Valdemar Guimarães, Naziano Filizola, Eurides de Oliveira 1, Jean Loup Guyot e Jacques Callède 2

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1 O USO DO ADCP (CORRENTÔMETRO DE PERFILAGEM ACÚSTICA POR EFEITO DOPPLER) PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO E ESTIMATIVA DO FLUXO DE SEDIMENTOS NOS GRANDES RIOS DA BACIA AMAZÔNICA Valdemar Guimarães, Naziano Filizola, Eurides de Oliveira 1, Jean Loup Guyot e Jacques Callède 2 Resumo.- O ADCP, Correntômetro acústico por Efeito Doppler, é uma ferramenta que, já há algum tempo vem sendo utilizada com sucesso no mar. Em grandes rios, as experiências ainda são poucas. No Brasil, este equipamento está sendo utilizado de modo contínuo no marco do projeto HiBAm na bacia amazônica. Os resultados obtidos durante 8 campanhas ( ) mostraram a vantagem fundamental deste equipamento para melhorar os conhecimentos sobre a hidrologia e também sobre os fluxos de sedimentos dos grandes rios da região amazônica. Abstract.- The ADCP - Acoustic Doppler Current Profiler is a machine that has been used for years with successful on the sea. For large rivers, very few experiences are made. In Brazil, this equipment was used for continuous purposes by the HiBAm program in the Amazon river drainage basin. The results obtained during 8 field campaigns ( ) show the fundamental interest of this equipment to study the hydrology, and also the sediment transport, of the Amazon basin large rivers. Palavras-chave - Bacia Amazônica, Hidrologia, Medição de vazão, Sedimentos, ADCP INTRODUÇÃO O Rio Amazonas é o maior rio do planeta com uma vazão média anual de m 3 /s e uma bacia de mais de 6x10 6 km 2. As primeiras estimativas da vazão do Rio Amazonas datam do século passado (Spix e Marius, 1831; Reclus, 1877; Siemens, 1896; Katzer, 1898). Esses valores foram obtidos a partir de medições pontuais, baseadas na estimativa da velocidade média da correnteza da água e na medição da forma da seção do rio. No período 1920 a 1930, o Serviço de Navegação Brasileiro instalou várias 1 DNAEE, SGAN 603, Ed. DNC, Bl. J, Brasília DF, Brasil, tel : (061) , fax : (061) , 2 ORSTOM, CP 7091, Lago Sul, Brasília DF, Brasil, tel : (061) , fax : (061) , XII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 estações fluviométricas na bacia amazônica do Brasil. Em 1935, o francês Paul Le Cointe, morando em Óbidos, publicou um trabalho preliminar sobre a hidrologia do baixo-amazonas. No entanto, o primeiro estudo sério foi feito par Pardé (1936, 1954) que, baseado nas observações de Le Cointe, apresenta resultados sobre a variabilidade temporal do regime hidrológico do Rio Amazonas. Somente em 1963, foram realizadas as primeiras medições de vazão com molinete do Rio Amazonas em Óbidos pelo 'US Geological Survey' (Oltman et al., 1964, Oltman, 1968). A partir da década de setenta, o Departamento de Águas e Energia Elétrica (DNAEE) instalou uma verdadeira rede de mais de 200 estações fluviométricas (Fig. 1) com medições de vazão na bacia Amazônica Brasileira (Oliveira et al., 1993). Os resultados obtidos nessa rede permitiram conhecer melhor a hidrologia da bacia (Sternberg, 1975; Sioli, 1984; Molinier et al., 1991, 1995, 1996). No entanto, a medição da vazão do rio Amazonas e seus principais afluentes tornou-se problemática, devido ao tamanho dos rios (largura e profundidade), a velocidade da água durante as cheias (até 3 m/s) e aos fenômenos de remoinho e remanso (Meade et al., 1991). Figura 1 - As estações fluviométricas do DNAEE na bacia Amazônica Diferentes métodos de medição de vazão foram utilizados: 'barco em movimento' (Jaccon e Cudo, 1987), 'Grandes Rios' com barco ancorado ou não (Jaccon, 1987; Guimarães et al., 1994) e o método por integração nas verticais (Richey et al., 1986). No entanto, devido à imprecisão da medição, da localização do barco e da duração da 2 XII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos

3 medição, as curvas-chaves obtidas apresentam freqüentemente uma grande dispersão dos pontos (Callède et al., 1997). Para resolver esse problema, o projeto HiBAm (CNPq-ORSTOM/DNAEE/UnB), adquiriu em 1994 um Correntômetro Acústico por Efeito Doppler (ADCP) para medir com precisão as vazões dos grandes rios da bacia amazônica do Brasil. METODOLOGIA O ADCP transmite ondas sonoras através da água (300 KHz no caso do equipamento do projeto HiBAm). As partículas carregadas pela corrente de água, a diferentes profundidades, refletem o som de volta para o aparelho que escuta o eco através de seus sensores. O retorno do som refletido pelas partículas, a diferentes profundidades, faz com que os sensores do ADCP reconheçam também diferentes profundidades. Isso faz com que o equipamento construa um perfil vertical da coluna d água (RDI, 1989). O movimento das partículas na água causa variações na freqüência do eco. O ADCP mede essas variações, o efeito Doppler, como uma função da profundidade para obter a velocidade da corrente em até 128 posições diferentes na coluna d água. Com o conhecimento da velocidade da corrente, da área da seção de medição e da profundidade da seção, um programa de computador (TRANSECT), especialmente desenvolvido para o ADCP, calcula a vazão total na seção de medição. Esse equipamento possui outras características bastante úteis, pois mede seu movimento e altura em relação ao fundo e dá um perfil de intensidade do eco do material em suspensão na água. Essa última característica possibilita conhecer a distribuição dos sedimentos em suspensão na seção. Durante as diferentes campanhas HiBAm na bacia Amazônica, o ADCP foi utilizando principalmente num barco de madeira típico da região e algumas vezes numa voadeira. RESULTADOS E DISCUSSÃO De 1994 até agora, o projeto HiBAm organizou 8 campanhas de medição de vazão e amostragem na bacia amazônica do Brasil e também da Bolívia. Durante essas campanhas, foram realizadas 552 medições de vazão em 70 estações fluviométricas do DNAEE, com a coleta de 707 amostras de matéria em suspensão (MES). As medições do ADCP permitiram constatar o seguinte : 1) a medição de vazão com ADCP é feita de forma rápida. Para uma seção de 3 km de largura, como a de Manacapuru no rio Solimões, a medição com o ADCP leva apenas 20 minutos, sendo que uma medição com métodos convencionais precisa de mais de um dia de trabalho. Essa rapidez aumenta a segurança dos hidrotécnicos. 2) o ADCP mede a velocidade da água em células de 2 metros de altura por aproximadamente 5 metros de largura em toda seção, proporcionando uma melhor medição da vazão. Isso permite aperfeiçoar as curvas-chaves de muitas estações fluviométricas da rede do DNAEE na região. Observa-se, no caso da estação de Manacapuru, que os pontos obtidos com o ADCP têm menos dispersão (Fig. 2). XII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 Rio Solimões em Manacapuru Cota (cm) Vazão (m3/s) Figura 2 - Medições de vazão do Rio Solimões em Manacapuru [ = método convencional, = ADCP] 4 XII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos

5 a b c Figura 3 - Gráficos da medição de vazão com ADCP no Encontro das Águas, Rio Amazonas (21/05/97) a = representação da velocidade da água a 5.6 m de profundidade b = distribuição da velocidade na seção de medição c = distribuição da intensidade na seção de medição 3) o ADCP permite medir vazões em locais onde ocorrem remoinho e remanso. O equipamento faz correções automáticas da direção de escoamento e calcula a vazão certa. Na figura 3, os gráficos mostram resultados da seção do Encontro das Águas, na confluência dos rios Solimões e Negro à jusante de Manaus. Observa-se do lado direito um efeito de remoinho devido à curva do rio. XII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 4) essas correções, associadas à rapidez de operação, permite medir vazões em zonas influenciadas pela maré e também estimar o impacto da maré nas vazões dos rios (Amazonas, Tapajós, Xingu, Jari,...). Observa-se na figura 4 o aumento da vazão quando a cota diminui. 14 Novembre 1996 à ÓBIDOS 215 Limnigramme Echelle Niveau de l'amazone (cm) Jaugeage Heures Figura 4 - Influência da maré nas medições de vazão em Óbidos 5) o ADCP permite conhecer a distribuição das MES na seção (Fig. 3c) e calcular com uma precisão melhor os fluxos de sedimentos nos grandes rios andinos da bacia a partir de uma equação MES = f[intensidade]. Na prática, essa equação é uma função da qualidade da MES, sendo necessário gerar uma equação para cada seção (Filizola e Guyot, 1996; Guyot et al., 1995, 1997). 6) o ADCP permite registrar o deslocamento das dunas no fundo do rio e estimar de maneira indireta a velocidade das partículas em movimento no fundo (arraste) Obidos MES (mg/l) 100 Negro Madeira Rios de águas brancas 10 Rios de águas pretas/claras In ten s id a d e (d B ) Figura 5 - Matéria em suspensão vs. Intensidade CONCLUSÃO Os resultados obtidos nas campanhas do programa HiBAm mostraram que o ADCP é uma ferramenta indispensável para adquirir informações de boa qualidade, tanto 6 XII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos

7 no aspecto da hidrologia (vazão, curvas-chaves, influência da maré), quanto no aspecto dos fluxos de sedimentos (distribuição das MES na seção, monitoramento do arraste). AGRADECIMENTOS Temos que agradecer todos os hidrólogos do DNAEE, do ORSTOM, da CPRM e da SUDAM, pela ajuda nas campanhas do projeto HiBAm. BIBLIOGRAFIA Callède J., Guyot J.L., Molinier M., Guimarães V., de Oliveira E., Filizola N. (1997). La variabilité des débits de l Amazone à Óbidos (Amazonas, Brésil), In Sustainibility of Water Resources under increasing uncertainty, IAHS, Rabat, April-May Filizola N., Guyot J.L. (1996). Medição do fluxo de sedimentos com correntômetro por efeito Doppler (ADCP) na bacia amazônica, In 2ndo Encontro Nacional de Engenharia de Sedimentos, ABRH, Rio de Janeiro, Set. de Guimarães V., Guyot J.L., Conceição S.C. (1994). Medição de descarga líquida em grandes rios. Rio Amazonas em Óbidos. Relatório técnico da maior medição de descarga líquida realizada no mundo ( m 3 /s). Publ. DNAEE, Brasília, 49 p. Guyot J.L., Conceição S.C., Guimarães V., Dos Santos J.B., Longuinhos R. (1995). Medição de vazão com ADCP. Primeiros resultados na bacia Amazônica. A Água em Revista, 3(4) : Guyot J.L., Filizola N., Guimarães V. (1997). Amazon suspended sediment yield measurements using an Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). First results. In Hydrology in the Humid Tropic Environment, IAHS, Kingston, Nov Jaccon G. (1987). Jaugeage de l'amazone à Óbidos par les méthodes du bateau mobile et des grands fleuves. Hydrologie Continentale, 2(2) : Jaccon G., Cudo K.J. (1987). Medições de descarga líquida dos rios Solimões a Amazonas pelo método do barco em movimento In VII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, ABRH, Salvador, Novembro de Le Cointe P. (1935). Les crues annuelles de l'amazone et les récentes modifications de leur régime. Annales de Géographie, 44 : Meade R.H., Rayol J.M., Conceição S.C., Natividade J.R.G. (1991). Backwater effects in the Amazon river basin of Brazil. Environmental Geological Sciences, 18(2) : Molinier M., Da Silva Maia A.C., Dos Santos D.F. (1991). Balanço hídrico da bacia amazônica. Metodologia e primeiros resultados. In IX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, ABRH, Rio de Janeiro, Novembro Molinier M., Guyot J.L., Oliveira E., Guimarães V. (1996). Les régimes hydrologiques de l'amazone et de ses affluents, In L'hydrologie tropicale: géoscience et outil pour le développement, IAHS, Paris, Mai Molinier M., Guyot J.L., Oliveira E., Guimarães V., Chaves A. (1995). Hydrologie du bassin de l'amazone, In Grands Bassins Fluviaux, INSU- CNRS,ORSTOM, Paris, Novembre XII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 Oliveira E., Cudo K.J., Aquino M., Guimarães V. (1993). A operação da rede hidrometeorológica da região amazônica, In X Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, ABRH, Gramado, Novembro de Oltman R.E. (1968). Reconnaissance investigations of the discharge and water quality of the Amazon river. US Geological Survey Circular, 552: 16 p. Oltman R.E., Sternberg H.O'R., Ames F.C., Davis L.C. (1964). Amazon river investigations reconnaissance measurements of July US geological Survey Circular, 486: 15 p. Pardé M. (1936). Les variations saisonnières de l'amazone. Annales de Géographie, 45 : Pardé M. (1954). Sur le régime et spécialement sur les variations saisonnières des cours d'eau brésiliens. La Houille Blanche, 6 : RDI (1989). Acoustic Doppler current profilers. Principles of operation: a practical primer. Publ. RDI, San Diego, 36 p. Richey J.E., Meade R.H., Salati E., Devol A.H., Nordin C.F., Santos U. (1986). Water discharge and suspended sediment concentrations in the Amazon river: Water Resources Research, 22(5): Sioli H. (1984). The Amazon and its main affluents: hydrography, morphology of the river courses, and river types, In The Amazon, Sioli H. (ed..), Publ. Junk, Dordrecht. Sternberg H.O'R. (1975). The Amazon river of Brazil. Geographische Zeitschrift, 40: 74 p. 8 XII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos

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