ESTUDO CONFLUENCIA IGUAÇU E PARANÁ E SEU EFEITO NOS NIVEIS A SUA MONTANTE CONFLUENCE PARANÁ IGUAÇU S STUDY AND ITS EFFECT IN WATER LEVELS UPSTREAM

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1 ESTUDO CONFLUENCIA IGUAÇU E PARANÁ E SEU EFEITO NOS NIVEIS A SUA MONTANTE Paulo E. Gamaro 1 *; Luiz H. Maldonado 2 Resumo: As confluências dos rios são importantes nós na cadeia fluvial. Não há muitos estudos em grande escala, sendo a maioria de seus estudos em laboratórios ou pequenos rios. A junção dos rios Iguaçu e Paraná esta localizada na tríplice fronteira entre Brasil, Paraguai e Argentina, e as variações da razão entre vazões causam importantes efeitos a montante, entre eles os níveis governados na maior parte pelas cheias do Iguaçu causando inundações nas cidades de Foz do Iguaçu-BR e Ciudad del Este-PY, além de afetar a produção de energia da usina de Itaipu. Conhecer quando e como esta relação ira afetar é de primordial importância e objeto deste estudo. Palavras Chave: Confluências, níveis, grandes rios CONFLUENCE PARANÁ IGUAÇU S STUDY AND ITS EFFECT IN WATER LEVELS UPSTREAM Abstract River confluences are important nodes in fluvial network. There is not much studies in large scale, most of these studies are from laboratory or small rivers. Junction of Paraná and Iguaçu rivers is located in the triple boarder among Brasil. Paraguai and Argentina, and its variations in discharge ratio causing important effects upstream, among then water levels leaded by Iguaçu floods inundating cities of Foz do iguaçu- Br and Ciudad del Este- Py, also affecting the energy production of Itaipu Dam. Know when and how this relation will affect have great importance and is subject of this study. KEYWORDS: Confluence, levels, Large Rivers 1 *Itaipu Binacional, pemg@itaipu.gov.br 2 Itaipu Binacional; lhmaldo@itaipu.gov.br

2 INTRODUÇÃO: Nas redes fluviais o encontro de dois rios cada qual com fluxo, carga de sedimentos e regimes independentes criam um ambiente único de deposições e erosões e consequentemente com mudanças na morfologia do canal nestas confluências (Benda et al, 2004). Além disto estas confluências são importantes para a conectividade ecológica e pode influenciar cheias, navegação, qualidade de água etc. (Ribeiro et al 2009). Poucos autores tem estudado sobre a influencia dos níveis de água a montante das confluências para diferentes ângulos deste encontro, razão entre as vazões, larguras de canais, declividade e regimes de fluxos (Biron et a, 1996). No entanto em geral estes estudos relatam locais de estudo em pequenas escalas ou em laboratórios. Há um significante vazio de estudos em rios com maiores razões largura/profundidade, onde poucos autores tem estudados, entre eles Szupiany et al (2008). Assim sendo este trabalho visa apresentar um estudo da influencia desta confluência entre dois grandes rios, um deles o quinto maior do mundo em volume de água e comprimento, nos níveis de montante e sua influencia nas cidades de Ciudad del Leste e Foz do Iguaçu, bem como na UHE Itaipu. ÁREA DE ESTUDO: A confluência entre os rios Paraná e Iguaçu encontra-se aproximadamente 20 km a jusante da usina hidrelétrica de Itaipu na tríplice fronteira entre Brasil, Paraguai e Argentina nas coordenadas (21J) 741, W, 7,167, S (Fig 1A). Seu encontro se da em um ângulo de 90 graus e a razão entre as vazões medias é de 0,1, os leitos de ambos são rochosos apesar do Iguaçu nas cheias carregar grande carga de sedimento. Na região pré confluência o rio Iguaçu tem respectivamente largura média e profundidade media de 300 e 30 m, e o rio Paraná 450 e 45 m. A região estudada compreende a jusante da UHE Itaipu ate esta confluência (Fig1 B) ESTUDO Os fatores que motivaram este trabalho foram: a pouca literatura de estudos em confluências de grandes rios, a larga variação na razão das vazões ( κ) destes rios e suas consequências nos níveis a montante da mesma, tais como perdas de capacidade de geração na usina de Itaipu e alagamento de bairros nas cidades de Foz do Iguaçu- Br e Ciudad del Este- Py As confluências são importantes nós nas cadeias de rios, e possuem características próprias e variáveis com a relação entre vazões (razão) e ângulo de junção, e são consideradas variáveis chaves no estudo de confluências (Roy, et al, 2008) (Biron and Lane,2008). Sendo o ângulo imutável a curto prazo, o fator mais importante é a razão entre vazões (Q t / Q m ) (κ), pois afetam as conhecidas seis zonas descritas por Best (1997). São elas: zona de fluxo estagnado, fluxo de deflexão, zona de separação de fluxo, área de máxima velocidade, área de recuperação gradual de fluxo, varias distintas camadas de atrito (flow stagnation zone, flow deflection zone, flow separation zone, área of maximum velocity, gradual flow recovery área, and several distinct shear layers) (Fig 2).

3 (A) (B) Figuara 1 Confluencia Paraná / Iguaçu (A); Estações de controle dos níveis a montante da confluência.(b). Itaipu a esquerda junção Iguaçu/Parana no retângulo vermelho. Figura 2 - Seis zonas de uma confluência:. Qm vazão rio principal; Qt vazão tributário; Qtot soma vazões; b larguras; α ângulo da junção. Modificado de Best 1997

4 Sendo o ângulo α na junção entre os rios Paraná e Iguaçu igual 90 o, é fácil perceber que conforme aumenta a vazão do tributário, consequentemente a razão entre vazões (Q t / Q m ) vai acontecendo um represamento das águas do rio principal (Paraná), e consequentemente um aumento de nível para montante, que vai se alastrando em direção a saída das turbinas de Itaipu (tailrace). Este aumento de níveis trazem consequências graves para o Brasil, perda de capacidade de geração em Itaipu e alagamento de bairros ribeirinhos, assim como também no Paraguai. Por isso é importante conhecer em que condições de razão de vazões, qual o nível e ate onde se deslocara para montante. Este estudo busca complementar o de Gamaro et al (2013) com foco na onda de cheia criada para montante. Para as análises foram utilizados dois eventos um considerado como estado normal aqueles em que as vazões de ambos estão próximas da media e outro a maior cheia registrada do Iguaçu. Foi monitorado a razão de vazões e suas respectivas elevações de nível em 3 postos a montante desta confluência, um a montante da foz do Iguaçu (Porto Meira), e um 10 km a jusante da confluência (R-11) por um período de 20 dias antes e após estes dois eventos. As vazões do rio Iguaçu foram obtidas a partir da curva chave do posto de Hotel Cataratas 5 km a montante das cataratas do Iguaçu código longitude 75788,81m E e ,46m S. As vazões do Paraná foram obtidas da vazão defluente da UHE Itaipu, não há aporte significante entre a usina e a confluência. Foram efetuadas medições de vazão com um ADCP modelo WHRG 600 khz em toda região da confluência para estabelecer as zonas de confluência nas diferentes razões de vazão (Fig 3A) e o modelo digital do leito do rio na confluência (Fig 3B). Os níveis foram medidos nos postos entre a UHE Itaipu e a confluência (Fig 1B). (A)

5 RESULTADOS (B) Figura 3- (A) Zonas da confluência levantadas com ADCP; (B) Modelo Digital do Leito (B) Evento 2012 Cotas normais Foi feito um monitoramento entre os dias 13/06 a 03/07/2012 em que as vazões do rio Iguaçu variaram entre 2046 e 7394 m 3 s -1 e as do rio Paraná entre 9351 e m 3 s -1, com a razão entre vazões variando de 0,13 e 0,55 (Fig 4). Avaliando as vazões, e a razão entre elas vemos que há momentos que a vazão do Iguaçu sofre um acréscimo de 100% enquanto a vazão do Paraná sobe apenas 13% (fig 4), levando com isto um aumento de υ de 0,24 para 0,54. Neste período foi possível verificar que os níveis das estações mais a montante para um mesmo momento são maiores que as mais próximas da confluência, e que há um desnível de 2m entre a jusante de Itaipu (113,19) e R-11(111,36), seção após a confluência, mostrando um forte represamento nas águas do rio Paraná. A cota que inicia a inundação de bairros é 109 (Fig 5, Linha horizontal). Vazões (m3/s) Evento /10/20120:00 6/20/20120:00 6/30/20120:00 7/10/20120:00 Qt Qm Qt/Qm Figura 4- Vazões: Iguaçu (Q t ); Paraná (Q m ) e Q t / Q m (κ) para o evento de 2012 Qt/Qm

6 Cota em Relação ao Nível do Mar 125 Evento cotas /6/12 15/6/12 20/6/12 25/6/12 30/6/12 5/7/12 10/7/12 Porto Oficial Porto Meira R11 Ponte R4 Figura 5- Cotas das estações durante evento de 2012 Evento 2014 Cheia Iguaçu Foi feito um monitoramento entre os dias 01/06 a 20/06/2014 em que as vazões do rio Iguaçu variaram entre 1564 e m 3 s -1 e as do rio Paraná entre 6378 e m 3 s -1, com a razão entre vazões entre 0,17 e 3,25 (Fig 6). Entre os dias 1 a 6/6 vemos pequenas subidas do Iguaçu devido a operação da UHE Salto Caxias e de Itaipu visando não aumentar os níveis, ainda no dia 6/6 inicia uma crescida que vai culminar com a cheia recorde do Iguaçu. Esta gerou um aumento de nível na jusante de Itaipu de 101,81 para 125,08 e em R-11 de 100,40 para 124,15. Vazões (m 3 /s) Evento /05/ /06/ /06/ /06/2014 Qm Qt Relação Qt/Qm Coeficiente Qt/ Qm Figura 6- Vazões do evento de 2014 do Iguaçu (Q t ) e Paraná (Q m ) e Razão Q t /Q m do evento de 2014

7 Evento Cotas Cota em Relação ao Nível do Mar /31/2014 6/10/2014 6/20/2014 6/30/2014 Evento a cada 12 horas R4 IATE CLUBE Ponte R11 Figura 7- Cotas do Evento de 2014 CONCLUSÕES Como um dos primeiros estudos da influencia de uma confluência de um grande rio é possível verificar que em escalas tão grandes como a da bacia do Paraná, quinta do mundo em vazão é possível verificar que a maneira com que estas confluências afetam cada rio individualmente não é apenas uma questão de escala se comparado com os estudos de laboratórios e pequenos rios normalmente menores que 10 m de largura. Este estudo apresenta apenas uma pequena proporção dos efeitos de uma confluência desta magnitude, visando apenas a variação de nível ocorrida. Os níveis da água a montante da confluência dos rios Paraná e Iguaçu são fortemente influenciados pela razão entre vazões, que em alguns momentos chega a valores maiores que 3. Conforme esta razão aumenta mais forte é o represamento no rio Paraná, razoes acima de 0,3 indicam alagamentos nos bairros das cidades e elevações a mais de 20 km a montante, e o efeito contrario para jusante em razões (κ) perto de 0,5. Nos valores de κ maiores que 2 tal efeito não aparece devido as águas do Iguaçu passarem quase na sua totalidade livremente. Apesar de represar a maior parte das vazão do Paraná não faz muita diferença uma vez serem as vazões do tributário duas vezes mais que o principal, e chegando até 3 vezes maior. REFERENCIAS Benda, L., Andras, K., Miller, D., Bigelow, P. (2004). Confluence effects in rivers: Interactions of basin scale, network geometry, and disturbance regimes. Water Reources Research, Vol 40.

8 Gamaro P E, Maldonado,L.H. Lima K.(2012). Initial Study of Parana and Iguassu River Confluence and its interference in Itaipu Dam. Hydraulic Measurements & Experimental Methods Conference. Utah USA. Ribeiro, M.L, Blanchaert, K., Boillat, J.L., Schleiss, A.J., (2009). Influence of the Momentum Flux Ratio on Confluence Morphology. 33 rd IAHR Congress: Water Engineering for a Sustainable Environment. Vancouver. Rice S.; Roy A.; Rhoads B. River Confluences Trubutaries and the Fluvial Network. John Wiley & sons West Sussex. England. Szupiany, R.N, Amsler, M.L., Parsons, D.R., Best, J.L. and Haydel, R. (2008). Comparisons of morphology and flow structure at two braid-bar confluences in a large river. River, Coastal and Estuarine Morphodynamics: RCEM 2007