GRANULOMETRIA DE SEDIMENTOS SUSPENSOS NO RIO IGUAÇU E TRIBUTÁRIOS

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1 GRANULOMETRIA DE SEDIMENTOS SUSPENSOS NO RIO IGUAÇU E TRIBUTÁRIOS Helder Rafael Nocko¹ (Eng. Ambiental, Me.) helder@envexengenharia.com.br André Luciano Malheiros¹ (Eng. Civil, Dr.) andre@envexengenharia.com.br Wallington Felipe de Almeira¹ (Eng. Ambiental) felipe.almeida@envexengenharia.com.br Guadalupe Eugênia Garcia¹ (Eng. Ambiental, Me.) guadalupe.garcia@envexengenharia.com.br (¹) EnvEx Engenharia e Consultoria, Rua Dr. Jorge Meyer Filho, 93 CEP Curitiba-PR. Resumo: Considerando que muitos problemas derivados da erosão e sedimentação são resolvidos pelo conhecimento da granulometria do material transportado, este estudo tem como objetivo quantificar e caracterizar granulometricamente a descarga sólida do rio Iguaçu e seus principais afluentes localizados a montante e a jusante da UHE Baixo Iguaçu, assim como identificar a influência desta no tocante à hidrodinâmica e ao transporte de sedimentos na região do Parque Nacional do Iguaçu. Serão apresentados os resultados do monitoramento hidrossedimentológico desenvolvido até o presente momento na região do estudo. Foi verificado que a granulometria dos sedimentos influencia a estimativa da concentração de sedimentos em suspensão e a turbidez das amostras. Palavras-chave: Granulometria, Sedimentos Suspensos, Rio Iguaçu. GRANULOMETRY OF SUSPENDED SEDIMENTS IN THE IGUAÇU RIVER AND TRIBUTARIES ABSTRACT: Most of the problems arising from erosion and sedimentation are solved by knowing the transported material s granulometry. Therefore, this study aims to quantify and characterize the granulometry of Iguaçu River s solid discharge as well as from its main tributaries located upstream and downstream of the Baixo Iguaçu Hydroelectric Plant. Another goal of this study is to identify the hydroelectric plant s influence on hydrodynamics and sediment transportation in the region of Iguaçu National Park. The results of the hydrosedimentological monitoring developed up to the present moment are presented in this paper. These results show that the sediments granulometry influences the estimation of suspended sediments concentration and turbidity of the samples. Keywords: Granulometry, Suspended Sediments, Iguaçu River. Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Edição especial Outubro de página 1 de 11

2 1. INTRODUÇÃO A sedimentologia está ligada a muitos campos da engenharia. O seu estudo e aplicação abrangem a geração de energia hidráulica, a navegação, a irrigação, a mecânica dos sólidos, a agricultura, a hidrologia, a construção de estradas, obras em geral, o meio ambiente e outros (CARVALHO, 2000). A diminuição da qualidade da água, o transporte de poluentes, o assoreamento de reservatórios, entre outros problemas podem ser causados pelo transporte de sedimento em suspensão em corpos hídricos (OLIVEIRA, et al, 2017). Os sedimentos depositados nas lagoas marginais refletem, do ponto de vista geoquímicosedimentar, as alterações ocorridas na área de drenagem e fornecem informação sobre o comportamento hidrodinâmico dos rios (TRINDADE, et al, 2014). Considerando que muitos problemas derivados da erosão e sedimentação são resolvidos pelo conhecimento da granulometria do material transportado, este estudo tem como objetivo quantificar e caracterizar granulometricamente a descarga sólida do rio Iguaçu e seus principais afluentes localizados a montante e a jusante da UHE Baixo Iguaçu, assim como identificar a influência desta no tocante à hidrodinâmica e ao transporte de sedimentos na região do Parque Nacional do Iguaçu. Serão apresentados os resultados do monitoramento hidrossedimentológico realizado até o presente momento na região do rio Iguaçu em estudo. 2. METODOLOGIA 2.1 Área de estudo e locais de amostragem A área de estudo abrange o trecho do rio Iguaçu e afluentes, compreendendo parte dos territórios dos municípios de Serranópolis do Iguaçu, Matelândia, Céu Azul, Capanema, Realeza e Capitão Leônidas Marques. A Figura 1 apresenta a localização da área de estudo, os municípios próximos e a localização do Parque Nacional do Iguaçu. Percebe-se que a área de estudo encontra-se próximo dessa unidade de conservação. Os locais de amostragem são: UHE Baixo Iguaçu Jusante I, UHE Baixo Iguaçu Jusante II, UHE Baixo Iguaçu Montante I, UHE Baixo Iguaçu Montante II, Rio Monteiro e Rio Gonçalves Dias e a estação do rio Cotegipe (Barra do Sarandi). Todos os pontos de amostragem possuem localização geográfica conhecida. Na sequência, serão descritas as atividades e localização de cada ponto aqui estudado. Tais estações de monitoramento são apresentadas no mapa da Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Edição especial Outubro de página 2 de 11

3 Figura 2. Figura 1: Mapa de localização. Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Edição especial Outubro de página 3 de 11

4 Figura 2: Mapa de localização das estações fluviométricas. Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Edição especial Outubro de página 4 de 11

5 2.2 Metodologia aplicada A sedimentometria é uma a parte da hidrossedimentologia que é responsável pela medição da quantidade de sedimento transportado por corpos hídricos (CARVALHO, 2000). Esta quantificação, por sua vez, é realizada através de medições de concentrações de sedimentos em suspensão, análise e quantificação do carreamento do sedimento do leito e de dados de vazão do corpo hídrico. A quantificação de sedimento transportado é denominada por descarga sólida. Existem diversas técnicas e metodologias para a determinação da descarga sólida de um corpo hídrico, cada qual com suas peculiaridades. Deve-se destacar que o estudo do transporte de sedimentos envolve fatores complexos que abrangem não somente medições diretas, mas também aplicação de equações estimativas e avaliações de parâmetros e características do local em estudo. O cálculo da descarga sólida total de um corpo hídrico é realizado através da soma de duas descargas distintas: a descarga sólida em suspensão e a descarga sólida do leito. A descarga sólida em suspensão normalmente corresponde à maior parcela da descarga sólida total e é a parcela de mais fácil determinação. A descarga sólida do leito tem determinação complexa e pode ser fornecida por diversas fórmulas ou mesmo estimada a partir de correlação percentual com a descarga sólida em suspensão. A coleta de material do leito não se deu de forma satisfatória devido ao fundo destes rios serem predominantemente rochosos. As fórmulas que utilizam as características do material do leito como dados de entrada avaliam os sedimentos do fundo como tendo uma característica uniforme ao longo da seção transversal, o que não foi observado nos rios avaliados neste estudo. Desta forma, não será possível a aplicação desse tipo fórmula de cálculo de descarga sólida do leito. 2.3 Métodos de amostragem A concentração de sedimentos em suspensão é obtida através de coleta de amostras de água na seção de medição de descarga líquida. Os dois métodos mais comuns para a amostragem de água para a determinação da concentração de sedimentos em suspensão são: Igual Incremento de Descarga (IID); e o método de Igual Incremento de Largura (IIL). Estes métodos são caracterizados por coletas de amostras de água por Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Edição especial Outubro de página 5 de 11

6 integração na vertical, portanto, ao longo da seção de medição de descarga líquida definemse verticais de coleta de amostras de água nas quais é realizada a descida/subida, com velocidade predeterminada, de um amostrador que possui um bico para tomada de água. As amostras de água coletadas em cada vertical de amostragem são armazenadas para posterior determinação da concentração de sólidos em suspensão. Neste estudo optou-se pelo método do igual incremento de largura, mais comumente utilizado. Como o próprio nome indica, no método IIL a seção de medição é dividida em segmentos de tamanhos iguais para a realização da coleta de subamostras de água. Neste método, a partir das características de descarga líquida do corpo hídrico, é determinada uma velocidade constante de descida/subida do amostrador que será usada em todas as verticais. Pelo fato das verticais de coleta normalmente possuírem profundidades distintas, as subamostras auferem volumes de água diferentes entre si. 2.4 Materiais de Amostragem Os equipamentos para amostragem de sedimentos variam de acordo com as características de cada rio, sendo que estes devem ser escolhidos de forma que atendam as necessidades de coleta no ponto (CARVALHO, 2000). Partindo desses conceitos, foram utilizados três equipamentos de coleta de sedimentos em suspensão: DH-48, D-49 e AMS-8, todos apresentados na (Figura 3). O DH-48 é um amostrador de sedimentos em suspensão leve, com haste a vau para ser operado em rios e pequenos córregos com profundidades de até 1,5 metros. Fabricado pela empresa Hidromec, este amostrador pesa em média 2 kg e tem 33 cm de comprimento. Possui uma garrafa de vidro de 500 ml para coleta do material em suspensão. O amostrador modelo D-49 foi fabricado, pela empresa Hidromec, para ser operado a partir de guincho fluviométrico instalado na embarcação. Este é feito em bronze fundido e tem 60 cm de comprimento, pesando 28 kg. O amostrador apresenta um cata-vento de cauda para orientar o bocal de admissão na aproximação de fluxo, quando o mesmo se encontra submerso. Conta também com uma garrafa de vidro de 500 ml para amostragem, sendo que o equipamento deve ser utilizado em profundidades máximas de 5 metros para não transbordar a garrafa. Assim como o D-49, o amostrador AMS-8 também foi projetado para ser operado através do guincho fluviométrico. Fabricado pela empresa Hidromec, o AMS-8 conta com saco de plástico de 7,6 litros para coleta do material em suspensão. Pesa em média 14 kg e tem comprimento total de 80 cm. É um equipamento destinado para obtenção de amostras Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Edição especial Outubro de página 6 de 11

7 de sedimentos em suspensão pelo processo de integração vertical, qualquer que seja a profundidade. Possui leme hidrodinâmico para direcionar o bico na posição contra a corrente. Figura 3: Amostradores de sedimentos em suspensão modelo DH-48 (a esquerda), modelo D-49 (a direita, em cima), e modelo AMS-8 (a direita, embaixo). Fonte: Hidromec (2017). 2.5 Acondicionamento e Encaminhamento das Amostras As coletas foram realizadas em, no mínimo, dez verticais em cada estação, seguindo as orientações feitas por Carvalho (2000), para se atingir uma média considerável de material em suspensão da seção. Ao final da amostragem as subamostras são misturadas e armazenadas em galões de 5 litros, os quais possuem coloração escura para diminuir a incidência de luz solar na amostra e consequentemente evitar a proliferação de algas. Os galões, por sua vez, foram identificados e acondicionados em local isolado de luz ambiente. Em seguida, as amostras foram encaminhadas para análise em laboratório. O método utilizado para a obtenção da granulometria e concentração de sedimentos em suspensão foi o do Tubo de Retirada pelo Fundo, possibilitando, enfim, a determinação da descarga sólida em suspensão. 2.6 Determinação da Granulometria do Sedimento em Suspensão A análise granulométrica mede a distribuição do tamanho das partículas que compõem o sedimento. A classificação granulométrica simplificada de sedimento, adotada Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Edição especial Outubro de página 7 de 11

8 pela Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT, inclui pedregulho (4,8 a 76 mm), areia (0,05 a 4,8 mm), silte (0,05 a 0,005 mm) e argila (< 0,005 mm). O método de determinação de sólidos dissolvidos foi o Tubo de Retirada pelo Fundo, o qual consiste em separar a fração areia por peneiramento, e a fração silte e argila. É utilizado um tubo de vidro graduado de aproximadamente de 1 m (Figura 4), com diâmetro conhecido e extremidade afunilada; são retiradas alíquotas em horários pré-estabelecidos, de acordo com a temperatura. Após uma série de cálculos é traçada a curva de Oden, que permite a determinação das porcentagens das diversas faixas granulométricas da amostra. Sendo obedecidas as limitações de análise e os outros cuidados necessários, o resultado permitirá o traçado da curva granulométrica com boa precisão. Figura 4: Tubos utilizados no ensaio pelo método do tubo de retirada pelo fundo. Fonte: Carvalho, et al, RESULTADOS Os resultados de granulometria dos sedimentos finos em suspensão obtidos nas medições de campo são apresentados na Figura 5. Pela observação das curvas granulométricas, pode-se notar que: Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Edição especial Outubro de página 8 de 11

9 UHE Baixo Iguaçu Montante I: o material em suspensão é constituído por maior quantidade de argila e silte e que houve variação de 0,025 mm para 20% entre os diâmetros nas medições das diferentes datas em análise. UHE Baixo Iguaçu Montante II: o material em suspensão é constituído por maior quantidade de argila e silte e que houve variação de 0,032 mm para 20% entre os diâmetros nas medições das diferentes datas em análise. UHE Baixo Iguaçu Jusante I: o material em suspensão é constituído por maior quantidade de argila e silte e que houve variação de 0,03 mm para 20% entre os diâmetros nas medições das diferentes datas em análise. UHE Baixo Iguaçu rio Floriano: o material em suspensão é constituído por maior quantidade de argila e silte e que houve variação de 0,04 mm para 20% entre os diâmetros nas medições das diferentes datas em análise. Barra do Sarandi: o material em suspensão é constituído por maior quantidade de argila e silte e que houve variação de 0,035 mm para 20% entre os diâmetros nas medições das diferentes datas em análise. Rio Monteiro: o material em suspensão é constituído por maior quantidade de argila e silte e que houve variação de 0,035 mm para 20% entre os diâmetros nas medições das diferentes datas em análise. Rio Gonçalves Dias: o material em suspensão é constituído por maior quantidade de argila e silte e que houve variação de 0,008 mm para 20% entre os diâmetros nas medições das diferentes datas em análise. Barra do Santo Antônio: o material em suspensão é constituído por maior quantidade de argila e silte e que houve variação de 0,03 mm para 20% entre os diâmetros nas medições das diferentes datas em análise. 4. CONCLUSÕES Foram realizados experimentos com diferentes faixas granulométricas de sedimento com o objetivo de analisar a influência da granulometria no transporte de sedimentos em suspensão. Com base nos resultados obtidos nos experimentos pode-se concluir que os sedimentos predominantemente finos, silte e argila, encontrados nos sedimentos suspensos do Baixo Iguaçu e afluentes, demostram um comportamento hidrodinâmico marcado pelo transporte resultante de ambientes de energia de fluxo que ocorrem atualmente na área de drenagem. Ainda, foi verificado que a granulometria influencia a estimativa da concentração de sedimentos em suspensão e a turbidez das amostras. Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Edição especial Outubro de página 9 de 11

10 Figura 5: Granulometria dos Sedimentos Suspensos. UHE Baixo Iguaçu Montante I UHE Baixo Iguaçu Montante II UHE Baixo Iguaçu Jusante I UHE Baixo Iguaçu rio Floriano Barra do Sarandi Rio Monteiro Rio Gonçalves Dias Barra do Santo Antônio Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Edição especial Outubro de página 10 de 11

11 REFERÊNCIAS CARVALHO, N. O. Hidrossedimentologia Prática. 2 Ed., ver., atual. e ampliada. Rio de Janeiro: Interciência, CARVALHO, N. O.; FILIZOLA JÚNIOR, N. P.; SANTOS, P. M. C.; LIMA, J. E. F. W. Guia de Práticas Sedimentométricas. Brasília, p. OLIVEIRA F. G. C.; SILVEIRA A.; MENEZES P. H. B. J.; TIEZZI R. O. Efeito da granulometria do sedimento na estimativa da concentração de sedimento em suspensão com o uso de turbidímetro ABRH, HIDROMEC. Disponível em: < Acesso em 15 de outubro de TRINDADE W.; RIBEIRO E.; MAGALHÃES J. A. P.; HORN A. H.; PEREIRA M.A. Caracterização granulométrica e hidrodinâmica dos sedimentos depositados na Lagoa do Pontal, Pirapora-MG Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Edição especial Outubro de página 11 de 11