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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ CENTRO DE CIÊNCIAS HUMANAS, LETRAS E ARTES
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA - CURSO DE MESTRADO
ISABEL TEREZINHA LELI
VARIAÇÃO ESPACIAL E TEMPORAL DA CARGA SUSPENSA DO RIO IVAÍ
Maringá 2010
ISABEL TEREZINHA LELI
VARIAÇÃO ESPACIAL E TEMPORAL DA CARGA SUSPENSA DO RIO IVAÍ
Maringá 2010
Dissertação apresentada ao Programa de Pós Graduação em Geografia, área de concentração Análise Regional e Ambiental do Centro de Ciências Humanas, Letras e Artes da Universidade Estadual de Maringá como requisito para a obtenção do título de mestre em Geografia Orientadora: Profª Drª Maria Tereza da Nóbrega
AGRADECIMENTOS
É com muita alegria e profunda gratidão que chego ao final deste trabalho.
Muito sincera e humildemente quero agradecer às várias pessoas me foram muito
valiosas e prestativas no decorrer deste tempo, e que assim me possibilitaram dar início,
continuar e findar o trabalho. A todos que me acompanharam e especialmente:
- ao meu companheiro e amigo José Cândido Stevaux que me acompanhou desde o
início com muita paciência e oferecendo apoio de amigo, professor e marido em
momentos de muitas dificuldades;
- à minha querida filha que esteve sempre do meu lado me acompanhando
pacientemente;
- à minha orientadora prof. Dr. Maria Tereza da Nóbrega que aceitou esta incumbência
e pacientemente me ajudou em vários momentos de dificuldades;
- ao CNPQ-ARPA pelo apoio financeiro para os trabalhos de campo e laboratório;
- ao GEMA pelo apoio laboratorial;
- ao CNPQ-PROSUL pelo apoio financeiro para realização do curso Geomorfologia
Fluvial na Universidade Nacional do Litoral – Santa Fé – Argentina.
- ao prof. Dr. Edvard Elias de Sousa Filho pelas correções e sugestões;
- aos colegas do GEMA que foram muito prestativos e ofereceram apoio nos trabalhos
de campo e laboratório, em especial à Harumi, Édipo, Ordilei, Pedro, Otávio, Eduardo,
Fabiana, Priscila;
- a todos os professores do GEMA e PGE que direta ou indiretamente contribuíram para
este trabalho.
RESUMO A bacia do rio Ivaí estende-se por aproximadamente 38.000 km2 constituindo um dos
principais tributários do rio Paraná em seu trecho brasileiro não represado. Sua
morfologia alongada inclui diferentes zonas climáticas que abrangem várias províncias
geológico-geomorfológicas do Estado do Paraná. Esta peculiaridade influencia
fortemente na característica, quantidade e regime do fluxo de água e sedimento
suspenso, podendo ainda se diferenciar setorialmente. Este trabalho avalia um período
de 34 anos do comportamento da carga sedimentar suspensa do rio Ivaí enfocando a
proveniência, perda ou acumulação de vazão líquida e sedimento suspenso
considerando toda a rede hidrográfica da bacia, bem como, o próprio canal do rio Ivaí.
Os dados utilizados para o desenvolvimento e conclusão do trabalho foram as descargas
totais anuais de sedimento suspenso e de água obtidas a partir de dados da SUDERHSA.
A base do trabalho foi através de um levantamento bibliográfico sobre produção e
transporte da carga suspensa, considerando as vertentes da bacia e o canal principal. A
carga de sedimento suspenso apresenta uma correlação altamente dispersa com a vazão
(R2 = 0,52). Contudo, quando se correlaciona a produção anual de sedimento com a
vazão média a correlação torna-se bastante alta (R2 = 0,94). A característica alongada da
bacia do rio Ivaí gera um processo gradativo bastante definido de incrementos de vazão
ao longo do canal com taxa de aporte de água (Qm:Área) variando entre 0,01 e 0,02
com uma máxima localizada de 0,11. A correlação entre o aporte de carga e a área da
bacia é bastante alta (R2 = 0,93), o que sugere um aporte contínuo e homogêneo de
sedimento ao fluxo. Existem, contudo, alguns trechos anômalos nos quais a taxa de
aporte de sedimento se reduz em cerca de 25%. A relação entre a concentração de
sedimento suspenso e a descarga de água não apresentou uma correlação muito boa (R2
= 0,56), sendo bastante evidente o efeito de histerese. A justificativa para esse
comportamento é dada pelo regime hidrológico heterogêneo e pela ocupação da bacia.
Não foram observadas alterações significativas nas vazões anuais que permaneceram as
mesmas durante o período estudado. Já a descarga de sedimento suspenso apresentou
um pequeno declínio gradual onde no final do período (2007), o rio transporta 0,65Mton
menos do que no começo (1977). Esta redução de sedimento suspenso transportado é
provavelmente devido a alterações no manejo do solo para o cultivo agrícola.
Palavras-chave: sedimento suspenso, regime fluvial, manejo da bacia, descarga
fluvial, Rio Ivaí
ABSTRACT The Ivaí River (Basin area = 38.000k2) is one of the main tributaries of the Paraná River
in its Brazilian not dammed reach. The elongated basin morphology includes different
climate zones and various geologic-geomorphologic provinces of the State of Paraná.
This peculiarity strongly influences in the characteristic, quantity and regime of the
water flow and suspended sediment. This paper evaluates the behavior of suspended
sediment load of the Ivaí River during a period of 34 years focusing on provenance, loss
or accumulation of discharge of water and suspended sediment considering all the
hydrographical net of the basin, as well as, the channel of Ivaí River itself. The data
used were the annual and monthly discharge of suspended sediment (Qs) and of the
water obtained from the SUDEHRSA data base. The suspended sediment concentration
(Cs) shows a highly dispersed correlation with the water discharge (Qm) (R2 = 0.56).
However, the correlation becomes very high when one compares the annual production
of sediment (Qs) and mean discharge (Qm) (R2 = 0.94). The elongated characteristic of
the Ivaí River basin produces very defined gradual processes of discharge increasing
along the channel with a rate of water accumulation (Qm:A) varying between 0.01 and
0.02 (with a localized maximum of 0.11. The correlation between water entrance and
basin area is very high (R2 = 0.93), that suggests a homogeneous and continuous
receiving of sediment to the flow. There are, however, same anomalous reaches in
which the sediment entrance rate reduces for about 25%. The relation between Cs and
Qm shows a very low correlation (R2 = 0.56), being evident the effect of hysteresis. The
reason for these behaviors is given by the heterogeneous hydrologic regime and by
basin land use. Significant alterations are not observed in the annual discharges that
remained the same during the period studied. The Qs shows small gradual decline at the
end of period (2007), when the river transports 0.65Mton less than in the beginning
(1977). Thus reduction is probably due to the alteration in the management of the soil
for agricultural cultivation.
Key – Words: Suspended sediment, fluvial regime, river basin management, fluvial
discharge, Ivaí River
SUMÁRIO 1. ANÁLISE DA CARGA SUSPENSA DO RIO IVAÍ NO CONTEXTO ESPACIAL E TEMPORAL DA BACIA HIDROGRÁFICA .............................................................................. 1
1.1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 1 1.2. OBJETIVOS ................................................................................................................ 3 1.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................... 3 1.4. JUSTIFICATIVA ........................................................................................................ 3
2. PRODUÇÃO E TRANSPORTE DA CARGA SUSPENSA FLUVIAL: TEORIA E MÉTODO PARA RIOS DE MÉDIO PORTE .............................................................................. 4
2.1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 4 2.2. FLUXO NA VERTENTE ........................................................................................... 5 2.2.1. Fluxo e Erosão Hipodérmica .................................................................................. 6 2.2.2. Fluxo e Erosão Laminar ......................................................................................... 7 2.2.3. Fluxo Acanalado de Vertente ................................................................................. 9 2.3. FLUXO DE CANAL ................................................................................................. 10 2.4. CARGA SUSPENSA ................................................................................................. 13 2.4.1. Relação: Sedimento Suspenso e Vazão ................................................................ 15 2.4.2. Influência do uso e ocupação da bacia na carga suspensa ................................. 17 2.4.3. Importância Ecológica e Geomorfológica da Carga Suspensa ......................... 17 2.5. MÉTODOS DE COLETA E ANÁLISE DA CARGA SUSPENSA ...................... 18 2.5.1. Posicionamento ao Longo do Perfil Longitudinal do Rio .................................. 18 2.5.2. Posicionamento na Seção de Amostragem: ......................................................... 19 2.5.3. Procedimento de Laboratório .............................................................................. 22
3. DINÂMICA ESPACIAL DAS CARACTERÍSTICAS HIDROSSEDIMENTOLÓGICAS DA BACIA DO RIO IVAÍ ................................................. 24
3.1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 24 3.2. SÍNTESE DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E SÓCIO-ECONÔMICAS DA BACIA DO RIO IVAÍ .................................................................................................... 25 3.2.1. Geologia e Pedologia ............................................................................................. 28 3.2.2. Clima e Vegetação ................................................................................................. 30 3.2.3. Características Socioeconômicas e Uso da Terra ............................................... 32 3.3. METODOLOGIA ..................................................................................................... 34 3.4. RESULTADOS .......................................................................................................... 36 3.4.1. Composição Espacial da Vazão ............................................................................ 36 3.4.2. Formação da Carga Suspensa .............................................................................. 40 3.4.3. Composição da Carga Suspensa .......................................................................... 44
4. PRODUÇÃO TOTAL DE SEDIMENTO SUSPENSO NO RIO IVAÍ NO PERÍODO DE 1977 - 2007 NA ESTAÇÃO NOVO PORTO TAQUARA .................................................. 47
4.1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 47 4.2. LOCALIZAÇÃO E CARACTERÍSTICAS DA BACIA DO RIO IVAÍ ............. 48 4.3. MÉTODOS ................................................................................................................ 50 4.4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .............................................................................. 50
5. CONCLUSÃO ................................................................................................................ 57 5.1. PRODUÇÃO E TRANSPORTE DA CARGA SUSPENSA FLUVIAL: TEORIA E MÉTODO PARA RIOS DE MÉDIO PORTE - (CAP. 2) ............................. 57 5.2. DINÂMICA ESPACIAL DAS CARACTERÍSTICAS HIDROSSEDIMENTOLÓGICAS DA BACIA DO RIO IVAÍ (CAP. 3) ........................ 58 5.3. PRODUÇÃO TOTAL DE SEDIMENTO SUSPENSO NO RIO IVAÍ NO PERÍODO DE 1977 – 2007 NA ESTAÇÃO DE NOVO PORTO TAQUARA (CAP. 4) 59
REFERÊNCIAS .......................................................................................................................... 62
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Tipos de fluxo da água de precipitação. Mod. Knighton (1998) ...................... 6 Figura 2. Condições para ocorrência de erosão por fluxo hortoniano. Mod.
(KNIGTHON, 1998) ................................................................................................. 8 Figura 3. Perfil vertical idealizado do tipo de fluxo de água. Em cima: Fluxo laminar
com deslizamento suave e paralelo das lâminas de água (Re < 500); Em baixo: Fluxo turbulento com movimento caótico (Re > 2500). Mod. Morizawa, (1968) .. 11
Figura 4. Perturbação em fluxo (a) subcrítico e supercrítico (b). Mod. de Gordon et al (2004) ...................................................................................................................... 13
Figura 5. A. (Esquerda) Mecanismos de transporte da carga mineral particulada; (Direita) Perfil vertical da velocidade do fluxo evidenciando a redução da velocidade na base, pelo atrito com o fundo do canal e no topo pelo atrito com o ar. B. Transporte em suspensão devido à turbulência do fluxo com vórtices ascendentes e descendentes que mantêm as partículas suspensas Mod. (SUGUIO; BIGARELLA, 1979) ............................................................................................... 13
Figura 6. Relação concentração de sedimento suspenso e vazão com os tipos de histerese para duas variáveis não sincrônicas (I) histerese horária e (II) histerese anti-horária. Mod. (WILLIAMS, 1989) .................................................................. 16
Figura 7. Relação concentração de sedimento suspenso e vazão no rio Ivaí na estação de Novo Porto Taquara para a cheia do ano de 1977 (Ver capítulo 4 desta dissertação ou LELI, et al. prelo) ............................................................................................... 16
Figura 8. Bacia do rio Ivaí e pontos de coleta de água para avaliar a variação espacial da carga suspensa entre os setores alto, médio e baixo (LELI, et al. prelo). ............... 19
Figura 9. Distribuição vertical das partículas em suspensão sob uma velocidade média constante. Mod. (SUGUIO; BIGARELLA, 1979) .................................................. 20
Figura 10. Seção de canal com plano de amostragem. ME (margem esquerda), C (centro) e MD (margem direita) .............................................................................. 21
Figura 11. Coleta de água para análise de sedimento suspenso no rio Ivaí, ponte de Porto Ubá com coletor pontual de garrafa. ............................................................. 22
Figura 12. Mapa hipsométrico e setores da bacia do Ivaí. Fonte: IPARDES (2002) ..... 26 Figura 13. Geologia da Bacia do Rio Ivaí. Fonte: MINEROPAR (2000) ...................... 28 Figura 14. Solos da bacia do rio Ivaí. Fonte: Empresa Brasileira de Pesquisa
Agropecuária (1981) ............................................................................................... 29 Figura 15. Distribuição original das unidades fitogeográficas mais representativas.
Fonte: Maack (1950) ............................................................................................... 32 Figura 16. Uso da Terra da Bacia do Rio Ivaí em 2002. Fonte: IPARDES (2002)........ 34 Figura 17. Hidrograma do rio Ivaí da estação de Novo Porto Taquara no período de
1974-2008 ............................................................................................................... 36 Figura 18. Raiz de drenagem da bacia do rio Ivaí. Notar o aumento mais significativo da
vazão após a entrada do rio Alonzo. ....................................................................... 38 Figura 19. Correlação linear entre a área da bacia e a vazão com correlação linear
bastante alta (0,99) para a regressão linear. Uma única alteração na taxa de aporte de vazão é observada entre as estações de Tereza Cristina (TC), Porto Ubá (PU) e Porto Espanhol (PE). Ver explicação no texto. ....................................................... 38
Figura 20. Bacia do rio Ivaí. Aporte de vazão e vazão específica das sub-bacias. (Fonte: Tabela 5) .................................................................................................................. 40
Figura 21. Gráfico de correlação entre concentração de carga suspensa e vazão para o rio Ivaí (LELI et al., 2010). ..................................................................................... 41
Figura 22. Gráfico de correlação entre a vazão (Qm em m3.s-1) e a produção anual de sedimento (Qss em 103ton.ano-1) ........................................................................... 41
Figura 23. Gráfico de correlação entre a produção anual de sedimento suspenso (Qss em 103ton.ano-1) e área da bacia (A em km2). VR = Estação de Vila Rica na qual ocorre uma redução expressiva da taxa de aporte de sedimento suspenso ao canal. Explicação no texto (Fonte: Tabela 5) .................................................................... 42
Figura 24. Raiz de drenagem do rio Ivaí com o comportamento da carga suspensa ...... 43 Figura 25. Produção de carga suspensa por bacia ou trecho na bacia do rio Ivaí. (Fonte:
Tabela 5) .................................................................................................................. 43 Figura 26. Carga suspensa do rio Ivaí nas estações Porto Ubá do Sul, Porto Paraíso do
Norte e Novo Porto Taquara em período de água baixa. ........................................ 45 Figura 27. Carga suspensa do rio Ivaí nas estações Porto Ubá do Sul, Porto Paraíso do
Norte e Novo Porto Taquara em período de água alta. ........................................... 45 Figura 28. Análise difratométrica de raios x de sedimento suspenso do rio Ivaí.
Coletada em setembro de 2008. Alto: Porto Ubá do Sul; Médio: Porto Paraíso do Norte; Baixo: Novo Porto Taquara (Laboratório de Difratometria de Raios X do Instituto de Geociências da Universidade Federal do Rio Grande do Sul) ............. 47
Figura 29. Vazão média diária do rio Ivaí, estação Novo Porto Taquara ....................... 49 Figura 30. Correlação entre Cs e Q ................................................................................ 51 Figura 31. Relação potencial entre vazão (Q) e transporte de sedimentos (Qs) para o rio
Ivaí na estação Novo Porto Taquara. Notar que nos valores maiores de Q ocorre maior variação de Qs diferentemente dos valores mais inferiores de Q. As elipses indicam prováveis efeitos de histerese. ................................................................... 52
Figura 32. Relação entre Qa e Cs. Notar o discreto efeito de histerese horária para a cheia do ano de 1977. .............................................................................................. 53
Figura 33. Descarga líquida anual do rio Ivaí para o período 1977-2007 (*eventos de El Niño) ....................................................................................................................... 53
Figura 34. Descarga líquida anual para o rio Ivaí no período 1978-2006 sem os anos de El Niño .................................................................................................................... 54
Figura 35. Qs em milhões de toneladas por ano – (* eventos de El Niño) .................... 54 Figura 36. Qs anual em milhões de toneladas – sem os eventos de El Niño .................. 55 Figura 37. Gráfico de valores acumulados para vazão e transporte de sedimentos. A
tangente de α representa a razão Qsa acumulada/Qa acumulada ............................ 56
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1. Fatores que influenciam o tipo de fluxo superficial predominante. Mod. (KNIGHTON, 1998) ............................................................................................... 10
Tabela 2. Classificação do tamanho das partículas. Mod. (PETTIJOHN et al., 1972) .. 15 Tabela 3. Divisão da bacia do rio Ivaí e sínteses de suas características físicas (Fonte;
Destefani, 2005, Andrade, 2002 Meurer, 2008) ...................................................... 27 Tabela 4. Definições das varáveis hidrossedimentológicas utilizadas ........................... 35 Tabela 5. Dados de vazão e sedimento na bacia do Rio Ivaí.......................................... 37
1
1. ANÁLISE DA CARGA SUSPENSA DO RIO IVAÍ NO CONTEXTO ESPACIAL
E TEMPORAL DA BACIA HIDROGRÁFICA
1.1. INTRODUÇÃO
O transporte de sedimento pelo canal é o produto final da atuação de uma série de
processos que se iniciam com a precipitação que cai sobre a bacia e ao longo de seu
caminho pelas vertentes interagem com um conjunto de variáveis, a saber: cobertura
vegetal, tipo de solo e de rocha, pendente, além do tipo de uso e de ocupação da bacia pelo
homem. Dessa forma pode-se dizer que a análise da carga suspensa transportada é fator de
grande importância para a compreensão da dinâmica da bacia e do estado de degradação ou
preservação que ela se encontra.
A bacia do rio Ivaí é a segunda maior do estado do Paraná com uma área de
drenagem de 36.587km2. O formato da bacia estreito e alongado impõe ao sistema de
drenagem certa rapidez no enchimento e esvaziamento do canal principal drenando uma
vazão com picos extremos tanto para cheia como para vazante. A posição da bacia SE-NO
a deixa sob influência da transição de dois tipos climáticos. O setor mais alto SE é
dominado por clima subtropical e o baixo setor NO por clima tropical. Esta posição da
bacia também lhe confere ambientes distintos pelas características geológicas e
geomorfológicas condicionando relevos com diferentes tipos de vertentes impondo
peculiaridades em seu sistema do escoamento.
A bacia do rio Ivaí é uma bacia amplamente ocupada por agricultura em
decorrência de solos férteis e bem desenvolvido na área dominada por rochas basálticas
(soja, milho, trigo) e por pastagens para criação de gado e cultivos de cana-de-açúcar
principalmente no noroeste da bacia, na área de ocorrência dos arenitos. Essas
características de uso e ocupação aumentam a erosividade do sistema de escoamento e
consequentemente a produção de sedimento no canal do rio Ivaí.
Esta pesquisa parte do conhecimento de vários outros trabalhos sobre a bacia
hidrográfica em tela e pretende relacionar a carga e concentração de sedimento suspenso
com outras variáveis, vazão líquida, vazão de carga suspenso, aumentar no sentido de
aprimorar a caracterização da bacia hidrográfica. Espera-se que os resultados aqui obtidos
venham fornecer subsídios ao planejamento e gerenciamento desse espaço geográfico.
2
Esta dissertação, embora mantendo a forma tradicional exigida pelo PGE, está
apresentada de forma que os capítulos tenham certa autonomia e que possam ser
convertidos em artigos científicos destinados à publicação independentemente. Dessa
forma é possível que em alguns capítulos possa haver algumas informações repetidas, que
podem deixar a leitura de certa forma cansativa. Contudo, acredita-se que a estrutura
proposta contribua em agilizar sobremaneira a produção dos artigos derivados deste
estudo. Os capítulo 2 e 4 já foram submetidos aos periódicos Boletim de Geografia e
Revista Brasileira de Geociências, estando o primeiro considerado no prelo.
Capítulo 2: Trata-se de uma revisão dos processos fluviais geradores da carga suspensa
fluvial e um sumário das técnicas mais comuns utilizada para sua análise. Nesse contexto,
o estudo metodológico usa como exemplo o rio Ivaí e os métodos utilizados na presente
dissertação.
Leli, I.T., Stevaux, J.C., Nóbrega, M.T., 2010. Produção e Transporte da Carga Suspensa
Fluvial: Teoria e Método para Rios de Médio Porte. Boletim de Geografia UEM, Maringá,
no prelo.
Capítulo 3: Este capítulo apresenta uma descrição genérica da bacia do rio Ivaí no tocante
às suas características naturais (geologia, pedologia, clima e cobertura vegetal) e sócio-
econômicas. È dado ênfase às características hidrossedimentar do sistema: a formação de
sua descarga líquida e sua relação com a descarga de sedimentos suspensos. Para esta
última variável é também apresentado um estudo sobre sua formação e composição.
Leli, I. T., Stevaux, J.C. & Nóbrega, M.T. 2010. Dinâmica Espacial das Características
Hidrossedimentológicas da Bacia do Rio Ivaí. Não submetido.
Capítulo 4: Carga suspensa e vazão do rio Ivaí são analisadas com uma abordagem inédita
(coeficiente α) e de fácil aplicação para os rios brasileiros. Os dados neste estudo se
referem ao comportamento de descarga total de vazão líquida e de sedimento suspenso do
rio Ivaí na sua estação mais jusante – Novo Porto Taquara.
Leli, I.T., Stevaux, J.C., Nóbrega, M.T. & Souza-Filho, E.E., 2010. Produção total de
sedimento suspenso no rio Ivaí no período de 1977-2007 na estação de Novo Porto
Taquara. Revista Brasileira de Geociências (submetido)
Capítulo 5: No quinto capítulo estão apresentadas as conclusões e considerações sobre o
trabalho.
Capítulo 6: Referências. Para evitar repetição as referências foram todas agrupadas neste
capítulo.
3
Esta pesquisa visa responder as seguintes questões:
- Como se forma a carga líquida da bacia do Ivaí?
- Quais setores contribuem mais e quais têm maior vazão específica?
- Que fatores estariam controlando essas variáveis?
- Como variou a carga suspensa na bacia nas últimas décadas?
- Qual a dinâmica de proveniência de sedimento suspenso na bacia? Respondida esta
questão qual sua relação com as características fisiográficas das sub-bacias?
- Existe diferenciação na composição mineral e orgânica da carga suspensa ao longo da
bacia?
Assim, com base nessas questões foram definidos os objetivos deste estudo que
seguem no próximo item.
1.2. OBJETIVOS
Este trabalho tem por objetivo geral avaliar a o comportamento espacial e temporal
da carga líquida e suspensa do rio Ivaí.
1.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1 – Analisar o comportamento da carga suspensa no decorrer do período de 1977 a
2008 e as suas relações com o a descarga líquida;
2 – Compreender a formação da descarga líquida do sistema definido as áreas de
maior e menor aporte bem como a descarga efetiva dos diferentes setores ou sub-bacias;
3 – Avaliar a composição da carga suspensa em três locais da bacia, correspondentes
ao alto, médio e baixo curso da bacia;
4 – Apresentar uma revisão teórica sobre a carga suspensa fluvial e nas metodologias
de trabalho utilizadas para sua análise.
1.4. JUSTIFICATIVA
Este trabalho deverá adicionar importantes informações sobre as características
hidrossedimentológicas da bacia do rio Ivaí e, juntamente com recentes projetos nela
desenvolvidos (ANDRADE, 2003; BIAZIN, 2005; DESTEFANI, 2005; BARROS, 2006;
KUERTEN, 2006; BALDO, 2006; FRANCO, 2006; PAIVA, 2008; MEURER, 2008;
FUJITA, 2009), fornecerá dados para o seu gerenciamento. Igualmente, o presente trabalho
integra o projeto: Impactos hidrofísicos induzidos por ação antrópica (direta e indireta) e
4
pela mudança climática global em grandes rios brasileiros: os casos extremos do rio
Araguaia e Paraná – ARPA, financiado pelo CNPq.
2. PRODUÇÃO E TRANSPORTE DA CARGA SUSPENSA FLUVIAL: TEORIA E
MÉTODO PARA RIOS DE MÉDIO PORTE
2.1. INTRODUÇÃO
O transporte de sedimento pelo canal é o produto final da atuação de uma série de
processos que se iniciam com a precipitação sobre a bacia, e ao longo de seu caminho
pelas vertentes, interagem com um conjunto de variáveis, a saber: cobertura vegetal, tipo
de solo e de rocha, pendente, além do tipo de uso e de ocupação da bacia. Dessa forma é
fato dizer que a análise da carga suspensa transportada é fator de grande importância para a
compreensão da dinâmica da bacia e do estado de degradação ou preservação em que ela
se encontra.
De acordo com Knighton (1998), a energia (E) utilizada pela água para realizar o
transporte durante todo o processo fluvial é dada pela altura que ela se encontra em relação
ao nível de base (H), pela declividade da superfície por onde correrá o fluxo (Ө) e pela
densidade da água (γ), de acordo com a equação:
E = γHsen Ө
No entanto grande parte dessa energia é gasta para vencer a própria viscosidade molecular
da água, para vencer o atrito das paredes do canal e o atrito com o ar, perdendo-se sob a
forma de calor, não gerando trabalho. Apenas uma pequena quantidade é utilizada para
transportar, erodir e depositar o material sedimentar.
Estudos da carga fluvial suspensa são relativamente comuns na literatura e são
elaborados com várias finalidades. A análise da carga suspensa realizada por ITAIPU
BINACIONAL (1990), por exemplo, consiste em um levantamento sistemático e contínuo
da concentração da carga suspensa no rio Paraná e em seus principais tributários a
montante da barragem de Itaipu, que teve por objetivo determinar a taxa de acumulação de
sedimento no lago daquela usina. Aquino et al. (2005) estudaram a carga suspensa do rio
Araguaia como um dos parâmetros para determinar a degradação da bacia devido ao seu
intenso uso agrícola. Stevaux et al. (2009) avaliaram a carga suspensa do rio Paraná na
região de Porto Rico - PR, com o intuito de estimar o impacto na ecologia local causado
pela redução da turbidez na água do rio devido retenção feita na barragem de Porto
5
Primavera. Chien (1984) estudou a carga suspensa de rios da China para estabelecer o
provável aumento da erosão das margens nos trecho a jusante de barragens.
A carga suspensa é estudada de várias maneiras de acordo com os objetivos
almejados. A análise quantitativa da carga suspensa geralmente está ligada a interesses
voltados ao assoreamento de reservatórios e tratamento de água para consumo. Análises da
distribuição temporal e espacial da carga suspensa geralmente interessam as pesquisas de
gerenciamento da bacia e determinação do impacto de sua ocupação. Estudos na
composição da carga suspensa são utilizados com várias finalidades, mas principalmente
na avaliação de fontes poluentes que podem estar contaminado o sistema. Assim, as
características de cada estudo exigem metodologias variadas, que utilizam equipamentos e
calendários também bastante variados. Além disso, outras variáveis como tamanho, forma,
ocupação da bacia são consideradas na determinação da metodologia a ser empregada nos
estudos da carga suspensa.
O presente capítulo tem como objetivo a apresentação de uma síntese dos processos
hídricos de superfície que atuam desde a vertente até ao canal e que são responsáveis pelo
transporte de carga suspensa, enfatizando as metodologias mais comuns em estudos de rios
de médio porte em área de média a intensa ocupação rural.
2.2. FLUXO NA VERTENTE
Apenas uma parte da água da chuva que cai sobre uma bacia escoa por sua
superfície. O volume que é retido pela cobertura vegetal e evapora diretamente sem atingir
o chão é denominado de água de interceptação. Outra parte, bastante pequena, denominada
água biológica, atinge o solo e é absorvida pelas plantas e animais e não prossegue seu
trajeto para o canal. Parte significativa do volume precipitado infiltra-se no solo e segue
seu caminho, muito mais lentamente, em subsuperfície. O restante do volume de água
precipitado escoa pela superfície das vertentes e se concentra nos canais de drenagem
(Figura 1).
6
Figura 1. Tipos de fluxo da água de precipitação. Mod. Knighton (1998)
O escoamento da água pela superfície da vertente somente acontecerá quando a
precipitação exceder a capacidade infiltração do solo (Figura 1). Essa capacidade é
controlada por uma série de fatores como permeabilidade, capacidade de campo
(porosidade) e umidade prévia entre outros. Assim, a água excedente à infiltração inicia
seu fluxo superficial ao longo da vertente em fluxo laminar (hortoniano) ou fluxo
acanalado (KNIGHTON, 1998) a depender de uma série de condições (Tabela 1). Além
desses dois tipos de fluxo pode haver formação de fluxo lateral de subsuperfície (fluxo
hipodérmico) que eventualmente ressurge à superfície e tem um importante papel na
hidrodinâmica da vertente (Figura 1). Resta salientar que grande parte do material que
compõe a carga suspensa dos rios é oriunda das vertentes e chega ao canal do rio por fluxo
laminar ou acanalado.
2.2.1. Fluxo e Erosão Hipodérmica
A água de precipitação que não é retida pelo dossel vegetal e atinge a superfície
infiltra-se podendo ficar retida como umidade no solo ou deslocar-se por percolação em
direção ao lençol freático com maior ou menor velocidade de acordo com a permeabilidade
deste solo. A permeabilidade muda geralmente com a profundidade sendo maior nos
horizontes próximos da superfície. Em virtude deste fator, a água que se infiltra pode
formar, principalmente durante as grandes precipitações, um fluxo subterrâneo paralelo à
superfície da vertente, denominado de fluxo hipodérmico (Figura 1). Após o fluxo atingir e
saturar a zona hipodérmica, a água pode voltar a aflorar na superfície sob a forma de fluxo
7
superficial de saturação ou fluxo de retorno. O afloramento do fluxo hipodérmico promove
um aumento repentino e expressivo da vazão do fluxo hortoniano de superfície
incrementando localmente sua erodibilidade (STEVAUX; LATRUBESSE, elaboração).
O fluxo hipodérmico, por sua vez provoca erosão subterrânea por eluviação ou
dissolução da cobertura pedológica. Na eluviação, a intensidade de remoção das partículas
finas (silte e areia muito fina) depende da coesão do material e da pressão hidrostática da
água percolante. A dissolução, por sua vez, predomina em ambientes cársticos onde o
substrato, formado por rochas carbonáticas (p. ex. calcário) é atravessado por água ácida.
A erosão subterrânea por eluviação ou por dissolução produz formas erosivas como
macroporos e tubos (“pipings”), que conduzem a concentração do fluxo hipodérmico
(CHARLTON, 2008). Os tubos, de diferentes dimensões, podem colapsar formando uma
área deprimida na superfície do terreno, dando início ao fluxo acanalado, como se verá
adiante.
2.2.2. Fluxo e Erosão Laminar
Inicialmente a água da chuva, que não se infiltra, começa a fazer acúmulo nas
micro-depressões da superfície para posteriormente dar início ao escoamento superficial
não concentrado uma vez que não há condições suficientes de erosividade ou erodibilidade
para causar a incisão de um canal de escoamento. Esse escoamento se dá por meio de um
fluxo laminar (Figura 2) no qual a água alcança velocidade entre 10 a 500mh-1,
(BRAVARD; PETIT, 2000). Segundo Stevaux e Latrubesse (elaboração) este tipo de
escoamento ocorre com grande notoriedade em regiões de menor densidade de drenagem,
como por exemplo, regiões áridas e semi-áridas, regiões árticas de solo permanentemente
congelado, nas áreas de solo compactado por manejo de cultivo agrícola e nas formações
vegetais menos densas de cerrado ou savana. Nesses locais o fluxo hortoniano formado
durante as precipitações mais intensas gera o escoamento rápido de cheia (“flash flood”)
de resposta rápida nos cursos d’água (MARTIN, 1995). Em contraponto, nas áreas com
maior densidade de vegetação ocorre infiltração quase total da água precipitada e o
escoamento superficial hortoniano fica nulo ou restrito a pequenas partes do terreno mais
propícias a este tipo de fluxo.
Conforme Knighton (1998), o fluxo laminar terá somente condição de erosão
quando tiver profundidade e velocidades que produzam uma força cisalhante superior a
resistência do solo (Figura 2). Contudo, alguns fatores auxiliam a efetividade erosiva desse
8
fluxo. O impacto dos pingos de chuva caindo diretamente sobre a superfície, sem a
interferência do dossel vegetal, pode arrancar partículas do solo, deslocando-as para até
0,60m conforme citação de Knigthon (1998). Esse material solto na superfície fica mais
susceptível à erosão pelo fluxo hortoniano e é por ele transportado vertente abaixo.
Figura 2. Condições para ocorrência de erosão por fluxo hortoniano. Mod. (KNIGTHON, 1998)
A erosão laminar é produto da ação integrada de dois processos diferentes: o efeito
mecânico do impacto dos pingos de chuva e o escoamento laminar superficial,
(KNIGHTON, 1998). Portanto, a inclinação da vertente e a distância percorrida pela água
ao longo da pendente irão controlar o predomínio de um ou de outro processo na erosão do
solo. Em uma vertente de baixa pendente a ação dos pingos de chuva tem mais eficiência
do que o fluxo superficial que irá realizar apenas o trabalho de remoção do material
deslocado pelos pingos de chuva, assim como relatam Stevaux & Latrubesse, (no prelo).
Por outro lado, nas maiores pendentes ou à medida que o fluxo superficial torna-se mais
profundo, seu poder erosivo aumenta e assume maior importância entre os processos
erosivos de vertente. À medida que a tensão cisalhante aumenta ao longo da vertente e
supera a tensão de resistência do solo (R) ocorre a erosão (Figura 2). Horton (1945) propôs
um modelo a respeito que relaciona o ângulo da pendente (Ө), o peso específico da água
(γ) e a profundidade da lâmina de água (d) com a tensão cisalhante (τ). Essa relação é dada
pela equação:
τ = γ d sen Ө
9
A capacidade erosiva do fluxo hortoniano depende, além da inclinação e do
comprimento da vertente, também de sua concavidade. Vertentes convexas ou retilíneas
tendem a produzir fluxo divergente e difuso. Por outro lado, as vertentes côncavas
produzem fluxo concentrado de alta capacidade erosiva podendo gerar as primeiras formas
de erosão acanalada (pequenas depressões e sulcos) (MOSLEY, 1974). Nas vertentes
mistas convexo-côncavas, o início das formas erosivas acanaladas ocorre no ponto de
inflexão do perfil, ou seja, onde o perfil da vertente passa de convexa a côncava.
Os sulcos são formas intermitentes na vertente e podem, durante uma única
precipitação, surgir e posteriormente ser preenchidos pelo próprio material transportado
pelo fluxo laminar. Contudo, o aparecimento dos sulcos introduz uma importante mudança
na característica do fluxo que passa de laminar para fluxo acanalado, de maior eficiência
hidráulica tanto no transporte como na erosão do solo.
2.2.3. Fluxo Acanalado de Vertente
Uma vez que a ocorrência do fluxo de retorno (Figura 1) é localizada e não se
estende pela superfície da vertente, podem surgir nestes locais núcleos isolados de erosão.
Esse processo tem grande importância geomorfológica uma vez que contribui para o início
da formação de canais (KNIGHTON, 1998). Portanto, o fluxo hortoniano e fluxo
superficial de saturação (ou de retorno) contribuem favoravelmente na hidrodinâmica da
vertente por promoverem a incisão e formação dos canais de drenagem, como também são
responsáveis, como já foi dito, por grande parte da carga suspensa transportada. O tipo e
duração da precipitação, a capacidade de infiltração do solo, o clima e vegetação são
fatores que contribuem para o predomínio de um ou de outro tipo de fluxo (Tabela 1).
Além do fluxo superficial, o colapso dos tubos subterrâneos formados por fluxo
hipodérmico, como foi visto anteriormente, pode provocar a concentração de fluxo na
superfície iniciando a formação de fluxo acanalado.
A erosão sub-superficial se dá pela remoção física das partículas menores
(eluviação) ou, em caso de ambiente cárstico, pela dissolução do material do solo. Este
último ocorre mais restritamente nas regiões onde a rocha carbonática, geralmente calcário,
é atravessada por água ácida. O processo de eluviação produz formas erosivas como
macroporos e tubos, que conduzem a concentração do fluxo hipodérmico. A combinação
da formação dos sulcos e dos tubos leva ao colapso da superfície e a imediata formação de
uma feição acanalada (CHARLTON, 2008).
10
A formação de canal se dá também por processos de movimento em massa do solo,
principalmente pelo escorregamento (“landslide”). O material que escorrega pela vertente é
geralmente aquele produzido pela erosão sub-superficial que se acumula após a saída dos
tubos. Estes processos de escorregamento predominam nas vertentes mais inclinadas ou em
trechos mais íngremes da vertente (SUMMERFIELD, 1997).
Tabela 1. Fatores que influenciam o tipo de fluxo superficial predominante. Mod. (KNIGHTON, 1998)
Fator Fluxo hortoniano Fluxo superficial de saturação
Precipitação Infiltração Distribuição temporal Ambiental Tamanho da feição Morfologia da vertente
Intensa e concentrada Menor infiltração na superfície Inicia logo após o início da precipitação Clima semi-árido, esparsa cobertura vegetal e manto de solo delgado Pequenas bacias ou vertentes Perfil linear e homogêneo
Prolongada e distribuída Diferença de infiltração entre as camadas do solo Inicia após a saturação do solo Clima úmido, densa vegetação e manto de solo espesso Grandes bacias ou vertentes Perfil complexo com mudanças de pendentes e fatores do solo
2.3. FLUXO DE CANAL
Todo o trabalho realizado por um rio provém da transformação da energia potencial
em cinética que ocorre ao longo de seu perfil longitudinal. Essa energia é assim
responsável desde a erosão do substrato, o transporte de água e sedimento, a deposição
temporária da carga sedimentar, a construção e modificação das estruturas (canais e
planícies de inundação), até a sustentação da ecologia fluvial e a geração de energia
elétrica ou mecânica.
Por sua vez, o fluxo de um canal, segundo Christofoletti (1981), está condicionado
à força gravitacional e à fricção. A força de gravidade atua de forma que a água das partes
mais altas seja conduzida às partes mais baixas do relevo. Por outro lado, a força de fricção
atua nos limites do canal contra o fluxo da água provocando um efeito de retardamento. No
canal, propriamente dito, o efeito de fricção é exercido pelo leito e margens, no entanto, o
fluxo sofre mais outro tipo de fricção, embora bem menos expressivo, que é na superfície,
no contato água e ar.
11
O fluxo, quanto a sua organização pode ser laminar ou turbulento. Quando o
movimento se dá por meio de delgadas lâminas que se deslizam suave e paralelamente
(sem difusão) umas sobre as outras é denominado de fluxo laminar (Figura 3). As lâminas
ao se deslizarem geram uma tensão cisalhante (τ) proporcional à resistência entre as
camadas de água, neste caso determinada pela viscosidade (µ) da água multiplicada pelo
cociente entre a velocidade de deslocamento de uma lâmina sobre outra (dv) e a espessura
média dessas lâminas (dy) que se deslocam (MORIZAWA,1968), de modo que pode ser
expressa pela equação:
τ = µ dv/dy
Quando a velocidade exceder a um valor crítico, as lâminas de escoamento de água
são rompidas e misturadas, o fluxo torna-se caótico, com a formação de redemoinhos
(vórtices) e movimentos irregulares, ou seja, o fluxo turbulento (Figura 3).
Figura 3. Perfil vertical idealizado do tipo de fluxo de água. Em cima: Fluxo laminar com
deslizamento suave e paralelo das lâminas de água (Re < 500); Em baixo: Fluxo turbulento com movimento caótico (Re > 2500). Mod. Morizawa, (1968)
Christofoletti (1981) relata que os fatores que afetam a velocidade crítica para a
formação do fluxo turbulento são a profundidade, a densidade e viscosidade da água, a
profundidade e as irregularidades do canal (rugosidade). O limite entre fluxo laminar e
turbulento é dado pelo número de Reynolds – NR (adimensional) que relaciona as variáveis
relativas ao fluído (densidade – γ; velocidade da corrente – V; viscosidade da água – µ) e à
geometria do canal (neste caso representado pelo raio hidráulico R), conforme a equação:
NR = γVR/ µ
12
de modo que para NR < 500 o escoamento é laminar, NR entre 500 e 2500 o fluxo é de
transição a fluxo turbulento. Em geral o fluxo dos rios é sempre turbulento. A relação entre
a profundidade e a velocidade do fluxo controla determinadas características do fluxo
estabelecidas pelo número de Froud (F).
Cristofoletti (1981) salienta que este tipo de fluxo ocorre em trechos de velocidades
maiores, por exemplo, corredeiras e cachoeiras, potencializando o poder erosivo do canal.
Quanto à velocidade o fluxo pode ser expresso pelo número de Froud (F) obtido pela
equação:
F = V/√(gD)
onde V é a velocidade média, g é aceleração gravitacional e D é a profundidade média da
água.
É comum ocorrer mudanças abruptas nas características do fluxo como, por
exemplo, pela presença de um bloco rochoso no fundo do canal, podendo gerar uma
ondulação na superfície da água que se opõe ao fluxo de água. No caso da velocidade do
fluxo se impor sobre a velocidade da ondulação, significa que a perturbação introduzida
pelo ressalto no fundo do canal não afeta a superfície do fluxo, neste caso F > 1. Este fluxo
é denominado de fluxo rápido ou supercrítico. No entanto, quando a onda produzida pelo
ressalto se propaga à superfície o fluxo é considerado subcrítico e o número de Froud é
inferior a 1 (F < 1). Para F = 1 o fluxo é crítico, conforme Stevaux e Latrubesse
(elaboração).
Thomas e Gouldie (2000) dizem que na grande maioria dos rios (F) varia,
geralmente, entre 0,4 e 0,5, ou seja, fluxo turbulento subcrítico. Como se pode observar na
equação acima, um fluxo em condição de fluxo supercrítico ou subcrítico depende do
comportamento da profundidade e da velocidade de fluxo. Um fluxo pode, por exemplo,
passar de subcrítico para supercrítico por redução da profundidade (D), mantendo-se a
velocidade de fluxo (V) constante ou ao contrário, aumentando-se a velocidade a uma
profundidade constante.
Um exemplo didático é observado quando o pilar de uma ponte se interpõe ao fluxo
de um rio (Figura 4) dois tipos de perturbação podem ser vistos a depender do número de
Froud desse fluxo. No caso de um fluxo subcrítico (F <1), formam-se uma série de
pequenas ondulações que desaparecerá a jusante formando uma linha em forma de V
aberto (Figura 4a). No caso de fluxo supercrítico, não haverá a formação de ondulações a
13
montante, uma vez que, a velocidade do fluxo é superior a velocidade de ondulação e a
linha a jusante forma um V fechado (Figura 4b).
Figura 4. Perturbação em fluxo (a) subcrítico e supercrítico (b). Mod. de Gordon et al (2004)
Além do atrito molecular da água existe o atrito da água com as paredes do canal e
com o ar. Uma vez que o atrito da água é maior no contato com o canal e com o ar, a
distribuição da velocidade da água no canal se reduz na proximidade do fundo e da
superfície (Figura 5A, direita).
Figura 5. A. (Esquerda) Mecanismos de transporte da carga mineral particulada; (Direita) Perfil vertical da velocidade do fluxo evidenciando a redução da velocidade na base, pelo atrito com o
fundo do canal e no topo pelo atrito com o ar. B. Transporte em suspensão devido à turbulência do fluxo com vórtices ascendentes e descendentes que mantêm as partículas suspensas Mod.
(SUGUIO; BIGARELLA, 1979)
2.4. CARGA SUSPENSA
14
Além da água, o fluxo fluvial transporta uma grande quantidade de material de
origem mineral – derivado do substrato rochoso ou pedogênico e orgânico – proveniente
dos organismos associados ao sistema (algas, organismos bênticos, folhas, huminas, etc.).
Neste trabalho será enfocado apenas o material de origem mineral.
A carga fluvial mineral pode ser dividia em a) carga dissolvida e b) carga
particulada.
A carga mineral dissolvida é proveniente da dissolução das rochas e solos pela água
subterrânea. A água da chuva, rica substâncias dissolvidas provinda da atmosfera (CO2,
H2CO3, etc.) pode contribuir, em alguns casos, com até 20% da carga dissolvida
(BRAVARD; PETIT, 2000).
A carga mineral particulada (ou carga sedimentar) é que tem maior importância
morfodinâmica no sistema fluvial, uma vez que por meio dos processos de erosão e
deposição constrói as morfologias fluviais. O material particulado mineral é transportado
em diferentes mecanismos de acordo com o tamanho ou densidade das partículas. Assim, à
medida que as partículas diminuem de tamanho (ou a velocidade do fluxo aumenta) podem
movimentar-se por rolamento, arraste, saltação e finalmente suspensão (Figura 5A,
esquerda). Quando a velocidade do fundo for inferior à velocidade crítica de erosão a
partícula não se movimenta e permanece depositada. No entanto, à medida que o valor
desta relação aumenta as partículas movimentam-se primeiramente por arraste, passando
gradativamente à saltação podendo finalmente entrar em suspensão.
Conforme Richards (1982) e Knigthon (1998), a carga suspensa é originada em sua
maioria do escoamento superficial das vertentes (fluxo hortoniano e acanalado de vertente)
e secundariamente da erosão das margens do canal. É constituída por silte e argila e se
mantêm em suspensão praticamente o tempo todo devido a turbulência do fluxo,
depositando-se apenas em condições de fluxo laminado de baixíssimas velocidades (Figura
5B).
A fração areia (muito fina a fina) pode estar presente na carga suspensa, mas sua
permanência nessa condição é instável e varia de acordo com a própria oscilação da
velocidade do fluxo aquoso (BRAVARD; PETIT, 2000). Também fazem parte da carga
suspensa do rio o material particulado de origem orgânica derivado de fontes terrestres e
aquáticas como algas, organismos microscópicos, além dos fragmentos vegetais de origem
variada que, em algumas situações específicas, podem predominar sobre o particulado
mineral (argila, silte e areia).
15
O material transportado permanece em suspensão devido aos vórtices ascendentes
que dominam o fluxo turbulento (Figura 5B). A presença das partículas maiores que areia
muito fina (Tabela 2) na carga suspensa do rio é bastante instável e uma determinada
porcentagem da carga transportada passa freqüente e gradativamente de carga suspensa
para carga de fundo. Assim, pequenas alterações na velocidade do fluxo podem alterar a
composição da carga suspensa de um rio.
Tabela 2. Classificação do tamanho das partículas. Mod. (PETTIJOHN et al., 1972)
Nome da classe Tamanho do grão mm (*)Unidade Φ (phi)
Cascalho
Matacão Bloco Seixo
Grânulo Areia muito grossa
Areia grossa Areia média Areia fina
Areia muito fina Silte
Argila
>256 64 – 256 4 – 64 2 – 4 1 – 2
0,50 – 1 0,25 – 0,5 0,125-0,25 0,062-0,125 0,004-0,062
<0,004
< - 8 -6 a -8 -2 a -6 -1 a -2 0 a -1 1 a 0 2 a 1 3 a 2 4 a 3 8 a 4 > 8
Areia
Lama
(*) Unidade Φ = log2d, onde d é o diâmetro da partícula em mm.
2.4.1. Relação: Sedimento Suspenso e Vazão
A concentração de sedimento suspenso, geralmente medida em (mgL-1) varia não
apenas com a descarga, mas também ao longo do ano. Dessa forma, para uma mesma
descarga pode-se obter diferentes valores de concentração a depender da estação do ano ou
do posicionamento em relação à passagem da onda de cheia. Tal situação provoca um
comportamento conhecido como histerese, ou seja, para uma mesma vazão são obtidos
diferentes valores de concentração de sedimento suspenso (KNIGHTON, 1998).
Muito embora a velocidade da carga suspensa seja praticamente igual a da água, o
pico de maior concentração de sedimento não necessariamente acompanha o pico da
descarga podendo antecedê-lo ou procedê-lo (Figura 6 coluna da esquerda).
Essa defasagem foi observada e descrita em vários rios e pode estar relacionada a
uma série de fatores como forma da bacia, regime de precipitação, uso e ocupação do solo,
etc. Colocados num gráfico os valores de vazão (Q) versus os de concentração de
sedimento (Cs) em relação ao tempo pode-se obter uma curva no sentido horário ou anti-
horário (Figura 6, coluna da direita).
16
Figura 6. Relação concentração de sedimento suspenso e vazão com os tipos de histerese para duas
variáveis não sincrônicas (I) histerese horária e (II) histerese anti-horária. Mod. (WILLIAMS, 1989)
Particularmente em bacias alongadas ou de pequeno porte o pico de concentração e
sedimento antecede o pico de descarga de água do rio uma vez que a produção máxima de
sedimento ocorre nos primeiros instantes da tempestade que adentra rapidamente o canal
por fluxo hortoniano. Posteriormente, a sucessiva ocorrência de eventos de tempestade não
mantém a produção de sedimento já que toda bacia foi lavada pelas primeiras chuvas e
assim, a concentração decresce enquanto a vazão aumenta (Figura 6 I). Essa situação
provoca um movimento no sentido horário no diagrama Q x Cs. Tal fato foi verificado por
Leli (prelo) no rio Ivaí durante a cheia do ano de 1977 (Figura 7).
Figura 7. Relação concentração de sedimento suspenso e vazão no rio Ivaí na estação de Novo
Porto Taquara para a cheia do ano de 1977 (Ver capítulo 4 desta dissertação ou LELI, et al. prelo)
17
2.4.2. Influência do uso e ocupação da bacia na carga suspensa
Conforme já mencionado, o regime da carga suspensa é controlado por vários
fatores naturais como forma, relevo, geologia, regime de precipitação, cobertura vegetal e
uso e ocupação da bacia.
Destefani (2005) observou que a bacia hidrográfica do rio Ivaí é caracterizada por
apresentar rápida subida das vazões logo no início da precipitação, alcançando picos de
cheia muitas vezes superiores aos valores médios. A autora atribuiu esse regime
principalmente, à forma estreita e alongada da bacia, pela declividade das vertentes e pela
geologia do substrato (principalmente basalto com baixa retenção de água subterrânea).
Por outro lado, Paiva (2008) observou, no mesmo rio, que as mudanças no sistema
de cultivo agrícola com a implantação de curvas de nível na lavoura a partir dos anos de
1980 aumentaram a infiltração da água de precipitação modificando a curva de
rebaixamento da hidrógrafa por aumento do fluxo de base. O último autor calculou a
redução do fluxo de base para os anos de 1974 a 1987 em uma sub-bacia a jusante do rio
Ivaí e concluiu que o desflorestamento não demonstrou ser o fator determinante na
alteração da descarga fluvial nesse período.
O mesmo acontece com a produção de sedimento em suspensão. A ocupação
antrópica da bacia na sua mais ampla variedade tem alterado sensivelmente a concentração
de sedimento suspenso dos rios. Desflorestamento, atividade agrícola e mineração
contribuem geralmente para o aumento da carga suspensa dos rios ao passo que a
construção de barragens e a urbanização podem influir negativamente na concentração da
carga suspensa.
Neste sentido podem-se comparar os rios Paraná e Ivaí, dois rios que se apresentam
diferentes no que diz respeito a represamento das águas para aproveitamento hidrelétrico.
O canal do rio Ivaí se encontra praticamente natural, a não ser por algumas
pequenas instalações hidrelétricas em alguns afluentes, apresentou uma concentração
média de sedimento suspenso em torno de 0,03gL-1 nos últimos 10 anos (BARROS, 2006,
KÜERTEN, 2006). Já no rio Paraná Stevaux et al. (2009) observaram que a carga suspensa
do rio Paraná nesse mesmo período reduziu em mais de dez vezes após o fechamento, em
1999, da barragem de Porto Primavera, localizada a cerca de 100km a montante da foz do
rio Ivaí.
2.4.3. Importância Ecológica e Geomorfológica da Carga Suspensa
18
A carga suspensa é extremamente importante nos processos fluviais e seu
conhecimento é imprescindível ao gerenciamento de um rio. A carga suspensa juntamente
com a carga de fundo de um rio controla a morfologia e o padrão do canal, as
características da planície de inundação, além de interferirem na ecologia e no uso da água
fluvial. Souza Filho et al. (2004) e Stevaux et al. (2009) analisaram os impactos produzidos
pela construção da barragem de Porto Primavera no rio Paraná e concluíram que as
transformações mais rápidas e imediatas ao ambiente foram introduzidas pela redução da
carga suspensa do rio, que ficou retida na barragem. O processo de barragem ocasionou,
nos primeiros três anos após o fechamento da represa, a redução de sedimento suspenso de
25 para 0,3mgL-1. Esse fato produziu uma redução extrema na turbidez da água,
aumentando a eficiência dos predadores, por maior visibilidade das presas, o que
comprometeu imediatamente a ecologia local.
Chien (1984) identificou a intensificação da erosão das margens pela redução da
carga suspensa provocada pela construção de barragens em rios da China. Nesse caso, o
autor relata a ocorrência de retroalimentação negativa, uma vez que o aumento da erosão
marginal promoveu a recuperação da carga suspensa original a jusante da barragem.
A carga de fundo está também ligada à dispersão de poluentes uma vez que devido
ao poder de adsorção da argila, o sedimento transportado pode ser facilmente contaminado.
2.5. MÉTODOS DE COLETA E ANÁLISE DA CARGA SUSPENSA
A metodologia de coleta e análise de amostras de água para estudo da carga
suspensa varia principalmente conforme a natureza do estudo, o desenho da rede
hidrográfica, as características do canal no local de amostragem e nas características gerais
da bacia (forma, regime hidrológico, geologia, etc.).
2.5.1. Posicionamento ao Longo do Perfil Longitudinal do Rio
Quando entre os objetivos do estudo da carga suspensa está o comportamento
espacial da carga suspensa, é necessário que os pontos de amostragem sejam definidos ao
longo do perfil longitudinal do rio para que determinados setores da bacia de drenagem
sejam avaliados. Para o canal do rio Ivaí, por exemplo, Leli (prelo) definiu três pontos de
coleta localizados de acordo com as características geológicas e de relevo da bacia (Figura
8). O objetivo dessa distribuição foi o de identificar as possíveis variações na contribuição
e na composição da carga suspensa a cada setor.
19
Figura 8. Bacia do rio Ivaí e pontos de coleta de água para avaliar a variação espacial da carga
suspensa entre os setores alto, médio e baixo (LELI, et al. prelo).
2.5.2. Posicionamento na Seção de Amostragem:
20
A carga suspensa, de uma maneira geral, é distribuída homogeneamente no canal,
exceto em algumas posições, como por exemplo, as margens onde o fluxo da água pode ser
mais lento, criando assim condições para que uma parte dos minerais em suspensão seja
depositada. A água corrente no interior de um canal apresenta uma variação vertical na
distribuição das partículas de acordo com seu diâmetro e a velocidade e profundidade do
fluxo, de forma que, as partículas menores, menos esféricas e menos densas são levantadas
e transportadas em suspensão (Figura 9). Dessa forma a coleta de amostra deve considerar
essa distribuição de acordo com os objetivos do trabalho (ORFEO, 1995).
Figura 9. Distribuição vertical das partículas em suspensão sob uma velocidade média constante.
Mod. (SUGUIO; BIGARELLA, 1979)
O mesmo autor (com. pes.) analisou a carga suspensa do rio Bermejo na Argentina,
coletando amostras de água em três pontos da coluna de água: a 20, 40 e 80% da
profundidade. Já estudos que têm como objetivo a quantidade de areia em suspensão, como
no caso de Aquino et al. (2005) para o rio Araguaia, as coletas foram feitas principalmente
nas porções mais profundas da coluna de água, uma vez que são nesses setores que há
maior concentração dessa partícula.
A concentração de sedimento suspenso varia também lateralmente no canal
conforme as características do fluxo. Levando em consideração que o canal tem diferentes
concentrações de sedimento suspenso na seção transversal, sendo relativamente comuns,
21
menores concentrações nas laterais do canal, é sugerido que as coletas sejam feitas em
pontos diferentes que abranjam todo o cruzamento da seção. Caso contrário, se for
realizada a coleta em um único ponto, corre-se o risco de obter resultados falsos, tanto para
maior ou menor concentração de carga suspensa, dependendo da posição de coleta e
análise, centro ou laterais, respectivamente.
Para o levantamento de carga suspensa que o rio Ivaí transporta foi predefinido 3
pontos para amostragem na seção transversal, sendo as margens, direita e esquerda e o
centro do canal (Figura10).
Figura 10. Seção de canal com plano de amostragem. ME (margem esquerda), C (centro) e MD
(margem direita)
Carvalho (1994) descreve várias maneiras de coleta para análise de carga suspensa,
tanto com aparelhagem, como técnicas de análise. Os equipamentos e as técnicas variam
conforme a necessidade e os objetivos do trabalho, no entanto, o alto custo para aquisição
destes aparelhos pode ser um atenuante para a realização do levantamento. Nesses casos a
coleta pode ser realizada através de equipamentos mais simples, (Figura 11), de confecção
artesanal e menor custo
As amostras podem ser coletadas por vários tipos de coletores que podem ser
separados em três tipos fundamentais: a) coletores pontuais instantâneos, b) coletores
pontuais de garrafa ou de bombeio e c) coletores integradores.
No primeiro caso a garrafa de “Van Dor” é um dos equipamentos mais comuns,
trata-se de um tubo de PVC de diâmetro entre 5 a 10cm e que se fecha instantaneamente
pelo envio de um mensageiro na profundidade desejada. Os coletores pontuais de garrafa
ou de bombeio coletam água num determinado ponto, mas ao longo do tempo de
preenchimento da garrafa amostradora (Figura 11). O amostrador integrador percorre toda
a coluna de água, da base para o topo, enquanto a garrafa amostradora é preenchida.
22
Figura 11. Coleta de água para análise de sedimento suspenso no rio Ivaí, ponte de Porto Ubá com
coletor pontual de garrafa.
2.5.3. Procedimento de Laboratório
A quantidade de sedimento suspenso pode ser obtida indiretamente por: 1) filtração,
2) evaporação ou 3) granulômetro a lazer.
Em qualquer dos métodos utilizados, as amostras coletadas são armazenadas em
geladeira e ao abrigo de luz para evitar proliferação de algas.
1) - Método de filtragem: Consiste no método mais utilizado nos trabalhos de análise e
quantificação da carga suspensa e utiliza filtro de membrana Millipore® AP 40 de
microfibra de vidro com passagem de 1,5µm.
• Os filtros são enumerados e embalados em papel alumínio. Posteriormente,
queimados em mufla por uma hora sob temperatura constante de 480oC, e após o
resfriamento, pesados em balança analítica de precisão até obter o peso constante,
sendo posteriormente armazenados em lugar seco para o próximo procedimento;
• Para se iniciar a filtração a amostra de água deve estar em temperatura ambiente e
ser muito bem agitada a ponto de que as partículas de sedimento não fiquem
aderidas nas paredes e no fundo da garrafa;
• Os filtros são colocados no aparelho de filtragem (many fold) acoplado em bomba a
vácuo. Duas amostras de 500ml cada uma são despejadas nas canecas e filtradas.
Após esse processo os dois filtros de membrana (amostra e réplica) com o
23
sedimento são armazenados novamente na respectiva embalagem de papel
alumínio;
• Em seguida, as amostras (filtros com sedimento) são acondicionadas em estufa para
secagem por um período de 24 horas sob a temperatura de 105oC;
• Após a secagem os filtros são pesados novamente (por várias vezes) até obter o
peso constante;
• A carga suspensa é determinada pela diferença do peso final do filtro pelo peso
inicial e multiplicado pelo volume filtrado (gL-1);
• A obtenção da concentração da carga suspensa total em mgL-1, é obtida pela
equação:
Cst=(Pf – Pi)x1000/0,5
onde, Pf é o peso do filtro após a filtragem e secagem e Pi é o peso inicial do filtro (antes
da filtragem), 1000 o fator de conversão das unidades g em mg, e 0,5 o volume filtrado.
Se houver interesse em separar a carga suspensa mineral da orgânica, outro
procedimento é necessário:
• Os filtros são queimados novamente em mufla por 4 horas sob a temperatura
constante de 480oC para se obter a queima da matéria orgânica. Novamente, os
filtros são pesados até obtenção de peso constante;
• A diferença de peso entre os procedimentos antes e após a última queima em mufla
corresponde ao conteúdo de matéria orgânica no material suspenso, conforme a
equação:
Cmo= (Pf – Pfq) x 1000/0,5
sendo Cmo a concentração da matéria orgânica em suspensão, 1000 fator de conversão de
unidades, 0,5 o volume filtrado, Pfq peso do filtro após a queima, Pf peso do filtro antes da
queima.
A concentração da carga suspensa mineral é dada pela diferença dos pesos entre Cst
e Cmo.
2) - Método da evaporação: Neste método um determinado volume de amostra é posto em
um Becker pré-pesado levado à evaporação à uma temperatura de pelo menos 105oC para
que a umidade seja totalmente extraída do material, principalmente, se o material for
argila.
24
Orfeo (1995) comparou os dois métodos e constatou que o método da evaporação
apresentou valores de concentração cerca de 20% mais elevados que no método da
filtragem. Isso se deve à inclusão da carga dissolvida que fica retida no caso de
evaporação, mas é descartada na filtragem.
No caso em que há interesse na análise mineralógica da carga suspensa,
principalmente na difratometria de Raios X, um volume maior de sedimento pode ser
necessário. Nesse caso recomenda-se a filtração de amostras maiores ou a utilização do
método de evaporação em condição diferente da mencionada acima. Neste caso, a
evaporação da água deve ocorrer entre 60 e 80oC de forma que não haja danificação na
estrutura cristalina das argilas analisadas (comunicação pessoal de André Mexias, UFRS).
3) - Método Granulômetro a Lazer: Embora, muitos pesquisadores considerem este o
melhor método para este tipo de análise, ainda é pouco utilizado no Brasil pelo alto custo
do equipamento. O aparelho analisa a quantidade de sedimento bem como, o tamanho das
partículas. Isto acontece através do fenômeno de espalhamento de um feixe de luz lazer de
baixo ângulo que, mediante a uma calibração prévia, permite detectar a presença e
tamanho das partículas. O granulômetro a lazer é um aparelho composto por 3 peças
fundamentais: 1) Unidade Ótica – usada para coletar dados obtidos durante o processo de
medida do tamanho da amostra, 2) Unidade de Preparação da Amostra – finalidade
principal é a preparação da amostra para a analise, e 3) Computador – opera com o
programa Malvern Software comandando as operações do sistema de leitura e medições.
3. DINÂMICA ESPACIAL DAS CARACTERÍSTICAS
HIDROSSEDIMENTOLÓGICAS DA BACIA DO RIO IVAÍ
3.1. INTRODUÇÃO
A bacia hidrográfica do rio Ivaí se localiza na região sul do Brasil (S 22º56’17”–
25º35’27” e W 50º44’17” - 53º41’43”) e está inserida inteiramente no território
paranaense. Sua área estende-se pelos Segundo e Terceiro Planaltos Paranaense. Desde sua
formação na confluência dos rios dos Patos e São João, na Serra da Boa Esperança
(segundo planalto) numa altitude de 800m o rio Ivaí percorre 671 km até desaguar no rio
Paraná no Município de Querência do Norte (PR) a uma altitude de 230m. Contudo, a
contar de seu formador mais longo (rio dos Patos, altitude 1160m) seu canal atinge 798 km
25
de comprimento. Medido em na estação de Novo Porto Taquara (estação mais jusante), a
80km da desembocadura no rio Paraná o rio Ivaí tem uma vazão média de 768m3s-1 após
drenar uma área de 36.587km2 (Figura 8).
O conhecimento da dinâmica espacial da produção de água e sedimento de uma
bacia é fundamental para a implantação de projetos que visem a qualidade da água, a
construção de hidrelétricas, piscicultura, abastecimento e irrigação, bem na implantação de
programas de gerenciamento e monitoramento. A bacia do rio Ivaí não dispõe de uma rede
de estações fluviométricas com densidade suficiente que permita uma análise detalhada do
comportamento de sua carga suspensa que atenda as finalidades mencionadas.
Diante dessa premissa, foi aventada a hipótese de que as características físicas da
bacia devem gerar uma produção de água e sedimento com forte controle espacial. A bacia
fica numa faixa de transição do clima tropical para subtropical, este fator, somado aos
ambientes de geologia e geomorfologia distintas, dão à bacia do Ivaí características
peculiaridades no sistema de escoamento, como por exemplo, a forma alongada e as
características orográficas impõem à bacia uma distribuição do escoamento de água e
sedimento com forte controle espacial. Além disso, fatores antrópicos como a utilização
agrícola da bacia em decorrência de solos férteis e bem desenvolvidos na área dominada
por rochas basálticas e a extração de argila cerâmica por inúmeras olarias da região podem
contribuir ainda mais na espacialização da distribuição da carga líquida e sedimentar da
bacia.
Este capítulo tem como objetivo apresentar a análise espacial do comportamento
hidrossedimentar da bacia do rio Ivaí, tanto para a sua drenagem principal como seus
tributários e tentar identificar o fatores, no caso de comprovação da hipótese, que
contribuam nessa espacialização.
Para tanto foram utilizados os dados hidrossedimentométricos (vazão e
concentração da carga suspensa) disponíveis na SUDERSHA e no UNH/GRDC –
Composite Runoff Fields V 1.0 (www.grdc.sr.unh.edu/index.html). Como se verá adiante
os dados disponíveis são bastante heterogêneos tanto no tamanho quanto continuidade da
série histórica, quanto no posicionamento das estações. Tal fato implicou no
desenvolvimento de uma metodologia específica para normalização desses dados.
3.2. SÍNTESE DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E SÓCIO-ECONÔMICAS DA BACIA DO RIO IVAÍ
26
A diferenciação extremamente marcante das características da bacia do rio Ivaí no
tocante a litologia, relevo e clima ao longo de seu perfil longitudinal já foi observada por
vários autores (DESTEFANI, 2005, ANDRADE, 2002, BALDO, 2006, GIRARDI JR.
2008, MEURER, 2008). Baseado nas características litológicas e morfológicas, Destefani
(2005) propôs uma subdivisão bastante prática da bacia em três segmentos ou setores
(Figura 12 e Tabela 3) e que será adotada neste trabalho.
Figura 12. Mapa hipsométrico e setores da bacia do Ivaí. Fonte: IPARDES (2002)
27
Tabela 3. Divisão da bacia do rio Ivaí e sínteses de suas características físicas (Fonte; Destefani, 2005, Andrade, 2002 Meurer, 2008)
Setor Litologia e solo Relevo Fitogeografia Clima Superior: Comprimento = 440
km. Da nascente até a confluência
com o rio Alonzo. Praticamente
corresponde às bacias de seus
formadores rios São João e Patos
Siltito, argilito arenito fino a muito fino e calcário do
Grupo Passa Dois (Fm. Irati, Serra Alta, Teresina e Rio
do Rastro) intercalado por sills e diques de diabásio.
Neossolo Litólico e Cambissolo com espessuras entre
30 a 130cm, Argissolo Vermelho-amarelo Distrófico e,
em menor proporção o Latossolo Vermelho Distrófico,
Latossolo Vermelho Distroférrico e Eutroférrico
Segundo Planalto Paranaense.
Altitude de 1200 (Serra da Boa
Esperança) até 500m. Relevo
bastante movimentado com freqüente
ocorrência de saltos e corredeiras
tanto na drenagem principal como
nos tributários
Floresta Ombrófila
Mista (floresta com
araucária)
Clima Sub-
tropical
2000mm
Médio: Comprimento = 170 km.
Da confluência do rio Alonzo até a
estação fluviométrica de Porto
Paraíso do Norte
Derrames de diferentes espessuras de basalto (raro
riolito) e arenito do Grupo São Bento (Pirambóia e
Botucatu). Nitossolo Vermelho Eutroférrico, Neossolo
Litólico Latossolo Vermelho Distróférrico e
Eutroférrico, Latossolo Vermelho Distrófico e
Argissolo Vermelho-amarelo Distrófico e Eutrófico
Terceiro Planalto Paranaense.
Altitude de 500 a 300m. Relevo
tabular formado por mesetas
passando a morros mais
arredondados a jusante
Floresta Estacional
Semidecidual
Clima sub-
tropical
1700mm
Inferior: Comprimento = 160 km.
De Porto Paraíso à foz do rio Ivaí
no rio Paraná
Arenito do Grupo Bauru (Fm Caiuá) e areia, lama e
turfa da cobertura alúvio-coluvial inconsolidada.
Latossolo Vermelho Distrófico secundado por
Argissolo Vermelho-Amarelo Distrófico e Neossolo
Flúvico
Terceiro Planalto Paranaense.
Altitude 300 até 230m. Relevo suave
de colinas e chapadas. São raras as
corredeiras tanto no Ivaí como em
seus afluentes
Floresta Estacional
Semidecidual
Clima
tropical
1400mm
28
3.2.1. Geologia e Pedologia
A Bacia do rio Ivaí apresenta três grupos litoestratifráficos distintos: a) Rochas
paleozóicas do Grupo Passa Dois – na parte mais alta da bacia; b) Rochas vulcânicas juro-
cretáceas da Formação Serra Geral (Grupo São Bento) – na parte intermediária, e c)
Arenitos cretáceos da Formação Caiuá (Grupo Bauru) – na parte mais baixa da bacia, além
de depósitos aluviais quaternários inconsolidados. Tal variedade litológica propicia também
uma variedade na área fonte de sedimentos que irão compor a carga suspensa da bacia (Tabela 3 e
Figura 13).
Figura 13. Geologia da Bacia do Rio Ivaí. Fonte: MINEROPAR (2000)
No setor superior da bacia predominam sedimentos lamíticos arenosos (Folhelho, siltito,
argilito e arenito fino, com ocorrência secundária de calcário). Esse tipo de material, associado ao
relevo bastante dissecado e com vertentes de fortes declividades nesse setor, dá origem em geral a
29
solos do tipo Neossolos Litólicos e Cambissolos com espessuras entre 30 a 130cm, refletindo ainda
muitas características do material de origem (EMBRAPA, 1984) (Figura 14). Ocorrem ainda nessa
área, em menor proporção, mas de forma significativa os Argissolos Vermelho-amarelos
distróficos, os Latossolos Vermelhos Eutróficos e Distróficos, geralmente sobre o topo dos
interflúvios menos dissecados e, ainda, associados à ocorrência de diques e sills de diabásio
aparecem os Latossolos Vermelhos Eutroférricos e Distroférricos.
Figura 14. Solos da bacia do rio Ivaí. Fonte: Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (1981)
O setor médio da bacia que se estabelece já no Terceiro Planalto Paranaense é
constituído essencialmente pelos basaltos da Formação Serra Geral. Muito embora a
MINEROPAR (1989) mencione a existência de extrusivas ácidas (riolito) associadas ao
basalto, essas ocorrências nesse setor não são significativas. Nessa unidade ocorre o
contato das rochas da Formação Serra Geral e Formação Caiuá. À medida que se avança
30
em direção ao trecho inferior da bacia, as rochas do Arenito Caiuá começam a aparecer
ocupando, inicialmente, os topos mais altos dos interflúvios, e ampliando a sua ocorrência
sobre as vertentes à medida que se aproxima da passagem para o setor inferior, onde
dominam. Aí ocorrem como principais tipos pedológicos: a) Nitossolo Vermelho
Eutroférrico – é o tipo pedológico predominante desse setor, ocorre ao longo das vertentes
e sobre os topos relativamente mais estreitos e dissecados; b) Neossolo Litólico – ocorre
associado aos locais mais dissecados e de maiores declividades; c) Latossolo Vermelho
Distróférrico – constitui solo profundo e bem evoluído, homogêneo em termos de cor e
textura ao longo do perfil, e horizonte B latossólico, espesso, com estrutura característica
microagregada; d) Argissolos Vermelho-amarelo Distrófico e Eutróficos - ocorrem
recobrindo segmentos de vertentes nas áreas onde o substrato geológico é constituído pela
Formação Caiuá; e) Latossolo Vermelho Distrófico – como no caso anterior, está
associado à ocorrência da Formação Caiuá, ocupando os topos de alguns interflúvios.
Arenito e arenito argiloso da Formação Caiuá (Grupo Bauru) são as litologias mais
comuns no setor inferior da bacia do rio Ivaí (MINEROPAR, 2006). Os solos
predominantes deste setor são dos tipos Latossolos Vermelhos Distróficos e Eutróficos,
secundados por Argissolos Vermelho-Amarelos Distróficos e menos freqüentemente
Eutróficos. Ainda nesse setor, ao longo do eixo da drenagem principal, ocorre uma faixa de
sedimentos quaternários inconsolidados. Esses depósitos são constituídos por areia, argila
e turfa de origem aluvial e coluvial, que constituem a planície aluvial do rio Ivaí. Essa
planície é formada por terraços aluviais do antigo sistema do rio Ivaí que estão cerca de 5 a
8 m acima da atual planície de inundação do rio (Santos, et al., 2008). Nesse local ocorrem
solos pouco desenvolvidos do tipo Neossolos Flúvicos que recobrem os terraços, a planície
e algumas ilhas e algumas manchas de Gleissolos e Organossolos.
3.2.2. Clima e Vegetação
A bacia do rio Ivaí apresenta dois tipos de clima, sendo o subtropical para o setor
da alta bacia e clima tropical para os trechos médio e baixo, (IAP, 1994). As menores
temperaturas são registradas no setor alto da bacia, onde a área está sob o clima
subtropical. De um modo geral, nesta região, a temperatura é sempre menor que as
registradas no setor médio e baixo da bacia. Segundo Caramori (1989), na região baixa da
bacia os maiores totais médios mensais ocorrem em outubro, janeiro e dezembro, enquanto
os menores valores acontecem nos meses de agosto, julho e abril. As temperaturas são
31
menores nos meses de junho e julho e a probabilidade de ocorrência de geadas é muito
maior nesta época do ano.
O trecho baixo da bacia do rio Ivaí, mais precisamente na parte noroeste, ocorre um
período seco durante o ano, geralmente nos meses de abril, julho e agosto. Para o restante
da bacia a precipitação pluviométrica ocorre com maior regularidade, embora, em maior
volume entre os meses dezembro e janeiro, e menor (meses mais secos) junho e julho, e
apresenta valores médios anuais de entre 1.250 e 1.750mm, (BRASIL, 1985). Conforme
Andrade e Nery (2002) a variabilidade da pluviosidade na bacia do Ivaí sofre interferência
dos fenômenos El Niño e La Niña, como indicam as correlações obtidas, sobretudo para os
anos de 1982 e 1983 (anos de El Niño) e 1985 (ano de La Niña).
A cobertura vegetal natural é o reflexo da interação de um conjunto de fatores
naturais, onde a altitude, latitude, clima e o tipo de solo dão suporte à biodiversidade dos
ecossistemas (PARANÁ, 1987). A bacia, de uma forma geral, sofreu devastação de
praticamente toda vegetação natural para implantação do sistema de cultivo agrícola e
pastagens.
A bacia do rio Ivaí contempla duas unidades fitogeográficas principais de
formações vegetais controladas por fatores como: altitude, clima e diferentes tipos de
solos. Como se pode verificar, esses fatores se agrupam quase perfeitamente na divisão
proposta por Destefani (2005) e que foi adotada neste trabalho (Figura 12, tabela 1).
No setor superior dominava a Floresta Ombrófila Mista (floresta com araucária)
que se distribuía aproximadamente entre 800 e 1200m de altitude. Nos setores, médio e
inferior da bacia, a vegetação original predominante era do tipo Floresta Estacional
Semidecidual (Figura 15). Outras unidades como estepe e campo identificadas por
Roderjan et al. (2002), ocorriam como pequenas manchas isoladas.
32
Figura 15. Distribuição original das unidades fitogeográficas mais representativas. Fonte: Maack
(1950)
3.2.3. Características Socioeconômicas e Uso da Terra
No início da segunda metade do Século XIX os imigrantes europeus passaram a
ocupar o interior do estado e a realizar a derrubada da mata para sua subsistência
desencadeando um processo de exploração madeireira e o aumento vertiginoso do número
de serrarias. Esta abundante exploração da vegetação primária promoveu grandes
expansões de espaços abertos, e conforme se deu o desaparecimento da mata, as mesmas
terras foram sendo ocupadas inicialmente pela cultura cafeeira, que dominou a economia
da região até o início da década de 1970 (CAMPOS, 1999). O declínio da cultura do café
promoveu e solidificou o processo de substituição de culturas cedendo espaço para a
cultura associada da soja e do trigo e para as pastagens. A introdução gradativa nos últimos
33
30 anos e a grande ascensão entre os anos de 1970 a 1985 dessas culturas comerciais foi
acompanhada e promovida pelo processo de modernização da agricultura paranaense
(MORO, 1991).
Os municípios da bacia do rio Ivaí que se destacam pela menor densidade
demográfica estão dispersos por todo o território, no entanto, são mais característicos na
porção alta, ou seja, ao sudeste da bacia. Por outro lado, os municípios com maior
densidade demográfica estão concentrados na média e baixa porção, ou ao norte e noroeste
da bacia, sendo os que mais se destacam: Cianorte, Umuarama, Ivaiporã, Mandaguari,
Jandaia do Sul, Campo Mourão, Paiçandu, Apucarana, Maringá e Sarandi. Segundo o
IBGE (2000) existem aproximadamente 1.990.000 habitantes na área de estudo, no
entanto, a grande maioria se encontra nas áreas urbanas principalmente no setor médio e
baixo onde as atividades rurais são mais intensivas.
A bacia do rio Ivaí, embora, muito discretamente, ainda contém alguns
remanescentes da vegetação natural, entretanto isso ocorre nas áreas onde a aptidão
agrícola ou pastagem fica mais difícil. Os remanescentes de vegetação natural estão
presentes na parte mais alta, onde o relevo é mais dissecado e o clima é do tipo subtropical,
e na parte mais baixa, onde existem muitas várzeas inundáveis com as cheias fluviais.
Enquanto a exploração agropastoril foi direcionada fundamentalmente pelas
condições da base física da bacia, as concentrações urbanas se estabelecem conforme a o
desenvolvimento local que tende a concentrar a população através da infra-estrutura e
serviços que são oferecidos. Esse desenvolvimento se deu alterando substancialmente a
vegetação nativa, restando apenas alguns pequenos trechos dos ambientes originais.
O intenso uso agrícola está virtualmente associado a regiões com melhores
condições de uso dos solos (aptidão agrícola favorável), e apresentam-se, portanto, como
as mais críticas no que se refere à ausência de cobertura vegetal original. Segundo
(IPARDES, 2006) a bacia do rio Ivaí está com um percentual abaixo de 10% quanto à
representatividade das unidades de conservação de proteção integral por área de
remanescente (Figura 16). Este valor está abaixo da taxa recomendada nos estudos
conservacionistas para se ter uma amostragem satisfatória e reproduzível de ecossistemas
in situ, se considerarmos as diretrizes do “IV Congresso Internacional de Áreas
Protegidas”, realizado em Caracas em 1992, e os critérios adotados pelo IBAMA, que
recomendam que o mínimo necessário de área de proteção integral por ecorregião (ou
bioma) original seja de 10%.
34
Figura 16. Uso da Terra da Bacia do Rio Ivaí em 2002. Fonte: IPARDES (2002)
3.3. METODOLOGIA
Os dados hidrossedimentológicos utilizados neste trabalho foram obtidos através do
banco de dados da Superintendência de Desenvolvimento de Recursos Hídricos e
Saneamento Ambiental – SUDERHSA e UNH/GRDC – Composite Runoff Fields V 1.0
(www.grdc.sr.unh.edu/index.html) acompanhado de dados levantados no campo em
coletas realizadas ao longo de 12 meses em três seções do rio Ivaí: Porto Ubá do Sul
(montante da bacia), Porto Paraíso do Norte (centro da bacia) e Novo Porto Taquara
(jusante da bacia). Os dados fornecidos pelos dois órgãos mencionados dispunham-se em
diferentes formatos sendo necessária sua transposição para o programa Excel 2007. Estes
dados remontam séries históricas de períodos variados. Algumas estações, por exemplo,
tiveram início na década de 30, enquanto que outras são bem mais recentes com pouco
35
mais de uma década de extensão. Outro complicador foi a descontinuidade das séries, ou
ainda, a interrupção de leitura dos dados.
A distribuição das estações fluviométricas com dados sedimentológicos e
hidrológicos disponíveis, além de escassa, é bastante irregular. Assim, algumas bacias
apresentaram duas ou mais estações ao passo que outras, de maior dimensão não possuíam
estações fluviométricas e sedimentológicas. Dessa forma, para os cálculos de vazão e de
carga suspensa foram selecionadas as estações localizadas na parte mais jusante da
respectiva bacia de drenagem, como também as estações que continham pelo menos dois
anos de amostragem. Devido a ausência de dados em muitas sub-bacias foi necessária a
aplicação de uma metodologia específica. Assim, sub-bacias que não dispunham de
estações fluviométricas foram agrupadas em trechos e tratadas como uma única sub-bacia.
A vazão para esses casos foi estimada a partir da subtração da vazão da estação montante
da vazão da estação jusante do trecho. A concentração de sedimento suspenso nesses casos
foi uma variável difícil de ser definida. Usou-se então de um critério arbitrário: a
concentração do trecho foi obtida pela média da concentração das estações montante e
jusante (Tabela 4). Foi assim selecionado um total de 21 estações para estudo da vazão
líquida dos quais 13 foram também utilizadas para o cálculo da vazão de sedimento
suspenso (Tabela 5).
Tabela 4. Definições das varáveis hidrossedimentológicas utilizadas
Variável Definição Unidade Vazão média da série histórica (Qm) m3/s
Vazão média específica (Qme) Qme Qm/Ab m3/s/km2 Aporte de vazão
A contribuição por trecho ou sub-bacia
m3/s
Concentração média de sedimento suspenso (Cmss)
mg/L
Produção anual de sedimento suspenso (Qss)
Qss = Css.Qm.K
ton/ano
Produção anual de sedimento suspenso entre estações (Qss*)
Qss* = Qm*.(Css*).K ton/ano
Produção específica (Qsse)
Qsse = Qssa/Ab
ton/ano/km2
Onde Qd = vazão diária, Ab = área da bacia, Css = concentração diária de sedimento suspenso, n = números de dias da série histórica, K = fator de conversão de unidades 31,536 (60seg x 60min x 24h x 365 dias/106). No caso dos valores para trechos entre estações foi utilizada a vazão do trecho (Qm* = Qm jusante – Qm montante) e a concentração entre as estações (Css* = (Css montante + Css jusante)/2).
36
Com a intenção de determinar a composição da carga suspensa do rio Ivaí foram
coletadas amostras de água do rio durante o período de um ano (ver capitulo 2 metodologia
detalhada). As amostras após filtragem foram submetidas à análise difratométrica de Raios
X no Laboratório de Difratometria do Instituto e Geociências da Universidade Federal do
Rio Grande do Sul.
3.4. RESULTADOS
O rio Ivaí apresenta uma vazão média, verificada na estação fluviométrica de Novo
Porto Taquara, entre os anos de 1974 a 2007 de 689m3s-1 (com permanência nesse valor ou
em valores inferiores em 64% dos 34 anos da série histórica analisada) e médias de cheia
atingindo 4019m3s-1 com duração de 1,05%. As maiores cheias verificadas no período da
série histórica foram 5800m3s-1 no ano de 1992 e que alcançou uma recorrência de 23 anos
(DESTEFANI, 2005). O hidrograma do rio Ivaí em Porto Novo Taquara, obtido por esta
série histórica (Figura 17) caracteriza-se por uma variabilidade significativa das vazões
com mudanças rápidas na magnitude. As cheias não possuem períodos definidos de
ocorrência, ou seja, períodos de estiagem e de cheia ocorrerem em qualquer mês do ano,
podendo mudar de um ano para outro. O regime hidrológico do rio Ivaí é controlado pelo
escoamento superficial, e o fluxo de base é incapaz de manter fluxos próximos ao das
vazões médias.
Figura 17. Hidrograma do rio Ivaí da estação de Novo Porto Taquara no período de 1974-2008
3.4.1. Composição Espacial da Vazão
37
Este estudo inclui a análise do comportamento espacial da vazão na bacia do rio
Ivaí e baseou-se em dados obtidos diretamente dos órgãos gerenciadores como também de
processamentos específicos para este trabalho, como no caso dos dados entre estações
(Tabela 5).
Tabela 5. Dados de vazão e sedimento na bacia do Rio Ivaí
A característica alongada da bacia do rio Ivaí gera um processo gradativo bastante
definido de incrementos de vazão ao longo do canal (Figura 18). Muito embora a
correlação entre a vazão e a área da bacia seja bastante alta (R = 0,99), uma única alteração
Bacia (trecho)
Qm (m³.s‐1)
Qm ac (m³.s‐1)
Área (km²)
Área ac (km²)
Qm esp (m³.s‐1.km‐2)
Css (mg.L‐1)
Qss (ton.ano‐1)
Qss esp (ton.ano‐1.km²)
Patos 22,4 1086 0,022 49,86 35221,4 32,43
São João 14 560 0,025
*PT/SJ‐TC 39 1926 0,02 63 77020,9 40
Tereza Cristina 75,4 3572 0,02 57,56 136867 38,8Marrecas + Cachoeira 19,2 698 0,027
*TC‐SU 28,4 3733 0,008 60 366322,2 40,13
Salto Ubá 123 8003 0,015
*SU‐PE 68 597 0,113
Porto Espanhol 191 8600 0,022
*PE‐US 1481
Foz do Rio Alonzo 51 2620 0,019
Uba do Sul 269 12701 0,018 63,49 538597,4 42,4
*US‐VR 79,4 3305 0,024 51.6 130131,8 39,37
Bacia Corumbataí 74,6 3294 0,023 41,44 97491 29,6
Vila Rica 423,3 19300 0,023 49,92 666391,5 34,52
*VR‐BN 38,8 2273 0,017 58,53 71617,1 31,51
Rio Mourão 32,6 1534 0,021 44,55 45800,7 29,85
Porto Bananeira 494,7 23107 0,021 81,12 1265541,7 54,8
*BN‐PN 23,9 3786 0,006 66,6 39695,6 10,48
Bacia do Índio 14,6 807 0,018 38,64 17790,8 22,04
Bacia do Ligeiro 14,8 727 0,02 75,39 35187 48,4
Paraíso do Norte 543 28427 0,019 71,27 1220430 42,93
*PN‐TP 68,3 3528 0,019 54,21 116763,4 33,1
Tapira 611,3 31955 0,019 37,15 1373940 43
*TP‐TQ 75,2 1497 0,05 65,7 155808 104,08
Bacia Rio Das Antas 14,5 980 0,015 69 31551,8 32,2
Porto Taquara 701 34432 0,02 90,68 2004638,8 58,22
*TQ‐FI 32,4 2155 0,015 90,68 92653,7 43
Foz do Ivaí 733,4 36587 0,02 90,68 2097292,6 57,32
38
na taxa de aporte de água no canal foi constatada no trecho formado pelas estações de
Tereza Cristina, Porto Ubá do Sul e Porto Espanhol (Figura 19). No primeiro trecho
(Tereza Cristina-Porto Ubá ocorre uma redução na taxa de aporte de vazão de 0,02 (media
de todo o rio) para 0,01. No trecho seguinte, Porto Ubá do Sul-Porto Espanhol ocorre um
aumento de mais de 10 vezes na taxa de aporte de água que atinge o valor de 0,11.
Figura 18. Raiz de drenagem da bacia do rio Ivaí. Notar o aumento mais significativo da vazão
após a entrada do rio Alonzo.
Figura 19. Correlação linear entre a área da bacia e a vazão com correlação linear bastante alta
(0,99) para a regressão linear. Uma única alteração na taxa de aporte de vazão é observada entre as estações de Tereza Cristina (TC), Porto Ubá (PU) e Porto Espanhol (PE). Ver explicação no texto.
39
Os principais tributários que adentram a drenagem principal são pela margem
direita, o rio Alonzo (Qm 51m3s-1) e pela margem esquerda, os rios Corumbataí (Qm
74m3s-1) e o rio Mourão (Qm 32,6m3s-1), além de tributários menores como o rio das Antas
(14,5m3s-1), dos Índios (14,6m3s-1) e Ligeiro (Qm 14,8m3s-1) (Figura 20). No entanto, a
maior parte da água que adentra ao canal principal provém de sub-bacias menores (<
500km2) que perfazem um total de 387,3m3s-1, ou seja, 53% da vazão média do rio Ivaí. O
aporte dessas sub-bacias é bastante variado ao longo da bacia. As maiores contribuições
observadas são as drenagens que adentram entre as estações Ubá do Sul e Vila Rica (Qm
79m3s-1), na divisa entre os trechos superior e médio e entre as estações Paraíso do Norte -
Tapira (Qm 68,3 m3s-1) no setor baixo (Figuras 18 e 20).
Contudo, as maiores contribuições não necessariamente constituem as maiores
vazões específicas. Características próprias da bacia como tipo de rocha e solo, cobertura
vegetal, uso e ocupação, relevo e principalmente precipitação são os fatores que controlam
a produção de água por unidade de área das sub-bacias. Assim, as maiores sub-bacias que
alimentam o Ivaí apresentam vazão específica entre 0,015 a 0,023m3ano-1km-2 (Figura 20).
Destacam-se as bacias do Corumbataí (Qmesp 0,023m3ano-1km-2) e do rio Alonzo (Qmesp
0,019m3ano-1km-2). Aparentemente o fator orográfico influencia a vazão específica das
sub-bacias uma vez que os maiores valores encontrados foram para as sub-bacias do rio
Marrecas-Cachoeira (Qmesp 0,028 m3ano-1km-2) e São João (Qmesp 0,025 m3ano-1km-2)
que se localizam no setor superior de maior expressão orográfica. De um modo geral
observa-se uma redução na vazão específica dos tributários do Ivaí de montante para
jusante. Assim, no setor alto os valores ficam em torno de 0,019 a 0,020 m3ano-1km-2
passando para valores entre 0,015 a 0,020m3ano-1km-2 no setor baixo. Ao contrário dos
valores encontrados para o aporte de vazão, visto anteriormente, a vazão específica das
drenagens menores analisadas em conjunto apresentaram valores inferiores aos dos
tributários principais. Esses valores em geral não excederam 0,020 m3ano-1km-2. Algumas
anomalias foram encontradas, como no caso do trecho estação Salto Ubá-Porto Espanhol
que apresentou um valor 10 vezes superior aos de outras sub-bacias (0,11m3ano-1km-2).
40
Figura 20. Bacia do rio Ivaí. Aporte de vazão e vazão específica das sub-bacias. (Fonte: Tabela 5)
3.4.2. Formação da Carga Suspensa
O transporte de carga sedimentar não necessariamente acompanha o mesmo regime
de descarga líquida de um rio. No caso do rio Ivaí, embora exista uma correlação direta,
ainda que fraca, entre a concentração de sedimento suspenso com a vazão (Figura 21), a
produção de sedimento depende de outras variáveis como, cobertura vegetal, tipo de solo,
uso e ocupação área e não propriamente da vazão. Dessa forma quando se correlaciona a
carga anual transportada com a vazão média a correlação aumenta fortemente em relação
à correlação entre a concentração e a vazão, refletindo as condições de produção de
sedimento de cada sub-bacia (Figura 22).
41
Figura 21. Gráfico de correlação entre concentração de carga suspensa e vazão para o rio Ivaí
(LELI et al., 2010).
Figura 22. Gráfico de correlação entre a vazão (Qm em m3.s-1) e a produção anual de sedimento
(Qss em 103ton.ano-1)
A incorporação da carga suspensa ao longo do perfil longitudinal do rio Ivaí é feita
de modo escalonado. No gráfico que correlaciona a carga anual de sedimento suspenso
com a área da bacia (Figura 23) mostra uma correlação bastante alta (R2 = 0,929) o que
implica uma taxa bastante homogênea de aporte de sedimento suspenso ao canal. No
entanto é possível identificar trechos relativamente anômalos. O principal deles é o que
corresponde à estação de Vila Rica onde a taxa de aporte de sedimento suspenso médio da
bacia de 0,054 se reduz para 0,019 (Figura 23).
42
Figura 23. Gráfico de correlação entre a produção anual de sedimento suspenso (Qss em
103ton.ano-1) e área da bacia (A em km2). VR = Estação de Vila Rica na qual ocorre uma redução expressiva da taxa de aporte de sedimento suspenso ao canal. Explicação no texto (Fonte: Tabela 5)
O maior aporte de sedimento suspenso para o canal principal vem de seus
tributários mais importantes da margem esquerda: rio Corumbataí (Qss 97,5x103tonano-1)
rio Mourão (Qss 45,8x103tonano-1) e o rio Ligeiro (Qss 35,1x103tonano-1), todos no setor
médio e o rio das Antas (Qss 31,5x103tonano-1) no setor baixo. O rio dos Patos, um dos
formadores do rio Ivaí, tem o elevado aporte de 35,2 103tonano-1 (Figura 24). O rio
Alonzo, principal afluente da margem direita do Ivaí não possui estação de coleta de
sedimento suspenso. A imensa produção estimada em 366,3x103tonano-1 (Figura 25) é
relativa a uma área de 9121km2 e incorpora não apenas a bacia do rio Alonzo, mas mais
de 20 sub-bacias menores incluindo as dos rios Marrecas e Cachoeira, que também não
dispõem de estação fluviométrica para dados de concentração. Utilizando-se a
concentração média para este setor de 60mgL-1 pode-se inferir uma produção anual para o
rio Alonzo de 96,5 x103tonano-1.
43
Figura 24. Raiz de drenagem do rio Ivaí com o comportamento da carga suspensa
Figura 25. Produção de carga suspensa por bacia ou trecho na bacia do rio Ivaí. (Fonte: Tabela 5)
44
3.4.3. Composição da Carga Suspensa
A carga mineral particulada e química provém principalmente do material da
cobertura pedológica da bacia e em menor parte da remobilização de seus próprios
depósitos aluviais. Dessa forma é esperado que a composição das cargas sedimentar fluvial
reflita, em grande parte, a composição da área fonte. Essa relação, contudo é deformada
por vários fatores como o uso e ocupação da bacia, que pode reter diferentemente os
componentes mineralógicos do solo, a declividade do relevo e as características da
cobertura pedológica (espessura e natureza do solo). A composição da carga suspensa
também pode variar ao longo do tempo, seja acompanhando o ciclo hidrológico, seja por
mudanças tectônicas, climáticas ou antrópicas que podem afetar a bacia e
consequentemente sua rede de drenagem. Fúlfaro (1974), Santos e Stevaux (2000)
observaram uma drástica mudança na composição de cascalhos depositados um antigo
sistema aluvial que atravessava o estado do Mato Grosso do Sul no sentido oeste-leste, até
as proximidades do vale atual do rio Paraná. Os depósitos mais antigos do sistema, mais
altos na topografia, tiveram sua composição restrita a seixos de quartzitos e quartzo
provindo provavelmente do embasamento pré-cambriano do Grupo Cuiabá. Posteriormente
com o levantamento da serra de Maracaju no Mioceno que estabeleceu o divisor oeste
dessa bacia (STEVAUX, 1993), a área fonte passou a constituir a sequência de rochas
paleozóicas da Bacia Sedimentar do Paraná. Os depósitos correspondentes a essa fase
contêm silexitos, troncos e arenitos silicificados misturados com os seixos da fase anterior.
Uma terceira fase restringiu ainda mais a área fonte dos rudáceos e correspondeu a
escavação do vale atual do rio Paraná no trecho. Assim, esses depósitos, mais baixos
apresentam uma composição predominantemente constituída por seixos e blocos de arenito
silicificados do Grupo Bauru e seixos de geodos provindos dos basaltos da Formação Serra
Geral.
No presente trabalho foram escolhidos três pontos de coleta de sedimento suspenso
para análise difratométrica: Porto Ubá do Sul, Porto Paraíso do Norte e Novo Porto
Taquara (Figura 8) de modo que cada ponto correspondesse respectivamente aos setores
alto, médio e baixo da bacia. Com isso pretendeu-se avaliar a composição da carga
suspensa que adentra ao sistema do rio Ivaí nos diferentes setores. O filtrado das amostras
de água foi também submetido à incineração para determinação da carga mineral e da
carga orgânica constituinte (vide metodologia detalhada no capítulo 2).
45
Carga orgânica e mineralógica: Quando se analisa as amostragens de carga
suspensa do rio Ivaí, é evidente a grande diferença da concentração nos meses de maior
descarga, com valores em torno de 100mgL-1 e de menor descarga com concentração igual
ou inferior a 17mgL-1 (Figura 26). No entanto, a análise de composição mineralógica e
orgânica da carga suspensa revelou que existe grande diferença nos valores desses
constituintes. Na grande maioria das amostras e durante praticamente todo o período de
coleta a carga de componentes orgânicos superou a mineralógica com em até 10 vezes
(Figuras 26 e 27).
Figura 26. Carga suspensa do rio Ivaí nas estações Porto Ubá do Sul, Porto Paraíso do Norte e
Novo Porto Taquara em período de água baixa.
Figura 27. Carga suspensa do rio Ivaí nas estações Porto Ubá do Sul, Porto Paraíso do Norte e
Novo Porto Taquara em período de água alta.
46
Carga mineralógica: Os difratograma estudados mostram que os minerais mais
freqüentes na carga suspensa são: illita, caulinita, esmectita além de quartzo e zeólita
(Figura 28). Contudo, somente illita e caulinita foram identificadas em todas as estações
sendo que o restante apareceu nas estações da média e baixa bacia. O aporte de zeólita, por
exemplo, só aconteceu após a contribuição dos solos derivados de basalto que ocorrem na
média bacia. A caulinita está presente como argilomineral dominante nos solos do tipo
Latossolo, Nitossolo e Argissolos que são relativamente comuns em toda bacia. Já a illita e
esmectita são encontradas em maiores quantidades nos níveis de alteração de rochas
(horizonte C dos perfis de solo), aparecendo em termos pedológicos, portanto, mais
freqüentemente associadas aos solos menos desenvolvidos como os Neossolos Litólicos e
os Cambissolos, comuns nos setores alto e médio.
47
Lin
(Cou
nts)
0
100
200
300
400
500
600
700
2 10 20d=
9.97
d=4.
98
d=4.
25
d=3.
34
d=7.
26
Illita Caolinita
Qz
NATURAL
GLICOLADA
CALCINADA
UBA 9
Lin
(Cou
nts)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
2 10 20
d=10
.01
d=9.
03
d=4.
99 d=4.
26
d=3.
34
d=7.
32
d=14
.82
CaolinitaIllitaEsmectita
Qz
ZeolitaNATURAL
GLICOLADA
CALCINADA
PAR9
Lin
(Cou
nts)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
2 10 20
d=9.
97
d=7.
17
d=4.
99
d=4.
26
d=3.
57 d=3.
34
IllitaCaolinita
QzQz
NATURAL
GLICOLADA
CALCINADA
TAQ 9
Figura 28. Análise difratométrica de raios x de sedimento suspenso do rio Ivaí. Coletada em
setembro de 2008. Alto: Porto Ubá do Sul; Médio: Porto Paraíso do Norte; Baixo: Novo Porto Taquara (Laboratório de Difratometria de Raios X do Instituto de Geociências da Universidade
Federal do Rio Grande do Sul)
4. PRODUÇÃO TOTAL DE SEDIMENTO SUSPENSO NO RIO IVAÍ NO PERÍODO DE 1977 - 2007 NA ESTAÇÃO NOVO PORTO TAQUARA
4.1. INTRODUÇÃO
Os sistemas fluviais se comportam de maneira exclusiva e marcante na relação
entre o fluxo e transporte de sedimentos, portanto, é correto dizer que os rios apresentam
uma alta variabilidade temporal e espacial no transporte de sedimentos em suspensão,
assim como Restrepo, (2005) afirmou. O sistema se torna mais eficiente no que se refere
ao transporte de sedimentos e carga dissolvida à medida que aumenta a vazão.
48
A magnitude da vazão e, por conseguinte, a capacidade de transporte, pode ser
modificada por fatores de diferentes intervenções, como por exemplo: 1) variação
climática sazonal, 2) variação no suprimento de sedimento, 3) mudanças morfológicas nas
seções dos rios, 4) variação nos processos que controlam a capacidade de erodir e
transportar (MOREHEAD et al.; 2003).
As variações na concentração de sedimento são analisadas sob diferentes escalas
temporais: horárias, diárias, sendo, entretanto mais freqüente a utilização da descarga anual
quando a intenção é avaliar alterações no regime das descargas de água e sedimento, bem
como dos fluxos que alteram a geomorfologia dos canais fluviais (PITLIK, 1993). Por
outro lado pode-se afirmar que, embora cada bacia hidrográfica tenha sua especificidade
no processo de coleta e descarga de sedimentos, a variação de carga sedimentar está
estreitamente relacionada com as diferenças do regime climático e a geomorfologia da
bacia (PARKER, 1976, MOREHEAD et al.; 2003).
A variação temporal no transporte de sedimento nos canais fluviais é estudada com
diversos objetivos, mas com o intuito comum de gerenciar o sistema de coleta, transporte e
deposição do sedimento. Este tipo de estudo permite avaliar a interferência das atividades
humanas através da variação na quantidade de sedimento que o canal aporta associado às
mudanças do uso do solo, como também, dá uma idéia de como diferentes estruturas de
engenharia (balsas, pontes, desvios de canais, represamentos, canalização, etc.) afetam o
fluxo da água e sedimentos ao longo dos rios.
O estudo da variação temporal e das tendências no transporte de sedimento
possibilita a elaboração de modelos numéricos necessários e capazes de predizer a
descarga de sedimento para bacias que estão sob as mais diferentes situações de mudanças
climáticas, bem como, as variações ambientais produzidas pelas diferenças de uso e
ocupação do solo. Dentro desta perspectiva, o presente trabalho pretende analisar a relação
da carga de sedimento suspenso e vazão do rio Ivaí para os anos de 1977 a 2007. Os
valores desta série histórica foram fornecidos pela Superintendência de Desenvolvimento
de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental – SUDERHSA.
4.2. LOCALIZAÇÃO E CARACTERÍSTICAS DA BACIA DO RIO IVAÍ
A bacia hidrográfica do rio Ivaí está localizada na região sul do Brasil (22º56’17”-
25º35’27”S e 50º44’17”-53º41’43”W) e constitui a segunda maior bacia do estado do
Paraná com uma área de 36.587km2 e vazão média, na estação Novo Porto Taquara, de
49
768m3/s. O rio Ivaí nasce no sudeste do estado, na Serra da Boa Esperança (Segundo
Planalto paranaense), a 800m de altitude e percorre uma distância de 720km até desaguar
na margem esquerda do rio Paraná, a 240m de altitude (Figura 8, capítulo 2).
O rio Ivaí apresenta ciclo hidrológico com picos de cheias bem diferenciados da
vazão média. Isso ocorre devido ao formato alongado e às vertentes estreitas da bacia, que
associado a maiores declividades em algumas áreas, principalmente no trecho superior,
proporciona rápido escoamento das vertentes e conseqüentemente rápida resposta de
subida e descida dos níveis de água no canal (Figura 29).
Figura 29. Vazão média diária do rio Ivaí, estação Novo Porto Taquara
Considerando as características físicas do rio Ivaí, Destefani (2005) sugeriu uma
subdivisão em três segmentos – inferior médio e superior, cuja definição e descrição
detalhada podem ser vistas no capítulo anterior (Tabela 3 e Figuras 8 e 13). A bacia
apresenta forma alongada (índice de compacidade = 1,64) orientada aproximadamente na
direção NW-SE, o que a situa numa área de transição de clima com características tropicais
para subtropicais. Em decorrência disso e do efeito orográfico, a bacia apresenta
distribuição pluvial desigual, com maior intensidade na porção superior e média (1800 e
1600mm, respectivamente) diminuindo para o setor baixo (1300mm) (ANDRADE, 2002 e
BALDO, 2006).
Os setores, alto e médio, da bacia apresentam clima do tipo subtropical com
distribuição temporal homogênea das chuvas que pode ocorrer em qualquer época do ano,
50
enquanto, na parte inferior, o clima tende ao tropical com concentrações de chuva no verão
e diminuição no inverno.
A vegetação da bacia se diferencia principalmente devido às condições do relevo e
clima. Na porção média e alta, a ocorrência de geadas é mais freqüente por causa do relevo
acidentado, e potencializado pelo clima subtropical. Em virtude deste fato a agricultura é
bastante modesta podendo ocorrer ainda setores ocupados por vegetação primária do tipo
subtropical. A parte média-baixa tem características de relevo e clima mais apropriados
para mecanização agrícola. Estas características promoveram o intenso desmatamento
para, primeiramente, a implantação da cultura cafeeira que predominou até a década de 70,
quando as plantações cafeeiras sofreram um agravo de geada intensa gerando grande
prejuízo e fim desse sistema agrícola. O declínio da cultura do café promoveu e solidificou
o processo de substituição de culturas cedendo espaço para a cultura associada da soja e do
trigo e para as pastagens. A introdução gradativa nos últimos 30 anos e a grande ascensão
entre os anos de 1970 a 1985 dessas culturas comerciais foi acompanhada e promovida
pelo processo de modernização da agricultura paranaense (MORO, 1991).
4.3. MÉTODOS
Foram feitos levantamentos bibliográficos de trabalhos já realizados na região, em
especial os relatórios da ITAIPU (1990), NUCLEBRÁS (1980). Os dados de vazão,
pluviosidade e sedimento suspenso que resultaram na série histórica (1977 – 2007) foram
fornecidos pela Superintendência de Desenvolvimento de Recursos Hídricos e Saneamento
Ambiental – SUDERHSA. Como apoio aos dados da série histórica, e para que o trabalho
pudesse ter envolvimento direto com o conhecimento dessas variáveis analisadas (vazão,
pluviosidade e principalmente sedimento suspenso), foram realizadas coletas e análises
mensais de água do rio Ivaí na estação Novo Porto Taquara indicado nas figuras 12 e 14
durante 12 meses. O processo de análise em laboratório para quantificar o sedimento
transportado foi executado conforme a metodologia de filtração por Millipore
(CARVALHO, 1994). As análises foram executadas no Laboratório de Sedimentologia do
GEMA/DGE/UEM.
4.4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A estação Novo Porto Taquara localiza-se no município de Douradina, PR
(23012’00”e 53019’00”) a 240m de altitude e aproximadamente 80km da foz do rio e
51
corresponde a uma área de drenagem de 34.432km2, o que representa 94% da bacia.
Conforme neste trabalho, o fluviograma da série histórica mostra um regime hidrológico
com uma variabilidade significativa das vazões com rápidas mudanças de magnitude
(Figura 29). O coeficiente de variação baseado na vazão média diária para o rio Ivaí é
diferente dependendo dos locais de amostragem ao longo do seu percurso. Entende-se por
coeficiente de variação uma medida de dispersão que se presta para a comparação de
distribuições diferentes. Destefani (2005) calculou o coeficiente de dispersão para alguns
locais do rio Ivaí e indicou que a primeira estação a montante da bacia (rio dos Patos)
apresenta o valor de 1,63, e à medida em que se dirige para jusante os valores vão
diminuindo gradativamente, até que na última estação (Novo Porto Taquara) valor chega a
0,96. Esta diferença de valores para os extremos setores de montante e jusante é devido ao
aumento da área de drenagem e da maior contribuição das vazões dos tributários situados
para jusante, fazendo com que a oscilação dos valores tenha um discreto amortecimento e a
amplitude entre os picos de descida e subida se torne menor.
Relação descarga líquida (Q) x concentração de sólidos suspensos (Cs): O valor de
Cs do rio Ivaí na estação estudada apresenta uma correlação relativamente baixa (R2 =
0,56) com Q (Figura 30). A grande dispersão dos valores se faz notar tanto em águas
baixas como nas cheias, sendo, contudo mais extremas entre as descargas de 500 a
1500m3/s, onde foi possível fazer um balanço e verificar que estes valores estão
relacionados aos anos de El Niño.
Figura 30. Correlação entre Cs e Q
52
A correlação melhora sensivelmente (R2 = 0,82), no entanto, quando se relaciona a
descarga diária de sedimento (Qsd) com a vazão diária (Qd) (Figura 31). Observa-se que o
efeito de histerese se dá mais efetivamente nas maiores descargas. Entende-se por histerese
o efeito no qual os valores de vazão correspondem a valores diferentes de concentração de
sedimento suspenso. A histerese relaciona a variação temporal na concentração de
sedimentos em suspensão para diferentes tipos de vazão (MOREHEAD et al,; 2003).
Stevaux (1994) diz que a histerese pode ocorrer tanto no período de cheia do canal como
no período de vazante, sendo de efeito horário quando a onda de maior concentração de
sedimento suspenso antecede o pico de vazão, no caso inverso a histerese anti-horária.
Figura 31. Relação potencial entre vazão (Q) e transporte de sedimentos (Qs) para o rio Ivaí na estação Novo Porto Taquara. Notar que nos valores maiores de Q ocorre maior variação de Qs
diferentemente dos valores mais inferiores de Q. As elipses indicam prováveis efeitos de histerese.
O efeito de histerese pode ser detalhado quando se trabalha com as vazões e a
concentração da carga suspensa num evento de cheia (Figura 32). Para este estudo foi
escolhida a cheia do ano de 1977 por ser o período com maior disponibilidade de dados
seqüenciais. A relação da concentração de sedimentos com os níveis ascendentes e
descendentes da vazão resultou e um gráfico de histerese horária, ou seja, o fluxo de maior
concentração de sedimentos antecede o pico de cheia. O efeito de histerese horária da bacia
do rio Ivaí está provavelmente relacionado à morfologia alongada da bacia. Stevaux (1994)
e Drago (1990) observaram histerese anti-horária para cheias do rio Paraná para o qual
atribuíram à morfologia mais circular daquela bacia.
53
Figura 32. Relação entre Qa e Cs. Notar o discreto efeito de histerese horária para a cheia do ano de
1977.
Relação temporal da descarga líquida anual (Qa): A descarga líquida anual do rio
Ivaí não apresentou alterações significativas durante o período estudado. A curva de
tendência da descarga anual é praticamente paralela e equivalente ao valor médio o que
significa ausência de alterações desse parâmetro ao longo da série histórica (Figura 33).
Figura 33. Descarga líquida anual do rio Ivaí para o período 1977-2007 (*eventos de El Niño)
Quando se analisa o mesmo período, mas sem os eventos de El Niño (Figura 34) da
para notar discreto aumento nos valores da descarga líquida anual, onde através da linha de
tendência, foi calculado um aumento de 2,75km3 no decorrer desse período. Andrade
(2003) e Baldo (2006) estudando a precipitação na bacia durante o mesmo período
concluíram que os períodos mais chuvosos concentram, geralmente, os meses de
dezembro/janeiro e fevereiro, sendo esta uma característica estabelecida para toda a área.
Os autores verificaram que os anos mais chuvosos foram 1982, 1983, 1992 e 1998 e os
menos chuvosos foram 1978, 1985 e 1988. Ao analisar estes anos de máxima e mínima
54
demanda pluviométrica percebe-se que os anos de mínima estão mais distantes no período
histórico aqui estudado, enquanto que, para os anos de máxima, ocorrem certa freqüência e
ascendência temporal. Estes resultados indicam que, essa freqüência temporal, de maiores
demandas pluviométrica, está relacionada com os tempos mais recentes, explicando
também este aumento da vazão do rio Ivaí.
Figura 34. Descarga líquida anual para o rio Ivaí no período 1978-2006 sem os anos de El Niño
Variação temporal da descarga anual de sedimento (Qs): Uma pequena redução na
produção de sedimento suspenso pode ser observada quando se considera o período
estudado (Figura 35). Para o ano de 1977 obteve-se uma descarga anual de sedimentos de
2,65Mton que se reduziu para 2,00Mton para o último ano da série, ou seja, um decréscimo
gradual na carga de sedimentos de 0,65Mton (Figura 35). No entanto, quando se estuda a
série sem os eventos de El Niño nota-se que a redução na descarga de sedimento suspenso
caiu para 0,3Mton, onde em 1978 a descarga de sedimentos era de 1,4 milhões de
toneladas, e para o final do período (2006), a descarga foi de 1,1 milhões de toneladas
(Figura 36).
Figura 35. Qs em milhões de toneladas por ano – (* eventos de El Niño)
55
Figura 36. Qs anual em milhões de toneladas – sem os eventos de El Niño
Variação temporal da relação entre descarga anual líquida (Qa) e descarga anual
de sedimento suspenso (Qs): O homem é um participante ativo no que diz respeito ao
ambiente provedor de suas necessidades econômicas, o ambiente natural é, em muitas
vezes, muito modificado, podendo sofrer prejuízos de variadas proporções. Uma forma de
avaliar o efeito das atividades de origem humana e mudanças do regime climático em
tendências temporais do transporte de sedimentos é analisar o gráfico de valores
acumulados entre vazão e transporte, conforme sugerido por Restrepo (2005) para o rio
Magdalena na Colômbia. Para o presente estudo introduziu-se o coeficiente de produção de
sedimento (α) que é dado pela relação ∆Cs/∆Qa.
Este tipo de análise mostra a tendência do fluxo de sedimentos em relação à vazão.
Se as duas variáveis, vazão e transporte de sedimento mostram tendências similares, a
pendente do gráfico não se modificará no tempo. Caso contrário, se a taxa de transporte se
incrementa ou diminui em relação à da descarga de água, o gráfico mostrará a mudança na
pendente original.
Os valores anuais acumulados de vazão e descarga sólida suspensa foram
analisados através do gráfico representado pela figura 37, onde, no primeiro caso, mesmo
se considerando os anos de El Niño, o incremento anual é bastante semelhante entre os
anos do período estudado, ou seja, praticamente não houve aumento nos valores de vazão
anual. No entanto, em relação à descarga sólida suspensa existe uma tendência de
mudanças mais abruptas na série de pontos. Estes intervalos de descontinuidade mais
acentuados demonstram que nestes períodos houve uma alteração consideravelmente alta
para o volume de sedimento suspenso no canal.
56
Os anos em que o gráfico apresenta intercorrências em relação ao volume de
sedimento suspenso foram ocasionados devido aos eventos do El Niño. Este tipo de
intercorrência climática apresentou grande influência sobre a bacia do rio Ivaí durante o
período estudado, pois ficou entendido que é durante estes períodos que a bacia sofre
maior perda de sedimentos, ocasionando, consequentemente, um grande aumento
temporário do volume de sedimento suspenso transportado.
O gráfico de Q e Qs anual acumulados também demonstra uma queda na produção
de sedimentos ao longo do tempo estudado, como já foi dito anteriormente pela análise dos
gráficos anteriores (Figuras 36 e 37). Ao analisar o gráfico nota-se que a pendente da série
histórica se torna menos íngreme conforme se aproxima do tempo atual, o que por si só
sugere redução do sedimento suspenso. Todavia, foram calculados os valores de (α) como
sendo o coeficiente angular da reta definida pela (Qs x Q) acumulada. Esta análise permitiu
concluir que de fato, o processo de produção e transporte de sedimentos está reduzindo,
pois para o começo do período estudado (1977/1981) o sedimento transportado no canal
apresentou valor de α = 0,069 tendo queda discreta, mas progressiva no decorrer do tempo,
apresentando no final da série histórica o valor de α = 0,044 entre os anos de (1998/2006),
(Figura 37).
Figura 37. Gráfico de valores acumulados para vazão e transporte de sedimentos. A tangente de α
representa a razão Qsa acumulada/Qa acumulada
57
5. CONCLUSÃO
Neste capítulo serão apresentadas as conclusões referentes aos temas abordados nos
capítulos 2, 3 e 4.
5.1. PRODUÇÃO E TRANSPORTE DA CARGA SUSPENSA FLUVIAL: TEORIA E MÉTODO PARA RIOS DE MÉDIO PORTE - (CAP. 2)
A carga suspensa de um rio é produto da erosão e transporte das vertentes de toda
área de uma bacia hidrográfica e, consequentemente, se o rio transporta grande ou pequena
quantidade de sedimento suspenso, isso está relacionado com o tipo de desenvolvimento
econômico de uma região, ou seja, com o uso e a ocupação do solo da bacia. Deste modo, a
quantidade de carga suspensa transportada por um rio pode ser utilizada como indicador de
alterações ambientais introduzidas na bacia.
A carga suspensa tem uma resposta relativamente rápida quando se compara com a
carga de fundo, e devido a isso, a análise da carga suspensa pode também ser utilizada
como indicador de degradação ambiental por ocupação antrópica de uma bacia
hidrográfica.
A carga de sedimento suspenso tem uma relação direta, ainda que com certa
dispersão, com a vazão líquida do rio. Essa relação, no entanto, varia espacial e
temporalmente gerando ciclos de histerese específicos. A histerese é um fenômeno que
ocorre durante as cheias do canal, onde vazão líquida e vazão de sedimentos alcançam os
picos em momentos diferentes, sendo que, quando o pico de vazão de sedimento suspenso
acontece antes do pico de vazão líquida ocorre a histerese horária, e quando acontece o
inverso, pico de vazão líquida antes do pico de vazão de sedimento suspenso, ocorre a
histerese anti-horária.
Em virtude dos métodos de análise de carga suspensa serem extremamente mais
fácies, rápidos e baratos que o da carga de fundo, tanto na coleta como no laboratório,
favoreceu o desenvolvimento de muitos estudos sobre comportamento de sistemas
hidrográficos por pesquisadores que abrange as escalas local, regional e mundial.
Como toda variável temporo-espacial, o estudo da carga suspensa exige que as
coletas de amostras sejam efetuadas em determinados períodos do ano hidrológico, como
também em locais pertinentes da bacia. Estas variáveis permitem fazer análises sobre
diversos prismas como, por exemplo, a média no decorrer do tempo, as máximas, as
58
mínimas, bem como, nível de perda de solo em determinadas regiões, aumento ou
diminuição de sedimento suspenso ou vazão líquida, comportamento climático (demanda
de precipitação), etc.
O meio de se analisar o comportamento da bacia hidrográfica usando estas
variáveis como parâmetro é através do levantamento de dados no decorrer de vários anos.
Para tanto se define este período de tempo com os respectivos dados de série histórica, e a
confiabilidade da análise da carga suspensa é diretamente proporcional à extensão e
continuidade da série histórica de dados.
5.2. DINÂMICA ESPACIAL DAS CARACTERÍSTICAS HIDROSSEDIMENTOLÓGICAS DA BACIA DO RIO IVAÍ (CAP. 3)
O rio apresenta vazão média (série histórica de 34 anos) de 689 m3s-1, mas com alta
variabilidade caracterizando um fluviograma com picos de vazão máxima bem definidos.
A característica alongada da bacia do rio Ivaí gera um processo gradativo bastante
definido de incrementos de vazão ao longo do canal com taxa de aporte de água
(Qm:Área) variando entre 0,01 e 0,02 com uma máxima localizada de 0,11.
A maior parte da água que adentra ao canal principal provém de sub-bacias
menores (< 500km2) que perfazem um total de 387,3m3s-1, ou seja, 53% da vazão média do
rio Ivaí e não diretamente dos principais tributários. Estes rios (Alonzo, Corumbataí
Mourão, das Antas, dos Índios e Ligeiro) perfazem um total de 201,5m3s-1.
De um modo geral observa-se uma redução na vazão específica dos tributários do
Ivaí de montante para jusante de 0,028 a 0,015m3ano-1km-2. Assim, os dois rios de maior
vazão específica da bacia, o Marrecas-Cachoeira (0,028m3ano-1km-2) e o São João
(0,025m3ano-1km-2) estão localizados na porção mais alta da bacia do Ivaí. Por sua vez, os
maiores tributários apresentaram menores valores de vazão específica (Corumbataí com
0,023m3ano-1km-2 e Alonzo com 0,019m3ano-1km-2).
A carga de sedimento suspenso apresenta uma correlação altamente dispersa com a
vazão (R2 = 0,52). Contudo, quando se correlaciona a produção anual de sedimento com a
vazão média a correlação torna-se bastante alta (R2 = 0,94). Isso, conforme mencionado
por Knigthon (1998) se explica provavelmente, pela constituição da bacia em termos de
relevo e solos e pela condição de uso e ocupação.
59
A correlação entre o aporte de carga e a área da bacia é bastante alta (R2 = 0,93), o
que sugere um aporte contínuo e homogêneo de sedimento ao fluxo. Existem, contudo,
alguns trechos anômalos nos quais a taxa de aporte de sedimento se reduz em cerca de
25%.
As sub-bacias que mais contribuem com carga suspensa são a do rio Corumbataí
(Qss 97,5x103tonano-1) e Alonzo de 96,5 x103tonano-1, seguidas das sub-bacias do
Mourão (Qss 45,8x103tonano-1), Patos (Qss = 35,2 103tonano-1), Ligeiro (Qss
35,1x103tonano-1) e Antas (Qss 31,5x103tonano-1).
A carga suspensa do rio Ivaí relacionada apresenta uma composição mista de
material orgânico e mineral, sendo que o primeiro suplanta o segundo entre 5 a 10 vezes.
Illita e caulinita foram identificadas em todas as estações amostradas. A estação
representativa do setor médio (Porto Paraíso do Norte) foi a que apresentou maior
variedade de minerais (além dos dois citados, esmectita, zeólita e quartzo). O aparecimento
de zeólita deve-se provavelmente a material derivado do basalto da Formação Serra Geral
que domina o setor a montante do ponto de coleta. A caulinita deve estar associada ã
ocorrência de Latossolos, Nitossolos e Argissolos ao passo que a illita e esmectita devem
proceder, mais provavelmente, de Cambissolos e Neossolos. A análise mineralógica feita
neste trabalho é, contudo inconclusiva devido à baixa qualidade dos difratogramas obtidos.
Sugere-se neste caso que sejam coletadas amostras de material argiloso depositado na
planície ou no próprio canal do rio para essa finalidade.
5.3. PRODUÇÃO TOTAL DE SEDIMENTO SUSPENSO NO RIO IVAÍ NO PERÍODO DE 1977 – 2007 NA ESTAÇÃO DE NOVO PORTO TAQUARA (CAP. 4)
A relação entre a concentração de sedimento suspenso e a vazão líquida não
apresenta uma correlação muito boa, principalmente nas descargas maiores. O efeito de
histerese, apesar de difícil caracterização pode ser constatado e evidencia que as maiores
descargas de sólido suspenso ocorrem no período de ascensão do pico de cheia. A
dificuldade de caracterização da histerese deve-se a ausência de dados contínuos durante os
eventos de cheia.
A análise geral da série histórica evidencia que está havendo diferença no
comportamento entre a descarga de sedimento suspenso e descarga líquida no canal do rio
Ivaí. As figuras (20, 21 e 22) indicam que, embora discreta, ocorre uma diminuição no
60
transporte de sedimento pelo canal, logo se conclui que as vertentes da bacia tiveram
menos perdas de solos durante o período estudado. No entanto, este mesmo
comportamento não acontece quando se analisa os gráficos de vazão (Figuras 18 e 19),
onde a descarga líquida praticamente não se alterou durante o período estudado.
A redução na carga sedimentar mantém-se mesmo quando se retiram os anos de El
Niño da série histórica (Figuras 20 e 21). Paiva (2008) menciona que houve redução no
transporte de carga suspensa devido às modificações no uso e ocupação da bacia, como por
exemplo, a implantação de mecanismos de controle de conservação do solo através da
implantação de terraceamentos na transição das culturas permanentes para a cultura
temporária. O manejo de cuidados com o solo agrícola através construções de curvas de
nível para conter, ou diminuir, as perdas de solo por erosão foi iniciado, embora sem muita
expressão, no final da década de 70 ganhando mais notoriedade à medida que o sistema se
implantava definitivamente. Muito provavelmente, estes cuidados contribuíram para a
diminuição de sedimentos levados das encostas até o canal do rio. No entanto, o declínio
no transporte de sedimentos se torna mais expressivo no período dos anos 90 em diante.
Este fato pode ser devido à somatória de cuidados com o de manejo agrícola, já que neste
período já estava implantado o sistema de plantação direta, ou seja, quando a plantação das
sementes agrícolas é feita sem que haja o revolvimento da terra. Acredita-se que a soma
dos cuidados com o manejo do solo no cultivo agrícola contribuiu substancialmente na
redução da carga suspensa transportada pelo rio Ivaí, resultando, nos trinta anos da série
histórica estudada uma redução total de 0,65Mtonano-1 e quando se excluem os anos de El
Niño do mesmo período, a redução é de 0,3Mtonano-1.
Quando se observa o gráfico de vazão líquida (Qa) e sólida suspensa (Qsa) anual
acumulada (Figura 22), percebe-se que não há alteração significativa do incremento de
vazão, o que não acontece com a carga suspensa que decresceu discretamente, mas
gradualmente. O valor da razão Qsa/Qa (tangente da reta dos pontos da figura 22)
apresenta um ligeiro declínio, onde os valores de (α) são maiores para o começo da série
histórica. Para o ano de 1977 o volume de sedimento no canal era de (α = 0,069), e diminui
gradualmente durante todo o período estando em 2006 com o valor de (α = 0,044)
indicando a redução na carga de sedimento transportado.
Conclui-se, portanto, que a bacia do rio Ivaí, em que pese sua ocupação, não
apresenta mudanças significativas na produção de sedimento nem na vazão líquida ao
61
longo dos últimos 30 anos e que as alterações no uso da bacia podem ter contribuído para
uma discreta redução na produção de sedimento.
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