INFLUÊNCIA DAS CARACTERÍSTICAS MORFOMÉTRICAS NAS ENCHENTES URBANAS: ESTUDO DE CASO DA BACIA HIDROGRÁFICA DO ARROIO SÃO LOURENÇO/RS

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1 INFLUÊNCIA DAS CARACTERÍSTICAS MORFOMÉTRICAS NAS ENCHENTES URBANAS: ESTUDO DE CASO DA BACIA HIDROGRÁFICA DO ARROIO SÃO LOURENÇO/RS Alice Alonzo Steinmetz 1 & Hugo Alexandre Soares Guedes 2 & Samuel Beskow 2 & Rita de Cássia Fraga Damé 3 & Cláudia Fernanda Almeida Teixeira-Gandra 3 Resumo Este trabalho teve como objetivo caracterizar morfometricamente a bacia hidrográfica do Arroio São Lourenço, com intuito de relacionar as variáveis climáticas e físicas da bacia com as enchentes ocorridas no município de São Lourenço do Sul. Para isso, gerou-se inicialmente o Modelo Digital de Elevação Hidrograficamente Condicionado (MDEHC), a partir da base cartográfica do Rio Grande do Sul, através do software ArcGIS, versão 10. De posse do MDEHC, foram calculados os parâmetros morfométricos para o estudo do comportamento hidrológico da bacia. A caracterização morfométrica, permitiu concluir que a bacia do Arroio São Lourenço não possui tendência à enchentes e alagamentos em condições normais de precipitação. Entretanto, a análise de ordem dos canais indicou a possibilidade de aumento da vazão próximo ao exutório da bacia, em condições extremas de precipitação. Além disso, o Arroio São Lourenço apresenta uma forma bastante sinuosa, concentrando a vazão de escoamento superficial na área urbana do município. Também pode-se observar que o alto valor de precipitação média na bacia, assim como no estado do Rio Grande do Sul, é bem distribuída ao longo do ano, o que indica que medidas mitigadoras devem ser tomadas para minimizar os casos de enchentes na parte urbana da cidade. Palavras-Chave eventos extremos, recursos hídricos, São Lourenço do Sul. INFLUENCE OF MORPHOMETRIC CHARACTERISTICS IN URBAN FLOODS: WATERSHED CASE STUDY OF ARROIO SÃO LOURENÇO/RS Abstract This study aimed to characterize morphometrically the watershed of Arroio São Lourenço, aiming to relate the climatic and physical variables of the basin with the floods that occurred in the city of São Lourenço do Sul. For this, was initially generated the Hydrologically Consistent Digital Elevation Model (HCDEL) from the cartographic base of Rio Grande do Sul, by means of the software ArcGIS 10, version 10. Having the HCDEL, morphometric parameters for the study of the hydrological behavior of the basin were calculated. The morphometric characterization, concluded that the basin of the Arroio São Lourenço hasn t a tendency to flooding and overflow under normal rainfall conditions. However, the order analysis of the channels indicated the possibility of increasing the flow near the mouth, in extreme rainfall conditions. In addition, the Arroio São Lourenço has a very sinuous shape, concentrating the flow of runoff in the urban area of the city. It may also be noted that the high value of average precipitation in the basin, as well as in the state of Rio Grande do Sul, is well distributed throughout the year, which indicates that mitigating measures should be taken to minimize the cases of flooding in the urban city. 1 Discente do PPG Recursos Hídricos UFPel. alicesteinmetz@gmail.com 2 Docente do PPG Recursos Hídricos UFPel. hugo.guedes@ufpel.edu.com.br; samuelbeskow@gmail.com 3 Docente do PPG Manejo e Conservação de Solo e Água UFPel. ritah2o@hotmail.com; cftexei@ig.com.br XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 Keywords extreme events, water resources, São Lourenço do Sul. 1. INTRODUÇÃO A ocorrência de enchentes pode estar relacionada tanto com fatores naturais como antrópicos. As condições naturais são aquelas cujas ocorrências são causadas pela bacia em seu estado natural, como: relevo, cobertura vegetal, capacidade de drenagem, forma da bacia e intensidade, duração e frequência das precipitações. As condições antrópicas são aquelas provocadas pela ação do homem, como: urbanização, obras hidráulicas, desmatamento, manejo inadequado do solo, entre outras (TUCCI, 2004). De acordo com Ferreira et al. (2012), o conhecimento das características morfométricas de uma bacia hidrográfica é imprescindível para a conservação dos recursos hídricos, pois torna possível a compreensão do comportamento hidrológico de bacias hidrográficas e possibilita acompanhar as interferências nos processos do ciclo hidrológico e as respectivas respostas da natureza. O município de São Lourenço do Sul é frequentemente atingido pelas enchentes do Arroio São Lourenço. No ano de 2011, o município sofreu a pior inundação da sua história. Chuvas concentradas inundaram uma parte considerável da cidade onde cerca de 20 mil pessoas foram afetadas pela inundação e em torno de 500 tiveram que aguardar por resgate no mau tempo. Aproximadamente 300 famílias ficaram ilhadas e mais de 50% da cidade, principalmente a zona urbana, ficou coberta por água entre 2,5 a 3 metros de altura (SAUSEN et al., 2012). Sendo assim, o objetivo do trabalho foi caracterizar morfometricamente a bacia hidrográfica do Arroio São Lourenço, com o intuito de relacionar as variáveis climáticas e físicas da bacia com as enchentes ocorridas no município de São Lourenço do Sul, sul do estado do Rio Grande do Sul. 2. METODOLOGIA 2.1. Área de estudo A área de estudo compreende a bacia hidrográfica do Arroio São Lourenço (BHASL), localizada no município de São Lourenço do Sul, sul do estado do Rio Grande do Sul, entre os paralelos e S e os meridianos e W (Figura 1). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 Figura 1 Localização geográfica da Bacia Hidrográfica do Arroio São Lourenço Modelo Digital de Elevação Hidrograficamente Condicionado (MDEHC) O Modelo Digital de Elevação Hidrograficamente Condicionado (MDEHC) da bacia hidrográfica do Arroio São Lourenço foi gerado utilizando-se o software ArcGIS, versão 10, e a base cartográfica vetorial contínua do estado do Rio Grande do Sul na escala 1:50.000, onde contém os elementos necessário para gerá-lo, como dados de altimetria (pontos cotados e curvas de nível) e a hidrografia,, resultantes da vetorização de 462 cartas da Diretoria de Serviço Geográfico do Exército (DSG) e do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) (HASENACK & WEBER, 2010). Com os elementos da base cartográfica vetorial contínua do Rio Grande do Sul foi possível gerar o Modelo Digital de Elevação (MDE), por meio do interpolador espacial Topo to Raster, e transformá-lo em MDEHC através de operações de recondicionamento realizadas no próprio software (GUEDES & SILVA 2012) Precipitação Foram utilizados dados de precipitações diárias do posto São Lourenço do Sul ( ), pertencente à Agência Nacional das Águas (ANA) e disponibilizada na plataforma HidroWeb. As observações foram de uma série histórica de 47 anos (período de 1967 a 2014). Para a análise de dados hidrológicos foi utilizada a ferramenta computacional System of Hydrological Data Acquisition and Analysis, denominada SYHDA, desenvolvida, no Laboratório de Simulação XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 Hidrológica e Processamento de Dados, do Curso de Engenharia Hídrica Universidade Federal de Pelotas (UFPel) (BESKOW et al., 2013) Características morfométricas De posse do MDEHC, as seguintes características morfométricas foram calculadas: área de drenagem (A); perímetro (P); comprimento total dos cursos d água (Lt); comprimento do rio principal (Lp); coeficiente de compacidade (Kc); fator de forma (Kf); densidade de drenagem (Dd); índice de sinuosidade (Is); declividade (I); amplitude altimétrica ( H); relação do relevo (Rr); e ordem dos cursos d água. Mais detalhes com relação ao equacionamento das variáveis podem ser encontrados em Villela e Matos (1975). Além dessas características, foi calculado, também, o tempo de concentração da água na bacia utilizando a equação de Giandotti que, embora, não tenha uma condição de contorno previamente estabelecida, é amplamente utilizada na literatura para o cálculo do tempo de concentração em bacias de médio porte (PRUSKI et al., 2006). 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO O relevo da Bacia Hidrográfica do Arroio São Lourenço (BHASL) variou de 0 m, próximo à foz da bacia de estudo, a 244,0 m, próximo ao divisor topográfico (Figura 2). Figura 2 MDEHC da Bacia Hidrográfica do Arroio São Lourenço. Na Tabela 1 estão apresentadas as características morfométricas, calculadas em função do MDEHC. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 Tabela 1 Caracterização morfométrica da Bacia Hidrográfica do Arroio São Lourenço. Características Morfométricas BHASL Área de drenagem (km²) 204,30 Perímetro (km) 87,53 Comprimento do rio principal (km) 37,31 Comprimento total dos cursos d'água (km) 208,54 Comprimento axial da bacia (km) 26,1 Densidade de drenagem (km km²) 1,02 Fator de forma 0,3 Coeficiente de compacidade 1,7 Declividade média (%) 8,64 Declividade máxima (%) 181,41 Declividade mínima (%) 0 Altitude máxima (m) 244,81 Altitude mínima (m) 0 Altitude média (m) 64,2 Altitude máxima do rio principal (m) 115 Altitude mínima do rio principal (m) 0 Índice de sinuosidade 1,87 Amplitude altimétrica (m) 244,81 Relação do relevo 0,06 Ordem dos cursos d'água 5ª Declividade do talude (m/km) 3,08 Comprimento horizontal do talvegue (km) Tempo de concentração (h) 19,9 8,33 Observa-se na Tabela 1 que o coeficiente de compacidade (Kc) foi igual a 1,7. Um coeficiente igual à unidade corresponderia a uma bacia circular e, como a tendência à enchente de uma bacia será tanto maior quanto mais próximo da unidade for este coeficiente, constata-se que a bacia em estudo é pouco propícia a enchentes em condições normais de precipitação. O índice fator de forma (Kf), sendo igual a 0,3, ratifica a análise feita por meio do coeficiente de compacidade. Em uma bacia estreita e longa, com fator de forma baixo, há menos possibilidade de ocorrência de chuvas intensas cobrindo simultaneamente toda a extensão da bacia em condições normais de precipitação (UFBA, 2005). De acordo com Villela e Matos (1975), a forma superficial de uma bacia hidrográfica é importante na determinação do tempo de concentração, ou seja, o tempo necessário para que toda a bacia contribua para a sua saída após uma precipitação. Quanto maior o tempo de concentração, menor a vazão máxima de enchente, se mantidas constantes as outras características. A bacia hidrográfica do Arroio São Lourenço apresenta maior tempo de concentração pelo fato de o coeficiente de compacidade apresentar o valor afastado da unidade e de seu fator de forma exibir valor baixo. Esses valores indicam que a bacia não possui formato semelhante ao de uma circunferência, correspondendo, portanto, a uma bacia alongada que, consequentemente, apresenta menor risco de enchentes nas condições normais de precipitação. O índice densidade de drenagem encontrada para a bacia em estudo foi igual a 1,02 km km -2. De acordo com Villela & Mattos (1975), esse índice pode variar de 0,5 km km -2 em bacias com XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 drenagem pobre a 3,5 km km -2, ou mais, em bacias bem drenadas, considerando rios perenes e intermitentes e a escala de mapa igual a 1: Assim sendo, se pode inferir que a bacia em estudo possui baixa capacidade de drenagem. Dessa forma, é possível deduzir que, teoricamente, a bacia de drenagem contribuiria para o processo hidrológico de infiltração de água, em condições normais de precipitação, diminuindo o volume de água no exutório. De acordo com a classificação de Strahler, a bacia de drenagem é de 5ª ordem, considerando afluentes perenes e intermitentes, o que pode ser considerado elevado para uma bacia dessa proporção, em termos de área de drenagem. Em condições extremas de precipitação, há um aumento considerável de contribuição de vazão próximo à foz, o que eleva as chances de acontecer alagamentos na zona urbana da cidade. O índice de sinuosidade próximo a 1 indica que os canais tendem a serem retilíneos, já que valores superiores a 2,0 indicam que os canais tendem a ser tortuosos (ANTONELI & THOMAZ, 2007). Como o valor encontrado (1,87) é próximo a 2,0, pode-se considerar tortuoso, sendo mais susceptível a inundações e enchentes. Segundo SAUSEN et al. (2012), o padrão de drenagem predominante na área de estudo é o dendrítico, que está condicionado a região de Planalto, no curso superior e médio da bacia do Arroio São Lourenço. É encontrado em terrenos com vertentes convexo-côncavas, com declividade e densidade de drenagem variando de alta a média, o que facilita o escoamento superficial, a erosão e o transporte de materiais. Já no seu curso inferior ocorre o padrão de drenagem meândrico, com curvas sinuosas, em alguns trechos formando semicírculos. Este tipo de padrão é típico de zonas planas, tais como Planície, e favorece o acumulo de águas. Neste trecho meândrico, o canal do arroio São Lourenço apresenta vários cotovelos de drenagem, alguns formando ângulos de 90, o que faz com que a velocidade do escoamento da água seja menor, e em momentos de grande vazão podem se tornar pontos críticos e facilitar o extravasamento da água no canal para a planície de inundação. A área de estudo, com valores entre 0 e 244 m, não apresentou uma variação de altitude significativa,. Por isso, a declividade média foi baixa, caracterizando como relevo suavemente ondulado (EMBRAPA, 1979) (Tabela 2). As áreas montanhosas ocupam menos de 1% da área total da bacia, enquanto que as maiores áreas estão divididas em áreas planas, suavemente onduladas e onduladas. Isto se deve pela bacia apresentar uma região de planalto no curso superior e médio, e uma região de planície no curso inferior, acentuando os casos de enchentes na via urbana em condições extremas de precipitação. Tabela 2 - Distribuição das classes de declividade da Bacia Hidrográfica do Arroio São Lourenço. Declividade Área Área Relevo (%) (km²) (%) 0 3 Plano 68,8 33,7 3 8 Suavemente ondulado 50,5 24, Ondulado 63,2 30, Fortemente Ondulado 20,6 10, Montanhoso 0,86 0,42 > 75 Fortemente Montanhoso 0,019 0,009 Pela a análise de dados da estação pluviométrica utilizada no estudo (Tabela 3), verifica-se que os meses de Fevereiro (151,9 mm) e Julho (154,7 mm) apresentaram os maiores valores de precipitação média. Já os meses de Abril (111,5 mm) e Novembro (111,1 mm) apresentaram as XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 menores precipitações médias. Em geral, a precipitação na bacia, assim como no estado do Rio Grande do Sul (NIMER, 1989) é bem distribuída, sendo os meses de Novembro e Julho os que possuem, historicamente, o menor e o maior valor médio de precipitação, respectivamente. Esses resultados mostram como a dinâmica climática é diferente nas diferentes regiões do Brasil. Na região Sudeste, por exemplo, os maiores índices pluviométricos ocorrem nos meses de verão, o contrário acontecendo nos meses de inverno. Tabela 3 Precipitação média mensal (período de 1967 a 2014). 4. CONCLUSÃO Média Média Mês (mm) Mês (mm) Janeiro 114,4 Julho 154,7 Fevereiro 151,9 Agosto 122,8 Março 122,2 Setembro 140,6 Abril 111,5 Outubro 120,8 Maio 119,6 Novembro 111,1 Junho 125,3 Dezembro 112,5 De acordo com os resultados obtidos pode-se concluir que: A caracterização morfométrica, de uma forma geral, permitiu concluir que a bacia do Arroio São Lourenço não possui tendência à enchentes e alagamentos em condições normais de precipitação. Entretanto, a análise de ordem dos canais indicou a possibilidade de aumento da vazão próximo ao exutório da bacia, em condições extremas de precipitação. Além disso, o Arroio São Lourenço apresenta uma forma bastante sinuosa, principalmente na metade para o final, concentrando a vazão de escoamento superficial na área urbana do município, que fica próximo ao exutório da bacia. Foi possível perceber que o alto valor de precipitação média na bacia, assim como no estado do Rio Grande do Sul, é bem distribuída ao longo do ano, o que indica que medidas mitigadoras devem ser tomadas para minimizar os casos de enchentes na parte urbana da cidade. REFERÊNCIAS ANA - Agência Nacional das Águas. Hidro Web: sistemas de informações hidrológicas. Disponível em:< Acesso em: 10 março ANTONELI, V; THOMAZ, E.L. Caracterização do meio físico da bacia do Arroio Boa Vista, Guamiranga-PR. Rev. Caminhos da Geografia, Uberlândia, v.8,, p46-58, BESKOW, S.; CORREA, L. L.; MAHL, M.; SIMÕES, M. C.; CALDEIRA, T. L.; NUNES, G. S.; HUND, E. L.; FARIA, L. C.; MELLO, C. R. de. Desenvolvimento de um sistema computacional de aquisição e análise de dados hidrológicos. In: Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 20, 2013, Bento Gonçalves. Anais... Porto Alegre: ABRH, 2013a. CD Rom. EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA - EMBRAPA. Serviço nacional de levantamento e conservação de solos. In: REUNIÃO TÉCNICA DE LEVANTAMENTO DE SOLOS, 10., 1979, Rio de Janeiro. Súmula... Rio de Janeiro: EMBRAPA; SNLCS, p. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 FERREIRA, R. G.; MOURA, M. C. O.; CASTRO, F. S. Caracterização morfométrica da sub-acia do Ribeirão Panquinhas, ES. Enciclopédia Biosfera,, v. 8,, p , GUEDES, H. A. S.; SILVA, D. D. da. Comparison between hydrographically conditioned digital elevation models in the morphometric characterization of watersheds. Engenharia Agrícola, v.32, p , HASENACK, H.; WEBER, E.(org.) Base cartográfica vetorial contínua do Rio Grande do Sul - escala 1: Porto Alegre: UFRGS Centro de Ecologia DVD-ROM. (Série Geoprocessamento n.3). ISBN (livreto) e ISBN (DVD). NIMER, E. Climatologia do Brasil. Secretaria de planejamento da presidência da republica. Fundação Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, IBGE, Rio de Janeiro, p. PRUSKI, F. F.; SILVA, D. D. da; KOETZ, M. Estudo da vazão em cursos d água. Série Caderno Didático. Engenharia na Agricultura. Editora da Universidade Federal de Viçosa p. SAUSEN, T. M., Evento de Inundação Brusca Ocorrido em São Lourenço do Sul, RS, em 10 de Março de In: CONGRESSO BRASILEIRO SOBRE DESASTRES NATURAIS, 2012, São Paulo. Anais... São Paulo, STRAHLER, A.N. Quantitative analysis of watershed geomorphology. New Halen: Transactions: American Geophysical Union. v.38. p TUCCI, C. E. M. Hidrologia: ciência e aplicação. 4. ed. Porto Alegre: UFRGS; Edusp; ABRH, p. UFBA. Grupo de Recursos Hídricos da Universidade Federal da Bahia. Apostila de Hidrologia, Universidade Federal da Bahia, Departamento de Hidráulica e Saneamento Disponível em: < > VILELLA, S.M.; MATTOS, A. Hidrologia Aplicada. McGraw-Hill do Brasil XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8

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