Dinâmica de fluxo e dispersão de sedimentos suspensos na confluência do Rio Ivaí, PR, Brasil: um caso de inversão de fluxo

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1 Dinâmica de fluxo e dispersão de sedimentos suspensos na confluência do Rio Ivaí, PR, Brasil: um caso de inversão de fluxo Isabel T. Leli (1), Ruan de D. Borralho (2), André G. C. Ramalho (2), Karina Gazola (2), Lucas Nemer (2) José C. Stevaux (1,2) (1)Pós Graduação em Geociências e Meio Ambiente, Universidade Estadual Júlio de Mesquita Filho UNESP, São Paulo, Brasil isabeltleli@gmail.com, jvstevaux@gmail.com, (2) Departamento de Geografia, Ciências, Letras e Artes, Universidade Estadual de Maringá, Pr, Brasil. ruanborralho@gmail.com, agcramalho@gmail.com, karinagazola@gmail.com, lucas_derner@hotmail.com RESUMO As confluências fluviais são locais que contemplam uma complexa hidráulica, onde operam fluxos de diferentes magnitudes, concentrações de sedimento, temperatura de água bem como o ângulo de confluência. O presente trabalho apresenta a dinâmica hidrossedimentar da confluência do Rio Ivaí no Paraná, onde ocorre o fenômeno pouco frequente de fluxo inverso (a montante) em determinados períodos de cheia diferenciada entre os dois sistemas. Essa dinâmica acontece principalmente pelo ângulo da confluência que controla as características das desembocaduras. Para melhor compreensão utilizamos imagens que representam os períodos com vazões de cheias e normais bem como determinamos a pendente hidráulica do fluxo invertido, anormalmente alta par o rio Paraná.. ABSTRACT River confluences are sites of complex hydraulics, where act flows of different magnitude, suspended sediment concentrations water temperature and hydrochemistry parameters as well the confluence angle. The present paper deals with hydro-sedimentary dynamics of the confluence of the Ivaí with the Paraná Rivers, where, in some occasions inversion flow may occur. This fact is highlighted by the confluence that controls the mouth characteristics. We used satellite imageries, flow measures by ADCP device and gauge station records.it was observed that during flow inversion a relatively steep (negative) slope between the Ivai and Paraná is formed. This slope is higher ( ) than normal one ( ) for the confluence channel. INTRODUÇÃO Todas as redes de drenagem impõem o sistema de confluências para esgotar a água drenada em um canal fluvial maior. O ambiente de confluência fluvial é caracterizado por uma complexa condição hidrodinâmica associada à convergência de fluxos fluviais distintos com velocidade crítica de acumulação de sedimento que favorece a decantação e a formação de barras (Rhoads et al., 1995). O ângulo de confluência é uma das mais importantes variáveis que controlam as características das desembocaduras. Segundo Ashmore & Gardner (2008), quanto maior o ângulo de confluência do canal maior a sua capacidade e competência. Assim, segundo os autores, a 1

2 angularidade da confluência influencia o canal na quantidade e textura de sedimento, bem como, nas características morfológicas do canal. Neste trabalho estudou-se a dinâmica hidrossedimentar da confluência do rio Ivaí, um dos principais tributários da margem esquerda do alto curso do rio Paraná (Figura 1). O rio Ivaí tem extensão de 720km, e drena uma bacia de km 2. O ponto mais alto do canal nesta bacia é de 800m de altitude e o mais baixo é 240m com vazão média de 689,41m 3 /s na foz Leli (2011). Segundo a autora, o rio Ivaí apresenta ciclo hidrológico com picos de cheias bem diferenciados da linha de vazão média, e isso ocorre pelo formato alongado da bacia, que proporciona rápido escoamento das vertentes e, consequentemente, rápida resposta de subida e descida dos níveis de água no canal. Para realizar este trabalho foi necessário relacionar os dados de vazão do rio Ivaí com os do rio Paraná para que assim possamos encontrar a pendente hidráulica do fluxo inverso, e com isso utilizamos a equação de Manning (Charlton, 2008) cujas variáveis são a velocidade (V), raio hidráulica (R), declividade do canal (S) e coeficiente de rugosidade (n) para descrevermos a pendente hidráulica dos dois rios, estruturação da fórmula abaixo: V = R 0,6. s 0.5.n -1 Foram utilizadas as estações fluviométricas de Porto São José no rio Paraná, 90km a montante da confluência estudada e Novo Porto Taquara no rio Ivaí a 50km da confluência. Os dados de sedimentos suspensos do rio Ivaí foram coletados no mês de março de 2013, e as imagens de satélites analisadas são as do Landsat 5, selecionando-se as cenas em que eram identificadas as condições de inversão do fluxo. 2

3 Figura 1.- Localização da foz do rio Ivaí na margem esquerda do rio Paraná DESENVOLVIMENTO A Ilha Ivaí serve de obstáculo ao fluxo da foz do rio Ivaí promovendo, nas condições de vazão média dos dois rios, o deságue pela boca jusante do canal secundário do rio Paraná ao costado da referida ilha (Figura 2). 3

4 Figura 2.- Área de trabalho. Notar paleocanais do rio Ivaí e canal secundário do Paraná. O canal secundário do rio Paraná pode ser dividido em dois braços com relação a foz do Ivaí: braço superior (a montante da foz do Ivaí) e braço inferior (a jusante). As águas do Ivaí se juntam com as do Paraná (que chegam pelo canal montante), e juntas deságuam pelo canal jusante (braço inferior), (Figuras 1 e 2). Na evolução dessa confluência, o rio Ivaí escavou os sedimentos aluviais da planície Paraná/Ivaí adentrando o Paraná em ângulo de 45. Nesse local o rio Ivaí apresenta leito misto, rochoso-aluvial, com largura igual a do canal secundário do Paraná (300m) e com profundidade superior a do canal recebedor (Franco, 2007), (Figura 3). Figura 3.- Batimetria da confluência Ivaí/Paraná, (Franco 2007) 4

5 Embora o fluxo do Paraná predomine sobre o fluxo do Ivaí, conforme Franco (2007) afirmou, este trabalho vem demonstrar que isto deixa de acontecer em alguns períodos do regime dos dois rios, Em tempos de vazão média, ou seja, de 689,41m 3 /s para o rio Ivaí e 8.822m 3 /s para o rio Paraná, nota-se que a água do tributário (mais escura) segue até o canal principal do Paraná pelo seu braço inferior até alcançar o canal principal (Figura 4). Nas condições em que o fluxo do Ivaí é igual, ou superior, a 1300 m 3 s -1 e o rio Paraná apresenta valores pouco inferiores à média (ca. 7000m 3 s -1, o fluxo do tributário que adentra o canal secundário inverte-se desaguando no canal principal do Paraná pelo braço superior (Figuras 5 e 6). Os dados de vazão e de concentração de sólidos suspensos obtidos permitem estabelecer que 74% da vazão líquida é direcionada ao rio Paraná pelo braço superior. Isso corresponde a uma vazão de sedimento suspenso de 164,16kgs -1, sendo que para o braço inferior seguem apenas 61, 56kgs -1. Figura /07/11. Vazão média do rio Ivaí 678m 3 s -1, e Paraná 8.576m 3 s -1. O fluxo do braço superior é dominado pelo rio Paraná (corre de montante para jusante). Figura /10/04. Vazão do Ivaí em 1.300m 3 s -1 e do Paraná 7.675m 3 s -1. O braço superior passa a escoar 962m 3 s -1, ou seja, de jusante para montante. 5

6 Figura 6.- 8/10/08. Vazão do Ivaí em 1.900m 3 s -1, e rio Paraná com 7.394m 3 s -1. O braço superior escoa Q 1.400m 3 s -1 e Qs 164,16kgs -1 (74%) do total do Ivaí, e para o braço inferior Q= e Qs 61,56kgs -1 (28%). Com a equação de Manning foi possível observar que a pendente hidráulica do fluxo inverso é de -0,00022, ou seja uma pendente bastante elevada quando comparada com a de fluxo normal que é de 0, A ocorrência do fluxo inverso apresentado é um fenômeno pouco freqüente na região, sendo que influencia ate mesmo na pesca e navegação, já que se formam barragens na confluência. Conforme Franco (2007), Barros (2006) e Biazin (2006) a forma de fundo é alternada, junto com a mobilidade do leito devido à posição do talvegue e profundidade do canal. CONCLUSÃO A foz do rio Ivaí funciona de maneira diferenciada com relação a outros de rios de mesmo porte. O fenômeno de inversão do fluxo imposta pelo Ivaí ao canal secundário do receptor tem implicações bastante importantes tanto na sedimentação como certamente na ecologia fluvial. O trabalho ora apresentado abre também uma ampla frente de trabalho nos estudos de ambientes de confluência de rios subtropicais de médio a grande porte. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Ashmore, P. Gardner, J. T. (2008). Unconfined confluences in braided rivers. Department of Geography, University of Western Ontario, Canada. John Wiley & Sons, Ltd. Franco, A. L. A. (2007). Análise de dinâmica de fluxo e da morfologia na confluência dos rio Ivaí e Paraná, PR/MS. Diss. Mestrado, Universidade de Guarulhos, S.P. 6

7 Leli, I. T. Stevaux, J. C. Nóbrega, M. T. Souza Filho, E. E. (2011). Variabilidade temporal no transporte de sedimentos no rio Ivaí - Paraná ( ). Revista Brasileira de Geociências, 41(4): Rhoads, B. L. Kenworthy, S. T. (1995) Flow strcture at an asymmetrical stream confluence. Amsterdam, Geomorphology, Elsevier Science. V. 11, n 4, p Charlton, R. Fundamentals of Fluvial Geomorphology, Routledge, 2008, 234 p. Douhi, N. (2013). Regime e sistemas de controle das cheias do baixo e Ívai e cartografia das áreas inundáveis. Tese (Doutorado em Geografia) Universidade Estadual de Maringá, Paraná