PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO VERRUGA PRODUCTION OF SEDIMENTS IN WATERSHED VERRUGA RIVER

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1 PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO VERRUGA Phablo Cabral de Oliveiral 1 ; Ana Verena Luciano Santos Campos 2* ;Iara Oliveira Fernandes 3 ; Mariangela Bittencourt 4 ; Eduardo Freitas Rêgo 5 ; Felizardo Adenilson Rocha 6 ; Joseane Oliveira da Silva 7 ; Cristiano Tagliaferre 8 ; Flávia Mariani Barros 9 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 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 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 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 1 Estudante de Engenharia Elétrica do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia IFBA. phablo_cabral@hotmail.com 2 Estudante de Engenharia Ambiental do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia IFBA. verena.campos@gmail.com 3 Estudante de Engenharia Ambiental do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia IFBA. iara158@gmail.com 4 Estudante de Engenharia Ambiental do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia IFBA. mariangela251@hotmail.com 5 Estudante de Engenharia Ambiental do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia IFBA. eduardofreitas95@yahoo.com.br 6 Professor do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia IFBA. felizardoar@hotmail.com 7 Professora do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia IFBA. joseaneoliverias@yahoo.com.br 8 Professor da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia UESB. tagliaferre@yahoo.com.br 9 Professora da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia UESB. mariamariani@yahoo.com.br * Autor Correspondente: Ana Verena Luciano Santos Campos XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 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 m 3.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

3 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 km 2 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 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 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 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 A i V i Q (1) i 1 em que: A i é a área da subseção i, em m 2 ; V i 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: D ssi 0,0864 C P Q (2) i i Em que: D ssi é a descarga sólida em suspensão da vertical i, em ton.dia -1 ; Ci é a concentração média, em mg.l -1 ; P i é a porcentagem de vazão líquida que passa na faixa de influência desta vertical; Q é a vazão líquida total, em m 3.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). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 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 km 2 ), 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 Data Cota Vazão (cm) (m 3.s -1 CS (1) (mg.l -1 Qss (2) Pss ) ) (ton.dia -1 ) (ton.km -2.dia -1 ) 16/11/ ,95 976, ,93 1,59 31/11/ ,20 264,25 52,66 0,06 15/12/ , ,11 0,01 12/01/ ,76 257,5 16,62 0,02 23/03/ ,68 222,19 13,57 0,02 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 Vazão (m 3 /s) 12/04/ ,36 275,62 29,77 0,03 04/05/ ,76 244,37 16,34 0,02 20/07/ ,68 270,62 19,86 0,02 03/09/ ,45 154,37 6,76 0,01 28/09/ ,81 155,42 6,98 0,01 Média --- 2,55 297,62 161,06 0,18 Desvio Padrão --- 5,08 243,79 448,50 0,49 (1) CS = concentração de sedimentos em suspensão, obtida pela média de três repetições, (2) Descarga sólida de sedimentos em suspensão; Pss = Produção específica de sedimentos 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 (R 2 = 0,92) y = 0,1007x 14 R² = 0, 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. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 Tabela 2. Análise granulométrica dos sedimentos de arraste de fundo do rio Verruga DATA Areia grossa Areia Fina Silte Argila (%) (%) (%) (%) 16/11/ ,31 10,09 1,10 1,50 15/12/ ,71 9,35 2,34 2,60 23/03/ ,22 10,89 1,78 3,11 10/05/ ,19 11,67 1,91 1,21 08/06/ ,14 12,34 1,43 1,08 06/07/ ,26 40,64 0,37 1,71 03/09/ ,46 31,29 0,12 4,02 28/09/ ,51 37,75 2,49 1,25 Média 75,98 20,50 1,44 2,06 Desvio Padrão 13,35 13,57 0,87 1,07 CONCLUSÕES 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, 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. REFERÊNCIAS Alexandrov, Y.; Laronne, J. B.; Reid, I. Suspended sediment concentration and its variation with water discharge in a dryland ephemeral channel, northern Negev, Israel. Journal of Arid Environments, v.53, pp.73-84, BARROS, F.M. Dinâmica do nitrogênio e do fósforo e estado trófico nas águas do rio Turvo Sujo, Viçosa, 2008, pp Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola), Universidade Federal de Viçosa. BERTOL, I.; MIQUELLUTI, D.J.; Perdas de solo, água e nutrientes reduzidas pela cultura do milho. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília, v.28, n.10, p , Bollmann, H, A,; Marques, D. M.; Gestão ambiental integrada de bacias hidrográficas: Bacia do Rio Cachoeiras São Mateus do Sul PR. Revista Brasileira de Recursos Hidrícos, v.6, pp , XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 CARVALHO, N. O. Hidrossedimentologia prática, 2 o ed,, Rio de Janeiro: Interciência, 2008, pp EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA. Manual de métodos de analise de solo, 2 a ed., Embrapa-CNPS, Rio de Janeiro, 1997, pp FOSTER, G, R, Modeling the erosion process. In: HAAN, C.T. et al. (Ed.), Hydrologic modeling of small watersheds, Saint Joseph: ASAE, pp , GOMES, H.S.; DETONI, C.E. Avaliação de solos e vegetação na região pastoril de Itapetinga BA. Revista Bahia Agrícola, v.2, n.3, pp. 1-8, LANE, L.J.; RENARD, K.G.; FOSTER, G.R.; LAFLEN, J.M. Development and application of modern soil erosion prediction technology; Australian Soil Research, v.30, pp , Paranhos, R. M.; Paiva, J. B. D. Avaliação de metodologia de estimativa de produção de sedimentos em uma pequena bacia rural de encosta. Revista Brasileira de Recursos Hidrícos, v.13, pp. 7-18, SCAPIN, J. Caracterização do transporte de sedimentos em um pequeno rio urbano na idade de Santa Maria RS, pp Dissertação de mestrado (Universidade Federal de Santa Maria), SIVIERO, M.R.L. Produção de sedimentos a montante de uma seção do Rio Atibaia associada à descarga sólida transportada, Campinas, UNICAMP, pp. 82, Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Universidade Estadual de Campinas. WALLIAMS, G. P. Sediment concentration versus water discharge during single hydrologic events in rivers, Journal of Hydrology, Amsterdam, v. 111, p , VANZELA, L. S.; SILVA, L. M.; VEIGA, A. R. Relação entre aporte e produção específica de sedimentos em bacia hidrográfica de Fernandópolis SP, Disponível em: < Acesso em: 06 de Maio de XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8