ANLISE HIDROMORFOLGICA DA SUB-BACIA 87

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  • XI Simpsio de Recursos Hdricos do Nordeste

    ANLISE HIDROMORFOLGICA DA SUB-BACIA 87

    Arthur da Fontoura Tschiedel1; Karine Pickbrenner2; Francisco F. N. Marcuzzo3

    RESUMO O estudo hidromorfolgico da sub-bacia hidrogrfica 87 diferenciado devido singularidade das caractersticas geomorfolgicas e da fisiografia dos seus corpos hdricos. O objetivo deste trabalho estudar parmetros morfolgicos e hidrogrficos que interferem na atividade fluviomtrica das sub-bacias que constituem a sub-bacia 87. Um total de 124 municpios possui parte ou a totalidade de seus territrios na sub-bacia 87 (rea total de 58.439,0 km). Utilizaram-se imagens ASTER para o Modelo Digital de Elevao com resoluo de 30 metros. Verificou-se que a maior densidade de drenagem (Dd) foi obtida pelo rio Camaqu (1,47 km.km-), o qual obteve o menor coeficiente de manuteno (Cmn), que foi de 678,3 m.m-1. A menor percentagem de lagos est na sub-bacia formada pelo rio dos Sinos (0,4%), enquanto toda sub-bacia 87 obteve 19,7% da rea coberta por lagos. A rea de estudo apresentou diferenas contundentes nos perfis longitudinais dos principais corpos hdricos. Conclui-se tambm que as sub-bacias de contribuio localizadas em reas mais planas tendem, de maneira geral, a apresentar menores ndices de rugosidade e maior representatividade de grandes lagos.

    ABSTRACT The hydro-physical study of the sub-watershed 87 is different because of the uniqueness of the physiography and geomorphological characteristics of their water bodies. The objective of this work is to study morphological and hydrographic parameters that influence the activity of the fluviometric contribution of all sub-watersheds included in 87 watershed. A total of 124 municipalities have part or all of their territories in 87 watershed (total area of 58,439.0 km). ASTER images were used for the Digital Elevation Model with a resolution of 30 meters. It was found that the higher drainage density (Dd) was obtained by the Camaqu River (1.47 km.km ), which had the lowest coefficient of maintenance (Cmn), which was 678.3 m.m-1. The lowest percentage of lakes is in sub-basin formed by the Sinos River (0.4%), while all 87 sub-basin is formed by 19.7% of lakes. The studies area showed striking differences in the longitudinal profiles of the major water bodies. It was also concluded that the areas of contribution of sub-basins located in flatter areas tend, in general, to have lower levels of roughness and greater representation of large lakes. Palavras-chave: Lagoa dos Patos, geomorfologia, hipsometria.

    1 Acadmico em Engenharia Ambiental, (Universidade Federal do Rio Grande do Sul) Av. Bento Gonalves n 9.500 Instituto de Pesquisas

    Hidrulicas CEP 91501-970, Porto Alegre/RS. Tel. (51) 8467-8416. arthurtidel@hotmail.com 2 Enga, M.a, Pesquisadora em Geocincias / Gerencia de Hidrologia e Gesto Territorial, CPRM/SGB (Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais /

    Servio Geolgico do Brasil) Rua Banco da Provncia, no105 - Santa Teresa - CEP 90840-030, Porto Alegre/RS. Tel.: (51) 3406-7342. karine.pickbrenner@cprm.gov.br.

    3Engo, Dr., Pesquisador em Geocincias / Gerencia de Hidrologia e Gesto Territorial, CPRM/SGB (Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais / Servio Geolgico do Brasil) Rua Banco da Provncia, no105 - Santa Teresa - CEP 90840-030, Porto Alegre/RS. Tel.: (51) 3406-7324. francisco.marcuzzo@cprm.gov.br.

  • XI Simpsio de Recursos Hdricos do Nordeste

    1 INTRODUO

    As bacias hidrogrficas so definidas muitas vezes como as melhores unidades de estudo em

    relao gesto de recursos hdricos, de modo a apresentarem atributos particulares que

    influenciam diretamente no comportamento hidrodinmico dos corpos superficiais e subterrneos

    que se encontram na rea de contribuio. O conhecimento das caractersticas hipsomtricas e

    geomtricas fomentam um melhor entendimento morfomtrico e, portanto, do comportamento

    hidrodinmico das bacias hidrogrficas, facilitando o melhor gerenciamento de sua preservao e da

    utilizao dos recursos hdricos disponveis.

    A importncia do conhecimento de caractersticas morfolgicas de bacias hidrogrficas

    apresentada em muitos estudos para as mais diversas regies brasileiras. Cherem et al. (2008)

    identificaram atravs de estudos morfolgicos para a sub-bacia do Alto Rio das Velhas (MG) a

    diviso da sub-bacia em grupos com caractersticas homogneas, fornecendo subsdios para futuros

    estudos geomorfolgicos e ambientais para bacias hidrogrficas de quinta ordem encontradas na

    regio de estudo. J Junior et al. (2009) apresentaram como principal vantagem advinda de estudos

    morfolgicos em determinada bacia, a possibilidade de maior compreenso a cerca das

    caractersticas ambientas da regio. Ainda, os mesmos autores apontam que estudos desta natureza

    podem ser utilizados para auxiliar na tomada de decises e no planejamento de reas de bacias que

    ainda no foram urbanizadas, contribuindo para a definio das formas de uso e ocupao de solos

    mais adequados ao meio fsico local. Ainda, segundo Antonelli e Thomaz (2007), a combinao de

    diversos dados morfomtricos permite a diferenciao de reas homogneas. Desse modo,

    indicadores fsicos especficos podem ser determinados com o objetivo de qualificar as alteraes e

    vulnerabilidades ambientais para regies distintas, ainda que as mesmas se encontrem em similares

    reas de contribuio para determinada sub-bacia hidrogrfica.

    Desse modo, partindo da alta aplicabilidade que conhecimentos hidromorfolgicos

    apresentam para a adequada gesto de bacias hidrogrficas, o presente trabalho objetiva estudar a

    hidromorfologia da sub-bacia 87, no Estado do Rio Grande do Sul, a fim de quantificar parmetros

    populacionais e morfomtricos que interferem diretamente na dinmica da bacia.

    2 - MATERIAL E MTODOS

    Localizada na poro leste do estado do Rio Grande do Sul, a sub-bacia 87 divide-se em oito

    sub-bacias principais mais a sub-bacia do Baixo Jacu, de grande peculariedade, visto que seu

    divisor de guas corta o Rio Jacu a partir da confluncia com o rio Taquar. Da totalidade, pode-se

    afirmar que quatro bacias so de cabeceira (sub-bacia do Rio Ca, do Rio Gravata, do Rio dos

    Sinos e do Rio Camaqu). As trs primeiras, somadas sub-bacia do Baixo Jacu so contribuintes

  • XI Simpsio de Recursos Hdricos do Nordeste

    da sub-bacia do Lago Guaba, que por sua vez contribuinte (assim como a sub-bacia do Rio

    Camaqu) da sub-bacia Lagoa dos Patos. Ressalta-se ainda que a sub-bacia 87 apresenta outras duas

    sub-bacias que drenam diretamente para o Oceano Atlntico (sub-bacia do Rio Tramanda e sub-

    bacia do Litoral Mdio), conforme apresentado na Figura 1.

    Figura 1 - Hidrografia com os principais cursos dgua da sub-bacia 87.

    As informaes hidrogrficas utilizadas neste estudo partiram do trabalho desenvolvido por

    Hasenack (2010), que vetorizou a hidrografia das cartas do exrcito para todo o Estado do Rio

    Grande do Sul, de modo que estes corpos hdricos, vetorizados em escala 1:50.000 em formato

    shapefile, so os melhores e mais representativos da realidade do estado at o presente momento.

    Entretanto, devido dificuldade de visualizao da hidrografia em tal escala, fez-se necessrio

    utilizar shapefiles de menor detalhamento para representar os corpos hdricos principais. Utilizou-se

    portanto o produto cartogrfico fornecido pela Agncia Nacional de guas, em 1:1.000.000 para

    representar a hidrografia da sub-bacia 87. Ainda, toda a base cartogrfica utilizada neste estudo foi

    obtida atravs dos trabalhos desenvolvidos pela CPRM4 (2010) e FEPAM Fundao Estadual do

    Meio Ambiente.

    4 CPRM/SGB (Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais / Servio Geolgico do Brasil Empresa Pblica de Pesquisa do Ministrio de Minas e Energia)

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    2.1 - Diviso territorial municipal, populao e clima da sub-bacia 87

    A sub-bacia 87 contempla um total de 82 municpios que contam com 100% da rea inserida

    na bacia. Ainda 42 municpios so interceptados pelo divisor de guas desta unidade territorial,

    totalizando, portanto, 124 municpios pertencentes sub-bacia 87. Considera-se, entretanto que

    dentre estes, so contabilizados 10 municpios com menos de 5% de rea inserida na bacia,

    somando 36,2 km que, comparados rea total (58.439,0 km), contabilizam apenas 0,062% do

    territrio.

    Quadro 1 Relao dos municpios inseridos na sub-bacia 87 quanto rea. Descrio Nmero de Municpios

    Municpios com 100% da rea inserida na sub-bacia 82 Municpios com rea entre 75% e 100% inserida na sub-bacia 10 Municpios com rea entre 50% e 75% inserida na sub-bacia 10 Municpios com rea entre 25% e 50% inserida na sub-bacia 9 Municpios com rea entre 5% e 25% inserida na sub-bacia 3 Municpios com menos de 5% da rea inserida na sub-bacia 10

    Dentre as unidades municipais inseridas na sub-bacia 87, Canguu, mesmo apresentando

    apenas 73% de sua rea inserida na bacia, destaca-se como o municpio com maior representao

    interna, com um total de 2.575 km inseridos no territrio, representando 4,4% do territrio da sub-

    bacia 87. Antagonicamente, o municpio de Esteio, localizado na regio metropolitana de Porto

    Alegre o menor em rea territorial, com apenas 22,7 km, representando 0,04% do territrio da

    sub-bacia 87.

    Levando em considerao os habitantes residentes na bacia, tomou-se como necessidade

    inerente ao levantamento das caractersticas da mesma, o clculo da densidade populacional de cada

    municpio. Para tal, utilizaram-se os dados levantados pelo ltimo censo IBGE (2010) e tcnicas de

    geoprocessamento atravs do programa ArcGis 10 aliados base cartogrfica fornecida pela

    FEPAM, de modo que na contagem populacional da sub-bacia 87 considerou-se que 90% da

    populao de cada municpio esto concentradas na zona urbana. Ainda, a estimativa da populao

    residente da sub-bacia em cada um dos 42 municpios que so cortados pelo divisor de guas

    baseou-se na proporcionalidade de reas urbanas e rurais inseridas na sub-bacia em relao s reas

    urbanas e rurais totais de cada municpio (equaes 1 e 2). Ressalta-se que, para algumas reas, no

    foram encontrados dados a respeito de zonas urbanas. Para efeitos de clculo, considerou-se que

    cada municpio de fronteira enquadrado nessas caractersticas conta apenas com a populao rural

    (equao 3). Ainda, para os municpios que se encontram totalmente inseridos na bacia, 100% da

    populao foi considerada na estimativa. As equaes utilizadas neste levantamento se encontram

    abaixo:

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    (1)

    Em que, Pop.u.f a populao urbana em municpios de fronteira (hab) que contam com

    informaes de zonas urbanas, Pop.t a populao total do municpio (hab), T a taxa de

    populao residente nas zonas urbanas (90%), Au.b a rea urbana do municpio inserida na Bacia,

    Au.t a rea urbana total do municpio, considerando apenas os limites municipais, calculada por

    geoprocessamento (km).

    (2)

    Em que, Pop.r.f a populao rural em municpios de fronteira para regies com informaes

    a respeito de zonas urbanas (hab), Pop.t a populao total do municpio (hab), T a taxa de

    populao residente nas zonas urbanas (90%), Am.b a rea do municpio inserida na sub-bacia

    (km), Au.b a rea urbana do municpio inserida na sub-bacia (km), Am.t a rea municipal total

    do municpio, considerando apenas os limites municipais (km) e Au.t, que representa a rea urbana

    total, levando em considerao tanto a que se encontra dentro da sub-bacia como a que se encontra

    fora da bacia.

    (3)

    Em que, Pop.a.r.f a populao apenas rural em municpios de fronteira (hab) calculada para

    os casos onde no h dados de zonas urbanas, Pop.t a populao total do municpio (hab), Am.b

    a rea urbana do municpio inserida na sub-bacia (km) e Am.t a rea municipal total do

    municpio, considerando apenas os limites municipais (km) .

    Desse modo, estima-se que a sub-bacia 87 conta com um total de 5.253.774 habitantes

    residentes, considerando-se que 90% da populao municipal esto concentradas nas zonas urbanas.

    O municpio mais populoso da sub-bacia o de Esteio, com 2.918 hab.(km)-1, de modo que Porto

    Alegre aparece em seguida com 2.852 hab.(km)-1. O municpio menos populoso da sub-bacia o

    de Lavras do Sul, que conta com 53% de sua extenso territorial inserida na sub-bacia e 3

    hab.(km)-1. Considerando apenas os municpios totalmente inseridos na bacia, o menos populoso

    passa a ser Mostardas, que conta com 6 hab.(km)-1.

    A caracterizao climatolgica da sub-bacia dada de acordo com os mtodos descritos por

    Kppen (1936) apud Peel (2007), um sistema de classificao global de todos tipos climticos

    muito utilizada em estudos geogrficos, climatolgicos e ecolgicos. O clima da sub-bacia 87

    composto unicamente pelo tipo Cfa, subdiviso da classificao geral Cf, que representa climas

    temperados (ou temperado quente), com estaes de Vero e Inverno bem definidas e climas

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    mesotrmicos. Ainda, a classificao Cf resulta de regies com clima mido, onde a precipitao

    bem distribuda em todos os meses do ano, com inexistncia de estao seca definida. O clima Cfa

    dotado de todas as caractersticas da classificao Cf, entretanto apresenta temperatura mdia no

    ms mais quente superior a 22C.

    Figura 2 - Densidade de habitantes por quilmetro quadrado, clima e localizao da sub-bacia 87.

    2.2 - Vegetao e Uso do Solo

    A caracterizao da sub-bacia 87 quanto vegetao e ao uso do solo apresentada na Figura

    3, onde so discretizados as reas referentes s zonas edificadas, e regies agrcolas ou

    potencialmente agrcolas. A estepe a formao que predomina na bacia, representando em torno

    de 35% de sua extenso territorial. Posteriormente observam-se reas de formaes pioneiras

    cobrindo 29% da rea da bacia. Observa-se ainda a pequena rea Florestal que a sub-bacia possui,

    de modo que as reas de Floresta Estacional Decidual, Semidecidual e Floresta Ombrfila Mista

    somam apenas 10 % da rea da bacia.

    Ressalta-se que as atividades agrcolas so muito representativas no quesito uso do solo da

    bacia, de modo que em torno de 50% da extenso territorial da mesma apresenta atividades

    agrcolas associadas com reas de vegetao secundria e reas de tenso ecolgica.

    Em relao aos biomas existentes na bacia, constatado que 16% da extenso territorial se

    encontram em regies de Mata Atlntica, ao norte da sub-bacia justamente no inicio do planalto

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    Sul-Rio-Grandense. A parcela restante da sub-bacia (84%) se encontra sob o bioma Pampa,

    composto basicamente de gramneas, herbceas e algumas rvores de pequeno porte.

    Figura 3 Biomas, uso e ocupao do solo da sub-bacia 87.

    2.3 - Modelo Digital de Elevao (MDE) Utilizado

    No presente trabalho foram utilizados dados de altimetria obtidos atravs do instrumento

    ASTER (Advanced SpaceBorne Thermal Emission and Reflection Radiomete), do satlite TERRA,

    lanado pela NASA em 1999 como parte do programa Earth Observing System EOS. Este

    instrumento responsvel por captar dados espaciais de resoluo de 15 a 90 metros no espectro do

    visvel, infra-vermelho prximo, Infra-vermelho curto e Infravermelho Termal.

    O sensor ASTER apresenta alta resoluo espacial, espectral e radiomtrica, possuindo um

    radimetro de imagens de 15 bandas. A separao espectral completada atravs de filtros de

    passagem de banda discretos e dicricos, de modo que cada subsistema opera numa regio espectral

    diferente, possuindo seu prprio telescpio. No mbito deste artigo, a resoluo espacial dos dados

    utilizados permitiu a gerao de um Modelo Digital de Elevao com 30 metros de resoluo

    (Figura 4).

    Canela o municpio com 100% da rea inserida na sub-bacia que apresenta a maior altitude

    mdia, com 682 metros. Em contra partida, o municpio de Capo da Canoa o que apresenta

    menor altimetria, com 5,4 metros de altitude mdia.

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    Figura 4 Relevo sombreado e altimetria da sub-bacia 87.

    2.4 - Metodologia para o estudo de linearidade da bacia

    2.4.1 Comprimento do canal principal

    a distncia que se estende ao longo do curso dgua desde a nascente principal at a foz.

    Este clculo foi realizado para as 6 maiores sub-bacias pertencente sub-bacia 87, atravs da

    seleo e quantificao do comprimento do corpo hdrico via tcnicas de geoprocessamento.

    2.4.2 Equivalente vetorial do Canal Principal (eV)

    O equivalente vetorial representa o comprimento de cada segmento fluvial de determinada

    ordem, em linha reta, que se estende do nascimento ao trmino do referido canal. O clculo do

    equivalente vetorial do curso dgua principal tem um valor interpretativo, pois resulta de seu

    confronto com o ndice do comprimento, buscando auxiliar na descrio de um corpo hdrico

    quanto sua sinuosidade.

    2.4.3 ndice de sinuosidade (Is)

    O ndice de sinuosidade a relao entre a distncia da foz do rio e a nascente mais distante

    (equivalente vetorial), medida em linha reta (Ev), e o comprimento do canal principal (L). O ndice

    de sinuosidade possui classes, divididas conforme o Quadro 2.

    (4)

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    Quadro 2 - ndices de sinuosidade divididos por classes. Classe Descrio Limites (%)

    I Muito reto 50

    2.5 - Metodologia para o estudo de rea da bacia

    2.5.1 rea e Permetro da sub-bacia (A)

    Tanto o clculo da rea como do permetro de cada sub-bacia de interesse passam pela

    determinao do corpo hdrico principal e pela escolha do ponto exutrio desejado. No caso

    especfico deste estudo foram considerados aqueles localizados na confluncia dos grandes rios

    constituintes da sub-bacia 87.

    Desse modo, as reas das bacias mencionadas no Quadro 3 foram calculadas atravs do

    pacote de extenso ArcHydro 2.0 que agrega ao programa ArcGis10 ferramentas de modelagem de

    bacias que permitem a determinao de linhas de fluxos, direo de escoamentos e clculo de reas

    de contribuio para quaisquer regies, utilizando como entrada apenas Modelos Digitais de

    Elevao. Desse modo, atravs da determinao das reas de contribuio para cada corpo hdrico

    estudado foram processados os permetros (km) e as reas (km) via anlise em ArcGis10.

    Para o caso especfico da sub-bacia do Litoral Mdio, devido as suas caractersticas

    fisiogrficas como sub-bacia de drenagem direta ao Oceano Atlntico em grande parte de sua

    extenso, a determinao de um corpo hdrico principal dificultada pela grande quantidade de

    pontos exutrios que esta sub-bacia possui. Desse modo esta sub-bacia delimitada indiretamente,

    como a rea litornea no drenante para a sub-bacia da Lagoa dos Patos.

    Quadro 3 Relao dos principais corpos hdricos considerados e suas confluncias principais. Bacia Corpo Hdrico Principal Confluncia Principal Sub-bacia do Rio Jacu Rio Jacu Lago Guaba Sub-bacia do Rio dos Sinos Rio dos Sinos Lago Guaba Sub-bacia do Rio Ca Rio Ca Lago Guaba Sub-bacia do Rio Gravata Rio Gravata Lago Guaba Sub-bacia do Rio Camaqu Rio Camaqu Lagoa dos Patos Sub-bacia do Rio Tramanda Rio Tramanda Oceano Atlntico Sub-bacia do Lago Guaba Lago Guaba Lagoa dos Patos Sub-bacia do Lagoa dos Patos Lagoa dos Patos Oceano Atlntico Sub-bacia do Litoral Mdio Inexistente Oceano Atlntico

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    2.5.2 Coeficiente de Compacidade (Kc)

    O Coeficiente de Compacidade de uma bacia hidrogrfica Kc um ndice relacionado

    suscetibilidade de ocorrncia de inundaes nas partes mais baixas de determinada bacia. definido

    pela relao entre o permetro da sub-bacia e o permetro de crculo de igual rea. Desse modo, o

    valor deve ser sempre maior que a unidade, uma vez que o crculo a figura geomtrica de menor

    permetro para uma dada rea. Valores prximos da unidade representam, portanto, bacias

    compactas que tendem a concentrar o escoamento de maneira intensa, sendo mais suscetveis a

    inundaes. ndices prximos de dois j so considerados altos.

    (5)

    Em que, Kc o coeficiente de compacidade da bacia; Per o permetro (km) e A a rea da

    bacia (km).

    2.5.3 Fator de Forma (Kf)

    O fator de forma de uma bacia hidrogrfica Kf definido pela relao entre a largura mdia da

    sub-bacia e seu comprimento axial. Bacias alongadas tendem a apresentar pequenos valores de fator

    de forma, sendo, portanto, menos suscetveis a inundaes, uma vez que seja menos provvel que

    chuvas intensas cubram toda a sua extenso.

    (6)

    Em que, L (km) o comprimento do curso dgua principal acrescida da distncia da sua

    nascente ao divisor topogrfico, enquanto que A a rea da sub-bacia (km).

    2.5.6 Densidade de drenagem (Dd)

    A densidade de drenagem correlaciona o comprimento total dos canais de escoamento com a

    rea da sub-bacia hidrogrfica. A densidade de drenagem foi inicialmente definida por Horton

    (1945) apud Christofoletti (1980), podendo ser calculada pela equao 7.

    (7)

    Em que, Dd a densidade da drenagem, Lt o comprimento total dos canais (km), A a rea

    da sub-bacia (km). Ressalta-se que a shape de hidrografia utilizada neste estudo fez parte do

    levantamento realizado por Hasenack (2010), onde todas as feies hidrogrficas contidas nas

    cartas do exrcito do Rio Grande do Sul foram digitalizadas em escala 1:50.000.

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    2.5.7 Extenso do percurso superficial (Eps)

    Representa a distncia mdia percorrida pelas enxurradas entre o interflvio e o canal

    permanente, correspondendo a uma das variveis independentes mais importantes que afeta tanto o

    desenvolvimento hidrolgico como fisiogrfico das bacias de drenagem. Durante a evoluo do

    sistema de drenagem, a extenso do percurso superficial est ajustada ao tamanho apropriado

    relacionado com as bacias de primeira ordem, sendo aproximadamente igual metade do recproco

    valor da densidade de drenagem.

    (8)

    Em que, Eps representa a extenso do percurso superficial; Dd o valor da densidade de

    drenagem.

    2.5.8 Coeficiente de manuteno (Cmn)

    Proposto por S. A. Schumm (1956), esse ndice tem a finalidade de fornecer a rea mnima

    necessria para a manuteno de um metro de canal de escoamento. O referido autor considera-o

    como um dos valores numricos mais importantes para a caracterizao do sistema de drenagem,

    podendo ser calculado atravs equao 9. Ressalta-se que este ndice est diretamente relacionado

    com a escala utilizada para a determinao da densidade de drenagem.

    (9)

    Em que, Cmn o coeficiente de manuteno (m.m-2), Dd o valor da densidade de drenagem

    (km.km-2).

    2.6 - Metodologia para o estudo hipsomtrico da bacia

    2.6.1 Declividade Mdia (Dm) das sub-bacias e Comportamento Geral da sub-bacia 87

    As sub-bacias constituintes da regio de estudo foram quantificadas em termos das suas

    declividades mdias atravs da funo zonal statistcs do ArcGis10 aplicado ao mapa de

    declividades elaborado. As declividades mdias esto relacionadas diretamente com o perfil

    topogrfico da bacia, de modo que quanto mais prxima da unidade, menores so os declives e os

    gradientes altimtricos de determinada bacia.

    O comportamento geral da sub-bacia 87 foi analisado de modo a se determinar as

    declividades mdias encontradas, visando classificao do relevo em: (i) plano, (ii) suavemente

    ondulado, (iii) ondulado, (iv) fortemente ondulado, (v) montanhoso e (vi) fortemente montanhoso.

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    Para isso utilizou-se a ferramenta slope do programa ArcGis10 a partir do MDE mencionado

    anteriormente. Aps a obteno do mapa de declividades processaram-se os dados obtidos visando

    o agrupamento dos valores em determinadas faixas conhecidas, e classificao do relevo da sub-

    bacia 87.

    2.6.2 Perfil dos Rios Principais e Relao das Estaes Fluviomtricas

    A declividade dos canais principais de cada uma das 6 sub-bacias mencionadas anteriormente

    foi calculada via geoprocessamento atravs do programa ArcGis10. A metodologia de clculo

    baseou-se na extrao dos valores de altimetria e comprimento acumulado dos rios atravs da

    ferramenta Profile Graph, utilizando como entrada o Modelo Digital de Elevao e os mesmos

    arquivos vetoriais considerados para a determinao do comprimento dos corpos hdricos.

    Ainda, aps a extrao dos valores de altimetria e comprimento acumulado no sentido

    nascente foz, os dados foram processados de modo a garantir que pontos mais a jusante sempre

    tenham valores altimtricos inferiores do que pontos mais a montante.

    Uma vez determinado o perfil altimtrico dos canais principais das sub-bacias estudadas,

    foram adicionadas as localizaes relativas a determinadas Estaes Fluviomtricas, de modo a

    disponibilizar informaes a respeito da localizao das estaes em relao ao perfil altimtrico de

    cada corpo hdrico analisado.

    2.6.3 Coeficiente de Massividade (Cms) e o Coeficiente Orogrfico (Co)

    O Coeficiente de Massividade representa a diviso da altitude mdia (hm) da sub-bacia pela

    rea superficial da sub-bacia (A). Este ndice busca, atravs da relao dada, caracterizar a sub-bacia

    quanto a distribuio de terras baixas e altas, de modo que ndices inferiores a 0,5 correspondem a

    bacias com distribuio maior de terras baixas (Borsato, 2005). J o coeficiente orogrfico obtido

    atravs da multiplicao entre a altitude mdia da sub-bacia e o coeficiente de massividade. Esta

    relao tende a variar de acordo com o coeficiente de massividade.

    (10)

    (11)

    2.6.4 Amplitude Altimtrica (Hm), ndice de Rugosidade (Ir) e Relao de relevo (Rr)

    A amplitude altimtrica corresponde diferena entre a altitude da regio mais alta e da regio

    mais baixa da bacia. Este conceito tambm denominado de relevo mximo da bacia. Enquanto

    isso, o ndice de Rugosidade combina os conceitos de declividade mdia e densidade de drenagem

    de cada bacia. O intuito principal da determinao deste ndice realizar uma comparao geral das

  • XI Simpsio de Recursos Hdricos do Nordeste

    possibilidades potenciais de degradao por eroso dos corpos hdricos das bacias. Nesse sentido,

    altos ndices representam, em anlise prvia, alto potencial de degradao dos leitos dos rios por

    eroso das margens, uma vez associadas caractersticas como densas redes de drenagem a perfis

    muito acidentados. Enquanto isso, a relao de relevo considera a relao existente entre a

    amplitude altimtrica da sub-bacia e a maior extenso da referida bacia, medida paralelamente

    principal linha de drenagem. A relao do relevo (Rr) pode ser calculada dividindo a amplitude

    topogrfica mxima (Hm) pela raiz quadrada da rea da sub-bacia (A).

    (12)

    (13)

    (14)

    Em que, P1 o ponto mais alto (m), P2 o ponto mais baixo (m) da sub-bacia hidrogrfica,

    Dd a Densidade de Drenagem (km.km-2), Dm a Declividade Mdia (%), Ir o ndice de

    rugosidade (km.km-2) de cada sub-bacia e Rr a relao de relevo (m.km-1).

    3 - RESULTADOS E DISCUSSO

    Os resultados obtidos basearam-se nas equaes e metodologias apresentadas anteriormente,

    muitas vezes utilizadas no s para a determinao das caractersticas da sub-bacia 87 como um

    todo, mas tambm para caracterizar as sub-bacias principais comentadas anteriormente. Ressalta-se

    entretanto que a sub-bacia 87 apresenta muitas peculiariedades que impedem a determinao de

    alguns ndices para as sub-bacias do Baixo Jacu, do Lago Guaba e da Lagoa dos Patos. Isso ocorre

    porque a sub-bacia 87, nos limites propostos por Otto Pfafstetter (1989), desconsidera a

    contribuio das reas referentes aos rios Jacu (como um todo) e Taquari, corpos hidricos

    principais das Sub-Bacias 85 e 86, respectivamente. Desse modo, todos os ndices que devem ser

    calculados atravs de dados de comprimentos dos corpos hdricos principais no foram

    considerados para estas sub-bacias. Entretanto, todos os outros que no levam em considerao o

    comprimento do canal principal foram calculados, ressaltando-se que os mesmos so vlidos apenas

    para as respectivas reas inseridas na delimitao da sub-bacia 87 proposta por Otto Pfafstetter.

    Assim, as bacias marcadas com (*) apresentam resultados considerados como satisfatrios apenas

    para as regies inseridas na rea da sub-bacia 87 proposta por Pfafstetter, de modo que estes

    resultados devem ser analisados com cuidado, pois no so representativos de toda a rea de

    contribuio das sub-bacias respectivas. Ainda, seguem outras constataes que devem ser

    observadas no mbito deste estudo.

  • XI Simpsio de Recursos Hdricos do Nordeste

    (i) O rio Jacu, bem como sua bacia respectiva, so cortados pelo divisor de guas da sub-bacia

    87, de forma que a rea de contribuio para este corpo hdrico no representativo da

    realidade;

    (ii) A sub-bacia do Litoral Mdio no apresenta corpo hdrico principal, devido as suas

    caractersticas morfolgicas. Alm disso no possui um nico ponto exutrio, pois toda a sub-

    bacia drena diretamente para o oceano; 3.1 - Anlise linear da rede hidrogrfica da sub-bacia 87

    3.1.1 - Anlise dos comprimentos, equivalentes vetoriais e ndices de sinuosidade dos canais

    principais

    A Tabela 1 apresenta a descrio quanto sinuosidade de cada canal principal inserido na

    sub-bacia 87, de acordo com a equao 4.

    Tabela 1 - ndices de sinuosidade divididos por classes da sub-bacia 87.

    Corpo Hdrico Comprimentos

    (km) Equivalente

    Vetorial (km) ndice de

    Sinuosidade Descrio

    Rio Ca 262 104 60,3% Muito Sinuoso Rio dos Sinos 205 99 51,7% Muito Sinuoso Rio Gravata 95 72 24,2% Reto Rio Camaqu 461 220 52,3% Muito Sinuoso Rio Tramanda 126 74 41,3% Sinuoso

    3.2 - Anlise areal da sub-bacia 87

    3.2.1 Determinao da rea de contribuio, Permetro da Bacia, Coeficiente de Compacidade e

    Fator de Forma

    Conforme apresentado no Quadro 3, as reas de drenagem para cada sub-bacia foram

    quantificadas levando em considerao o ponto exutrio localizado na confluncia de dois corpos

    hdricos, com exceo s sub-bacias do Litoral Mdio, do Rio Tramanda e da Lagoa dos Patos. Os

    resultados advindos da quantificao da rea de drenagem, somados ao comprimento do canal

    principal e do permetro da sub-bacia permitiram o clculo do coeficiente de compacidade e do

    fator de forma de cada sub-bacia.

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    Tabela 2 Anlise areal da sub-bacia 87.

    Nome da sub-bacia rea de

    Drenagem (km) Permetro

    (km) Coeficiente de

    Compacidade (Kc) Fator de

    Forma (Kf)

    Bacia do Rio Ca 4.975,8 528,0 2,11 0,07 Bacia do Rio dos Sinos 3.687,1 465,4 2,16 0,09 Bacia do Rio Gravata 2.043,1 250,0 1,56 0,23 Bacia do Rio Camaqu 17.587,6 952,8 2,03 0,08 Bacia do Rio Tramanda 2.883,1 483,2 2,54 0,18 Bacia do Litoral Mdio* 1.404,5 594,9 - - Bacia do Lago Guaba* 16.647,6 803,5 - - Bacia da Lagoa dos Patos* 54.151,4 1.796,5 - -

    Sub-bacia 87 58.439,0 1.741,70 2,03 -

    Desse modo, partindo dos conceitos anteriormente vistos para estes ndices, a anlise dos

    valores obtidos nos permite inferir que a sub-bacia do Rio Gravata a que apresenta maior

    tendncia de concentrao do escoamento em seu exutrio (alto Kf e baixo Kc), quando comparada

    com as demais, o que poderia indicar maiores probabilidades de ocorrncia de inundaes nesta

    regio, considerando uma anlise unicamente geomtrica. De maneira anloga, a sub-bacia do Rio

    Tramanda apresentaria menor suscetibilidade concentrao de escoamento em seu exutrio.

    3.2.2 Densidade de Drenagem, Extenso do Percurso Superficial e Coeficiente de Manuteno

    A densidade de drenagem foi calculada para todas as sub-bacias que compe a sub-bacia 87,

    atravs da hidrografia vetorizada das cartas do exrcito em escala 1:50.000, conforme descrito

    anteriormente. Tucci (2004) ressalta que a determinao da densidade de drenagem est fortemente

    relacionada com a escala da hidrografia utilizada como entrada no mtodo, portanto os resultados

    obtidos so vlidos apenas para uma anlise realizada no mbito da escala utilizada.

    O mtodo utilizado partiu da quantificao do comprimento total da drenagem para cada

    regio de interesse, incluindo-se os permetros de lagos e lagoas pertencentes a cada regio e

    excluindo-se os leitos duplicados dos canais principais de cada sub-bacia.

    Ainda, foram calculadas as extenses dos percursos superficiais e os coeficientes de

    manuteno para cada regio de estudo. Entretanto, para que se pudesse realizar uma anlise mais

    criteriosa do coeficiente de manuteno de cada bacia, realizou-se a estimativa da

    representatividade das reas referentes aos grandes corpos hdricos como lagos e lagoas frente

    rea de drenagem total.

    A partir desta anlise, percebe-se a que a grande discrepncia dos valores de reas para a

    manuteno de um metro de canal nas bacias litorneas est ligada diretamente quantidade de

    lagos e lagoas inseridas nas reas de contribuio. A significativa presena de lagos e lagoas frente

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    rea total de drenagem da sub-bacia acabam resultando em baixos valores relativos densidade de

    drenagem, mesmo para regies muito irrigadas.

    Tabela 3 Determinao de ndices areais da sub-bacia 87.

    Nome da sub-bacia L (km) Dd

    (km.km-) Eps (km)

    Cmn (m.m-1)

    rea de Lagos (km)

    % de Lagos na sub-bacia,

    Bacia do Rio Ca 5.511,7 1,11 0,45 902,7 28,1 0,6% Bacia do Rio dos Sinos 3.693,2 1,00 0,50 998,3 13,5 0,4% Bacia do Rio Gravata 2.425,0 1,19 0,42 842,5 17,0 0,8% Bacia do Rio Camaqu 25.927,1 1,47 0,34 678,3 92,9 0,5% Bacia do Baixo Jacu* 3.849,2 1,28 0,39 781,0 56,4 1,9% Bacia do Rio Tramanda 2.048,4 0,71 0,70 1.407,4 444,2 15,4% Bacia do Litoral Mdio* 315,2 0,22 2,23 4455,8 94,0 6,7% Bacia do Lago Guaba* 19.257,3 1,16 0,43 864,4 661,5 4,0% Bacia da Lagoa dos Patos* 56.409,4 1,04 0,48 959,9 10.978,4 20,3% Sub-bacia 87 58.773,0 1,01 0,50 994,32 11.518,96 19,7%

    3.3 - Anlise e estudo hipsomtrico da sub-bacia 87

    A anlise da hipsometria da sub-bacia 87 foi realizada visando-se obter tanto o estudo

    integrado de toda a regio como tambm informaes acerca do perfil longitudinal de cada um dos

    corpos hdricos principais elencados no Quadro 3, relacionados s estaes apresentadas no Quadro

    4, atravs de um ndice representativo de cada estao. Cabe ressaltar, que somente realizou-se a

    avaliao considerando as estaes potencias ao estudo de Regionalizao de Vazes, projeto em

    desenvolvimento na CPRM e no qual se insere o estudo fisiogrfico apresentado neste artigo.

    Quadro 4 Relao de estaes estudadas.

    Nome da Estao Cdigo ndice Curso d'agua Municpio Lat Long

    WGS84 Passo do Cao 87590000 1 Rio Camaqu Bag -30,96 -53,49 Passo das Carretas 87670000 2 Rio Camaqu Santana da Boa Vista -30,97 -53,05 Porto Taruma 87700000 3 Rio Camaqu Piratini -30,93 -52,95 Passo do Marinheiro 87730001 4 Rio Camaqu Encruzilhada do Sul -30,90 -52,83 Passo da Guarda 87820000 5 Rio Camaqu Encruzilhada do Sul -30,91 -52,46 Passo so Jos 87840000 6 Rio Camaqu Amaral Ferrador -30,88 -52,25 Passo do Mendona 87905000 7 Rio Camaqu Cristal -31,01 -52,05 Passo do Blang 87050001 8 Rio Ca So Francisco de Paula -29,32 -50,62 Nova Palmira 87160000 9 Rio Ca Caxias do Sul -29,34 -51,19 Barca do Ca 87170000 10 Rio Ca So Sebastio do Ca -29,59 -51,38 Itati 87310000 11 Rio Trs Forquilhas Osrio -29,51 -50,09 Barra do Joo Pedro M 87317060 12 Rio Joo Pedro Xangri-l -29,77 -50,09 Taquara - Montante 87374000 13 Rio dos Sinos Taquara -29,72 -50,73 Campo Bom 87380000 14 Rio dos Sinos Campo Bom -29,70 -51,05 Passo das Canoas - Aux 87399000 15 Rio Gravata Gravata -29,96 -50,98

  • XI Simpsio de Recursos Hdricos do Nordeste

    Figura 5 Perfis longitudinais dos cursos principais da sub-bacia 87 e localizao das estaes.

    Isto justifica a ausncia de algumas estaes instaladas recentemente nas reas de estudo, bem

    como a presena de estaes desativadas. Observa-se que as escalas de cada perfil longitudinal

    apresentados na Figura 5 so diferenciadas, com a exceo Figura 5(f), em que so comparados

    todos os resultados em escala padronizada.

    3.3.1 Comportamento Geral e Declividade Mdia da sub-bacia 87

    Conforme metodologia apresentada no item 2.6.1, a classificao geral do relevo da sub-bacia

    87 aponta que mais de 70% de sua rea considerada como Plana ou Suavemente Ondulada,

    conforme apresentado na Figura 6.

    (c) (d)

    (a) (b)

    (e) (f)

  • XI Simpsio de Recursos Hdricos do Nordeste

    Figura 6 Classificao geral do relevo da sub-bacia 87.

    3.3.2 Coeficiente de Massividade, Coeficiente Orogrfico, Amplitude Altimtrica, Relao de

    Relevo e ndice de Rugosidade

    A sub-bacia 87 apresenta grande heterogeneidade em relao a maior parte dos ndices

    avaliados neste item, com exceo ao Coeficiente de Massividade. Percebe-se que a sub-bacia do

    Rio Ca a que apresenta o maior Coeficiente Orogrfico, devido aos maios valores de altitude

    mdia e do Coeficiente de Massividade.

    Tabela 4 ndices Hipsomtricos da sub-bacia 87.

    Sub-bacia A (km) Hm (m)

    hm (m)

    Dd (km.km-2)

    Dm (%)

    Cms (m.km-2)

    Co (m.km-)

    Rr (m.km-1)

    Ir (km.km-2)

    Rio Ca 4.975,7 1.030 452,2 1,11 16,17 0,09 41,10 14,60 17,91 Rio dos Sinos 3.687,0 992 1,00 16,74 0,07 18,29 16,34 16,77 Rio Gravata 2.043,0 382 54,7 1,19 4,58 0,03 1,46 8,45 5,43 Rio Camaqu 17.587,6 576 221,4 1,47 8,17 0,01 2,79 4,34 12,04 Baixo Jacu* 3.006,3 587 143,4 1,28 8,28 0,05 6,84 10,71 10,60 Litoral Norte 2.883,0 1.038 211,9 0,71 13,46 0,07 15,57 19,33 9,56 Litoral Mdio* 1.404,4 101 10,6 0,22 1,46 0,01 0,08 2,70 0,33 Lago Guaba* 16.647,5 1.030 235,2 1,16 11,58 0,01 3,32 7,98 13,40 Lagoa dos Patos* 54.151,4 1.032 151,7 1,04 - 0,00 0,42 4,43 -

    Sub-bacia 87 58.439,0 1.038 151,3 1,01 - 0,00 0,39 4,29 -

    Nota-se tambm, atravs da anlise do ndice de Rugosidade, que esta mesma sub-bacia

    tambm apresentaria maior suscetibilidade degradao por eroso nos leitos de seus rios5 do que

    bacias como a do Litoral Mdio, por exemplo. Ainda, valores altos relacionados Relao de

    Relevo, como da sub-bacia do Litoral Norte, resultam da alta amplitude altimtrica restrita

    pequena rea de contribuio que tem a bacia.

    5 Este tipo de anlise deve ser realizada com cuidado, visto que a degradao de corpos hdricos ocasionada pela eroso leva em considerao diversos outros fatores, como tipo de solo e presena de mata ciliar.

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    4 CONCLUSES

    Em sntese, verificou-se que os estudos hidromorfolgicos aplicados sub-bacia 87

    possibilitaram uma melhor compreenso acerca das similaridades e diferenas existentes entre as

    principais sub-bacias inseridas na regio de estudo. Algumas caractersticas distintas, relacionadas a

    algumas variveis, foram observadas entre cada sub-bacia que compe a sub-bacia 87. Foi possvel

    observar a existncia de diferenas substanciais nos perfis longitudinais dos principais corpos

    hdricos, bem como a amplitude altimtrica elevada em bacias de pequena rea de drenagem, como

    o caso da sub-bacia do rio Tramanda. possvel, ainda, efetuar o agrupamento de regies quanto

    altimetria mdia e a representatividade da hidrografia nas reas de drenagem, visto que as bacias

    localizadas em reas mais planas tendem, de maneira geral, a apresentar menores ndices de

    rugosidade e maior representatividade de grandes lagos.

    O ndice referente densidade de drenagem, em escala de 1:50.000, permitiu a comparao de

    maneira integrada de todas as regies que contemplam a sub-bacia 87, de modo que foram

    observadas diferenas de at 50% em regies com distintos perfis altimtricos, concentraes

    populacionais e uso e ocupao do solo (caso encontrado na anlise entre a sub-bacias do rio

    Camaqu e do rio dos Sinos).

    Em resumo, este estudo permitiu a determinao de ndices importantes para a caracterizao

    hidromorfolgica e populacional da sub-bacia 87, fornecendo, desse modo, subsdios para trabalhos

    futuros no mbito da caracterizao, comparao e gesto das regies de interesse.

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