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
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
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
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
Início do movimento - Hjulstrom FORMAS DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS Rolamento Arrasto Saltação Suspensão 5
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
PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS DISTRIBUIÇÃO DE SEDIMENTOS NO CURSO D ÁGUA 1- DISTRIBUIÇÃO VERTICAL DE SEDIMENTOS 7
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
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
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
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
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
Postos fluviográficos Limnígrafo de bóia Postos fluviográficos Limnígrafo com tubulão instalado em curso d água 13
Postos fluviográficos Eixo do registrador com Rosca sem-fim Limnígrafo com registro em papel Postos fluviográficos Limnígrafo com data logger 14
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
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 65 60 55 50 45 40 ago-06 ago-06 ago-06 set-06 set-06 set-06 set-06 set-06 set-06 out-06 out-06 80 70 Stage-discharge curves for Cabo Frio (secondary forest) 0.18 0.16 0.14 Igarapé Ponta Verde - Seção Cabo Frio 60 0.12 50 0.1 40 0.08 30 0.06 20 0.04 10 0.02 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 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
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
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
Número de verticais de medição Procura pela representatividade do perfil de velocidades Fonte : Anuário Fluviométrico n. 2 Ministério da Agricultura - DNPM - 1941 Largura Do rio (m) Espaçamento Máx (m) Até 3 0.30 3 a 6 0.50 6 a 15 1.00 15 a 30 2.00 30 a 50 3.00 50 a 80 4.00 80 a 150 6.00 150 a 250 8.00 250 a 400 12.00 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
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 0,3 10 3 a 6 0,5 6 a 12 6 a 15 1 6 a 15 15 a 30 2 7 a 15 30 a 50 3 10 a 16 50 a 80 4 12 a 20 80 a 150 6 13 a 25 150 a 250 8 18 a 30 250 12 > 20 20
Números Verticais Largura do rio (m) Distância entre verticais (m) Número de verticais 3 0,3 10 3 a 6 0,5 6 a 12 6 a 15 1 6 a 15 15 a 30 2 7 a 15 30 a 50 3 10 a 16 50 a 80 4 12 a 20 80 a 150 6 13 a 25 150 a 250 8 18 a 30 250 12 > 20 MÉTODO DO FLUTUADOR 21
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
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
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
Molinetes 11:11 Molinete preso à haste ( medição a vau) 11:11 25
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
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
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
Medidores ultrasom Doppler ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) 29
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
perfiladores não mede muito próximo do aparelho 11:11 não mede muito próximo ao fundo 11:11 31
rio Amazonas em Manacapuru 11:11 MENSURAÇÃO DO MATERIAL SEDIMENTADO 1) Ecossonda 1) GPS e Transdutor 32
cotas 7951859,43 7951856,94 7951856,19 7951848,06 7951845,41 7951840,93 7951830,90 7951824,57 7951820,04 7951811,84 7951812,87 7951812,04 7951809,43 7951808,65 7951807,81 7951797,79 7951797,00 7951799,88 7951799,02 7951798,19 7951793,68 7951798,41 7951804,96 7951807,80 7951808,85 7951843,07 06/06/2012 Batimetria da UHE Cachoeira Dourada - Brasil 435 430 425 420 415 410 Batimetria cotas 405 400 395 390 Latitude AMOSTRAGEM DE SEDIMENTOS EM SUSPENSÃO DH-48 Garrafa de van dorn DH-59 33
Balança de Precisão EQUIPAMENTOS Filtro EQUIPAMENTOS Forno de Mufla Estufa de Secagem 34
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
EQUIPAMENTOS Provetas - Pipetagem Peneiras - Peneiramento Granulometria de fundo no período úmido Granulometria de fundo no período seco 36
Equipamento Piston Core Estudo das camadas material sedimentado Análise dos testemunhos 37
Modelos deposicionais Deposito de Leito Deposito de corrente 38
Deposito de delta Croqui dos depósitos existente na UHE Cachoeira Dourada - Brasil 39
Considere o trecho de rio do desenho abaixo. Qual é o local mais aconselhável para medir vazão? Rápidos 40