Sub-rede 3: Manejo e Gerenciamento Integrado de Recursos Hídricos

Sub-rede 3: Manejo e Gerenciamento Integrado de Recursos Hídricos Título do (sub) Projeto: Modelação Hidrossedimentométrica e da Qualidade da Água da Bacia Hidrográfica do Arroio Vacacaí Mirim INSTITUIÇÃO Pesquisadores: Eloiza Maria Cauduro Dias de Paiva (Coordenadora) eloiza@ct.ufsm.br João Batista Dias de Paiva paiva@ct.ufsm.br Maria do Carmo Cauduro Gastaldini mcarmo@ct.ufsm.br Professores do Departamento de Hidráulica e Saneamento, Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Santa Maria, 9715-9 Santa Maria, RS. Telefone: (55) 22-8483, 22-8423, Fax: (55) 226-2166 Colaboradores: Dalvan José Reinert Gelson Lauro Dal Forno Professores do Centro de Ciências Rurais, Universidade Federal de Santa Maria Alunos de pós-graduação: Adalberto Meller Alexandre Pereira Marins Geraldo Rampelotto Kerllen Saldanha Carvalho Janaina Rios Dias Marcel Felipe Tonetto Costas Marcio Ferreira Paz Maria Cláudia Nunes Kraemer Paulo Roberto Jaques Dill Raquel Paranhos Maldaner Alunos de graduação: Aline Tabarelli CNPq Fabiano Thomas - CNPq Fabrício Almeida dos Santos - CNPq Francisco Rossarolla Forgiarini - FAPERGS Gilton Fabiano Maffini FAPERGS Lucas Halberstadt Rosa - CNPq Marcelo Dalcul Depexe - CNPq Rodrigo Emmer - FAPERGS Thiago Trevisan Fiori - CNPq Apresentação A utilização dos recursos hídricos tem resultado em problemas, não só de escassez, como também de degradação de sua qualidade. Modelos matemáticos para simulação da quantidade e qualidade da água têm sido empregados, auxiliando na tomada de decisões referentes à administração dos recursos hídricos. No entanto, o aprimoramento e/ou estabelecimento de modelos e metodologias de avaliação do impacto das cheias e secas, transporte de sedimentos e da qualidade da água, de pequenas bacias hidrográficas brasileiras, necessita de informações de boa qualidade e em quantidade suficiente para fornecer subsídios à modelagem. A degradação da qualidade dos corpos d água é devida, principalmente, a ações antrópicas. A magnitude do impacto destas ações depende da grandeza das mesmas e das características do corpo d água como estado antes do lançamento e capacidade assimilativa. Áreas e assuntos de grande interesse a nível mundial, no que diz respeito à qualidade da água são relacionados com patógenos, sólidos em suspensão, matéria orgânica degradável, eutrofização, nitratos, salinização, metais, poluentes orgânicos microscópicos, acidificação e modificação de regimes hidrológicos. A bacia hidrográfica do Rio Vacacaí Mirim tem área de aproximadamente 1 km 2. Os estudos iniciaram na sua cabeceira, até o Reservatório do Vacacaí Mirim, com área de 3 km 2, com predominância de áreas agrícolas. Este reservatório tem grande importância para a região, uma vez que é responsável pelo

2 abastecimento público da cidade de Santa Maria, além de sua utilização em atividades de recreação. O enfoque principal foi à avaliação da erosão e da produção de sedimento nas bacias contribuintes ao reservatório e à qualidade da água e assoreamento do reservatório. À jusante do reservatório, foram estudadas as cheias e a produção de sedimento de áreas em urbanização. Estudos realizados demonstraram que a qualidade das águas do reservatório do Vacacaí Mirim está piorando devido à ocupação inadequada da bacia. A utilização da rede de coleta de dados de qualidade da água no reservatório, com a finalidade de interpretação destes dados através de índices de qualidade da água e modelos matemáticos servirão de apoio ao gerenciamento dos recursos hídricos desta bacia. O levantamento do uso da terra na bacia hidrográfica contribuinte ao Reservatório do Vacacaí Mirim mostrou que ocorreu um aumento de 19,5% na área florestal e de 2,4% na área urbanizada, no período de 1966 a 21. Os reflexos destas modificações foram observados no assoreamento do reservatório, comparando-se o levantamento topográfico no início da sua operação, 1972, com batimetrias realizadas em 1997 e 21. Constatou-se uma redução de 29,45% na capacidade de armazenamento em 29 anos. Os levantamentos batimétricos mostraram que as bacias contribuintes em processo de urbanização foram as principais responsáveis pelo assoreamento do reservatório. Foram avaliadas as cheias e a produção de sedimentos em pequena bacia hidrográfica em urbanização. Os resultados desta avaliação, comparados com informações de outras bacias na região mostram a influência da urbanização no aumento dos picos de cheia e da produção de sedimentos e na observação da carga de lavagem. O Escopo da Pesquisa Esta pesquisa teve o objetivo de desenvolver e testar, em condições regionais, metodologias de avaliação dos impactos ambientais da urbanização, agricultura e pecuária, sobre as cheias, a produção, transporte e deposição de sedimentos e sobre a qualidade da água em pequenas bacias hidrográficas e reservatórios. Os objetivos específicos da pesquisa foram: - avaliar a produção de sedimentos em pequenas bacias hidrográficas, analisando a influência da cobertura vegetal e das características físicas das bacias hidrográficas; - avaliar o assoreamento do Reservatório do Vacacaí Mirim; - escolher, aplicar e calibrar modelo matemático de qualidade da água em reservatórios. Com a finalidade de atingir tais objetivos, foram intensificados os trabalhos de obtenção de dados de campo. Tais informações continuam a ser utilizadas e os estudos em andamento estão descritos no item perspectivas. Produção 1. Introdução RESERVATÓRIO DO VACACAÍ MIRIM O Reservatório do Vacacaí Mirim está localizado na parte alta da bacia hidrográfica do Arroio Vacacaí Mirim, nas coordenadas geográficas 29 o 4 31 de latitude Sul e 53 o 47 6 de longitude Oeste. Foi projetado em 1961, pelo DNOS, e entrou em operação em 1972. Possui uma área inundada de,74 km 2 e uma bacia hidrográfica contribuinte de 29 km 2. Sua capacidade de armazenamento inicial era de 4,928 milhões de m 3. Atualmente, sua principal utilização é o abastecimento público da cidade de Santa Maria. Também é utilizado na agricultura e como meio de recreação em esportes náuticos. Este reservatório é motivo de preocupações crescentes, relacionadas à quantidade e qualidade da água e ao seu processo de assoreamento. Estudos vêm sendo desenvolvidos desde 1993, com o objetivo de quantificar quali-quantitativamente os recursos hídricos desta bacia. 2. A bacia hidrográfica contribuinte A área de estudo é a bacia hidrográfica a montante do reservatório do Vacacaí Mirim - Santa Maria RS, integrante da bacia hidrográfica do Guaíba. Está situada entre as coordenadas geográficas 53º 46 3 a 53 49 29 de longitude Oeste e 29º 36 55 a 29 39 5 de latitudes Sul, abrangendo uma área total de 3.61,61 ha. Ocupa áreas de Planalto e da Depressão Central.

3 Conforme Brasil (1973), os solos do município de Santa Maria caracterizam-se por serem muito diversificados, predominando, de uma forma geral, os Podzólico Vermelho-Amarelo Álico, Brunizem Hidromórficos, Litossolos, Planossolos e Latossolos. Estes solos, a uma escala de reconhecimento, estão distribuídos em seis unidades de mapeamento que abrangem o município: Unidade de mapeamento Júlio de Castilhos, Unidade de mapeamento Charrua, Unidade de mapeamento Ciríaco, Unidade de mapeamento São Pedro, Unidade de mapeamento Santa Maria e Unidade de mapeamento Venda Grande. As três primeiras unidades ocorrem nas porções localizadas no planalto e no rebordo do planalto e as demais ocorrem na parte do município localizada na depressão central. 3. Uso do solo na bacia no período de operação do Reservatório do Vacacaí Mirim Foram utilizados aerofotogramas dos anos de 1964, na escala 1.25, do ano de 1966, na escala de 1.6, e de 1996, na escala de 1.6, atualizadas com observações in loco. Desta forma, foram avaliados os usos do solo nos períodos de 1966 e 21, que correspondem ao período próximo ao enchimento do reservatório (1972) e atual. A bacia hidrográfica contribuinte foi subdividida em 32 sub-bacias em função do padrão da rede de drenagem e da topografia do terreno, apresentada na figura 1. As características físicas das sub-bacias são apresentadas na tabela 1. O uso do solo em 21 e 1966, para cada sub-bacia, é apresentado nos gráficos das figuras 2 e 3, respectivamente. Figura 1. Bacia hidrográfica contribuinte ao Reservatório do Vacacaí Mirim e as 32 sub-bacias utilizadas na avaliação do uso do solo. No período de operação do reservatório o uso do solo da bacia hidrográfica contribuinte sofreu significativas modificações. A área coberta com floresta passou de 37,9% para 57,4%, da área da bacia contribuinte, apresentando um aumento importante. Este aumento foi devido à redução das áreas de pastagem e agrícola, que passaram de 44,5% para 3,2% e de 17,% para 9,4%, respectivamente. A área urbanizada era de,5% em 1966 e atualmente representa 2,9%. O aumento da área com cobertura florestal foi devido ao processo

4 de êxodo rural, onde partes das propriedades transformaram-se em sítios de fins de semana, lavouras e pastagens abandonadas transformaram-se em capoeiras, e através da regeneração, em matas secundárias (Dill, 22). As modificações do uso da terra no período contribuíram decisivamente para o transporte de sedimentos e deposição no Reservatório do Vacacaí Mirim. Embora pequeno, o aumento da área urbanizada apresentou real importância no aumento do assoreamento do reservatório. Esta constatação é observada nos gráficos e isolinhas do levantamento batimétrico do reservatório. Tabela 1. Parâmetros físicos sub-bacias contribuintes ao Reservatório do Vacacaí Mirim Sub-bacia Área declividade Densidade de Sub-bacia Área declividade densidade de (ha) média (m/m) Drenagem (ha) média (m/m) drenagem 32 13,13 8,59,189 11 8,54 2,16,33 22 131,11 11,92,167 14 133,11 33,18,22 3 59,71 1,99,188 23 81,17 14,79,458 5 46,6 13,64,22 26 67, 29,93,232 31 55,52 12,28,259 18 118,14 3,28,239 4 54,38 25,58,137 27 71,85 29,11,26 24 91,85 23,58,192 13 55,67 3,38,255 1 121,46 27,17,171 2 14,24 3,75,265 15 15,56 24,18,21 1 38,57 23,25,36 28 137,49 29,99,177 29 115,19 31,76,268 9 152,98 12,61,429 25 87,67 34,28,254 19 137,76 19,9,278 2 79,5 28,49,311 17 15,49 29,78,19 16 83,97 27,54,331 21 172,32 26,95,218 3 12,28 35,7,256 8 58,12 25,59,248 6 64,59 27,86,353 7 47,5 21,7,39 12 94,23 31,19,323 Fonte: Dill (22) 2 15 Àrea das sub-bacias (ha) 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3 31 32 Figura 2. Uso do solo nas sub-bacias em 21. Sub-bacias Floresta Pastagem Agricultura Urbanização Pedreira Água

5 2 15 Área das sub-bacias (ha) 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1111213141516171819221222324252627282933132 Figura 3. Uso do solo nas sub-bacias em 1966. 4. Ajuste de modelo chuva vazão Sub-bacias Floresta Pastagem Agricultura Urbanização Pedreira A modelagem hidrológica vem representando uma forma eficiente de ampliação das informações coletadas no campo, no entanto os resultados da aplicação de modelos estão ligados à sua calibração, que dependem fundamentalmente dos dados de entrada e de sua confiabilidade. Dentre os modelos chuva-vazão concentrados utilizados no Sul do Brasil, para avaliar eventos de cheia, destaca-se o IPH II, aplicado tanto isoladamente como em conjunto com equações de produção de sedimentos em bacias hidrográficas e em modelos distribuídos. Dentre os trabalhos que apresentam subsídios para estimativa de parâmetros do IPH II destaca-se Tucci (1998) e Germano et al (1998), que apresenta informações de calibração aplicadas a 28 bacias urbanas brasileiras. O modelo IPH II (Tucci, 1998) é um modelo do tipo concentrado, chuva-vazão. É composto por quatro algoritmos: perdas por evaporação e interceptação, separação dos escoamentos, propagação dos escoamentos superficial e subterrâneo e otimização dos parâmetros. É representado por seis parâmetros: I o, I b, H, K sup, K sub, R max. H, I o e I b são parâmetros da equação de infiltração de Horton. I o e I b representam as capacidades inicial e mínima de infiltração do solo, respectivamente. K sub e K sup são parâmetros de propagação do escoamento subterrâneo e superficial, respectivamente. R max representa a capacidade do reservatório de perdas iniciais. 4.1. Ajuste para eventos de cheia Com a finalidade de subsidiar estudos de eventos extremos e de produção de sedimentos foi ajustado o Modelo IPH II para eventos de cheia, em pequenas bacias hidrográficas localizadas na bacia hidrográfica do Vacacaí Mirim. São apresentados parâmetros para 6 bacias hidrográficas com diferentes características físicas monitoradas e descritas no relatório da sub-rede 1 do projeto Monitoramento dos Recursos Hídricos da Bacia Hidrográfica do Arroio Vacacaí Mirim, em Santa Maria, RS. Foram monitoradas 4 estações fluviométricas, com áreas variando de 18 km 2 a,7 km 2 e grandes declividades. À jusante do Reservatório do Vacacaí Mirim foram monitoradas três estações fluviométricas, uma no rio principal, e as demais, em locais de baixa declividade e em urbanização. A tabela 2 apresenta as características físicas das sub-bacias utilizadas no ajuste. Os dados utilizados para a calibração dos eventos são provenientes de seis estações fluviométricas e quatro estações pluviométricas. Algumas dessas estações já foram desativadas ou tiveram os dispositivos de monitoramento substituídos por outros de maior precisão e confiabilidade. Os dispositivos utilizados atualmente substituíram os antigos linígrafos e pluviógrafos por instrumentos análogos digitais equipados com data-logger (Thalimedes e Pluvio), para monitoramento contínuo

6 e aquisição de dados com discretizações em intervalos de até 1 minuto. A tabela 3 apresenta o período de funcionamento e os dispositivos utilizados no monitoramento das estações. Tabela 2. Informações sobre as bacias hidrográficas. Bacia N de eventos Área Talvegue Declividade Impermeabilização selecionados (km²) (km) % % Situação Cidade dos Meninos * 5 51,68 17,49 21,54 5 Rural Menino Deus II 4 5,1 4,6 32,8 14 Rural Menino Deus III 2 17,44 6,98 23,54 14 Rural Sítio do Tio Pedro 3,53,9 26,8 3 Urbana Alto da Colina I 4 1,8 1,85 4,98 25 Urbana Alto da Colina II 6 1,4 1,14 5,8 1 Rural * (Fonte: Fronza, 1995) Tabela 3. Informações sobre as estações de monitoramento hidrológico Estação Tipo Período (mês/ano) Situação Discretização (min) Dispositivo Cidade dos Meninos F 6/1994 à 1/1997 desativada 6 Linígrafo Menino Deus II F 2/1998 em atividade 1 Thalimedes (atual) Menino Deus III F 9/1998 à 9/2 desativada 15 Linígrafo Sítio do Tio Pedro F 6/2 em atividade 1 Thalimedes Alto da Colina I F 1/1999 em atividade 1 Thalimedes Alto da Colina II F 6/21 em atividade 1 Thalimedes Vila Maria P 12/2 em atividade 1 Pluvio Campestre Menino Deus P 11/2 em atividade 1 Pluvio DNOS/Corsan P 2/1998 à 5/2 desativada 6 Pluviógrafo Brigada Militar P 4/94 à 7/97 desativada 6 Pluviógrafo P - estação pluviométrica, F estação fluviométrica 4.1.1. Calibração dos parâmetros Para a calibração do modelo foram selecionados 23 eventos extremos. A seleção dos eventos foi efetuada conforme a disponibilidade e as respostas das estações aos dados observados, de modo a melhor caracterizar os processos hidrológicos na escala das pequenas bacias. Os ajustes iniciais dos parâmetros do modelo foram executados individualmente, de modo que todos parâmetros pudessem variar aleatoriamente na busca da melhor relação entre os hidrogramas observados e calculados, representada pelo coeficiente de correlação R². Os melhores resultados obtidos nas calibrações individuais dos eventos, mostrados nas figuras 4 a 1, foram aplicados a todos os eventos com o objetivo de se obter uma seqüência de parâmetros de bom ajuste a todos os eventos de uma mesma bacia. Como comentado por Germano et al (1998), os parâmetros que se mostraram mais sensíveis foram os relacionados à infiltração, representados por I e h, apresentando grandes variações entre bacias. Outros parâmetros que também se mostraram muito importantes foram os de escoamento superficial e o parâmetro que define a capacidade mínima de infiltração I b. Em especial o parâmetro R max, que representa as perdas iniciais, mostrou pouca sensibilidade, embora tenha apresentado grandes variações. A tabela 4 apresenta os parâmetros finais resultantes da calibração dos eventos. A tabela 5 mostra os resultados dos ajustes dos parâmetros do modelo IPH II para eventos isolados, onde t representa o intervalo de discretização temporal, V obs o volume observado, V calc o volume calculado, QP obs e QP calç a vazão de pico observada e calculada respectivamente.

7 Tabela 4. Resultado dos ajustes do Modelo IPH II para eventos isolados. Estação Evento t R² V obs V calc QP obs QP calc 8/1/1 1,91 557,49 62,54 9,98 1,55 11/7/1 1,98 535,3 513,8 5,55 5,17 19/7/1 1,99 577,15 571,68 23,12 23,52 Menino Deus II 3/9/1 1,9 796,13 736,26 1,34 1,28 8/1/1 3,97 187,34 195,38 9,55 8,6 11/7/1 3,96 178,98 18,16 5,5 4,45 19/7/1 3,97 187,68 182,84 21,12 2,36 3/9/1 3,85 24,1 199,41 6,17 4,38 Menino Deus III 26/5/99 3,95 66,72 652,49 9,67 8,47 19/7/1 5,82 66,81 61,4 3,98 5,23 Sítio do Tio Pedro 3/9/1 5 83 67,16 69,32 1,57 1,4 8/1/1 5,91 1,44 16,42 1,58 1,39 8/1/1 3,94 63,78 6,86 6,39 5,78 12/4/1 3,92 26,1 26,73 2,8 2,89 21/5/1 3,92 8,62 1,14 1,13 1,23 Alto Colina I 11/7/1 3,98 42,34 41,52 3,95 4,28 19/7/1 3,94 36,1 31,57 7,4 7,24 3/9/1 3,97 62,64 62,95 3,86 3,67 13/11/1 3,96 15,56 15,5 2,18 2,2 8/1/1 1,99 17,87 17,28 1,17 1,16 2/1/1 1,98 18,89 19,11 1,4 1,5 14/11/1 1,99 34,25 35,22 1,64 1,59 Alto Colina II 6/6/1 1,99 6,59 6,33 1,48 1,48 8/1/1 3,98 6,81 6,81 1,17 1,13 2/1/1 3,97 6,39 6,23 1,2 1,2 14/11/1 3,98 12,75 13,16 1,64 1,59 6/6/1 3,97 19,23 19,39 1,41 1,28 Tabela 5. Resumo dos parâmetros do Modelo IPH II ajustados por bacia. Bacia R máx mm I o mm/ t I b mm/ t h mm/ t t c t k s t k sub t t (min) Cidade dos Meninos* 11,22 44,39,5,99 3 1,98 17,79 6,35 15,36 15,28 11,16,18 1 6,41 47,32 36,97 Menino Deus II 1,78 9,51 3,77,98 4 5,36 2,78 1,91 11,57 9,94 7,61,97 2 7,16 3,62 3,83 Menino Deus III 16,44,4,94 3 14,31 16, 3,96 Sítio do Tio Pedro 7,55 14,15,55,87 1 2,11 23,31 5,76 Alto da Colina I 13,72 9,98,9,76 5 1,51 8,12 3,8 Alto da Colina II 9,65 1,68,48,97 15 3,84 4,28 1,9 5,72 5,98,22,85 5 2,89 2,67 3,82 *(Fonte: Fronza, 1995) 4.1.2. Metodologia utilizada para bacias sem dados Germano et al (1998) propõe, na indisponibilidade de dados observados, o uso de valores médios para os parâmetros do modelo, baseado nas respostas obtidas em estudo aplicado a 28 bacias brasileiras. Para a determinação dos parâmetros Ks e tc com resultado razoável, Germano et al (1998) sugere a utilização de equações empíricas que são funções das características fisiográficas da bacia. Tc = 18,628*(L*,882/IMP*,272)... (1) R 2

8 Ks = 24,58*(L*1,63/(S*,126*IMP*,549))... (2) Onde: L: comprimento do talvegue em km; IMP: área impermeável em %; S: declividade em %. Os resultados das simulações utilizando as equações propostas podem ser visualizados pelas figuras 4 a 1, onde a variável QC* representa as vazões calculadas utilizando-se os referidos parâmetros. Faixa de valores (médios) propostos por Germano et al (1998): R max =, situação mais desfavorável; K sub = 3 mm/ t; I b =,4 mm/ t; h =,5 a,95 mm/ t; I o = 4 a 15 mm/ t, mas com predominância de 8 a 12 mm/ t. Para a simulação dos eventos foram adotados os seguintes valores: R max = ; K sub = 3 mm/ t; I b =,4 mm/ t; h =,8 mm/ t; I o = 1 mm/ t. Germano et al (1998) ainda comenta que os valores dos parâmetros podem ser estimados de acordo com a predominância do solo da bacia, através de relações apresentadas por Tucci (1998). A tabela 6 apresenta os coeficientes de correlação e as razões entre as vazões de pico observadas e calculadas para as simulações com melhores parâmetros simulados e com os parâmetros médios e regressões propostas por Germano et al (1998), aplicados a todos os eventos selecionados, onde: t:intervalo de discretização temporal; R² CAL :coeficiente de correlação das simulações realizadas com os parâmetros do modelo ajustado pelo IPH II; R² EST : coeficiente de correlação para as simulações realizadas com parâmetros médios e regressões; (Q P(CAL) /Q P(OBS) ) IPH II: razão entre a vazão de pico simulada com parâmetros ajustados e a observada; (Q P(CAL) /Q P(OBS) ) ESTIMADO: razão entre a vazão de pico simulada com parâmetros médios e a observada; Tabela 6. Resultado das simulações com os parâmetros finais e com parâmetros médios. (Q Estação Evento t R² CAL R² P(CAL) /Q P(OBS) ) EST IPH II (Q P(CAL) /Q P(OBS) ) ESTIMADO 8/1/1 1,87,47,78 1,13 11/7/1 1,98,88,93,91 19/7/1 1,93,74,84,67 Menino Deus II 3/9/1 1,85,69,79 1,12 8/1/1 3,79,84,68,67 11/7/1 3,92,8,8,92 19/7/1 3,76,53,83,37 3/9/1 3,84,83,71,76 Menino Deus III 26/5/99 3,96,,89 2,36 19/7/1 5,74, 1,1 2,21 Sítio do Tio Pedro Alto Colina I Alto Colina II 3/9/1 5,69,62 1,17,8 8/1/1 5,86,5,72,84 8/1/1 3,75 1,32,72,74 12/4/1 3,82 1,25,62,99 21/5/1 3,88 1,9,7,49 11/7/1 3,77,71,69,37 19/7/1 3,62,79,34,51 3/9/1 3,92 1,1,37,6 13/11/1 3,86 1,1,63,63 8/1/1 1,9,42 1,9,41 2/1/1 1,98,21 1,,48 14/11/1 1,91,3,99,4 6/6/1 1,89,1,82,79 8/1/1 3,86,43,82,34 2/1/1 3,86,49 1,4,55 14/11/1 3,91,7 1,6,52 6/6/1 3,97, 1,2,58

9 6 5 4 QO QC - R² =.99 QC* - R² =.74 5 1 15 Q (m3/s) 3 2 P (mm) 2 25 3 1 35 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 11 111 121 131 141 151 161 171 181 Dt (1 min) 4 Figura 4. Evento do dia 19/7/21 na estação fluviométrica Menino Deus II Dt = 1 minutos. 2 18 16 14 12 QO QC - R ² =.97 QC* - R ² =.84 5 1 Q (m3/s) 1 15 P (mm) 8 6 2 4 25 2 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 11 111 121 131 141 Dt (3 min) 3 Figura 5. Evento do dia 8/1/21 na estação fluviométrica Menino Deus II Dt = 3 minutos.

1 3 25 2 Q QC - R²=.96 QC* - R²= 2 4 6 8 Q (m3/s) 15 1 P (mm) 12 1 14 5 16 18 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 11 Dt (3 min) 2 Figura 6 Evento do dia 26/5/1999 na estação fluviométrica Menino Deus III Dt = 3 minutos. 6 5 4 QO QC - R² =.97 QC* - R² =.5 1 2 3 Q (m3/s) 3 4 P (mm) 2 5 6 1 7 1 21 Dt (5 min) 8 Figura 7. Evento do dia 8/1/21 na estação fluviométrica Sítio do Tio Pedro Dt = 5 minutos.

11 8 7 6 5 QO QC - R² =.98 QC* - R² =.25 5 1 Q (m3/s) 4 15 P (mm) 3 2 2 1 25 1 6 11 16 21 26 31 Dt (3 min) 3 Figura 8. Evento do dia 11/7/21 na estação fluviométrica Alto da Colina I Dt = 3 minutos. 3.. 2.5 2. Q QC* - R²=.42 Q - R²=.99 2. 4. 6. Q(m3/s) 1.5 P(mm) 8. 1. 1..5 12.. 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 Dt(1 min) 14. Figura 9. Evento do dia 8/1/21 na estação fluviométrica Alto da Colina II Dt = 1 minutos.

12 3 2.5 Q QC* - R²=.3 QC - R²=.91 2 2 4 6 Q(m3/s) 1.5 8 P(mm) 1 1.5 12 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 Dt(1 min) 14 Figura 1. Evento do dia 14/11/21 na estação fluviométrica Alto da Colina II Dt = 1 minutos. 4.1.3. Dificuldades encontradas Durante a modelagem dos eventos selecionados em especial as estações Alto da Colina I, Menino Deus III e Sítio do Tio Pedro, apresentaram dificuldade no ajuste dos parâmetros do modelo. Uma das dificuldades encontradas na calibração dos eventos refere-se às estações Alto da Colina I e Menino Deus III, que apresentam estruturas de amortecimento ao longo do curso principal. A existência destas obras induz o modelo a prolongar o escoamento superficial por um período de tempo maior que as condições naturais proporcionariam, devido ao amortecimento dos picos e à regularização das vazões. Dessa forma há uma evidente alteração dos valores dos parâmetros, para que se ajustem a esta modificação do ciclo natural, resultando em parâmetros com valores distorcidos. Conforme Mendiondo et al (21) quando algum dos componentes dos modelos hidrológicos é estimado de forma inadequada, os demais são forçados a compensar este problema. Em decorrência disto o usuário é forçado a modificar os parâmetros para compensar este erro, distorcendo seus valores para buscar um hidrograma calculado próximo do observado. As condições iniciais também representam um fator importante no processo de calibração dos modelos hidrológicos. A dificuldade de se selecionar eventos significativos e com condições iniciais semelhantes torna difícil à modelagem dos parâmetros, resultando muitas vezes valores com uma grande faixa de variação. As bacias em geral não apresentaram boas respostas a discretizações temporais pequenas, com exceção da bacia hidrográfica Sítio do Tio Pedro que foi calibrada com discretização de 5 minutos. O tempo de concentração desta bacia, em torno de 5 minutos, é resultado das características físicas tais como pequena área (,53 km 2 ) e alta declividade, o que resulta numa sensibilidade muito grande da estação fluviométrica a eventos de precipitação. Desta forma, o aspecto variabilidade espaço-temporal torna a correlação entre o hidrograma e a precipitação observados em alguns casos inviável. As figuras 11 e 12 apontam algumas simulações das bacias citadas, tendo em vista a dificuldade de calibração dos parâmetros.

13 7 6 5 QO QC - R ² =.2 5 Q (m3/s) 4 3 1 15 P (mm) 2 1 2 1 6 11 16 21 26 Dt (3 min) 25 Figura 11. Evento do dia 13/1/1999 na estação fluviométrica Menino Deus III Dt = 3 minutos. 3 2.5 2 QO QC - R ² = 1 2 3 4 Q (m3/s) 1.5 5 P (mm) 6 1 7.5 8 9 1 11 21 31 41 51 61 71 Dt (5 min) 1 Figura 12. Evento do dia 1/6/21 na estação fluviométrica Sítio do Tio Pedro Dt = 5 minutos. 4.2. Ajuste de modelo chuva x vazão à série de vazões afluentes ao Reservatório do Vacacaí Mirim A obtenção de série de vazões afluentes ao reservatório desde a sua implantação, 1972, é de fundamental importância para estudos de avaliação do tempo de assoreamento do reservatório, disponibilidade hídrica, propagação de vazões no reservatório, estudos de gestão de recursos hídricos na bacia, entre outros.

14 Com a finalidade de buscar subsídios para tal geração, inicialmente foi escolhido modelo chuva-vazão. Foi dada preferência a modelos que estejam sendo utilizados na região sul do Brasil, de forma que possam ser mais bem avaliados seus parâmetros. Neste contexto pode-se destacar os modelos IPH2 e MODHAC. Normalmente na calibração de modelos deste tipo pode-se priorizar o ajuste das vazões máximas, médias ou mínimas, através de funções objetivos específicas. No entanto, tendo em vista os objetivos a que se destina, necessitamos obter bons resultados nas vazões máximas e médias e nos volumes escoados. Tendo como base tais necessidades, o modelo escolhido foi o IPH2 série curta, versão junho de 199, alterado por Augusto R. R. Damiani, para modelação e avaliação das modificações climáticas sobre a bacia hidrográfica (Tucci, 1998). Foram utilizados registros obtidos da estação fluviométrica escolhida foi a Menino Deus I, que apresenta a maior área de contribuição ao Reservatório do Vacacaí Mirim. A estação fluviométrica Menino Deus I foi operada de agosto de 1996 a janeiro de 1998. Com respeito aos dados de precipitação, as estações pluviométricas que estavam em operação a partir da década de 7, nas proximidades da bacia hidrográfica em questão, são a estação 295334 (Santa Maria IPAGRO) e 295317 (Santa Maria 83936). Em ambos os casos dispõem-se somente de dados diários de longo período. Ambas estações não estão localizadas na bacia. Desta forma, buscou-se escolher a que apresentasse melhores ajustes. O período de observação da estação fluviométrica foi dividido em duas partes, de forma a se calibrar num período e fazer a verificação da calibração no outro período. No entanto, o ajuste obtido não foi considerado satisfatório. Desta forma optou-se por dividir em períodos de inverno e verão, uma vez que a condição de umidade do solo e o tipo de precipitação são bastante diferenciados. No verão ocorrem com maior freqüência precipitações convectivas, de grande intensidade, pequena duração e grande variação espacial. Para representar o período de calibração no inverno foi escolhido período entre 24 de agosto de 1996 a 15 de novembro de 1996. A figura 13 apresenta hidrograma de vazões e hietograma de precipitação correspondente. No ajuste do modelo, o coeficiente de determinação obtido foi R 2 =,84. Os resultados obtidos com as duas estações pluviométricas analisadas foram semelhantes. A figura 14 apresenta o gráfico de comparação das vazões observadas e calculadas, podendo-se observar um bom ajuste dos dados. No período analisado a vazão média observada foi de,37 m 3 /s e a calculada foi de,38 m 3 /s; a vazão mínima observada foi de,6 m 3 /s e a calculada foi de,9 m 3 /s e a vazão máxima observada foi de 1,63 m 3 /s e a calculada foi de 1,6 m 3 /s. Estes resultados mostram uma boa adequação aos objetivos propostos para a geração de séries. 24/8/96 3/9/96 13/9/96 23/9/96 3/1/96 13/1/96 23/1/96 2/11/96 12/11/96 dia 1.8 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 Precip Qobs 1.6 1.4 1.2 1..8.6.4.2. Figura 13. Série de vazões e precipitações utilizadas na calibração do modelo IPH2 série curta, no período de inverno.

15 1.8 1.6 1.4 Qobs Qcalc 1.2 vazão (m3/s) 1..8.6.4.2. 24/8/96 3/9/96 13/9/96 23/9/96 3/1/96 13/1/96 23/1/96 2/11/96 12/11/96 dia Figura 14. Comparação das vazões observadas e calculadas no período de calibração, no inverno. No período de verificação do período de inverno, foi utilizado o período de 18 de maio de 1997 a 2 de agosto de 1997. A figura 15 apresenta gráfico contendo as precipitações e vazões utilizadas. Os resultados obtidos no ajuste estão apresentados na figura 16. O coeficiente de determinação encontrado foi de R 2 =,53, bastante inferior ao obtido na fase de calibração. No período analisado, a vazão média observada foi de,46 m 3 /s e a calculada foi,74 m 3 /s; a vazão máxima observada foi de 2,58 m 3 /s e a calculada foi de 2,31 m 3 /s e a vazão mínima observada foi de,7 m 3 /s e a calculada foi de,16 m 3 /s. Embora a média observada tenha sido inferior a média calculada, os valores máximos foram bastante próximos. Observa-se também que o mínimo observado foi inferior ao calculado, o que mostra que o modelo está superestimando as vazões mínimas. O que é esperado em função do bom ajuste dos máximos. Embora a verificação do ajuste tenha ficado bem inferior ao período de calibração, vale salientar que no período de maio de 1996 à abril de 1997, época da calibração, a precipitação na região sofreu uma redução de 3% em relação à média. Ocorreu um período de La Ninã (1995/1996), que na região provoca redução na precipitação (Klusener F o e Paiva, 1997). No período de maio a setembro de 1997 a precipitação oscilou em torno da média enquanto que em outubro de 1997 a precipitação mensal foi de 476,8 mm, num período de média mensal de 144,4 mm. Desta forma, verifica-se que o período de calibração não foi um período semelhante ao de verificação e seria esperado que os valores médios fossem superiores na verificação, devido às condições de umidade superiores na bacia, em relação ao período de 1996. É de se esperar que nos períodos médios o ajuste seja melhor.

16 dia 18/5/97 28/5/97 7/6/97 17/6/97 27/6/97 7/7/97 17/7/97 27/7/97 3. 1 2.5 2 3 2. 4 5 6 7 precipitação Q observ 1.5 1..5 8. Figura 15. Série de vazão e precipitação utilizada na verificação da calibração do modelo IPH2 série curta, no período de inverno. 3. 2.5 Q observ Q calc vazão (m3/s) 2. 1.5 1..5. 18/5/97 28/5/97 7/6/97 17/6/97 27/6/97 7/7/97 17/7/97 27/7/97 dia Figura 16. Comparação das vazões observadas e calculadas no período de verificação da calibração, no inverno. Embora no período de inverno tenha se encontrado condições satisfatórias, a calibração no verão não forneceu resultados razoáveis. Neste caso, também foram selecionados períodos de calibração e períodos de ajuste. No entanto, ainda na calibração as respostas não foram boas. Neste caso, foi verificado que a estação pluviométrica que forneceu melhores resultados foi 295334, embora as diferenças tenham sido pequenas. A figura 17 apresenta a série de vazão e precipitação utilizada na calibração do período de verão, no mês de dezembro de 1996. A figura 18 apresenta a comparação das vazões observadas e calculadas. Foi

17 encontrado um coeficiente de determinação R 2 =,59, com os dados da estação pluviométrica 295334. No período analisado, a vazão média observada foi de,45 m 3 /s e a calculada foi,44 m 3 /s; a vazão máxima observada foi de,143 m 3 /s e a calculada foi de,81 m 3 /s e a vazão mínima observada foi de,2 m 3 /s e a calculada foi de,7 m 3 /s. Embora o ajuste da vazão média tenha resultado bom, não foi possível ajustar os picos da mesma forma que no período de inverno. dia 1/12/96 6/12/96 11/12/96 16/12/96 21/12/96 26/12/96 31/12/96.16 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 P Qob.14.12.1.8.6.4.2. Figura 17. Série de vazão e precipitação utilizada da calibração do modelo IPH2 série curta, no período de verão..16.14.12 vazão.1.8.6 Qob Qcal.4.2 1/12/96 6/12/96 11/12/96 16/12/96 21/12/96 26/12/96 31/12/96 dia Figura 18. Comparação das vazões observadas e calculadas no período de calibração, no verão. No período de verificação da calibração do período de verão, foi utilizado o período de 3 de novembro de 1997 a 3 de dezembro de 1997. A figura 19 apresenta gráfico contendo as precipitações e vazões utilizadas. Os resultados obtidos no ajuste estão apresentados na figura 2. O coeficiente de determinação encontrado foi de

18 R 2 =,33, bastante inferior ao obtido na fase de calibração. No período analisado, a vazão média observada foi de,38 m 3 /s e a calculada foi,16 m 3 /s; a vazão máxima observada foi de 2,1 m 3 /s e a calculada foi de,27 m 3 /s e a vazão mínima observada foi de,14 m 3 /s e a calculada foi de,78 m 3 /s. Outras tentativas foram realizadas no sentido de melhora do ajuste, inclusive com a mudança da estação pluviométrica. No entanto, foram encontrados ajustes piores e períodos com vazões negativas. dia 3/11/97 1/12/97 2/12/97 3/12/97 1 2.5 2 2. 3 4 5 6 7 8 9 1 prec Qobs 1.5 1..5. Figura 19. Série de vazão e precipitação utilizada na verificação da calibração do modelo IPH2 série curta, no período de verão. 2.5 2. Qobs Qcal vazão (m3/s) 1.5 1..5. 3/11/97 5/12/97 1/12/97 15/12/97 2/12/97 25/12/97 3/12/97 dia Figura 2. Comparação das vazões observadas e calculadas no período de verificação da calibração, no verão.

19 5. Produção de sedimentos em pequenas bacias hidrográficas rurais Com a finalidade de fornecer subsídios à calibração de modelos hidrossedimentométicos, foram utilizados dados de concentração de sedimentos de duas bacias hidrográficas contribuintes ao Reservatório do Vacacaí Mirim, Menino Deus I (substituída pela estação Menino Deus III) e Menino Deus II, com áreas de 18 km 2 e 5 km 2 e declividades de 22,6% e 32,8%, respectivamente. A jusante do reservatório foi monitorada a bacia Alto da Colina, com área de 1,8 km 2 e declividade de 5%. A bacia Alto da Colina estão em urbanização. Para a determinação da concentração de sedimentos foram coletadas amostras através de dois métodos: amostrador de nível ascendente automático e amostras integradas na profundidade, em verticais representativas da seção, com o amostrador de sedimentos em suspensão modelo AMS-1. O detalhamento destas informações está descrito no relatório da sub-rede 1 do projeto Monitoramento dos Recursos Hídricos da Bacia Hidrográfica do Arroio Vacacaí Mirim, em Santa Maria, RS. 5.1. Comparação entre curvas-chave de sedimentos nas bacias hidrográficas monitoradas em função da cobertura vegetal e declividade A figura 21 apresenta comparação entre a curva-chave de sedimento obtida na bacia Alto da Colina, Sítio do Tio Pedro (Belinazzo e Paiva, 22) e Menino Deus I (Branco et al, 1998). As principais características físicas destas bacias estão descritas na tabela 2. Bellinaso e Paiva (22) apresentaram duas curvas-chave, uma para subida e outra para a descida da onda de cheia. A bacia Sítio do Tio Pedro tem características físicas semelhantes à bacia Alto da Colina, área de,53 km 2, porém apresenta grande declividade, 26,8%, valor bastante superior ao da bacia Alto da Colina, com declividade de 5%. Pode-se constatar uma declividade menor na curva de ajuste do Alto da Colina, que pode ser explicado pela menor declividade. Também se verifica uma significativa modificação das curvas de subida e descida da cheia, que pode ser explicado pela adição da carga de lavagem que deve ocorrer no início do evento. Este efeito não foi comentado por Bellinaso e Paiva (22), provavelmente pela dificuldade de observação, uma vez que as respostas desta bacia são extremamente rápidas. A bacia hidrográfica Menino Deus I possui área bastante superior, 18 km 2, declividade média de 22,6%, com vegetação predominante de mata nativa e plantada. Neste caso, observa-se valores de concentração de sedimentos bastante inferiores às duas bacias em urbanização e semelhante ao comportamento da curva de descida da bacia Sítio do Tio Pedro. Estes resultados indicam a influência da urbanização e da carga de lavagem na produção de sedimentos de bacias hidrográficas. concentração de sedimentos em suspensão (mg/l) 7 6 5 4 3 2 1 Sítio do Tio Pedro - descida Sítio do Tio Pedro - subida Menino Deus I Alto da Colina 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 vazão (m3/s) Figura 21. Comparação entre curvas-chave de sedimentos de pequenas bacias.

2 5.1. Relação do sedimento transportado com volume escoado e vazão de pico Para a estimativa da produção de sedimentos em eventos chuvosos tem sido largamente utilizada a Equação Universal de Perda de Solo Modificada, MUSLE (Williams, 1975; citado por Williams e Berndt,1977), equação 3. Detalhes de sua aplicação podem ser obtidas em Paiva (21). A = R.K.LS.C.P... (3) Sendo: A: perda de solo (t/evento); R: fator energético; R = 89,6. (Q. q p ),56 Q: volume de escoamento superficial (m 3 ); q p : vazão de pico (m 3 /s); K: fator de erodibilidade do solo; K = [2,1. 1-4. M 1,14. (12 ka) + 3,25. (kb 2) + 2,5. (kc 3)].,1313 M: (% silte + % areia muito fina). (1 - % argila) ka: % de matéria orgânica; kb: coeficiente relativo a estrutura do solo; kc: classe de permeabilidade; LS: fator conjunto de comprimento e grau do declive; LS = (L / 22,1) m. (,65 +,454. S +,65. S 2 ) S: declividade em %; m=,2 para S < 1%; m =,3 para 3% S 1%; m =,4 para 5% S 3%; m =,5 para S 5%; L: comprimento da encosta (m); C: fator de uso e manejo do solo; P: fator de práticas conservacionistas. Com a finalidade de avaliar o ajustamento do fator R da MUSLE aos dados medidos, BRANCO et al (1997) verificou que na estação fluviométrica Menino Deus I os valores medidos apresentaram uma boa correlação com o produto entre o volume de escoamento superficial e a vazão de pico (Q.qp), com coeficiente de correlação de,92. No entanto, o expoente da MUSLE de,56 passou a valores próximos da unidade. Foi dada continuidade a esta verificação, reunindo dados de duas bacias hidrográficas rurais de encosta, Menino Deus I e Menino Deus II. A figura 22 apresenta gráfico do produto (Q.qp) em função da produção de sedimentos, somente com dados obtidos na estação fluviométrica Menino Deus II, com amostrador de nível ascendente automático, enquanto a figura 23 apresenta gráfico semelhante, com dados da estação fluviométrica Menino Deus I e Menino Deus II. Nos dois casos observa-se boa condição de ajuste. O coeficiente de determinação foi,95 e,9, respectivamente nas figuras 22 e 23, considerando um ajuste do tipo potência, da mesma forma da MUSLE. Ajuste semelhante foi encontrado em BRANCO et al (1997). Com estas informações o expoente do produto (Q.qp) ficou um pouco reduzido em relação ao obtido no trabalho anterior, passando de 1,1 para,77 e,95, embora superior ao valor de,56 da MUSLE. No entanto, verifica-se nas duas figuras que o ajuste linear fornece resultados muito superiores, com coeficiente de determinação de,99. Além disto, verifica-se coincidência do fator multiplicador do produto (Q.qp) para as duas bacias,,1, diferindo do termo aditivo. 4 produção de sedimento (t) 35 3 25 2 15 1 5 y =.1x -.7758 R 2 =.9998 y =.25x.773 R 2 =.9542 5 1 15 2 25 3 volume escoado (m3) x vazão de pico (m3/s) Figura 22. Ajuste da produção de sedimento por evento (t) em função do volume escoado (m3) x vazão de pico (m3/s), para os eventos da estação Menino Deus II.

21 4 produção de sedimentos (t) 35 3 25 2 15 1 5 y =.1x -.2254 R 2 =.9995 y =.2x.9531 R 2 =.975 5 1 15 2 25 3 vazão de pico (m3/s) x volume escoado (m3) Figura 23. Ajuste da produção de sedimento por evento (t) em função do volume escoado (m3) x vazão de pico (m3/s), para os eventos das estações Menino Deus I e Menino Deus II. A figura 24 apresenta comparação das estimativas da MUSLE para a estação Menino Deus I e Menino Deus II, com os ajustes do tipo potência obtidos a partir de dados de campo da estação Menino Deus I (amostra integrada na vertical), Menino Deus II (amostra superficial) e dados conjuntos das estações Menino Deus I e II, na faixa de cheias observadas nas duas estações. Pode-se verificar que para valores baixos do produto (Q.qp) a MUSLE superestima a produção de sedimentos por evento. No entanto, devido ao aumento do expoente de (Q.qp) dos dados observados, os eventos de cheia de maior amplitude tendem a ser subestimados pela MUSLE. Embora as estimativas da MUSLE na estação Menino Deus II estejam próximas aos ajustes obtidos com esta estação nos maiores eventos observados, cabe ressaltar que é esperado que os valores observados estejam abaixo da realidade, uma vez que correspondem a amostras de superfície. A figura 25 apresenta a comparação dos ajustes lineares da produção de sedimento por evento em função do produto (Q.qp) com os valores obtidos pela MUSLE nas bacias hidrográficas Menino Deus I e Menino Deus II. Verifica-se que os dados isolados da estação Menino Deus II apresentam relação idêntica a obtida com o conjunto de dados das duas estação. Embora as formas de obtenção destas informações tenha sido diferente, os resultados são bastante coerentes entre si. produção de sedimentos (t) 45 4 35 3 25 2 15 1 5 Branco(1997) MDI e MDII MDII - ANA MUSLE-MDI MUSLE-MDII 5 1 15 2 25 3 35 4 vazão de pico (m3/s) x volume escoado (m3) Figura 24. Comparação dos ajustes do tipo potência obtidos entre o produto (Q.qp) em função da produção de sedimentos para a estação MDI (BRANCO et al, 1997), MDII e MDI e MDII com as estimativas da MUSLE para MDI e MDII.

22 produção de sedimentos (t) 4 35 3 25 2 15 1 5 MDI e MDII MDII - ANA MUSLE-MDI MUSLE-MDII 5 1 15 2 25 3 35 4 vazão de pico (m3/s) x volume escoado (m3) Figura 25. Comparação dos ajustes do tipo linear obtido entre o produto (Q.qp) em função da produção de sedimentos para a estação MDII e MDI e MDII com as estimativas da MUSLE. 6. Processo erosivo nas margens do rio principal Em outubro de 1997 começaram a surgir problemas de erosão nas margens e leito do rio principal, num comprimento de aproximadamente 5 m. Este processo teve início num período de grandes precipitações. A precipitação de outubro de 1997 foi de 476,8 mm, num período em que a média mensal é de 144,4 mm. Com a finalidade de avaliar a contribuição do processo erosivo no canal ao assoreamento do Reservatório do Vacacaí Mirim, são apresentados os resultados de levantamentos realizados em 1999 e 1992. Embora processos antrópicos tenham ocorrido no período, a causa mais provável do aparecimento do processo erosivo foi o alto índice pluviométrico registrado no mês de outubro de 1997, provocando uma desestabilização do leito e margens de um trecho do rio. Em agosto de 1999 foi dado início a um levantamento topográfico de um trecho de 1 m de comprimento do leito do rio, que apresentava processo erosivo acelerado. Neste trecho, a declividade média ponderada era de,6 m/m e a largura da seção transversal encaixada variou entre 2 m e 75 m. Com a finalidade de buscar maiores subsídios para avaliar as diferenças entre a configuração atual do leito e a que existia em condições de estabilidade do leito, buscou-se comparar com um levantamento planimétrico realizado em julho de 1992, que tinha como finalidade a delimitação de propriedades e suas respectivas moradias nas imediações do trecho do rio em estudo (Moreira, 1992). As figuras 26 e 27 apresentam fotografias do leito do rio e a figura 28 apresenta a alteração do trajeto do curso d água no período de julho de 1992 a agosto de 1999, num comprimento de aproximadamente 472 m. Em 1992 a largura entre margens do rio era praticamente constante, variando de 14 a 3 m. Em 1999 verifica-se grande variação da largura entre margens, variando de 15 a 52 m, e mudança significativa do talvegue do rio. Ocorreu um pequeno aumento da sinuosidade, passou de 1,2 para 1,3. Tal modificação causou grandes prejuízos nas propriedades ribeirinhas e sendo necessária a reconstrução de pontes. A sobreposição dos levantamentos de 1992 e 1999 permitiu avaliar o volume de sedimentos transportados das margens do Arroio Vacacaí Mirim ao Reservatório, que corresponde a,119 hm 3. Esta erosão corresponde a 3,4% do assoreamento do reservatório entre 1997 e 21 e,22% do assoreamento total no período de funcionamento.

23 Figura 26. Fotografia do processo erosivo nas margens e leito do rio. Figura 27. Fotografia apresentando assoreamento do leito e desvio do curso d água.

24 Rua Guaraci Shmidt Estação Fluviométrica Conveções Margens do arroio em 1992. Margens do arroio em 1999. Talvegue Arroio Cerca Sanga Figura 28. Comparação da alteração do curso d água no período de julho de 1992 à agosto de 1999.

25 7. Assoreamento do Reservatório do Vacacai Mirim Com a finalidade de avaliar as condições de assoreamento do referido reservatório, foram realizadas duas batimetrias, 1997 e 21 e comparadas com os levantamentos topográficos do projeto original. Tais resultados foram analisados em conjunto com as possíveis causas de produção de sedimento da bacia hidrográfica contribuinte. O assoreamento no Reservatório do Vacacaí Mirim foi obtido através de comparações entre as capacidades de armazenamento d água obtida no projeto (1961) e batimetrias realizadas em 1997 (Paiva et al 1998) e 21. A figura 29 apresenta gráfico da capacidade de armazenamento em função da cota, nas três épocas. O reservatório do Vacacaí Mirim em Santa Maria, RS, possui atualmente capacidade de armazenamento d água na cota do vertedor de 3,477 milhões de m³, apresenta uma área inundada de,723km² e profundidade média de 4,7 m. Comparando esses resultados com dados de projeto concluiu-se que ocorreu uma redução significativa na capacidade de armazenamento d água de 1,541 milhões de m³, que representam uma redução de 29,45% em 29 anos de operação. Esses resultados também foram comparados com a batimetria de 1997. Conforme Paiva et al, 1998, no período de 1972 a 1997 ocorreu uma redução de 22,87% do volume do reservatório. A figura 3 apresenta comparação das cotas 132, 13, 125 e 12, nos três períodos 1972, 1997 e 21. Encontram-se numerados seus principais afluentes. O afluente 1 possui uma área contribuinte de 35 ha, porém, tem contribuído muito com o assoreamento do reservatório como se pode observar na figura 6, onde se nota a diminuição da profundidade na entrada do afluente 1. Esta sub-bacia possui 16,7 ha com urbanização. Em 1966 havia uma área urbanizada de 3,33 ha. Entre 1966 e 21 ocorreu um aumento na área urbanizada de 13,37 ha. O afluente 2 possui uma área contribuinte de 11,65 ha, possui uma área urbanizada de 32,34 ha. Em 1966 havia uma área urbanizada de 8,92 ha. Entre 1966 e 21 ocorreu um aumento na área urbanizada de 23,42 ha. O afluente 3 possui uma área contribuinte de 1972,46 ha. É uma sub-bacia com urbanização bem distribuída de 18,66 ha. Em 1966 havia uma área urbanizada de 2,18 ha e as áreas com agricultura de 365,56 ha e pastagem de 892,75 ha. Estes valores foram maiores que as áreas em 21, onde agricultura ocupa 226,26 ha e a pastagem 645,46 ha. Observa-se a redução da área da cota 132. Neste canal ocorreu o transporte das margens do Vacacaí Mirim (Paiva et al 21). O afluente 4 possui uma área contribuinte de 553,7 ha. A urbanização é bem distribuída dentro da subbacia, ocupando 12,13 ha, enquanto em 1966 era de 1,4 ha. Em 1966 as áreas com agricultura eram 96,6 ha e com pastagem eram 218,76 ha. Estes valores eram maiores que as áreas de 21, onde agricultura é de 49,2 ha e pastagem 141,62 ha. O afluente 5 possui área contribuinte de 54,38 ha. A urbanização é pequena, 1,16 ha. Em 1966 não possuía urbanização e as áreas com agricultura eram de 1,81 ha e pastagem 31,39 ha. Estes valores eram maiores que as de 21, onde a agricultura é de 2,2 ha e pastagem é de 28,45 ha. Observa-se a redução da cota 132 devido à construção de uma estrada (aterro) nas margens da barragem. O afluente 6 possui área contribuinte de 22,28 ha. A urbanização é pequena, 5,83 ha. Em 1966 não possuía urbanização. Observa-se que este afluente teve pouca influência no assoreamento do reservatório. Nota-se que grande parte dos sedimentos depositados no Reservatório do Vacacaí Mirim tiveram sua origem no manejo incorreto da sub-bacia, onde, urbanizações desordenadas ocorreram nos últimos anos, agricultura e pecuária em área inadequada (áreas declivosas), retirada de mata ciliar entre outras ações antrópicas.

26 6 Volume acumulado das cotas (hm3) 5 4 3 2 1 117 118 119 12 121 122 123 124 125 126 127 128 129 13 131 132 Capacidade de armazenamento 1972 Capacidade de armazenamento 1997 Capacidade de armazenamento 21 Figura 29. Capacidade de armazenamento do Reservatório do Vacacaí Mirim no início de operação (1972), 1997 e 21. Cotas 8. Influência do uso da terra no assoreamento do Reservatório do Vacacaí Mirim No período 1966 a 21, ocorreram uma série de modificaçãoes dentro da sub-bacia. As áreas com florestas representavam 37,9%, hoje correspondem a 57,4%, um aumento significante neste intervalo de tempo. Este aumento de 19,5% de florestas ocorreu devido ao processo de êxodo rural, onde parte das propriedades foram transformadas em sítios de final de semana, lavouras e pastagens foram abandonadas e transformaram-se em capoeiras e consequentemente, através da regeneração em matas secundárias. As áreas com pastagens correspondiam a 44,5%, hoje correspondem a 3,2%, esta diminuição 14,3% de pastagem deve-se ao aumento na quantidade de floresta, devido ao êxodo rural. As áreas agrícolas correspondiam a 17%, hoje correspondem a 9,4%. Esta diminuição da área agricola deve-se ao abandono do campo (exodo rural), e a transformação destas áreas em pastagens e matas. A urbanização correspondia a,5%, atualmente corresponde a 2,9%, este aumento deve-se a urbanização que ocorreu na sub-bacia, muitas vezes em áreas inadequadas, áreas de preservação permanente, áreas com declividade acentuada e esta urbanização tem contribuído muito com o assoreamento do reservatório do Vacacaí Mirim.