a estação Itá-Jusante apresenta uma chuva média mensal de 146 mm, variando de 14 a 436 mm. A série de vazão mensal da estação Itá- Jusante, referente ao período de março de 23 a setembro de 21, apresenta uma média de 937 m 3 /s, variando de 291 m 3 /s a 271 m 3 /s. No gráfico de Vazão da figura 7 é possível observar que a partir de julho de 29 o patamar de vazão mensal teve uma alteração elevando-se cerca de 5 m 3 /s. Esse trecho deve ser investigado considerando algumas hipóteses: alteração do regime de chuva, influência da operação de alguma usina hidrelétrica a jusante e/ou outros motivos. E a série de descarga de sedimento em suspensão da estação Itá-Jusante, março de 23 a setembro de 21, apresenta uma média de 166 ton/dia, variando de 795 ton/dia a 156 ton/dia. A série de descarga de sedimento em suspensão foi obtida a partir da curva-chave de sedimentos com um R 2 muito baixo (,51). No gráfico da figura 3 é possível observar uma grande dispersão das medições, onde a medição de vazão realizada na faixa de 15 m 3 /s resulta em descarga sólida em suspensão de 513 ton/dia a 411 ton/dia. Esta estação está localizada logo a jusante da usina, recebendo a contribuição da vazão gerada, vazão vertida e vazão da alça (trecho de vazão reduzida). E o método para a realização da medição de vazão, coleta de sedimento um suspensão e definição das curvaschaves é a mesma aplicada para uma estação padrão. As séries mensais da estação Itá-Jusante estão representadas na figura março-3 julho-3 novembro-3 Série Mensal de Sedimento em Suspensão -Arabutã março-4 julho-4 novembro-4 março-5 julho-5 novembro-5 março-6 julho-6 novembro-6 março-7 QSS MÉDIA (ton/dia) julho-7 novembro-7 março-8 julho-8 novembro-8 março-9 julho-9 novembro-9 março-1 julho-1 Chuva (mm) março-3 julho-3 novembro-3 março-4 julho-4 novembro-4 Série Mensal de Chuva Total - Itá-Jusante março-5 julho-5 novembro-5 março-6 julho-6 novembro-6 março-7 julho-7 novembro-7 março-8 julho-8 novembro-8 março-9 julho-9 novembro-9 março-1 julho-1 vazão (m3/s) março-3 julho-3 novembro-3 março-4 julho-4 Série Mensal de Vazão - Itá-Jusante novembro-4 março-5 julho-5 novembro-5 março-6 julho-6 novembro-6 março-7 julho-7 novembro-7 março-8 julho-8 VAZÃO MÉDIA (m3/s) novembro-8 março-9 julho-9 novembro-9 março-1 julho Série Mensal de Sedimento em Suspensão -Itá-Jusante março-3 julho-3 novembro-3 março-4 julho-4 novembro-4 março-5 julho-5 novembro-5 março-6 julho-6 novembro-6 março-7 julho-7 novembro-7 março-8 julho-8 novembro-8 março-9 julho-9 novembro-9 março-1 julho-1 QSS MÉDIA (ton/dia) Figura 7 Séries Mensais de Chuva Total, Vazão e Sedimento em Suspensão da estação Itá-Jusante XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 Analise do Fluxo Médio de Sedimento em Suspensão nas Estações Na analise do fluxo médio de sedimentos em suspensão, de cada estação, foi calculada a descarga de sedimento em suspensão média da série diária (março de 23 a setembro de 21) e, depois os mesmos foram convertidos em descarga de sedimento em suspensão específica média. Foi utilizada para analise do fluxo de sedimento em suspensão de cada estação a classificação apresentada na tabela 2. Tabela 2 Classificação do Fluxo de Sedimento em Suspensão Específico (Qss esp.) Classificação Qss esp. Qss esp. (ton/km 2 Classificação.ano) (ton/km 2.ano) baixa < 7 alta 175 a 3 moderada 7 a 175 muito alta > 3 (Fonte: adaptado de Carvalho et.al., 2) As estações apresentaram valores de fluxo de sedimento em suspensão específico variando de 9 a 5 ton/km 2.ano, valores estes classificados como baixo potencial de produção de sedimentos, cujo o índice (baixo) corresponde a valor menor que 7 ton/km 2.ano. Estimativa de Sedimento em Suspensão Depositado no reservatório da UHE Itá Foi realizada a estimativa de sedimento em suspensão no reservatório da UHE Itá utilizandose os dados diários das três estações localizadas a montante do reservatório, Ouro, Arabutã e Passo Colombelli e, de uma estação localizada logo a jusante da usina, Itá-Jusante, referente ao período de março de 23 a setembro de 21. Os valores de descarga de sedimento em suspensão média das estações de montante foram somados, resultando no valor total de 833 ton/dia, referente a uma área de drenagem total de km 2. A área de drenagem da bacia incremental da UHE Itá é cerca de 13. km 2 e para estimar o aporte de sedimento em suspensão no reservatório foi utilizada uma correlação de área. Resultando numa relação onde o aporte total de sedimento em suspensão estimado no reservatório da UHE Itá corresponde a 1,398 do valor total de sedimento em suspensão médio das estações de montante. Portanto, o valor estimado de aporte de sedimento em suspensão no reservatório da UHE Itá, utilizando os dados diários das estações de montante, referente ao período de março de 23 a setembro de 21, é ton/dia. A estação Itá-Jusante está localizada logo a jusante da usina, medindo o que sai de sedimento em suspensão do reservatório, que corresponde a 1.83 ton/dia. Chega no reservatório o valor médio de ton/dia e sai do reservatório uma média de 1.83 ton/dia, resultando, portanto, num depósito de sedimentos em suspensão médio no reservatório de 82 ton/dia, que corresponde a cerca de 7% da carga de sedimento em suspensão afluente. CONCLUSÃO O trabalho mostra que o regime mensal de chuva das estações estudadas apresenta uma chuva média mensal que vária de 138 a 165 mm. O mês com o maior total de chuva em cada estação foi em setembro de 29 e os menores valores ocorreram em dezembro de 24 na estação Itá-Jusante, maio de 26 na estação Ouro e março de 29 na estação Passo Colombelli. O regime mensal de vazão das estações localizadas a montante do reservatório da UHE Itá apresentam um valor médio entre 24 m 3 /s e 94 m 3 /s e a estação Itá-Jusante, localizada logo a jusante da usina, apresenta uma vazão média de 937 m 3 /s. O mês que apresenta o maior valor de vazão média é setembro de 29, com exceção das estações Ouro (em outubro de 25) e Itá-Jusante XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 (maio de 21). Os valores de vazão média mínima ocorreram em períodos diferentes em cada estação. Na analise da série de vazão média mensal da estação Itá-Jusante recomenda-se rever os métodos de medição de vazão e coleta de sedimento em suspensão, pois esta estação encontra-se logo a jusante da usina. E também foi observado que a série de vazão sofreu uma elevação a partir de julho de 29. Verificar o que aconteceu a partir desta data: influência da operação de algum empreendimento hidrelétrico, muita chuva ocorrida e/ou outras hipóteses. O regime mensal de sedimento em suspensão das estações localizadas a montante do reservatório da UHE Itá apresentam um valor médio entre 26 ton/dia e 495 ton/dia e a estação Itá- Jusante, localizada logo a jusante da usina, apresenta um valor de 166 ton/dia. O mês que apresenta o maior valor de sedimento em suspensão médio é setembro de 29, com exceção das estações Ouro (em outubro de 25) e Itá-Jusante (maio de 21). As quatro estações apresentam um baixo (inferior a 7 ton/km 2.ano) fluxo de sedimento em suspensão específico, entre 9 a 5 ton/km 2.ano. As estações localizadas a montante do reservatório apresentam valores superiores ao valor obtido na estação localizada logo a jusante da UHE Itá. O valor estimado de aporte de sedimento em suspensão no reservatório da UHE Itá, utilizando os dados diários das estações de montante, referente ao período de março de 23 a setembro de 21, e a correlação de área é ton/dia. Realizando o balanço de sedimento em suspensão, do que entra no reservatório (1.165 ton/dia) e o que sai da usina (medido pela estação Itá-Jusante), resulta num depósito de sedimentos em suspensão médio no reservatório de 82 ton/dia, que corresponde a cerca de 7% da carga de sedimento em suspensão afluente. Recomenda-se rever os estudos realizados, pois foram baseados em uma curva-chave de sedimento em suspensão para a estação Itá-Jusante com baixo R 2. E sugere-se incluir também a estação Seção 5, localizada logo a jusante as UHE Machadinho, no início do reservatório da UHE Itá. A estação Seção 5 merece cuidados/critérios semelhantes ao da estação Itá-Jusante. Recomenda-se também rever as series mensais de chuva, vazão e de sedimento em suspensão, pois foram desconsiderados dados, por resultar em valor mensal incompleto, porém é possível recuperar alguns meses das mesmas. AGRADECIMENTOS À Tractebel Energia pela disponibilização dos dados e à Patrícia Kazue Uda, doutoranda em Engenharia Ambiental do LABHIDRO/UFSC, pela elaboração dos mapas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CARVALHO, N.O. (28). Hidrossedimentologia Prática. Ed. INTERCIÊNCIA, Rio de Janeiro. FUNDAGRO. Relatório Anual Monitoramento Hidrossedimentológico do Reservatório da UHE Itá (213). LIMA, J.E.F.W.; SANTOS,P.M.C. ; CHAVES, A.G.M.; SCILEWSKI, L.R. (21). Diagnóstico do Fluxo de Sedimentos em Suspensão na Bacia do Rio São Francisco. ANEEL/ANA, Brasília. LIMA, J.E.F.W.; SANTOS,P.M.C. ; CARVALHO,N.O.; SILVA,E.M. (23). Diagnóstico do Fluxo de Sedimentos em Suspensão na Bacia Araguaia Tocantins. ANEEL/ANA, Brasília. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8