ELABORAÇÃO E ANÁLISE DO PERFIL DE DECLIVIDADE E ÍNDICE DE GRADIENTE (RDE) DO RIO NEGRO UTILIZANDO DADOS ALTIMÉTRICOS

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1 ELABORAÇÃO E ANÁLISE DO PERFIL DE DECLIVIDADE E ÍNDICE DE GRADIENTE (RDE) DO RIO NEGRO UTILIZANDO DADOS ALTIMÉTRICOS Jessica Araújo Portela 1 *; & Joecila Santos da Silva 2 ; & Stéphane Calmant 3 Resumo A bacia amazônica conhecida mundialmente por sua grande extensão de área de drenagem tem sua densidade de rede de monitoramento hidrológico inferior ao mínimo necessário para uma caracterização dos rios satisfatória. Em vista disso, altimetria por satélite pode fornecer dados com precisão, e com vasta cobertura espacial. Esta é uma técnica de monitoramento do nível da água em grandes bacias hidrográficas. O presente estudo tem como objetivo analisar o perfil longitudinal do rio Negro através da sua elaboração utilizando dados altimétricos e a aplicação do índice de RDE buscando detectar e quantificar zonas anômalas ao longo de seu curso. Concluiu-se que a técnica da altimetria espacial utilizada para adquirir os dados satisfatórios para a elaboração do perfil longitudinal é válida. Observou-se o comportamento do rio com relação a sua declividade. Observouse duas áreas côncavas e uma convexa a linha de melhor ajuste. E foi identificado através do cálculo do RDE que o rio Negro possui em sua maior parte anomalia de segunda ordem. Palavras-Chave Perfil de declividade, Altimetria espacial, Índice RDE. PREPARATION AND ANALYSIS OF PROFILE DECLIVITY And GRADIENT INDEX (RDE) BLACK RIVER USING DATA ALTIMETRIC Abstract - The Amazon basin known worldwide for its large drainage area extension has its network density of hydrological monitoring less than the minimum required for a satisfactory characterization of the rivers. In view of this, satellite altimetry can provide data accurately, and with wide spatial coverage. This is a monitoring technique of the water level in major river basins. This study aims to analyze the longitudinal profile of the Rio Negro through its development using altimetry data and the application of RDE index trying to detect and quantify anomalous zones along its course. It was concluded that space altimetry technique used to acquire data suitable for the preparation of the longitudinal profile is valid. We observed the behavior of the river with respect to its steepness. We observed two concave areas and the convex line of best fit. It was identified by calculating the RDE that the Black River has mostly anomaly second order. Keywords Altimetry, Slope Profile, RDE Index. 1 * Universidade do Estado do Amazonas UEA, Bacharelado em Engenharia Civil, Escola Superior de Tecnologia EST, Av. Darcy Vargas, 1200, , Manaus - AM, Brasil, jessica_portela@hotmail.com. 2 Universidade do Estado do Amazonas UEA; Centro de Estudos Superiores do Trópico Úmido CESTU; Av. Djalma Batista 3578, Flores, , Manaus-AM, Brasil; joecila@yahoo.fr; joecila.silva@ird.fr. 3 Institut de Recherche pour Le Dévelloppement - IRD/LEGOS/CNES/CNRS/IRD/UT3 14 av. Edouard Belin, Toulouse - França stephane.calmant@ird.fr. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 INTRODUÇÃO A bacia amazônica é conhecida mundialmente por sua vasta extensão, possuindo aproximadamente km² de área de drenagem (Silva, 2010). Ela é formada por 10 sub-bacias que se estende desde a confluência do rio Javari, oeste do estado do Amazonas, até a foz do rio Amazonas, no oceano Atlântico. Fazem parte da bacia os rios Madeira, Tocantins, Negro, Xingu, Tapajós, Purus, Marañón, Ucayali, Japurá-Caquetá, Juruá, Putamayo-Içá, Trombetas, Napo e Uatumã (UNEP, 2004). Um sistema hídrico necessita de monitoramento homogênio e perene, que permita estudos hídricos com observações dos dados de níveis de água, medidas de vazões, entre outros (ALSDORF et al., 2001a). Dados disponibilizados pela Agência Nacional das Águas indicam que até 2007 existiam apenas 465 estações fluviométricas na parte brasileira da bacia Amazônica (ANA, 2011). A atualização desse sistema pode variar de 6 a 12 meses (SILVA, 2010). O que denota a necessidade de fortalecer o uso de novas técnicas que forneçam informações hidrológicas para estudos dos sistemas hídricos Amazônicos. Com a utilização da altimetria espacial é possível trafegar sobre regiões de difícil acesso, de forma bastante homogênea e contínua, com frequência definida, e com cobertura espacial e temporal diferenciada, impossíveis de serem executadas pelas redes tradicionais de monitoramento hidrológico (SILVA, 2010). Tal técnica disponibiliza, de forma rápida e com fácil acesso, os dados de níveis de água continentais. As medidas altimétricas de níveis de água são utilizadas em importantes estudos hidrológicos como: nivelamento das estações da rede hidrometeorológica, estimativa de descarga líquida a partir de medidas altimétricas, estimativa das variações espaciais e temporais de armazenamento de água em rios e zonas de inundação, perfis longitudinais de água e implicações geodinâmicas. O nível de água é uma das grandezas que caracterizam um rio (Villela e Mattos, 1975) sendo variável de acordo com o tempo e o espaço (Tucci, 2001) correspondente ao regime fluvial ou regime hidrológico do rio. A bacia Amazônica possui um sistema de monitoramento hidrometeorológico onde é possível se obter dados pluviométricos, observações dos níveis de água em rios e medidas de vazões, mantido pela Agencia Nacional de Águas (ANA). Devido a sua grande extensão, a coleta de tais dados é insuficiente para se obter um estudo detalhado sobre a mesma, pois necessita de observações in situ por um longo período de tempo, com custos altos de instalação e manutenção (ALSDORF, et al. 2001a), apresentando problemas comuns na maioria das redes de monitoramento que inclui inadequado monitoramento, falhas nos dados, diferença de controle de qualidade e diferentes políticas de gestão de dados (WMO, 2003). Os radares altimétricos, instalados a bordo de diferentes missões altimétricas, inicialmente concebidos para aplicações oceânicas, vêm demonstrando uma boa contribuição no monitoramento do nível de águas continentais, detalhada em Calmant e Seyler (2006), Asdorf et al. (2007), Calmant et al. (2008), Creteaux e Birkett (2006) e Silva et al. (2010 e 2012). Área de estudo A bacia do rio Negro possui cerca de 70x10 4 km² o que corresponde a cerca de 10% da bacia Amazônica, possui m com uma vazão média anual aproximadamente m³/s, sua precipitação varia de 3500 mm/ano perto de sua nascente a 2137 mm/ano na sua foz (Villar et al., 2009). O rio Negro nasce na Colômbia com o nome de rio Chamusiqueni, em seguida recebe a denominação de rio Guainia, para finalmente receber o nome de rio Negro, depois da confluência com o canal Casiquiare. Segue a direção geral sudeste até chegar ao rio Solimões onde formam o rio Amazonas. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 A bacia do rio Negro possui uma rede de estações hidrológicas tradicionais, no entanto, a altimetria espacial oferecem um conjunto de dados adicionais para o monitoramento dos níveis de água, particularmente em locais nunca monitorados. Figura 1 Localização da bacia do rio Negro e estações virtuais (pontos em amarelo). Mosaico de imagens JERS-1 no período de cheia. Fonte: Figliuolo et al. (2011) MATERIAIS E MÉTODOS Dados altimétricos Segundo SILVA et al. (2010), considerando o assunto sobre observação da Terra, o maior satélite foi lançado em março de 2002 pela ESA, o ENVISAT (Environmental Satellite) (Figura 7.2) em março de 2002, e ficou conhecido por permitir à comunidade científica melhor conhecimento do meio ambiente. Primeiro passo é definir a área de estudo no programa Google Earth. Que consiste em um desenho de um polígono na área onde ocorre a interseção da passagem do satélite e a lâmina d água. A largura deste polígono deve ser suficiente para cobrir o deslocamento que ocorre entre um ciclo e outro do satélite e a área do rio onde alaga nas enchentes. A direção deve ser informada com um desenho de uma linha sobre o rio de montante a jusante. A escolha dos dados altimétricos coletados será aprimorada pelo uso do software VALS (Virtual Altimetry Station) que estima o nível dos rios. Segundo SILVA et al. (2010) este software possibilita selecionar e corrigir dados altimétricos originados pela passagem do satélite, assim, possibilitando a elaboração das estações virtuais (SV s), que são pontos de cruzamentos dos traços da órbita do satélite com a lâmina d água na superfície terrestre. Segundo passo é a coleta dos dados altimétricos e definição dos dados que irão ser processados e importados pelo VALS numa base local. Após a importação, é possível analisar os dados altimétricos para definir uma estação virtual e extrair uma série cronológica de cotas. Estes dados serão mostrados em perfis dos níveis altimétricos e os pontos medidos na área de estudo. Para finalizar a obtenção dos dados altimétricos estimados gera-se as séries temporais de níveis de água. Os níveis são estimados pelo cálculo da média e da mediana dos dados. Para caracterizar a qualidades dos dados utiliza-se a fórmula do desvio absoluto da mediana. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 Perfil longitudinal A altimetria espacial por satélite tem sido utilizada para determinar os perfis longitudinais dos rios. O perfil longitudinal representa a relação entre a variação altimétrica e o comprimento do rio desde a nascente até a foz ou ponto de confluência. (DE SOUZA, et al., 2011). O perfil longitudinal de um rio pode ser influenciado por fatores como: confluência de tributários, variações na resistência à erosão do substrato rochoso, erosão remontante por mudança brusca em nível de base à jusante, ou ainda por deformações neotectônicas locais ou na bacia (ACKLAS JR, et al. 2003). Relação entre a declividade e extensão do rio, ou o índice RDE, como denominada por Etchebehere (2000) foi inicialmente proposta por Hack (1973) propondo estabelecer um índice comparativo entre o comprimento do canal e a declividade do relevo (Slope-Lenght Index). Comparação esta que indicaria se o canal estaria em acordo ou desacordo com o perfil normal de equilíbrio. Os dados obtidos irão ser transportados para o software Excel 2010, onde será elaborado os perfis longitudinais do rio Negro demonstrado em gráfico, onde o eixo das coordenadas corresponde às altitudes (m), cotas altimétricas, e o eixo das abscissas a extensão do curso do rio (m) medido a partir da ferramenta régua do software Google Earth. Depois de elaborados os perfis eles serão analisados de acordo com sua variação altimétrica, forma e presença de anomalias com o cálculo do Índice RDE. O índice de RDE pode ser aplicado nos canais fluviais por trechos ou em sua totalidade de acordo com as seguintes equações. RDEs= (ΔH/ΔL) x L (1) RDEt = (ΔH/lgL) (2) Onde: ΔH corresponde à diferença altimétrica entre dois pontos selecionados do curso de água; ΔL corresponde o comprimento do trecho analisado; L corresponde à extensão total do canal e lgl corresponde ao logaritmo natural da extensão total do curso d água. Quando os índices obtidos estiverem entre 2 e 10 as anomalias são categorizadas como de 2ª ordem, já se os valores obtidos forem iguais ou superiores a 10, estas anomalias serão classificadas como de 1ª ordem. Mas se valores forem inferiores a 2 serão estes trechos estarão em equilíbrio (ETCHEBEHERE, 2000). Tabela 1 Classificação quando ao índice RDE. RDEs/ RDEt 2 Classificação Faixa de equilíbrio do canal > 2 e < 10 Anomalias de 2ª ordem 10 Anomalias de 1ª ordem Os valores encontrados de RDEs/RDEt menores que 2 são considerados pouco íngremes, não constituindo uma anomalia. Valores entre 2 e 10 são considerados em terrenos íngremes, já os valores superiores a 10 estão relacionados a terrenos muito íngremes (SOUZA e ARRUDA, 2014). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 Cota altmétrica (m) Para a análise do perfil longitudinal utilizou-se a metodologia mencionada por McKeown et al (1988 apud ETCHEBEHERE,2000) que diz que todo curso fluvial procura o seu equilíbrio, e para isso sofrendo erosão ou agradação seu próprio leito. De acordo com isso, buscou-se determinar uma linha de melhor ajuste ao perfil, sendo consideradas anomalias os afastamentos superiores a 10 metros dessa linha. Trechos acima da linha de melhor ajuste forma considerados áreas ascendentes (convexo) e abaixo desta, áreas subsidentes (côncavos) (Fig. 1). Figura 2 Gráfico hipotético de um rio para demonstrar áreas com trechos anômalos (em ascensão A e em subsidência B), determinados em função da linha de ajuste Fonte: Figliuolo et al. (2011) RESULTADOS E DISCUSSÃO O rio Negro possui desde a primeira estação virtual até a foz 1.947,18 km de extensão. As altitudes variam de 190,97 m a 20,51 m desde a estação NEGRO_665 a última estação. A maior declividade identificada entre as estações foi de 25,65 m. Foram selecionados os dados de 39 estações virtuais ao longo do rio Negro, e foi considerado a distância de 15,5 km da nascente do rio a primeira estação. Em um curto trecho do rio, no início, ele demonstra ser côncavo a linha de melhor ajuste, logo depois convexo até o extensão de 915 km e a partir daí demonstra ser côncavo até a sua foz. Com relação ao RDE, no rio Negro 9 trechos foram identificadas como em equilíbrio, ou seja, apresentam índice RDE menores que 2, os demais apresentam anomalias, onde 23 trechos apresentam anomalias de 2ª ordem (RDE maior que 2 e menor que 10) e 2 apresenta anomalia de 1ª ordem (RDE maior que 10), com maior valor igual a 26,7. Logo na maior parte de rio, 60,53%, apresenta anomalias de segunda ordem, A figura 3 representa o perfil longitudinal e a representação dos valores da razão RDE trecho/rde total Extensão (Km) XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 RDEs/RDEt Extensão (km) Figura 3 Representação do perfil longitudinal do rio Negro e a representação dos valores da razão RDEs/RDEt. Tabela 2 Resumo dos dados do rio Negro. RDE total= 11,7641. Nome Latitude Longitude Cota Máxima Δ Cota máxima L nascente (m) L nascente (km) ΔL nascente (m) Declividade RDE trecho RDE trecho/ RDE total FOZ NEGRO_665 2,004-70, ,97 18, , , , , NEGRO_708 1,986-69, ,04 25, , , , , NEGRO_121 2,305-69, ,4 14, , , , , NEGRO_164 2,351-69, ,08 21, , , , , NEGRO_579 2,376-68, ,17 7, , , , , NEGRO_622 2,269-68, ,99 10, , , , , NEGRO_035 2,692-68,004 92,5 6, , ,9278E-05 42, , NEGRO_078 2,671-67, , , ,8469E-05 22, , NEGRO_493_01 2,396-67,22 84,08 0, , ,7223E-05 34, , NEGRO_493_02 2,315-67,202 83,47 0, , ,5583E-05 15, , NEGRO_493_03 2,142-67,164 82,9 2, , ,1861E-05 9, , NEGRO_563_01 1,748-67,009 80,88 5, , , , , NEGRO_563_02 0,919-67,191 75,71 1, , ,6448E-05 48, , NEGRO_563_03 0,722-67,234 74,27 1, , ,6533E-05 67, , NEGRO_563_04 0,563-67,269 72,76 0, , ,4074E-05 65, , NEGRO_563_05 0,529-67,276 72,32 1, , ,0588E-05 63, , NEGRO_563_06 0,375-67,31 70,88 1, , ,1784E-05 74, , NEGRO_563_07 0,256-67,337 69,78 25, , , , , NEGRO_994-0,228-66,725 44,13 1, , ,3295E-05 25, , NEGRO_493_05-0,325-66,622 42,45 4, , , , , NEGRO_951-0,309-65,907 37,68 3, , ,3455E-05 52, , NEGRO_908-0,369-65,318 34,39 0, , ,5952E-05 19, , NEGRO_407_01-0,416-65,165 34,1 3, , ,1323E-05 65, , NEGRO_364-0,447-64,617 30, , ,7939E-05 62, , NEGRO_865-0,374-64,456 29,55 2, , ,2745E-05 44, , XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 NEGRO_822-0,311-63,868 27,36 0, , ,801E-05 52, , NEGRO_321-0,328-63,747 26,81 2, ,3144E-05 48, , NEGRO_278_01-0,628-63,219 24,47 0, , ,2047E-06 5, , NEGRO_235-1,254-62,107 23,98 0, , ,1356E-05 34, , NEGRO_192_01-1,369-61,945 23,52 1, , ,1483E-05 19, , NEGRO_650-1,923-61,348 22,37 0, , ,578E-05 45, , NEGRO_693-2,075-61,207 21,8 0, , ,8083E-06 8, , NEGRO_106-2,647-60,789 21,4 0, , ,0026E-05 19, , NEGRO_149-3,065-60,271 20,63 0, , ,03E-05 19, , NEGRO_564-3,071-60,164 20,51 20, , , CONSIDERAÇÕES FINAIS Os resultados desse estudo foram obtidos a partir da análise do perfil longitudinal do rio Negro e de seus índices RDE, gerados com dados altimétricos provenientes da missão ENVISAT. Diante dos resultados apresentados, chegou-se as seguintes conclusões: Em relação à aplicação da altimetria espacial para elaboração e estudo do perfil longitudinal do rio Negro considera-se válida e eficaz, entretanto, a seleção dos pontos das medidas altimétricas e a medição das distâncias entre as estações virtuais devem ser feitas de maneira muito cautelosa para se evitar medidas errôneas que podem induzir a conclusões equivocadas; O curso de drenagem do rio Negro apresenta valores declividade que varia entre 8, a 4,8.10-6, respectivamente o maior e menor valor de declividade ao longo do rio. Os trechos identificados com maior declividade se encontram próximos à nascente e os com menor declividade próximos à foz. Foram identificados 9 trechos em equilíbrio e 25 com presença de anomalias (2 com anomalias de 1ª ordem e 23 com anomalias de 2ª ordem); Anomalias de 2ª ordem estão associadas a mudanças litológicas, lineamentos no relevo e encontro de canais fluviais. 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. AGRADECIMENTOS Este estudo se insere nos projetos de pesquisa HIDRAS (CNPq), Dinâmica Fluvial do Sistema Solimões-Amazonas (CPRM) e FOAM (CNES/TOSCA). Ao Centre de Topographie des Océans et de l'hydrosphère - CTOH do Laboratoire d Études en Geophysique et Océanographie Spatiales - 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 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 ANA, 2011, Agência Nacional de Águas. Rede Hidrometeorológica da Amazônia. Disponível em: Acesso: 24 de Abril de 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 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 , 2010, doi: /j.rse ACKLAS Jr. R., et al. Análise de perfis longitudinais de drenagens do município de Guarulhos para a detecção de deformações neotectônicas. Revista UnG Geociências, CALMANT, Stéphane. SEYLER, Frederique. Continental surface waters from satellite altimetry. Comptes Rendus Geosciences, v p ETCHEBEHERE, Mario Lincoln. Terraços neoquaternários no vale do Rio do Peixe, Planalto Ocidental Paulista: implicações estratigráficas e tectônicas. Rio Claro Tese (Doutorado em Geociências) - Universidade Estadual Paulista. p FIGLIUOLO, Guilherme Cordeiro. Caracterização da variabilidade espacial e sazonal do regime hidrológico da bacia do rio Negro com aplicação de altimetria espacial. In Simpósio Brasileiro De Recursos Hídricos, 19, Maceió, In Anais. Porto Alegre (RS). HACK, John. Stream-profile analysis and stream gradient index. Journal of Research of the U.S. Geological Survey v. 1, n. 4: p SILVA, Joecila Santos da. et al. Water levels in the Amazon basin derived from the ERS 2 and ENVISAT radar altimetry missions. Remote Sensing of Environment. Rio de Janeiro: Elsevier v. 114 p UNEP. Barthem, Ronaldo Borges, et al. Amazon Basin, GIWA Regional assessment 40b. University of Kalmar. Kalmar, Sweden, Disponível em: < Acesso em: 12/04/2015. VILLAR, Jhan Carlo Espinoza. et al. Spatio - temporal rainfall variability in the Amazon basin countries. (Brazil, Peru, Bolivia, Colombia, and Ecuador). International Journal of Climatology, v. 29, n. 11, p , 2009, doi: /joc Villela, S. M. & Mattos, A. (1975.Hidrologia Aplicada. Editora Mc Graw Hill, São Paulo 245p. Tucci, C. E. M. (2001). Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre: Editora da Universidade/UFRGS, ABRH. 952p. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8