Diagnstico de sub-bacia do Rio Alto Araguaia - MT

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Artigo sobre o comportamento da da sub-bacia do Alto Araguaia baseado em um srie histrica.

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DIAGNSTICO DA SUB-BACIA HIDROGRFICA DO RIO ARAGUAIA MTWATERSHED ALTO ARAGUAIA - MT RIVERS DIAGNOSIS

Elias Lira dos Santos Junior Mestre em Cincias de Engenharia pela Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Professor Mestre da DESA/UFMT Alexandre Oliveira Silva Engenharia Civil, Graduando da Universidade Federal de Mato Grosso. Christian Luiz Perlin Engenharia Civil, Graduando da Universidade Federal de Mato Grosso. Guilherme Simplcio Dias Engenharia Civil, Graduando da Universidade Federal de Mato Grosso. Ingrid Biasetto Ens Engenharia Civil, Graduando da Universidade Federal de Mato Grosso

RESUMO Este artigo visa prever o comportamento da sub-bacia do Rio Araguaia em anlise, atravs dos eventos ocorridos na srie histrica estudada. A poca de maior precipitao entre os meses de outubro e maro, sendo estes dados os mais baixos entre 1987 e 1991. Constatou-se que a sub-bacia no tem tendncia de inundao, devido aos seus ndices de conformao, fator de forma e baixa declividade. Palavras-chave: Alto Araguaia, diagnostico, bacia hidrogrfica ABSTRACT This article aims to predict the behavior of the watershed Alto Araguaia, through the events that occurred in the historical series in question. The season with the biggest rate of rain is between the months of October and march, and the years with less rain between 1987 and 1991. It was found that the watershed has no possibility of flooding, due to its rate of conformation, form factor and low declivity. Keywords: Alto Araguaia, diagnosis, watershed

Endereo para correspondncia: Elias Lira Santos Junior, Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental - Avenida Fernando Correa da Costa Boa Esperana 78060-900 - Cuiaba, MT Brasil Telefone: (065) 36158723 Fax: (065) 36158720 1

INTRODUO O presente artigo tem como objetivo diagnosticar a sub-bacia hidrogrfica do Rio Araguaia, ela esta localizada na nascente da grande Bacia hidrogrfica Tocantins-Araguaia, na divisa dos estados do Mato Grosso e Gois. O Estudo do comportamento de uma bacia hidrogrfica de total importncia para projetos de Engenharia, e dentro de um estudo minucioso possvel dimensionar projetos hidrulicos em funo da caracterizao da Bacia. Para a caracterizao fsica da bacia a metodologia utilizou ferramentas de SIG, o projeto HidroWeb/ANA ofereceu um banco de dados com todas as informaes coletadas pela rede hidrometeorolgica reunindo dados das vazes e chuvas das estaes de monitoramento na cidade de Alto Araguaia-MT. Os dados disponveis pelo HidroWeb possibilitou caracterizar a bacia diante dos fenmenos naturais comparando com a sua forma fsica delimitada pela sua formao topogrfica. 2. METODOLOGIA 2.1. Localizao A Sub-Bacia hidrogrfica do Rio Araguaia determinada para o diagnstico, est localizada na divisa dos estados de Mato Grosso e Gois, na regio Centro-Oeste do Brasil, entre as coordenadas 2735'50 S e 4838'24 W (Figura 1).A Sub-bacia esta localizada na nascente do Rio Araguaia.

Figura 1. Localizao da Sub-Bacia Hidrogrfica do Rio Araguaia 2.2. Materiais e Mtodos Para realizar o diagnstico da Sub-bacia do Rio Araguaiaforam utilizadosos softwaresSpring 5.1.8(software SIG que permite carregar banco de imagens georeferenciadas de satlite) eHidro 1.2.1 (software disponibilizado no site daAgencia Nacional das Aguas ANA, que permite a entrada de dados para estudos hidrometeorolgicos).2

Os Bancos de dados da bacia diagnosticada disponveis pelo INPE e ANA, em seus respectivos stios eletrnicos foram:Imagem de Satlite LANDSAT 5 (sensor TM), com passagem no dia 08 de Abril de 2011,Imagem MDE (Modelo digital de Elevao), disponvel pelo projeto TOPODATA/INPE,Chuvas Dirias com histricos dos anos de 1965 a 2011 e Vazes, com histricos dos anos de 1965 a 2007. Devido falta de alguns dados de chuva e vazo, decidiu-se limitar o perodo estudado para 21 anos, compreendidos entre 1972 e 1992. Todos os estudos relacionados a estes dados neste artigo so relacionados apenas a estes anos.

2.2.1. Delimitao da Bacia Para os estudos de caracterizao fsica da Sub-Bacia do Rio Araguaia localizou-se a o ponto de estao no modelo digital de elevao (Figura 2) disponibilizado pelo projeto TOPODATA. Este projeto foi desenvolvido por um grupo de estudos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), seus dados foram originados da misso espacial SRTM, referenciando as caractersticas geomorfolgicas de todo o territrio nacional.

Figura 2. Modelo da estrutura topogrfica da sub-bacia do Rio Araguaia a regio circular a localizao da bacia escolhida para o estudo, o ponto amarelo representa a estao fluviomtrica, que consequentemente reduz a rea de estudo da bacia para a destacada. 2.2.2. rea de Drenagem da Bacia Para o clculo da rea de Drenagem da Bacia foi utilizada a ferramenta Operaes Mtricas do software Spring 5.1.8, esta ferramenta permite o calculo da rea em km e permetro em km, o procedimento de calculo consiste em contornar os limites da bacia, identificando os limites topogrficos do terreno.

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2.2.3. Uso e ocupao do Solo Com base em algoritmos de classificao da mxima verossimilhana (Maxver), o software Spring 5.1.8, permite classificar o uso de todo o terreno com base na aproximao de pixels da imagem georeferenciada de satlite. O procedimento consiste em Treinar o algoritmo e inserir os pixels que indicam; solo exposto, vegetao, rea de cultivo e curso dagua, o resultado final gera um mapa de pixels com a classificao de cores escolhidas. A Ferramenta Medidas de Classes permite calcular a percentagem de pixels totais com as quatro classes inseridas, podendo ser feito a rea aproximada com base na rea de drenagem total.(ver anex 1) 2.2.4. Classificao do Solo Para classificar o tipo de solo da Bacia Hidrogrfica em estudo, foram pesquisados os mapas interativos disponveis pelo IBGE (http://mapas.ibge.gov.br/),os tipos de solos foram tambm identificados no site da Embrapa (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria), as coordenadas de localizao da estao fluviomtrica foram inseridas para localizao do solo predominante. 2.2.5. Forma da Bacia A forma da bacia influencia o escoamento superficial e, conseqentemente, o hidrograma resultante de uma determinada chuva. Osndices mais usados para caracterizar a bacia so: fator de forma, ndices de compacidade e conformao.(anexo4) a. Fator de Forma: a razo entre a largura mdia da bacia e o seu comprimento axial. A largura mdia da Bacia em estudo foi subdividido em 25 regies b. ndice de Compacidade: a relao entre o permetro da bacia e a circunferncia de um crculo de rea igual da bacia.Os menores valores de compacidadeindicam maior potencialidade de produo de picos de enchentes elevados. c. ndice de Conformao: a relao entre a rea da bacia e o quadrado de seu comprimento axial medido ao longo do curso dgua desde a desembocadura at a cabeceira mais distante do divisor de gua. 2.2.6. Declividade A Ferramenta Declividade do software Spring, atravs dos dados das cotas do terreno advindos da imagem SRTM (representao geomorfolgica da bacia, ver anexo 2) permite calcular a declividade da bacia mapeando a rea em tons diferentes de coloraomagenta escuro com variaes de 0,01 m/m a 0,40 m/m de declividade.(anexo3 e 4) 2.2.7. Densidade de Drenagem A densidade de drenagem definida pela relao entre o comprimento total dos cursos dagua (Km) e a rea da bacia hidrogrfica (km). A Bacia foi subdividida em 13 regies definidas pelos cursos dagua de 3 Ordem, os comprimentos das 13 regies foram somadas com o comprimento do curso dagua principal (Rio Araguaia) totalizando o comprimento total.(anexo4)4

2.2.8. Hidrograma Para a obteno do hidrograma e do ietograma foi utilizado o software Microsoft Excel 2003 para a plotagem dos grficos, tendo como base os dados de precipitao e vazo da bacia fornecidos pelo software Hidro 1.2.1.(anexo5) 2.2.9. Vazo Ecolgica (Q7,10) um mtodo de determinar a vazo mnima, tambm conhecida como vazo ecolgica, que visa manter os padres de qualidade da gua em corpos receptores de poluentes, sendo a quantidade suficiente para sua remoo. Obtendo tal valor mnimo, podese estabelecer a vazo mxima possvel de ser utilizada pelos usurios. A Q7,10 obtida computando-se as mdias mveis das vazes mdias dirias com janelas de 7 dias ao longo de um ano. Escolhe-se a mnima dessas mdias, para cada ano da srie histrica. Assim, obtm-se uma srie de valores mnimos de vazes mdias de 7 dias consecutivos. A principal vantagem do mtodo Q7,10 que no necessrio fazer trabalho em campo, exceto as medidas das vazes, que foram fornecidas pela estao fluviomtrica. O mtodo utilizado foi o Mtodo de Gumbel. Por tal mtodo, calcula-se a mdia (Qmd) e ento o desvio padro (S) dos valores, para usar no clculo do coeficiente . Ento se calcula o coeficiente y, atravs da frmula . Calcula-se tambm o valor de , em que T o tempo de retorno (10 anos). (anexo6)

Finalmente, a vazo mnima ser obtida atravs da frmula 2.2.10. Relaes entre chuva e vazo

Para o estudo das relaes entre chuva e vazo foram feitos os grficos de Correlao Vazo x Chuva e Comportamento Vazo x Chuva (adimensional) atravs do programa Microsoft Office Excel 2007, com os dados da Hidroweb importados do programa Hidro 1.2. Para plotar o grfico de Comportamento Vazo x Chuva Adimensional usou-se os dados acumulados de chuva e vazo divididos pelas mdias anuais totais. Para o grfico da Correlao Vazo x Chuva, usou-se os valores acumulados durante a srie histrica de chuva e vazo. No grfico, pde-se determinar uma reta de tendncia que se correlaciona os dados, com uma preciso grande. (anexo 7) 2.2.11. Coeficiente de escoamento superficial O coeficiente superficial a diviso entre o escoamento superficial e a precipitao. CS = O clculo de escoamento superficial foi feito atravs dos valores acumulados de precipitao diria (anexo 8a) e de vazo diria (anexo 8b), no intervalo de tempo de 1972 a 1992. Para o escoamento superficial, foi considerada a vazo acumulada nesse perodo. A transformao da medida da vazo (m/s) para mm, para que possamos relacionar com a precipitao (mm), ser feita da seguinte forma:5

Q (mm/s) =

x 1000

A precipitao a soma diria, por isso necessrio multiplicar a vazo pela quantidade de segundos que se tem em um dia: Q (mm) = 2.2.12. Balano Hdrico O balano hdrico envolve a continuidade de massa e troca de energia dos sistemas envolvidos no tempo e no espao. Os componentes principais deste balano so a precipitao, a evapotranspirao, escoamento superficial e a vazo. (anexo 9) Para o clculo dos componentes, usaremos a seguinte relao: ETP = P Q Sendo: ETP = evapotranspirao (mm) P = precipitao (mm) Q = vazo (mm) x1000 x 86400

3. RESULTADOS 3.1. Uso e Ocupao do Solo Uso do Solo Curso D'agua Vegetao Solo Exposto Agropecuria Total Percentagem 3% 37% 21% 38% 100% rea 58,76 km 753,86 km 434,16 km 779,19 km 2.025,97 km

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3.2. Tipos de Rede de Drenagem

Figura 4. Representao da Ordem dos Cursos Dagua: Verde - 1 Ordem, Vermelho - 2 Ordem, Azul Ciano - 3 Ordem e AzulEscuro - 4 Ordem. A numerao classifica a bacia em 13 sub-regies a partir de cursos dagua da 3 Ordem.7

3.3. Caracterizao da Bacia Hidrogrfica Resultados Obtidos rea Permetro Comprimento Axial (Rio Araguaia) Comprimento Total Fator de Forma ndice de compacidade ndice de conformao Densidade de Drenagem Declividade Mdia Altitude Mdia Coordenadas Classificao do Solo Uso do Solo predominante Q7,10 Coeficiente de escoamento superficial Evapotranspirao (1972 a 1992) Temperatura Mdia

2.025,97 km 2.335,68 km 83,93 km 1123,89 km 0,29 14,53 0,29 0,55 Km/Km 0,05 m/m 769,8 m 2735'50 S e 4838'24 W Neossolo Quartzarnico Agropecuria/Vegetao 31,8713 m/s 0,44805 20.452,42 mm 30 C

3.4. Hidrograma

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3.5. Balano Hdrico

3.6. Chuva x Vazo

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4. DISCUSSES Com base nos estudos de uso e ocupao do solo da sub-bacia hidrogrfica do Rio Araguaia observou-se que existe uma rea que representa grande aproveitamento do solo para cultivo de diferentes culturas e criao de animais (38,46%), o solo exposto ficou limitante para ser analisado, podendo ser sub-classificado em rea desmatada e solo arado, possvel visualizar o formato de sua classificao; reas retangulares e mais homogneas so pastagens com vegetao plana, as reas heterogneas e prximas da vegetao so consideradas desmatamento florestal. As reas de vegetao cercam praticamente todo o curso dgua, havendo grandes reas de matas ciliares bem preservadas, que consequentemente contribuem para a interceptao do volume de gua precipitado. O solo predominante na Sub-Bacia do Rio Araguaia o Neossolo Quartzarnico, segundo Lobato & Sousa, possui granulometria de frao de areia varivel eteor mximo de argila de 15%. Para o diagnstico da Bacia podemos considerar que o solo apresenta elevada perda de gua por infiltrao rpida. As caractersticas fsicas da bacia evidenciam que a sua tendncia a inundao baixa, possui os ndices de conformao e fator de forma praticamente idnticos, uma baixa declividade tambm contribui para uma bacia no muito sujeita a inundaes. No que tange ao hidrograma, pode-se observar que a regio englobada pela sub-bacia apresenta um perodo de maiores precipitaes nos meses de outubro a maro, e, consequentemente, uma maior vazo no mesmo intervalo. Verifica-se, tambm, que nos anos de 1987 a 1991 as precipitaes na bacia foram as mais acentuadas da srie estudada. Observando os dados adimensionais relacionados precipitao e vazo, pode-se constatar que, no intervalo de tempo estudado, eles tm um comportamento semelhante. Como os valores tm uma oscilao razovel em relao ao valor unitrio, percebe-se que a srie bem heterognea, com um desvio padro elevado. Os dados de precipitao e vazes mdias no esto linearmente relacionados. Porm, ao utilizar os dados de vazo e precipitao acumulados durante o perodo estudado, percebese que o comportamento das duas variveis pode ser aproximado com grande preciso ao considerarmos uma relao linear entre os dados. Pode-se constatar a preciso dessa correlao por meio do ndice R, que foi prximo da unidade (relao perfeitamente linear), ou seja, praticamente 100% dos dados podem ser correlacionados. Comparando o coeficiente de escoamento superficial encontrado pela frmula, com o coeficiente apresentado pela tabela que define o coeficiente atravs da relao da declividade, tipo de solo e uso do solo, obtivemos um dado coerente. Pela tabela, declividade de 5%, com solo arenoso e com pastagens, o coeficiente correspondente 0,4. Sendo o encontrado pela frmula foi 0,44805. De acordo com o grfico do Balano Hdrico, percebemos uma queda de precipitao considervel nos anos de 1985 e 1990, acompanhada de uma queda semelhante na evapotranspirao. Percebe-se que a vazo varia pouco comparativamente com os outros dados. No ano de 1986, possvel ter uma melhor anlise da relao entre as trs variveis, na qual a elevao na evapotranspirao ocasionou uma queda na vazo.

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5. CONCLUSES O estudo aqui apresentado forneceu conhecimento e mtodos para analise de uma bacia hidrogrfica, possibilitando um experincia prvia das dificuldades encontradas ao realizar uma obra hidrulica de grande porte. Os dados analisados nos possibilitam prever, com certa preciso, os diversos comportamentos dos cursos dgua da bacia a longo prazo, informaes de grande relevncia para previso de eventos extremos, como inundaes e secas, e mitigao de seus efeitos. Cabe ressaltar que, para a execuo de obras de elevada importncia, como barragens, rodovias, ferrovias, pontes e outras, tal conhecimento imprescindvel para o sucesso do empreendimento.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS VILLELA, S.M.; MATOS, A. Hidrologia aplicada. 1 ed. So Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1975. 245p. PINTO, N.L. de S.; HOLTZ, A.C.T.; MARTINS, J.A. e GOMIDE, F.L.S.Hidrologia bsica. ed.0. Rio de Janeiro: Editora Edgar Blcher Ltda., 2000 (janeiro). 278p. TUCCI, C.E.M. Hidrologia: Cincia e aplicao. 3 ed. Porto Alegre, RS:FAURGS Fundao de Apoio da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2002 (janeiro). 942p. Disponvel em acesso em 22 de Novembro de 2011

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