COMPORTAMENTO HÍDRICO DE SUPERFÍCIE DA BACIA DO RIO CABUÇU DE CIMA, NÚCLEO CABUÇU DO PARQUE ESTADUAL DA CANTAREIRA, GUARULHOS, SP

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1 CENTRO DE PÓS-GRADUAÇÃO, PESQUISA E EXTENSÃO CURSO DE MESTRADO EM ANÁLISE GEOAMBIENTAL COMPORTAMENTO HÍDRICO DE SUPERFÍCIE DA BACIA DO RIO CABUÇU DE CIMA, NÚCLEO CABUÇU DO PARQUE ESTADUAL DA CANTAREIRA, GUARULHOS, SP MARCO ANTONIO LACAVA Orientador: Prof. Dr. Antonio Manoel dos Santos Oliveira Co-orientador: Prof. Dr. Augusto José Pereira Filho Guarulhos 2007

2 Comportamento Hídrico de Superfície da Bacia do Rio Cabuçu de Cima, Núcleo Cabuçu do Parque Estadual da Cantareira, Guarulhos - SP RESUMO A bacia do rio Cabuçu de Cima, situada no Núcleo Cabuçu do Parque Estadual da Cantareira, município de Guarulhos, a nordeste da Região Metropolitana de São Paulo, apresenta uma área de 23,8 km 2, contribuindo para o reservatório homônimo de sistema de produção de água do Serviço Autônomo de Água e Esgoto Municipal. Observações preliminares do empreendimento e da região indicam um comportamento hídrico que deveria favorecer o escoamento superficial em relação à infiltração. Esta hipótese orientou a aplicação de análises geomorfológica e hidrometeorológica que a confirmaram. A análise geomorfológica, além da análise das condições regionais do meio físico e da vegetação, utilizou parâmetros frequentemente adotados para a análise hidrológica: declividade do talvegue principal, densidade de drenagem e índice de circularidade. A análise hidrometeorológica compreendeu a análise das precipitações, do balanço hídrico e a aplicação do método do Soil Conservation Service para análise de eventos hidrometeorológicos. Portanto os resultados indicam a fragilidade hídrica deste ecossistema, e a necessidade de um melhor e mais amplo monitoramento hidrogeoambiental desse que é uma das poucas áreas remanescente de Mata Atlântica com pequenos trechos de floresta primária no perímetro urbano, patrimônio da reserva da biosfera do Cinturão Verde da Região Metropolitana de São Paulo. Palavras-Chave: Comportamento hídrico, análise geoambiental, rio Cabuçu de Cima, Parque Estadual da Cantareira, Guarulhos. ABSTRACT: Cabuçu de Cima watershed is located at Cabuçu s Nucleus of the Parque Estadual da Cantareira, in the county of Guarulhos, on the northeast of the Metropolitan Region of São Paulo. It has 23,8 km 2 surface and contributes for homonymous reservoir of the county water producing system (SAAE Serviço de Abastecimento de Água e Energia do Município de Guarulhos). Preliminary observations of the system and the area indicates a hydrologic behavior that should be more favorable to the run off than to the infiltration. Geomorphological and hydrometheorological analyses has confirmed this hypothesis. The geomorphological analysis encompassed the analysis of the regional conditions of the environment and parameters for the hydrological analysis declivity of thalweg drainage density and circularity index. The hydromethereological analysis encompassed precipitations analysis, water balance and the application of the Soil Conservation Service method for hydrometereological events analysis. Key words: Surface Water, Geoenviromental Annalysis, Cabuçu de Cima river, Parque Estadual da Cantareira, Guarulhos.

3 1. INTRODUÇÃO A caracterização do comportamento hídrico de superfície das bacias hidrográficas tem sido objeto de múltiplos estudos com diversas finalidades, como, por exemplo, o dimensionamento de vazões, a irrigação, a produção de energia hidroelétrica, a previsão de enchentes, e projeto de obras de drenagem. Dentre os vários estudos existentes para caracterizar o comportamento hídrico destacam-se, no campo da Hidrologia, os estudos do balanço hídrico e no campo da Geologia, os estudos de atributos geomorfológicos. O balanço hídrico, segundo Jorge e Uehara (1998), apresenta num sistema definido, em geral uma bacia hidrográfica, unidade básica dos estudos hidrológicos, uma análise comparativa entre as quantidades de água que entram e que saem do sistema, levando em conta as variações das reservas hídricas, superficiais e subterrâneas, durante certo período de tempo adotado. Para um balanço hídrico de um ciclo hidrológico completo, em geral de 12 meses, não se considera infiltrações ou variações de reservas hídricas admitindo-se que não alterem o resultado final do balanço. Esse balanço envolve de um lado como entrada a precipitação, e de outro lado, o escoamento superficial, a infiltração e a evapotranspiração, além de eventual retirada. A análise de uma área de interceptação (bacia hidrográfica), segundo Caicedo (2004), cuja única entrada de água é a precipitação, permite o equacionamento de um balanço de água em certo intervalo de tempo. A bacia hidrográfica é idealmente delimitada pelo divisor de águas superficiais. A água aí precipitada escoa obrigatoriamente em direção à seção do rio que define a bacia, ou seja, a saída da bacia superficial ou exutório. A bacia hidrográfica vem sendo cada vez mais adotada como unidade de gerenciamento, não só de recursos hídricos, mas também como unidade de planejamento do uso do solo e de gestão ambiental (TUNDISI, 2003). Ela pode ser considerada um sistema físico, onde não só pode ser analisado o balanço hídrico, mas também todos os processos comandados pela dinâmica da água na bacia como erosão, escoamento e enchentes, objetos de uma análise geoambiental como desta pesquisa numa abordagem sistêmica que examina relações de causa-efeito dos processos ambientais do meio físico (QUEIROZ, 2004). Segundo Tucci, (2004), o balanço hídrico da bacia hidrográfica também envolve a quantificação dos componentes desse sistema visando ao seguinte:

4 - melhor entendimento do sistema; - utilização racional dos recursos hídricos. O uso dessa unidade natural ecogeofisiográfica (bacia hidrográfica) possibilita uma visão sistêmica e integrada, devido principalmente à clara delimitação e à natural interdependência de processos climatológicos, hidrológicos, geológicos e ecológicos. Sobre esses subsistemas atuam as forças antropogênicas, em que atividades e sistemas econômicos, sociais e biogeofísicos interagem (AB SABER, 1978; TUNDISI, 2003). O comportamento hídrico das bacias depende de uma série de fatores, naturais e antrópicos. Os fatores naturais correspondem à sua configuração geoambiental que compreende a natureza dos terrenos, a forma do relevo que compõem as bacias e a cobertura vegetal. A abordagem dos fatores geoambientais encontra-se no campo Geológico e, mais especificamente na Geomorfologia, por meio da análise das bacias hidrográficas, que destaca fatores tais como densidade de drenagem, declividade e outros, enfim fatores que explicam ou respondem ao maior ou menor escoamento superficial em relação à infiltração (CHRISTOFOLETTI, 1980). A drenagem fluvial é composta por um conjunto de canais de escoamento interrelacionados que formam a bacia de drenagem, definida como a área drenada por um determinado rio ou por um sistema fluvial. A quantidade de água que atinge os cursos fluviais está na dependência do tamanho da área ocupada pela bacia, da precipitação total, de seu regime, das perdas devido à evapotranspiração e à infiltração. Os fatores antrópicos dizem respeito ao uso e ocupação do solo que alteram o balanço hídrico, a começar pelo desmatamento, com alterações do escoamento superficial e, também da infiltração. Tais alterações promovem um novo comportamento hídrico das bacias, fato reconhecido por exemplo, no processo de expansão urbana, com os conseqüentes efeitos nos processos geodinâmicos superficiais como erosão, assoreamento e enchentes.

5 2. OBJETIVOS O objetivo desta Pesquisa é caracterizar o comportamento hídrico de superfície da bacia do rio Cabuçu de Cima, situada em Guarulhos (SP), no interior do Núcleo Cabuçu do Parque Estadual da Cantareira (Figura 01). As duas abordagens adotadas para realizar esta caracterização destacam dois objetivos específicos: a. Analisar características hidrometeorológicas da bacia; b. Analisar características geomorfológicas da bacia. Esta pesquisa se justifica pela importância de se caracterizar o comportamento hídrico de uma área sem ocupação, com cobertura vegetal natural, em parte primitiva, na Região Metropolitana de São Paulo - RMSP (Figura 02), e para a Reserva da Biosfera do Cinturão Verde da Cidade de São Paulo RBCVSP. Assim, os resultados obtidos constituirão um referencial natural para a ocupação da região, contígua e similar, que se situa na Bacia do Alto Tietê, Sub - Comitê Cabeceiras. Ou seja, este comportamento hídrico natural poderá ser comparado com o de bacias ocupadas, para se avaliar o papel da cobertura florestal e as decorrentes alterações hídricas e geodinâmicas, provocadas pela sua falta, compensada, no caso das enchentes pela construção de piscinões: Cujo efeito de retardo do escoamento superficial das águas de chuva era propiciado pela floresta. Neste sentido, destaca-se que esta pesquisa poderá contribuir para a avaliação ecossistêmica do milênio que está sendo iniciada na RBCVSP, com foco nos serviços ambientais que a biosfera oferece aos assentamentos humanos. Alem disso, os resultados poderão servir como subsídio para a operação do reservatório Cabuçu, executada pelo Serviço Autônomo de Águas e Esgotos SAAE, do município de Guarulhos, que detém a exploração do recurso hídrico, em acordo com o Instituto Florestal, viabilizando a um melhor planejamento da operação. A bacia do rio Cabuçu de Cima contribui para o principal reservatório produtor de água do município de Guarulhos, que sofre significativa depleção durante os períodos de estiagem. É provável que esta depleção ocorra devido ao comportamento hídrico da bacia desfavorável à retenção ou armazenamento da água em longo prazo, sugerindo, portanto a hipótese de que à bacia apresenta um comportamento hídrico onde predomina o escoamento superficial em relação à infiltração. Outras observações locais evidenciaram:

6 1. Um relevo de grande declividade e vários locais de solos rasos e afloramentos de rocha; 2. Há uma obra complementar do antigo sistema (Figura 03), que indica a vulnerabilidade do armazenamento de água nos períodos de estiagem. 3. O nível de água do reservatório normalmente não extravasa, não ultrapassa a cota de 763,35m, o que sugere que a demanda é superior à oferta. Assim, estas observações apontam para um comportamento hídrico da bacia em que a infiltração seria limitada, o que favoreceria o escoamento superficial. Deste modo, esta pesquisa compreende a estimativa dos principais componentes do balanço hídrico por meio de uma campanha de medidas hidrometeorológicas, a utilização de métodos de estimativa do balanço hídrico e análise das características geomorfológicas pertinentes. Figura 01 - Localização da área de estudo: bacia do Rio Cabuçu de Cima.(Laboratório de Geoprocessamento)

7 Figura 02 - Região Metropolitana de São Paulo, em destaque o Parque Estadual da Cantareira.(Fonte:Laboratório de Geoprocessamento). Figura 03 Antiga adutora desativada na margem esquerda do reservatório (foto: Sandra Emi Sato, 13/09/2006).

8 3. ÁREA DE ESTUDO A bacia do rio Cabuçu de Cima, com 23,8 km 2, a maior parte (89,53 %) da área do Núcleo Cabuçu, é a bacia contribuinte do reservatório homônimo, cuja água abastece alguns bairros próximos ao empreendimento do SAAE. A Figura 04 apresenta a topografia da bacia, que revela alta energia de relevo, como o restante do Parque Estadual que se situa na Serra da Cantareira. A Serra da Cantareira, situada ao norte da Região Metropolitana de São Paulo, é recortada por inúmeras nascentes, que desde o final do século XIX, servem ao abastecimento da capital. Na época, a população era abastecida basicamente por chafarizes públicos, que gradativamente foram substituídos por canalizações assentadas em vias públicas. O denominado sistema Cantareira (antigo) era composto por pequenos tanques e quatro barragens de média capacidade construídas na vertente do maciço serrano, que contribui para o rio Tietê. (NEGREIROS et al.,1974). Em 1904, foram iniciadas as obras no Rio Cabuçu de Cima, que compreendia três reservatórios de acumulação localizados nas cabeceiras de cada um dos rios formadores do Cabuçu pela margem direita, os rios Engordador e Barrocada, ambos no município de São Paulo, e na margem esquerda o rio Cabuçu de Cima, no município de Guarulhos. As águas, de excelente qualidade, eram apenas previamente cloradas, sendo esse o único tipo de tratamento empregado antes das mesmas serem distribuídas à população (HAGAPLAN 1999). O Parque Estadual da Cantareira (PEC), foi criado por meio do Decreto nº 41626/63, com 7.916,52 ha, com 90,5 km de perímetro, abrangendo parte dos municípios de São Paulo, Caieiras, Mairiporã e Guarulhos, para assegurar a conservação dos mananciais. O reservatório do Cabuçu tem uma área de cerca de 20 ha e um volume de armazenamento de m 3 na cota de 763,35m correspondente à soleira do vertedor de superfície. Seu comprimento é de 1.500m, apresentando largura máxima de 400m. A barragem, construída em 1904, é de concreto ciclópico do tipo arcogravidade, com 15m de altura e uma crista de 50m. O cimento utilizado na construção da barragem do reservatório do Cabuçu foi importado da Inglaterra, e vinha acondicionado em barris de madeira.

9 Neste sistema antigo, destaca-se como obra complementar, uma estrutura ainda hoje visível de antigo canal adutor, com cerca de 1.500m construído em concreto armado, com 1,20m de largura, que percorre todo o perímetro esquerdo do reservatório (Figura 03), desde uma barragem soleira situada a montante, na entrada do principal curso d água contribuinte do reservatório. Esta obra revela a operação do antigo sistema, ou seja, quando o nível do reservatório encontrava-se abaixo do nível da soleira, esta escoava a água por gravidade para o canal adutor que, assim garantia o abastecimento, embora com menor vazão. O fato de ter sido construída esta obra complementar atesta que o nível do reservatório freqüentemente, provavelmente durante vários meses, se encontrava baixo. O sistema antigo funcionou até a década de 1970, quando foi desativado. Nesta época devido ao crescimento da RMSP, foram implantados sistemas de abastecimento de maior porte. O sistema Cabuçu foi então reativado na década de 2.000, para complementar o abastecimento de Guarulhos, sendo para tal, produzido um Relatório Ambiental Preliminar (HAGAPLAN,1999). Hoje a extração de água, está sendo feita por meio de bombas, submergíveis instaladas em estrutura flutuante, destinadas ao recalque de uma vazão de aproximadamente 300 l/s de água, para assegurar o abastecimento diretamente a partir do reservatório, mesmo quando este se encontra em níveis muito inferiores (Figura 05). A adução da água bruta é feita através de uma tubulação de ferro fundido com diâmetro de 500mm (Figura 06) com cerca de 580m de extensão, que têm sua maior porção implantada no interior da antiga adutora para conduzi-la até a estação de tratamento (ETA) (Figura 07).

10 Figura 04 - Topografia da bacia do rio Cabuçu de Cima (Fonte: Carta topográfifica 1: da Prefeitura Municipal de Guarulhos, 1994) Figura 05 Fotografia da barragem do reservatório da bacia do rio Cabuçu de Cima, com destaque para as bombas flutuantes do SAEE.(Foto do autor: 20/08/2006).

11 Figura 06 Fotografia da tubulação de ferro fundido da saída das bombas do reservatório da bacia do rio Cabuçu de Cima (Foto do autor: 17/01/2007) Figura 07 Imagem do satélite QuickBird, (04/05/2004) da área do reservatório. Destaques: (A) Reservatório, barragem e bombas de captação: (B) Estação de tratamento de água (ETA). EMNC: Localização da Estação Meteorológica do Núcleo Cabuçu (Fotos do autor:05/03/2006).

12 4. MATERIAIS E METODOS A seguir apresentam-se as metodologias e dados utilizados na pesquisa. 4.1 Caracterização Geomorfológica A caracterização geomorfológica considerou os parâmetros usualmente empregados para descrever as bacias com vistas ao seu comportamento hidrológico, com base em Cristofoletti (1980). Tais parâmetros foram calculados segundo suas fórmulas, com base em medições realizadas em meio digital através do software Arc Gis 9.0, no Laboratório de Geoprocessamento da Universidade Guarulhos. A base topográfica utilizada foi fornecida pela Prefeitura Municipal de Guarulhos em escala 1: e curvas de nível de 10 em 10m Área (A) A área (A), um dos mais simples parâmetros, corresponde à medida da superfície da bacia, em geral em km 2 ou em hectares, serve como dado de entrada para o cálculo dos demais parâmetros Perímetro (P) O perímetro (P), também um dado simples, corresponde à medida do comprimento da linha que delimita a bacia, pelo divisor de águas Hierarquia fluvial A hierarquização fluvial consiste no processo de se estabelecer a classificação de determinado curso de água (ou da área drenada que lhe pertence) no conjunto da bacia hidrográfica na qual se encontra. Isso é realizado com a função de facilitar e tornar mais objetivos os estudos morfométricos (análise linear, areal e hipsométrica) sobre as bacias hidrográficas, segundo Cristofoletti (1980).

13 Para o presente estudo foi adotado o sistema introduzido por Arthur N. Strahler em Para Strahler apud Cristofoletti (1980), os menores canais, sem tributários, são considerados como de primeira ordem, estendendo-se desde a nascente até a confluência; os canais de segunda ordem surgem da confluência de dois canais de primeira ordem, e só recebem afluentes de primeira ordem; os canais de terceira ordem surgem da confluência de dois canais de segunda ordem, podendo receber afluentes de segunda e de primeira ordem; os canais de quarta ordem surgem da confluência de dois canais de terceira ordem, podendo receber tributários das ordens inferiores. E assim sucessivamente. A ordenação proposta por Strahler elimina o conceito de que o rio principal deve ter o mesmo número de ordem em toda a sua extensão e a necessidade de se refazer a numeração a cada confluência Declividade do talvegue principal (Dt) A declividade do talvegue principal (Dt) ou gradiente do canal (Gc) vem a ser a relação entre a diferença máxima de altitude entre o ponto de origem e o término, com o comprimento do respectivo segmento fluvial. A sua finalidade é indicar a declividade dos cursos de água, podendo ser medido para o rio principal e para todos os segmentos de qualquer ordem. A declividade do talvegue, ou gradiente do canal (Gc) foi calculada pela seguinte fórmula: D t =D/C (1) onde D corresponde ao desnível topográfico em (m) e C ao comprimento em (m) do talvegue principal, com o valor expresso em porcentagem. A declividade do talvegue principal expressa à tendência da bacia em escoar mais rapidamente as águas. Bacias com elevada declividade favorecem o escoamento superficial Densidade de drenagem (Dd) A densidade de drenagem, (D d ) correlaciona o comprimento total dos canais de escoamento com a área da bacia hidrográfica. A densidade de drenagem foi

14 inicialmente definida por R.E.Horton (1945) apud Cristofoletti (1980), podendo ser calculada pela equação: Dd = L/A... (2) onde L é o comprimento total dos canais e A a área da bacia. À medida que aumenta o valor numérico da densidade há diminuição proporcional do tamanho dos componentes fluviais das bacias de drenagem. Para a análise hidrológica, a densidade de drenagem reflete o comportamento do escoamento superficial. Quanto maior essa densidade mais rico é esse escoamento, refletindo a menor capacidade de infiltração Forma da bacia - Índice de circularidade (Ic) Segundo Cristofoletti (1980), em 1953, V.C. Miller propôs o índice de circularidade, como sendo a relação existente entre a área da bacia e a área do circulo de mesmo perímetro. Conforme o enunciado a formula empregada é; Ic = A/Ac... (3) onde; Ic é o índice de circularidade, A é a área da bacia considerada, e Ac é a área do circulo de perímetro igual ao da bacia considerada. O valor máximo a ser obtido é igual a 1,0 e quanto maior o valor, mais próximo da forma circular estará à bacia de drenagem. Bacias com maior I c, mais próximos a 1.0, tendem a concentrar o escoamento dos vários canais, produzindo maiores picos de cheias Compartimentação em sub-bacias Para análise mais completa do comportamento do escoamento superficial, a bacia do rio Cabuçu de Cima foi compartimentada em sub-bacias. O reservatório foi considerado como ponto de fechamento (foz) das sub-bacias contribuintes e

15 recompartimentou-se a sub-bacia de maior porte em bacias menores que desembocam no rio principal da bacia em questão (Figura 08). Para cada subbacia, foram calculados os índices acima apresentados. Figura 08 - Compartimentação da bacia do Cabuçu de Cima em sub-bacias. 4.2 Caracterizações Hidrometeorológica As caracterizações hidrometeorológicas consideraram como materiais, os sistemas de medidas dos parâmetros utilizados nos estudos hidrometeorológicos e, como métodos, aqueles que permitem caracterizar o comportamento hídrico: o balanço hídrico e o método do Soil Conservation Service (SCS) do United State Department of Agriculture (USDA) Sistemas utilizados Os sistemas de medidas hidrometeorológicas utilizados consistiram nos equipamentos que mensuram os fenômenos meteorológicos, como chuvas,

16 temperatura, umidade, e hidrológicos, como vazões para as caracterizações hidrometeorológicas da região da bacia e para a determinação dos parâmetros básicos para análise do balanço hídrico Estações pluviométricas regionais Foram selecionadas quatro estações pluviométricas mais próximas à bacia, a sul da Serra da Cantareira (Figura 09), e com mais longo período de medidas, com a finalidade de se obter uma média regional de chuvas Estação Meteorológica do Núcleo Cabuçu Foram utilizados os dados da Estação Meteorológica do Núcleo Cabuçu (EMNC), instalada pela Universidade Guarulhos (UnG) em 8 de setembro de 2005, no âmbito de projeto apoiado pela FAPESP que realizou sua importação (Oliveira et al, 2005). Trata-se de uma estação automática, marca Davis, modelo Vantage Pro 2 Plus (Figura 10) que realiza as medidas a seguir relacionadas, tendo sido programada para registrá-las de meia em meia hora: a. Precipitação b. Temperatura c. Umidade relativa d. Pressão barométrica e. Vento (intensidade e direção) f. Radiação solar Além destas medidas básicas, a estação fornece a medida da evapotranspiração com base no método de Penmann. As medidas, armazenadas em console instalado na sede administrativa do Núcleo Cabuçu, do Instituto Florestal (IF), foram coletadas de 15 em 15 dias por meio de notebook do Laboratório de Geoprocessamento da UnG.

17 Figura 09 - Localização das estações pluviométricas regionais selecionadas. Figura 10 - Estação Meteorológica do Núcleo Cabuçu (EMNC) instalada pela UnG em 08/09/2005 (Foto do autor 10/11/2005)

18 Radar meteorológico de São Paulo Foram utilizados os dados disponíveis no radar meteorológico de São Paulo, fabricado pela McGill University do Canadá, de propriedade do Departamento de Águas e Energia Elétrica (DAEE), autarquia da Secretaria de Recursos Hídricos Saneamento e Obras do Estado de São Paulo, instalado no município de Biritiba Mirim, na barragem de Ponte Nova, desde 1989, que cobre a região num raio de 180 km (SAISP, 2006) (Figura 11). Segundo Pessoa, In Tucci (2004), a operação do radar se vale de ondas eletromagnéticas que atingem as gotas de água indicando seu posicionamento e certa taxa de precipitação, correspondente à refletividade das ondas eletromagnéticas. Os dados de chuva do radar são interpolados num nível de altura entre 1,5 e 18,0 km, numa área de 360 x 360 km, com uma resolução de uma quadrícula ou pixel de 2 x 2 km. Esta resolução espacial equivaleria a postos pluviográficos numa área de km 2 mas, como já foi apontado, o radar não fornece uma medida direta da pluviometria, mas taxa de precipitação provável ao longo do tempo. As medidas do radar permitem também a classificação dos tipos de chuva correspondentes (SAISP, 2006). Neste estudo, foram considerados dois tipos básicos de chuvas: as convectivas e as estratiformes. Segundo Bertoni, In Tucci (2004), as chuvas convectivas são as tempestades, acompanhadas por trovoadas, de curta duração, com rajadas de vento, forte precipitação, restritas a pequenas áreas provocadas por ascensão do ar, independentes das frentes. As estratiformes são chuvas de maior duração que atingem grandes áreas, porém com menor intensidade que as convectivas e, em geral, relacionadas às frentes. A classificação das chuvas ocorridas na bacia no período estudado foram obtidas através do SAISP, informações sobre o radar meteorológico de São Paulo acessado mensalmente observando-se todo o comportamento das chuvas conforme apresentamos na (Figura 12). Na análise das medidas fornecidas pelo radar, as chuvas foram classificadas segundo a taxa de 25 mm/hora: quando superiores foram consideradas convectivas; quando inferiores, estratiformes. Este critério coincide com as observações de Morgan (1986, apud OLIVEIRA, 1994) que considera 25 mm/hora o limiar da

19 manifestação da erosão hídrica, como índice aplicável a regiões tropicais de elevada pluviosidade. Os valores diários de precipitação pluviométrica de cada pixel correspondente à área da bacia do Cabuçu de Cima, para o período estudado, foram fornecidos pelo Instituto Astronômico e Geofísico (IAG) da Universidade de São Paulo (USP), através das coordenadas fornecidas pelo Laboratório de Geoprocessamento da UnG, definindo o polígono onde se insere a bacia em estudo coberta pelo Radar (Figura13). Figura 11 Registro fotográfico das instalações do Radar meteorológico de Ponte Nova, Biritiba Mirim (SP), e de seus componentes. (Fotos: Sandra Emi Sato em 08/11/2006)

20 Figura 12 Mapas de precipitações do Radar de São Paulo, com datas e horários indicados nas figuras. Escala de cores indica faixa de precipitação (mm) prováveis. Figura 13 Imagem de Satélite QuickBird, (04/05/2004). Pontos em vermelho indicam as referências da bacia para determinar a cobertura pelo radar.

21 Sistema de medida de vazões As medidas de vazões da bacia do rio Cabuçu de Cima (Q B), que entram no reservatório do Cabuçu, foram obtidas considerando: Q B = Q C ± Q R + Q E...(4) sendo: Q C : vazões extraídas por bombeamento do reservatório, medidas por calha Parshall, na entrada da Estação de Tratamento da Água (Figura 14). As vazões diárias foram fornecidas pelo SAAE. Q R : vazões correspondentes às variações do nível d água do reservatório do Cabuçu. As medidas do nível d água, fornecidas diariamente também pelo SAAE, foram traduzidas em volumes com a aplicação do gráfico cota x volume, (Figura 15), elaborado com base em batimetria do reservatório, realizada pelo Instituto de Pesquisa Tecnológica (IPT), conforme Oliveira et al; (2005). Tais vazões foram acrescidas a Q C quando o reservatório sofreu elevação do nível d água no período de medida e, ao contrário, subtraídas, quando o nível do reservatório desceu. Q E : Vazões correspondentes à evaporação do reservatório com base na superfície média exposta, num período determinado, aplicando-se o gráfico cota x área (Figura16) elaborado como o anterior (Oliveira, op. cit.). A taxa de evaporação considerada foi baseada na medida em tanque classe A, da estação meteorológica do campus Centro da UnG (INMET n o 83075), ponderada em 70% conforme orientação de (TUCCI; BELTRAME, 2004). A vazão de jusante da barragem não foi considerada, admitindo-se ser muito reduzida e tendo sido verificado inclusive, ter permanecido nula durante o período de estiagem, por fechamento da válvula de descarga de fundo.

22 Figura 14 Imagem da Calha do tipo Parshall do reservatório para as medidas de vazão, instalada na entrada da ETA (Foto do autor, 10/11/2005) Estimado Medido Figura 15 - Curva cota - área do reservatório do Cabuçu de Cima. Curva azul obtida de medições de batimetria, e vermelha obtida de extrapolação.

23 Figura 16 - Curva cota área do reservatório do Cabuçu de Cima Balanço Hídrico do período No estudo foi considerado o balanço hídrico para um ciclo completo de um ano (Figura 17), correspondente ao período outubro/2005 setembro/2006, desde a instalação da EMNC. Para o ciclo de um ano foi considerada a equação mais simples, pois segundo Tucci; Beltrame (2004), pode-se deixar de considerar a parcela que se infiltra, supondo-se que o armazenamento tenha sofrido também um ciclo completo nesse ano hidrológico: P = Q B + E T...(5) sendo: P: a precipitação em mm sobre a bacia, determinada com base nos dados do Radar. Q B : a vazão, em mm, obtida como acima explicado.

24 E T : a evapotranspiração, em mm, obtida por três métodos adotados: de Penmann, de Thorntwaite e pelo próprio balanço hídrico. Figura 17 Variáveis hidrometeorológicas consideradas para o cálculo do balanço hídrico da bacia do rio Cabuçu de Cima a) Método de Penmann. O método combinado ou equação de Penmann é um dos métodos, desenvolvidos com base na variável meteorológica da radiação solar, que são mais confiáveis, principalmente nas situações em que a advecção possa ser desconsiderada. (TUCCI, 2004). E T = 0,35 (1 + w2/160) ( e s - e a )... (6) sendo:

25 E T : evapotranspiração w2 : velocidade do vento a 2 metros da superfície ; e : pressão do vapor d`água. Os valores da E T, em mm foram obtidos para o período de outubro de 2005 a setembro de 2006, pela Estação Meteorológica do Núcleo Cabuçu (EMNC), conforme anteriormente exposto. b) Método de Thornthwaite. A equação original de Thornthwaite, segundo Chang (1968) In (TUCCI 2004), é baseada em dados de precipitação e escoamento, de inúmeras bacias hidrográficas localizadas nas regiões centrais e leste dos Estados Unidos, onde predomina um clima temperado com invernos úmidos e verões secos. O método correlaciona estas informações com a variável temperatura e possibilita a estimativa da evapotranspiração: E T = F c 16 (10 T/I ) a... (7) sendo : E T : evapotranspiração potencial para meses de 30 dias e período de 12 horas (mm/mês); F c : fator de correção em função da latitude e mês do ano, tabulados em A 3 de Tucci, (2004). T: temperatura média do ar (C o ) a : constante : a = 67, I 3 + 0,01791 I + 0,492 sendo: I, constante: I = (ti/5) 1,514 onde, ti, temperatura média do mês analisado em o C. c) Método do Balanço Hídrico Da equação P = Q B + E T tem-se;

26 E T = P - Q B... (8) Análise com base no SCS A análise com base no Soil Conservation Service - SCS do United State Department of Agriculture USDA (PONCE, 1989) corresponde à análise de eventos de tal forma que permite caracterizar o comportamento hídrico de superfície de bacias, segundo sua tendência a um maior ou menor escoamento superficial em relação à infiltração. Esta análise realizada por Lacava, M. A. et al, (2006), fundamentou-se no monitoramento do nível do reservatório revelou três momentos de elevações bruscas, favoráveis a esta analise: período I de 24/12/2005 a 10/01/2006 (18 dias); período II de 03/02/2006 a 19/02/2006 (17 dias) e período III de 05/03/2006 a 29/03/2006 (25 dias), conforme pode ser visto na Figura Figura 18 - Evolução temporal do nível de água no reservatório do rio Cabuçu de Cima, nos anos de 2004 a 2006, com os períodos selecionados para o cálculo do NC (Número da Curva). V TE = R[CN(P/R+2)-200] 2 /CN[CN(P/R-)+800]... (9) onde: V TE = Volume produzido pela bacia durante o período i, em m 3. R = constante (2,54) P = precipitação durante o período mm.

27 CN = coeficiente de infiltração estimado para bacias rurais, obtido nas tabelas 11.2 e 11.3 de Tucci (2004), que retratam as condições de cobertura e solo, variando desde uma condição muito impermeável (limite inferior) até uma cobertura completamente permeável (limite superior). Os volumes estimados (V TE ) durante os períodos escolhidos foram calculados substituindo-se os respectivos valores de P, R e CN, na equação apresentada, operacionalizando-se as conversões necessárias para se obter o volume em m 3. A precipitação (P) para a bacia foi fornecida pelo IAG USP, através do Radar Meteorológico de São Paulo, que fornece medidas em mm, de hora em hora, na área previamente definida da bacia. Os volumes medidos (V U ) durante os mesmos períodos foram calculados pela soma dos volumes medidos correspondentes à vazão destinada ao consumo (Q C ) e à variação de volume do reservatório (V R ); conforme apresentado no item A análise foi realizada em diversas simulações fazendo-se variar o valor de CN até que os resultados de volumes estimados (V R ) se aproximassem dos volumes medidos (V TE ) Reconhecimento de Campo Os trabalhos de reconhecimento de campo compreenderam visitas periódicas, de 15 em15 dias ao reservatório do Cabuçu, por ocasião da coleta de medidas da EMNC, conforme relatado no item Além disso, foi realizada uma jornada de reconhecimento da bacia no dia 09/09/2006, pelo interior da mata, no sentido aproximado norte sul, partindo das proximidades do túnel da Mata Fria, na Rodovia Fernão Dias até o reservatório Cabuçu. O percurso descendente de aproximadamente 6 Km, iniciado na cota de m e concluído no reservatório a 763 m, teve o objetivo de observar aspectos geológicos, de relevo, de drenagem e de cobertura vegetal. Seu traçado foi aproximadamente perpendicular à estrutura geológica da bacia (Figura 19).

28 Figura 19 Mapa geológico do Município de Guarulhos (Fonte: Emplasa,1994, apud Andrade,1999).