XIII SIMPÓSIO DE RECURSOS HÍIDRÍCOS DO NORDESTE MODELAGEM HIDRÁULICA DO ALTO CURSO DO RIO DE ONDAS UTILIZANDO O MODELO PHABSIM

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1 XIII SIMPÓSIO DE RECURSOS HÍIDRÍCOS DO NORDESTE MODELAGEM HIDRÁULICA DO ALTO CURSO DO RIO DE ONDAS UTILIZANDO O MODELO PHABSIM Marília Gabriella Souza da Silva 1 ; Elis Regina Rodrigues de Souza Castro 2 ; Michel Castro Moreira 3 & Luís Gomes Carvalho 4 RESUMO Diante da necessidade de se caracterizar um curso hídrico, diversos modelos computacionais foram criados para atender as necessidades do conhecimento sobre o comportamento do regime de vazões e os impactos causados pelas ações antrópicas no meio ambiente. O presente trabalho teve por objetivo realizar a modelagem hidráulica do alto curso do rio de Ondas, oeste do Estado da Bahia, visando verificar a adequação do modelo unidimensional Physical Habitat Simulation System PHABSIM para a representação hidráulica de rios sob as condições de Cerrado brasileiro. A modelagem da área de estudo foi realizada utilizando-se o modelo unidimensional PHABSIM. Os dados necessários para a modelagem foram obtidos em campanhas de campo nos períodos seco e chuvoso. Os resultados obtidos com a calibração do PHABSIM demonstraram sua potencialidade para representação das vazões em rios de Cerrado, no entanto, fazem-se necessárias novas etapas de campo para medição das vazões em várias cotas, visando à melhoria do processo de modelagem. ABSTRACT Faced with the need to characterize a water course, several computer models are designed to meet the needs of knowledge about the flow regime of behavior and the impacts of human actions on the environment. This study aimed to carry out the hydraulic modeling of the upper course of the waves of the river, west of the state of Bahia, in order to verify the adequacy of the one-dimensional model Physical Habitat Simulation System - PHABSIM for hydraulic representation of rivers in the Brazilian Cerrado conditions. The modeling study area was performed using the one-dimensional model PHABSIM. The data required for modeling have been obtained in field campaigns in the dry and rainy seasons. The results obtained from the calibration of PHABSIM demonstrated their potential for representation of flow in Cerrado rivers, however, are necessary new field steps for measuring flow rates in various dimensions in order to improve the modeling process. Palavras-Chave modelagem hidrológica, regime de vazões, PHABSIM. 1) Graduanda Eng. Sanitária e Ambiental. UFOB/CCET, Barreiras-BA. Bolsista FAPESB. marilia.gabriella.s@hotmail.com 2) Mestre em Ciências Ambientais. UFOB/CCBS, Barreiras-BA. Bolsista FAPESB. errscbio@gmail.com 3) D.Sc. Eng. Agrícola. Professor Adjunto. UFOB/CCET. Barreiras-BA. michelcm@ufob.edu.br 4) M.Sc. Geologia. Professor Assistente. UFOB/CCET. Barreiras-BA. luisgc@ufob.edu.br XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 1

2 1. INTRODUÇÃO Os modelos hidráulicos-hidrológicos são construídos a partir de abordagens físicas dos processos hidrológicos, sendo utilizados para atender as necessidades do conhecimento sobre o comportamento do regime de vazões e os impactos causados pelas ações antrópicas no meio ambiente (SANTOS, 2009). O IFIM Instream Flow Incremental Methodology é um dos métodos utilizados para caracterizar o ambiente aquático. Um de seus componentes é o modelo unidimensional Physical Habitat Simulation System PHABSIM, que simula os dados e permite visualizar as características hidráulica-hidrológica do curso hídrico estudado. Para que um modelo seja utilizado adequadamente, faz-se necessária a compreensão da estrutura do modelo e suas limitações. Além desses fatos, deve-se ressaltar que muitos modelos necessitam de calibração para que reproduza o mais próximo possível o fenômeno a ser modelado, uma vez que, devido aos métodos matemáticos utilizados para cada modelo, surge uma série de parâmetros relacionados a estes modelos, que representam as características e os processos físicos da bacia (SANTOS, 2009). Dessa maneira, o modelo unidimensional PHABSIM foi escolhido para representar hidraulicamente o alto curso do rio de Ondas, situado no oeste da Bahia, no bioma Cerrado. Através da calibração do modelo, espera-se verificar se o mesmo se adequa e representa de forma satisfatória o ambiente estudado. Assim, o presente trabalho teve por objetivo realizar a modelagem hidráulica do alto curso do rio de Ondas, oeste do Estado da Bahia, visando verificar a adequação do modelo unidimensional PHABSIM para a representação hidráulica de rios sob as condições de Cerrado brasileiro. 2. METODOLOGIA O estudo foi conduzido em trecho do alto da bacia hidrográfica do rio de Ondas (Figura 1), a qual localiza-se nos municípios de Barreiras e Luís Eduardo Magalhães, no oeste do Estado da Bahia, possuindo área de aproximadamente km². Apresenta Clima Aw na classificação de Köppen, com verão chuvoso e inverno seco, temperatura média anual de 24ºC e precipitação anual entre 900 e 1700 mm (BAHIA, 1993). XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 2

3 Figura 1- Localização do trecho de estudo na bacia do rio de Ondas, limites e sedes municipais de Barreiras e Luís Eduardo Magalhães. Fonte: Adaptado de Castro (2013) A fim de se realizar uma análise hidráulica no alto curso do rio de Ondas, foi necessária a realização de etapas de campo para levantamento topográfico e batimétrico e obtenção das variáveis hidrodinâmicas do trecho em estudo. O trecho estudado foi delimitado em 300 metros, sendo dividido em três seções transversais, distantes entre si em 100 metros (Seção 1, Seção 2 e Seção 3). O PHABSIM permite dois tipos de modelagem, a hidráulica e a do habitat. A modelagem hidráulica possui duas etapas, referentes à modelagem da profundidade e da velocidade. No presente trabalho foram utilizados para calibração e simulação do PHABSIM os componentes para a modelagem hidráulica MANSQ e VELSIM, correspondendo respectivamente aos módulos da profundidade e do índice de canal, e da velocidade Modelagem da profundidade A modelagem da cota do nível d água foi o primeiro passo na fase de calibração e simulação hidráulica no PHABSIM, pois permitiu determinar a relação entre a cota e a vazão (curva-chave) medidas em campo (WADDLE, 2001). Nesta etapa a área molhada de cada seção transversal foi utilizada para derivação das distribuições das profundidades, que foi realizada pela subtração entre a rugosidade do leito e a área molhada. A variação da área molhada das seções também estabeleceu os limites para a equação de distribuição das velocidades (GOMES, 2011). XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 3

4 O modelo MANSQ foi utilizado para modelagem e calibração das profundidades e da rugosidade do canal para cada vazão simulada, sendo, para isso, utilizados os dados da caracterização do substrato (D50), do índice de canal, da batimetria e da topografia do trecho Q S n 1 2 A R 2 3 (1) em que: Q = vazão (m 3 s -1 ); N = coeficiente de rugosidade de Manning (s m 1/3 ); S = linha da corrente (m m -1 ); A = área molhada (m 2 ); e R = raio hidráulico (m). A calibração no MANSQ foi realizada através da utilização do comando Run/Models/Water Transport Parameters (CALCF4). O WTP foi determinado para cada seção transversal pelo PHABSIM, sendo os dados adicionados nas tabelas de cada uma delas, através do comando../mansq tab. Após estes comandos, foram adicionados os fluxos de interesse para modelagem e realizada a simulação (../Output Options) (WADDLE, 2001) Modelagem da velocidade Para modelagem e calibração dos dados da velocidade no PHABSIM, através do modelo VELSIM, foram utilizados os dados da velocidade, profundidade e do substrato de cada seção transversal em diferentes vazões. Estes dados permitiram a calibração e simulação das velocidades com as respectivas vazões pela equação de Manning (WADDLE, 2001). 1 V n 2 1 R 3 I 2 (2) em que: V = velocidade média do canal (m s -1 ); e I = declividade da energia (m m -1 ). XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 4

5 As velocidades medidas e simuladas foram calibradas pelo Fator de Ajuste da Velocidade (VAF), que é um índice entre as vazões medidas e as vazões simuladas, dado pela equação: Q VAF Q medida simulada (3) em que: VAF = fator de ajuste da velocidade (adimensional); Q medida = vazão medida em campo (m 3 s -1 ); e Q simulada = vazão simulada pelo programa (m 3 s -1 ). 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Modelagem da profundidade - Modelo MANSQ A calibração no MANSQ possibilitou a simulação da elevação da superfície da água em cada seção transversal para as vazões utilizadas nas simulações, conforme se apresentam na Tabela 1 e Figura 2. Tabela 1: Altitude da superfície da água nas seções transversais para as vazões simuladas. Altitude (m) Vazão (m 3 s -1 ) Seção 1 Seção 2 Seção 3 5, , , ,559 5, , , ,609 5, , , ,620 5, , , ,648 6, , , ,762 9, , , ,131 9, , , ,142 9, , , ,179 XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 5

6 Figura 2: Altitude observada e altitudes simuladas para o trecho Modelagem da velocidade - Modelo VELSIM No VELSIM, observaram-se os perfis das seções transversais e a distribuição das velocidades ao longo das mesmas para as diferentes vazões simuladas, conforme apresentam-se nas Figuras 3, 4 e 5. Figura 3: Perfil transversal e velocidades na seção 1 nos períodos: a) seco; e b) chuvoso. XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 6

7 Figura 4: Perfil transversal e velocidades na seção 2 nos períodos: a) seco; e b) chuvoso. Figura 5: Perfil transversal e velocidades na seção 3 nos períodos: a) seco; e b) chuvoso. Avaliando-se os resultados da calibração do PHABSIM, verifica-se que são necessárias novas etapas de campo para medição das velocidades em várias cotas, visando à melhoria do erro absoluto médio encontrado nas seções transversais 2 (cross section 1) e 3 (cross section 0). Autores como Jowett e Duncan (2011) encontraram erro absoluto médio de 18%, sendo que no presente trabalho o erro foi de 28%. Os dados de saída do VELSIM mostraram o ajuste entre a distribuição das velocidades e das profundidades ao longo das seções transversais, relacionando-os com a batimetria do canal. Mostrou também para os dois períodos sazonais velocidades muito baixas em uma das margens e XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 7

8 velocidades elevadas na outra, caracterizando o padrão meandrante do canal, em que ocorre a erosão de uma margem e a deposição na outra, devido à elevada sinuosidade do canal. 4. CONCLUSÃO Os resultados obtidos com a calibração do PHABSIM demonstraram sua potencialidade para representação das vazões em rios de Cerrado, no entanto, fazem-se necessárias novas etapas de campo para medição das vazões em várias cotas, visando à melhoria do processo de modelagem. AGRADECIMENTOS Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNPq e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado da Bahia - FAPESB, pelo apoio financeiro. BIBLIOGRAFIA BAHIA. Plano diretor de recursos hídricos da bacia do rio Grande. Salvador: SRH/HIGESA, CASTRO, E. R. R. de S. Modelagem bidimensional e análise ecohidrológica do rio de Ondas f. Dissertação (Mestrado em Ciências Ambientais) - Universidade Federal da Bahia, Barreiras, GOMES, C. R. Modelagem ecohidrológica usando o PHABSIM como suporte para a gestão de recursos hídricos, com foco na outorga de uso da água f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, JOWETT, I. G.; DUNCAN, M. J. Effectiveness of 1D and 2D hydraulic models for instream habitat analysis in a braided river. Ecological Engineering, SANTOS, L. L. D. Modelos hidráulicos-hidrológicos: conceitos e aplicação. RBGF Revista Brasileira de Geografia Física, Recife, WADDLE, T. J. PHABSIM for Windows user's manual and exercises. U. S. Geological Survey Open-File Report , XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 8