NOÇÕES DE HIDROSSEDIMENTOLOGIA APLICADA AO ESTUDO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS

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1 NOÇÕES DE HIDROSSEDIMENTOLOGIA APLICADA AO ESTUDO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS AUTOR: JOÃO BATISTA PEREIRA CABRAL Lic em Geografia - FIC Dr. Geologia Ambiental UFPR Prof. Adj 3 GEO/CAJ/UFG Hidrossedimentologia Análises hidrossedimentológica deve fazer parte das atividades dos projetos que utilizam rios e lagos, sendo indispensável uma correta colocação dos órgãos de tomada de água, para prevenir eventuais dificuldades de operação e desastres ambientais. Sedimentação do Córrego da Onça - Brasil 1

2 Por que estudar os sedimentos? Qualidade de Água; Assoreamento de rios e reservatórios; Exploração mineral Compreender os processos erosivos da bacia Redução da qualidade do habitat Evolução dos modelos hidrossedimentológicos Sedimentologia X Engenharia meio ambiente navegação portos geologia agricultura hidrologia geração de energia irrigação construção de estradas mecânica dos solos 2

3 Granulometria Seixo Areia Silte Argila Os sedimentos são classificados com base no tamanho das partículas. Tipos de sedimentos: Granulometria Classe diâmetro aprox. (mm) Matacões >300 Cascalho / seixo 3 a 300 Areia grossa 0,5 a 3 Areia média 0,25 a 0,5 Areia fina 0,0625 a 0,25 Silte 0,0039 a 0,0625 Argila < 0,0039 3

4 Mistura de sedimentos Praias normalmente tem sedimentos bastante uniformes Arredondamento ou fator de forma Grau de arredondamento Esferas: SF=1,0 Areia: SF=0,7 4

5 Início do movimento - Hjulstrom FORMAS DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS Rolamento Arrasto Saltação Suspensão 5

6 Visão geral do rio Variação das variáveis ao longo do caminho desde a cabeceira até a foz Idealizado, porém serve de base para todos os casos. Nível de base O rio ajusta seu perfil, erodindo as áreas continentais. Erosão é limitada pelo nível de base. Nível de base geral é o oceano. Nível do oceano pode variar em escala geológica. Níveis de base locais podem ser rios, lagos ou reservatório. 6

7 PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS DISTRIBUIÇÃO DE SEDIMENTOS NO CURSO D ÁGUA 1- DISTRIBUIÇÃO VERTICAL DE SEDIMENTOS 7

8 ESTUDO PRELIMINAR DA DESCARGA DE SEDIMENTOS DO RIO BEBERIBE / PERNAMBUCO Distribuição de sedimentos na seção transversal Distribuição de sedimentos ao longo do curso d água Monitora a vazão de alguns rios não é simples 8

9 Medição do nível do rio A medida do nível do rio pode ser feita usando: Escalas graduadas, instaladas em estruturas como pontes, beiras de rio, etc. Sensores, instalados em estações hidrológicas automáticas. Ref.: Porto et al. (2003) Postos fluviométricos, fluviômetros ou limnímetros Posto fluviométrico ou fluviômetro consiste em vários lances de réguas (escalas) instaladas em uma seção de um curso d água, que permite a leitura dos seus níveis d água. Normalmente, dá-se ao posto o nome do município ou cidade onde ele é instalado e identifica-se por um prefixo. A leitura do nível d água é feita duas vezes ao dia, às 7 h e 17 h (ou 18 h), e seus valores são anotados em uma caderneta. 9

10 Escalas graduadas Escalas graduadas, réguas ou limnímetros Elementos verticais de 1m graduados em cm Aço inoxidável ou madeira O observador faz leitura das cotas diariamente Ref.: Porto et al. (2003) Postos fluviométricos 10

11 Cadereneta de campo Postos fluviográficos, fluviógrafos ou limnígrafos Chama-se de posto fluviográfico o posto que registra continuamente a variação do nível d água. O aparelho utilizado para registrar o N.A. chama-se limnígrafo ou fluviógrafo e o gráfico resultante é denominado limnigrama ou fluviograma 11

12 Limnígrafo grava as variações de nível continuamente no tempo Permite registrar eventos significativos, de curta duração, ocorrendo essencialmente em pequenas bacias Limnígrafo de bóia Ref.: Porto et al. (2003) Posto fluviográfico ou limnígrafo 12

13 Postos fluviográficos Limnígrafo de bóia Postos fluviográficos Limnígrafo com tubulão instalado em curso d água 13

14 Postos fluviográficos Eixo do registrador com Rosca sem-fim Limnígrafo com registro em papel Postos fluviográficos Limnígrafo com data logger 14

15 Sensor de Nível Curva chave A determinação de vazões é um processo demorado e oneroso, principalmente em grandes rios Toda medida de vazão é referida a um nível, altura ou uma cota de referência. A vazão medida é função dessa cota. Experimentalmente, determina-se a relação entre a altura e a vazão. Essa relação denomina-se curva chave, que é específica de cada seção do rio. A curva chave se justifica porque é muito mais fácil medir o nível do rio do que sua vazão 15

16 Altura (cm) Altura (cm) Vazão (m3/seg) 06/06/2012 Curva-chave Se conhecermos a variação de nível do rio ao logo do tempo, a curva chave nos permite obter a série de vazões. 70 Igarapé Ponta Verde - Seção Cabo Frio ago-06 ago-06 ago-06 set-06 set-06 set-06 set-06 set-06 set-06 out-06 out Stage-discharge curves for Cabo Frio (secondary forest) Igarapé Ponta Verde - Seção Cabo Frio Vazão (m 3 s -1 ) 0 ago-06 ago-06 ago-06 set-06 set-06 set-06 set-06 set-06 set-06 out-06 out-06 A escolha do método depende: Do volume da vazão da água; Das condicões locais; Do custo (equipamentos); Da precisão 16

17 Vazão ou descarga Volume de água que passa através de uma determinada seção em um dado intervalo de tempo Q v. A As unidades mais comuns são: Litros por segundos (l.s -1 ), Metros cúbicos por segundo (m 3.s -1 ). POR QUE MEDIR VAZÕES? Criar séries históricas Análise de vazões mínimas Autodepuração de esgotos Calado para navegação Análise de vazões médias Cálculo do volume de reservatórios 17

18 Medição por método área-velocidades A vazão é obtida aplicando-se a equação da continuidade: Q = V.A A área é determinada por batimetria, medindo-se várias verticais e respectivas distâncias e profundidades. Posto de Medição de Vazão Requisitos para uma Boa Seção Lugar de fácil acesso Forma regular da seção Trecho retilíneo Margem e leito não erodíveis Controle por regime uniforme ou crítico 18

19 Número de verticais de medição Procura pela representatividade do perfil de velocidades Fonte : Anuário Fluviométrico n. 2 Ministério da Agricultura - DNPM Largura Do rio (m) Espaçamento Máx (m) Até a a a a a a a a Recomendações método detalhado Pontos Posição na vertical Velocidade média Profundidad e do rio 1 0,6 P Vm=V(0,6) 0,15 a 0,6 m 2 0,2 e 0,8 P Vm=[V(0,2)+V(0,8)]/2 0,6 a 1,2 m 3 0,2; 0,6 e 0,8 P Vm=[V(0,2)+2.V(0,6)+V(0,8)]/4 1,2 a 2,0 m 4 0,2; 0,4; 0,6 e 0,8 P 6 Sup; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 e Fundo Vm=[V(0,2)+2.V(0,4)+2.V(0,6)+V(0,8)]/6 Vm=[Vs+2(V(0,2)+V(0,4)+V(0,6)+V(0,8))+Vf]/10 2,0 a 4,0 m > 4,0 m 19

20 Método Simplificado Pontos Posição na vertical Velocidade média Profundidade do rio 1 0,6 P Vm=V(0,6) < 0,6 m 2 0,2 e 0,8 P Vm=[V(0,2)+V(0,8)]/2 > 0,6 m Números Verticais Largura do rio (m) Distância entre verticais (m) Número de verticais 3 0, a 6 0,5 6 a 12 6 a a a a a a a a a a a a > 20 20

21 Números Verticais Largura do rio (m) Distância entre verticais (m) Número de verticais 3 0, a 6 0,5 6 a 12 6 a a a a a a a a a a a a > 20 MÉTODO DO FLUTUADOR 21

22 Utilizando um flutuador Escolher um trecho retilíneo do rio que tenha seção constante; Marcar uma distância de no mínimo 10m; Medir a área da seção do rio; Lançar o flutuador e contar o tempo para percorrer a distância demarcada. Calcular a vazão com a fórmula. Medição a vau 22

23 MOLINETE São pás ou hélices que giram impulsionadas pela velocidade de escoamento; Estabelece-se uma proporcionalidade entre o número de voltas por unidade de tempo e velocidade de escoamento; É necessário a determinação da área da seção de escoamento para a determinação da vazão (Q = A.V); Podem ser utilizados em condutos livres ou forçados ; Molinetes Aparelhos dotados basicamente de uma hélice e um conta giros, medindo a velocidade de fluxo que passa por ele Quando posicionados em diversos pontos da seção do rio, determinam o perfil de velocidades desta seção Cônicos (concha) de hélice 23

24 Medição a vau Cursos d água de pouca profundidade (< 1,20m) O correntômetro é fixado a uma barra Mantém-se uma distância mínima do leito (> 20 cm) vi Q Ai viai Velocidade média em cada seção 24

25 Molinetes 11:11 Molinete preso à haste ( medição a vau) 11:11 25

26 Medição sobre ponte Facilita, em alguns casos, a medição da velocidade Pilares apoiados no leito alteram a velocidade Determinação da geometria da seção é complicada Escolher uma seção menos influenciada Medição com teleférico Usado em rios não muito largos Necessidade de fixação dos cabos nas margens 26

27 Medição com barco Barco fixo nas margens Barco móvel o barco se movimenta com velocidade constante de uma margem a outra Medição com barco fixo 27

28 Medição com equipamentos doppler Efeito Doppler Um fonte emissora tem freqüência constante f f é percebida maior quando a fonte aproxima-se do observador f é percebida menor quando a fonte afasta-se do observador Medidores ultrasom Doppler 28

29 Medidores ultrasom Doppler ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) 29

30 ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) Método direto Mede a velocidade de fluxo a partir da velocidade das partículas em suspensão Transmite ondas de som na água e recebe o reflexo (eco) proveniente do fundo e das partículas suspensas na água (ecobatímetro) Mede a velocidade da vertical de uma só vez (não é pontual como os molinetes) Efeito Doppler: mudança na freqüência de uma onda sonora causada pelo movimento relativo entre o aparelho transmissor de som (transdutor) e o material em suspensão na água Princípio ADCP 30

31 perfiladores não mede muito próximo do aparelho 11:11 não mede muito próximo ao fundo 11:11 31

32 rio Amazonas em Manacapuru 11:11 MENSURAÇÃO DO MATERIAL SEDIMENTADO 1) Ecossonda 1) GPS e Transdutor 32

33 cotas , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,07 06/06/2012 Batimetria da UHE Cachoeira Dourada - Brasil Batimetria cotas Latitude AMOSTRAGEM DE SEDIMENTOS EM SUSPENSÃO DH-48 Garrafa de van dorn DH-59 33

34 Balança de Precisão EQUIPAMENTOS Filtro EQUIPAMENTOS Forno de Mufla Estufa de Secagem 34

35 Sólidos suspenso no período úmido Sólidos suspenso no período seco AMOSTRAGEM DE SEDIMENTOS DE FUNDO Estudo da camada superficial do material sedimentado Draga de Peterson 35