APLICAÇÃO DA ALTIMETRIA ESPACIAL PARA ELABORAÇÃO DO PERFIL DE DECLIVIDADE DO RIO JURUÁ

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1 APLICAÇÃO DA ALTIMETRIA ESPACIAL PARA ELABORAÇÃO DO PERFIL DE DECLIVIDADE DO RIO JURUÁ Luisa Gonçalves de Freitas 1 *, Joecila Santos da Silva 2, Stéphane Calmant³ Resumo A relação existente entre a variação altimétrica e o comprimento de um corpo hídrico desde a nascente até a foz é representada pelo perfil longitudinal do mesmo. Esta representação é uma importante ferramenta que auxilia o estudo dos condicionantes que equilibram o sistema fluvial. No entanto, a coleta de dados hidrológicos na região amazônica ainda é muito incipiente, devido à inacessibilidade da região, a distribuição esparsa de estações de medição, ou a difusão lenta de dados. A altimetria espacial apresenta uma série de vantagens que possibilitam a realização de um grande número de medidas necessárias para a quantificação dos processos hídricos nas extensas áreas da bacia Amazônica, por utilizar radares altimetricos em satélite com potencial para monitorar variações de altura de águas continentais. Este trabalho tem o objetivo de construir o perfil longitudinal do rio Juruá usando dados altimétricos provenientes da missão ENVISAT e detectar anomalias utilizando o índice RDE. O gráfico resultante apresentou uma altitude mínima de 281,16m no início do canal e 32,78m perto da foz e comprimento do canal igual a 3.157,10km. O cálculo do índice RDE (RDE total= 15,99) indica que o curso fluvial encontra-se em desequilíbrio apresentando principalmente anomalias de segundo grau. Palavras-Chave Altimetria, Perfil Longitudinal, Índice RDE. APPLICATION SPACE ALTIMETRY FOR OBTAINNING SLOPE PROFILE OF JURUÁ RIVER Abstract The relationship between the altimetry variation and the length of the water body from the source to the mouth is represented by slope profile, this representation is an important tool that helps the study of conditions that balance the river system, however, the collection of hydrological data in the Amazon region is still very incipient due to the inaccessibility of the region, the sparse distribution of measuring stations or the slow dissemination of data, radar altimetry has a number of advantages that make it possible to carry out a number of measures necessary for the quantification of water processes in large areas of the Amazon basin, by using radar altimeters on satellites with potential to monitor height variations of continental waters. This paper aims to determine the Jurua River equilibrium profile using altimetry data from Envisat mission by detecting anomalies of the RDE index. The resulting graph showed a minimum altitude of 281,16m at the beginning of the river and 32,78m near to the mouth and the river length of 3.157,10 km. The RDE index (RDEtotal= 15.99) indicates that the Juruá river is in imbalance presenting mainly anomalies of second degree. Keywords Altimetry, Slope Profile, RDE Index. 1 Universidade do Estado do Amazonas-UEA: luisadefreitas@hotmail.com 2 Universidade do Estado do Amazonas- UEA:jsdsilva@uea.edu.br 3 Institut de Recherche pour le Développement IRD: stephane.calmant@ird.fr XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 1. INTRODUÇÃO O estudo do comportamento da natureza sempre interessou o homem, seja por questões de sobrevivência ou por simples curiosidade. Saber como os recursos naturais se comportam facilita o seu entendimento e esse conhecimento pode ser usado como uma ferramenta para combater ou controlar possíveis desastres. O estabelecimento de redes de monitoramento é uma das práticas adotadas para aquisição de dados hidrológicos e sua operação é algo que exige grande aporte de recursos humanos e financeiros, além de uma importante capacidade de planejamento (ALSDORF et al., 2001). A operação da rede hidro meteorológica nacional é viabilizada pela existência de recursos garantidos por lei e coordenada pela Agência Nacional de Águas (ANA). Esta rede é composta por estações pluviométricas e fluviométricas, onde se monitoram o nível e a vazão dos rios, a quantidade de sedimentos e a qualidade das águas. A operação das redes é adaptada às diferentes condições de trabalho das regiões do país, levando em consideração a infraestrutura existente nos diversos estados do Brasil, bem como a existência de parceiras potenciais que viabilizem uma melhor utilização dos recursos tanto financeiros, quanto humanos. O sistema de informações hidrológicas (HidroWeb), mantido pela ANA contém dados de diferentes estações hidro meteorológicas para bacia Amazônica, em território brasileiro, contabilizando 435 estações fluviométricas e 393 estações telemétricas (ANA, 2014). Embora tais dados forneçam uma definição temporal densa, a resolução espacial é limitada apenas uma estação fluviométrica a cada km2 e a atualização desse sistema pode levar de 6 a 12 meses. Diante desse cenário o uso de novas tecnologias e ferramentas que ajudem a incrementar as bases de dados existentes, melhorando o controle dos recursos hídricos, é cada vez mais comum (SILVA et al., 2010). O sensoriamento remoto é uma dessas novas tecnologias que, através da altmetria espacial, vem a algum tempo sendo empregado para determinar a medida instantânea do nível dos oceanos (SILVA et al., 2010). Essa técnica trabalha com a estimativa da altura de lamina de água gerada a partir do intervalo de tempo que separa a emissão da onda eletromagnética emitida pelo satélite altimétrico da recepção de um eco. Tal procedimento, também pode ser aplicado para obtenção de medidas de nível de águas continentais, como alagados, rios, lagos e outros corpos de água (OLIVEIRA et. al., 2011). O estudo dos perfis longitudinais do rio pode ser uma ferramenta muito importante para a compreensão não só dos fenômenos hidrológicos que atuam em uma bacia hidrográfica, mas também dos condicionantes que equilibram ou desequilibram os sistemas fluviais (DE SOUZA et al., 2011) A análise do formato do perfil longitudinal de um rio permite entender se o mesmo se encontra em estado de equilíbrio ou desequilíbrio, ou seja, se o comportamento hidráulico da corrente se encontra estável, fazendo com que não haja erosão do talvegue nem agradação, havendo somente passagem de carga sedimentar (SILVA et al., 2012). É esperado que os perfis longitudinais apresentem uma forma côncava com aumento da sua concavidade para montante. Tal comportamento demonstra um equilíbrio entre capacidade de transporte fluvial e fornecimento sedimentar (IBANEZ et al., 2013). Qualquer variação ou anomalia nesta formação indica que a drenagem se encontra desajustada (MONTEIRO et al., 2014). Neste caso pode-se interpretar as anomalias como indicativas de atividades neotectônicas (BISHOP et al., 2005), assim como de diferença estrutural ou litológica sobre a morfologia do sistema (HACK, 1973). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 O índice que relaciona o declive de drenagem vs extensão de drenagem foi elaborado por Hack (1973) e reflete o seu poder de escoamento (IBANEZ et al., 2013). Este índice foi proposto como um elemento prático para a determinação de trechos de curso que são discordantes do padrão geral de organização fluvial (SOUZA e ARRUDA, 2014). Esse estudo possibilitou a correção dos valores de gradiente e a identificação de anomalias de drenagem em diferentes trechos de seu curso (SOUZA et al., 2013). Este trabalho é parte integrante do Trabalho de Conclusão de Curso do primeiro Autor e propõe-se a analisar o equilíbrio do rio Juruá através perfil longitudinal elaborado com dados altimétricos provenientes da missão altimétrica ENVISAT Para tal análise será aplicado o índice RDE buscando detectar e quantificar zonas anômalas ao longo de seu curso principal que possam identificar atividade neotectônica e/ou imposição litológica. 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1. Área de estudo A área de estudo situa-se na calha principal do rio Juruá com comprimento aproximado de 3.350,00km. Embora nasça no Peru, é em território brasileiro que se localiza 90% de sua extensão que se divide entre os estados brasileiros do Acre e do Amazonas, neste último desaguando na margem direita do Rio Solimões, mais precisamente entre a foz do rio Javari (na margem direita) e a do rio Japurá, (na margem esquerda) (OLIVEIRA et al., 2011). Diferentemente de outros rios de águas brancas que possuem nascente na região andina, a cabeceira do Rio Juruá se encontra em uma altitude menos elevada, situando-se a menos de 500 metros de altitude. (CLAPPERTON, 1993). Figura 1 Localização da Bacia do Rio Juruá e estações virtuais (em amarelo). Fonte Oliveira et al., Dados altimétricos Podemos descrever uma estação virtual (ESV) como o cruzamento dos traços de órbita do satélite com corpos De água na superfície terrestre, no entanto, como foi descrito em Oliveira et al. (2011), algumas das medidas obtidas pelo satélite não são necessariamente medidas válidas para o estudo. Diversos fatores, tais como bancos de areia, ilhotas, vegetação intrafluvial entre outros podem interferir no resultado dessas medidas. Portanto é necessária uma seleção mais apurada dos dados para que se obtenham informações apropriadas. Nesse âmbito o software MAPS (Multimission Altimetry Processing Sofware) auxilia no aprimoramento da seleção dos dados que deverão ser considerados para se estimar as cotas de nível de água (OLIVEIRA et al., 2011). De acordo com Silva et al. (2010), este software permite a XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 seleção e correção individualizada dos dados altimétricos gerados a partir de cada passagem do satélite ou partes dela. Para tal, os seguintes passos devem ser obedecidos: 1º Passo: Elaboração das ESV s- Os dados altimétricos são plotados juntamente com o mosaico de imagem do programa Google Earth, em segundo plano, para identificação do corpo de água. Uma seleção inicial dos dados é executada através de um polígono delimitado pelas latitudes e longitudes mínimas e máximas; 2º Passo: Refinamento dos dados altimétricos- Os dados selecionados no primeiro passo são, então, visualizados no programa MAPS, mostrando o perfil hidrológico altimétrico ao longo do traço (i.e, gráfico altura do nível da água vs posição), onde cada linha corresponde a uma passagem do satélite. Essa configuração permite refinar a seleção dos dados excluindo as medidas indesejáveis; 3º Passo: Elaboração das séries temporais altimétricas- No último passo, a informação disponível, para cada passagem do satélite, permite estimar as séries temporais de altura do nível da água, calculando-se a média e a mediana para cada ciclo. Adicionalmente, as alturas elipsoidais de nível de água das séries temporais serão convertidas em alturas geoidais, utilizando-se o modelo de ondulação geoidal EGM2008 desenvolvido por Pavlis et al. (2008). Para este estudo, foram utilizados dados altimétricos da base de dados hidrológicos da rede altimétrica de monitoramento por satélite do laboratório de Recursos Hídricos e Altimetria Espacial da Amazônia em Oliveira et al. (2015) Elaboração dos perfis longitudinais Perfil longitudinal é um dos elementos morfométricos mais estudados em geomorfologia, podendo ser representado em gráficos de coordenadas cartesianas que expressão a relação entre a cota altimétrica e a extensão do corpo hídrico desde a montante até a jusante (CREMON, 2013). Segundo Zancopé et al. (2009) os cursos de água são considerados em equilíbrio a atuação da erosão, do transporte de sedimentos e da deposição de sólidos são iguais quando o perfil apresenta uma curva parabólica côncava com declividades maiores em direção à nascente e menores em direção à desembocadura. A obtenção o índice de Hack ou RDE para um trecho do curso de água é feita pela relação entre a diferença altimétrica entre dois pontos extremos de um segmento de drenagem (Δh) e o comprimento da projeção horizontal da extensão do seguimento considerado (Δl) multiplicada pelo comprimento do curso de água entre o ponto inferior do segmento considerado até a nascente (L), conforme representado na figura 2. Já o RDE calculado para o curso total é calculado através da diferença altimétrica total do curso (ΔH) dividida pelo logaritmo natural da extensão total (lnl), conforme as equações a seguir. (1) (2) XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 Figura 2 Parâmetros utilizados no caçulo do índice RDE para seguimento de drenagem. Fonte Adaptada de Barbosa et al., Trechos que apresentam valores de RDE trecho/rde total menores que 2 são considerados pouco íngreme o que não constitui anomalia. Valores de RDE entre 2 e 10 são consideradas anomalia de segunda ordem e se correlacionam a anomalias encontradas em terrenos íngremes, já os valores superiores ao limiar 10 representam anomalias de primeira ordem e estão associadas a terrenos muito íngremes (SOUZA e ARRUDA, 2014). O comprimento dos cursos fluviais foi medido através da ferramenta régua do software Google Earth. Os dados altimétricos foram transportados para o software Excel 2010, onde foi elaborado o perfil longitudinal a partir do gráfico onde o eixo das coordenadas corresponde às altitudes (m) e o eixo das abscissas a extensão do curso fluvial (km). O perfil foi avaliado quanto à presença de anomalias que foram identificadas de acordo com a razão entre RDE trecho e o RDE total. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A análise dos perfis longitudinais de drenagens da bacia hidrográfica do rio Juruá permitiu o apontamento das áreas sujeitas a possíveis deformações, tanto aquelas em processo de ascensão quanto aquelas em subsidência. Os perfis longitudinais de drenagem, como informado, são mostrados sob a forma de gráficos de coordenadas cartesianas e incluem uma linha de melhor ajuste (best fit line), que representaria a situação ideal de um rio equilibrado. Afastamentos significativos da linha de melhor ajuste representam, assim, anomalias morfométricas. O rio Juruá possui 3.198,930 km, de sua nascente até a foz no rio Amazonas. As altitudes variam de 43,29 m a 282,82m totalizando uma amplitude de 239,53m. O rio encontra-se, em sua maior parte, em subsidência (côncava) apresentando-se em equilíbrio nos trechos entre a nascente e a estação JURUA_465_01; JURUA_837 e JURUA_622_03; JURUA_293 e JURUA_078. Nos primeiros 606,860 km de seu perfil longitudinal, o rio Juruá possui maior energia de relevo, apresentando os maiores índices de declividade (4, a 1, ) este valor decresce até atingir 1, na estação virtual mais próxima à foz (PURUS_908_07) (tabela 1). Dos trechos analisados no rio Juruá, 3 foram identificadas como em equilíbrio, ou seja, apresentam índice RDE menores que 2, as demais apresentam anomalias, onde 28 apresentam anomalias de 2ª ordem (RDE maior que 2 e menor que 10) e 1 apresenta anomalia de 1ª ordem (RDE maior que 10) detectada entre as altitudes 45,08m e 47,36m. A figura 3 representa o perfil longitudinal do rio Juruá e a representação dos valores da razão RDE trecho/rde total. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 Cotas (m) Tabela 1 Resumo das variáveis morfométricas do rio Juruá. RDE total= 15,9918. Nome Latitude Longitude Cota Máxima (m) Δ Cota máxima (m) L nascente (m) ΔL nascente (m) Declividade RDE trecho RDE trecho/ RDE total JRUA_465_01-10,068-72, ,82 12, , , , JURUA_708_01-10,046-72, ,09 79, , , , JURUA_465_02-8,353-72, ,19 4, , , , JURUA_465_03-8,204-72, ,29 5, , , , JURUA_250_02-8,046-72, ,93 0, , , , JURUA_250_03-8,022-72, ,15 5, , , , JURUA_250_04-7,850-72, ,01 15, ,9828E-05 73, , JURUA_923-7,233-72, ,9 6, ,443E-05 58, , JURUA_708_02-7,180-71, ,89 4, ,993E-05 68, , JURUA_379-7,052-71, ,09 9, ,0582E-05 68, , JURUA_164-6,879-71, ,99 1, ,429E-05 51, , JURUA_837-6,764-70, ,33 9, ,3685E-05 72, , JURUA_622_02-6,710-70, ,59 0, ,737E-05 23, , JURUA_622_03-6,703-70, ,52 2, ,686E-05 78, , JURUA_293-6,743-70, ,51 10, ,5814E-05 74, , JURUA_078-6,605-69, ,72 0, ,6575E-05 27, , JURUA_751-6,614-69, ,63 10, ,9988E-05 91, , JURUA_207-6,518-68, ,26 0, ,0755E , , JURUA_536-6,524-68, ,11 10, ,0678E , , JURUA_665-6,361-68,166 94,09 4, ,7905E , , JURUA_994-6,157-68,031 90,05 9, ,4282E , , JURUA_121-5,582-67,620 80,65 9, ,8452E , , JURUA_450-5,104-67,079 70,79 0, ,8816E , , JURUA_579-5,075-67,013 70,11 10, ,5476E , , JURUA_035-4,257-66,475 59,55 12, ,0042E , , JURUA_493-3,214-65,987 47,36 2, ,4656E , , JURUA_908_02-2,982-65,893 45,08 0, ,2262E , , JURUA_908_03-2,919-65,879 44,76 0, ,6846E-05 83, , JURUA_908_04-2,900-65,875 44,6 0, ,1104E-05 97, , JURUA_908_05-2,841-65,862 43,8 0, ,0558E-05 96, , JURUA_908_06-2,819-65,857 43,51 0, ,0992E-05 66, , JURUA_908_07-2,792-65,851 43,29 43, ,3721E-05 43, , Extensão (km) Extensão (km) Figura 3 Perfil longitudinal do Rio Juruá e distribuição dos valores RDE trecho / RDE total ao longo do referido perfil. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Neste estudo analisou-se o perfil longitudinal do rio Juruá gerado com dados altimétricos provenientes da missão ENVISAT a partir do índice RDE. Diante dos resultados apresentados, chegou-se as seguintes conclusões: XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 - A aplicação da altimetria espacial para elaboração e estudo do perfil longitudinal do rio Juruá, é válida porém a seleção dos pontos de medidas altimétricas e a medição das distâncias entre as estações virtuais devem ser feitas de maneira muito cautelosa para se evitar dados erôneos que podem induzir a conclusões equivocada; - O curso de drenagem do rio Juruá apresenta declividade que varia entre 4, e 1, sendo que os trechos com maior declividade se encontram próximos à nascente e os com menor declividade próximos à foz no rio Amazonas; - Foram identificados 3 trechos em equilíbrio e 29 com presença de anomalias (1 com anomalias de 1ª ordem e 28 com anomalias de 2ª ordem); - As anomalias de 2ª ordem no rio Jurua estão associadas a mudanças litológicas, lineamentos no relevo e encontro de canais fluviais; - As anomalias de 1ª ordem são condicionadas por diferenças na resistência litológica associadas a um controle estrutural, marcado pelas suspeitas de presença de falhas, as quais, possivelmente, refletem os altos valores de RDEtrecho/RDEtotal; - Os resultados encontrados servem como suporte para a realização de estudos hidrológicos futuros. AGRADECIMENTOS Este estudo se insere nos projetos de pesquisa HIDRAS (CNPq), Dinâmica Fluvial do Sistema Solimões-Amazonas (CPRM) e FOAM (CNES/TOSCA). Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela bolsa de Iniciação Científica concedidas ao primeiro autor. Ao Centre de Topographie des Océans et de l'hydrosphère - CTOH do - LEGOS, pelos Geophysical Data Records - GDRs e as correções troposféricas correspondentes e à European Space Agency - ESA pela garantia do uso dos dados da missão ENVISAT disponibilizados para o estudo. REFERÊNCIAS ALSDORF, D. E.; BIRKETT, C. M.; DUNNE, T.; MELACK, J.; HESS, L., (2001). Water level changes in a large Amazon lake measured with spaceborne radar interferometry and altimetry. Geophysical Research Letters, v. 28, n. 14, pp doi: /01/2001GL ANA, 2014, Agência Nacional de Águas. Rede Hidrometeorológica da Amazônia. Disponível em: Acesso: 24 de Abril de BARBOSA, M. E. F.; VITAL, S. R.RO.; LIMA, J. C. F.; FREITAS, G. M. A.; SANTOS, A. S. FURRIER, M. (2011). Aplicação do índice Relação Declividade- Extensão na bacia hidrográfica do rio Guruji para detecção de deformações neotectônicas sobre os sedimentos do Grupo Barreiras, litoral do estado da Paraíba, Brasil. Geología Coombiana, v. 36, n. 1, pp.129. BISHOP, P.; HOEY, T. B.; JANSEN, J. D.; ARTZA, I. L. (2005). Knickpoint recession rate and catchment are: the case of uplifted rivers in eastern Scotland. Earth Surface Processes and Landforms, v.30, n.6, pp XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 CLAPPERTON, C. M. (1993). Quartenary geology and geomorphology of South America. Elsevier, Amsterdam. CREMON, E. H. (2013). Espacialização da anomalia do índice de Hack como suporte a estudos morfoestruturais. IMPE. DE SOUZA, R. B.; SOUZA, J. B.; GOLDFARB, M. C. (2011). Determinação e análise longitudinal do rio Una- PE. In Anais do XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Maceió, Nov HACK, J. T. (1973). Stream-profile analysis and streamgradient index. Estados Unidos: Journal of Research of the U.S. Geological Survey v. 1, n. 4, p IBANEZ, D. M.; MIRANDA, F. P.; ALMEIDA FILHO, R. (2013). Controle de estruturas do embasamento sobre o relevo da porção central da Bacia do Parnaíba evidenciado pela análise dos perfis longitudinais de rios. In Anais XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto- SBSR, Foz do Iguaçu, MONTEIRO, K. A.; TAVARES, B. A. C.; CORREA, A. C. B. (2014). Aplicação do índice de Hack no rio Ipojuca para identificação de setores anômalos de drenagem e rupturas de relevo. Geociências, v. 33, n. 4, pp OLIVEIRA, R. A.; SOUZA, A.C.; SILVA, J. S.; CLAMANT, S.; SEYLER, F. (2011). Variabilidade Temporal e Sazonal do Regime Hidrológico do rio Juruá com dados provenientes da missão altimétrica ENVISAT. In Anais do XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Maceió, Nov PAVLIS, N. K.; HOLMES, S. A.; KENYON, S. C. (2008). An Earth Gravitational Model to Degree 2160: EGM2008. In Anais Proceedings of the 2008 General Assembly of the European Geosciences Union, Viena, SILVA, J. S.; CALMANT, S.; SEYLER, F.; ROTUNNO FILHO, O. C.; COCHONNEAU, G.; MANSOUR, W. J. (2010). Water levels in the Amazon Basin derived from the ERS 2- ENVISAT radar altimetry missions. Remote Sensing of Environment. v. 114, pp SILVA, G. P. R.; ETCHEBEHERE, M. L.; SAAD, A. R.; FRANCO-MAGALHÂES, A. O. B. (2012). Análise de perfis segmentados de drenagem para a avaliação morfotectônica na bacia hidrográfica do alto rio Jaguari (SOP-MG). UNESP- Geociências, v.31, n. 2, pp SOUZA, A. O.; ARRUDA, E. M. (2014) Análise da Rede de Drenagem na Bacia do Ribeirão dos Rodrigues: Anomalias, Índice RDE e Perfil Longitudinal. Revista Brsileira de Geografia Física, v. 7, n.3, pp SOUZA, R. B.; SOUZA, J. B.; GOLDFARB, M. C.(2013). Determinação e análise do perfil longitudinal do rio Uma-PE. In Anais XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Maceió, ZANCOPÉ, M. H. C.; FILHO, A. P.; CARPI JR, S. (2009). Anomalias no perfil longitudinal e migração dos meandros do rio Mogiguaçu. Revista Brasileira de Geomorfologia, v. 10, n. 1. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8