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ENCICLOPÉDIA BIOSFERA , Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.10, n.18; p. 2014

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ZONEAMENTO DA DISTRIBUIÇÃO DA PRECIPITAÇÃO PLUVIOMÉ TRICA NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO TAPAJÓS

Cleber Assis dos Santos1, Edivaldo Afonso Oliveira Serrão1, Layrson de Jesus

Menezes Gonçalves1, Romero Thiago Sobrinho Wanzeler2, Aline Maria Meiguins de Lima3

1 Graduando em Meteorologia da Universidade Federal do Pará, Laboratório de Estudos e Modelagem Hidroambientais - LEMHA ([email protected])

2 Graduando em Meteorologia Universidade Federal do Pará, Faculdade de Meteorologia FAMET

3 Professora Doutora da Universidade Federal do Pará, Programa de Pós Graduação em Ciências Ambientais

Recebido em: 12/04/2014 – Aprovado em: 27/05/2014 – Publicado em: 01/07/2014

RESUMO

A bacia hidrográfica do rio Tapajós é de origem federal (abrangendo os estados do Pará, Amazonas e Mato Grosso) com importância agrícola e na geração de energia elétrica; atividades estas que apresentam uma forte relação com o comportamento climatológico local e regional. Este trabalho objetiva avaliar a distribuição da precipitação pluviométrica na bacia hidrográfica do rio Tapajós, definindo assim as áreas de maior e menor potencial em termos de oferta hídrica. Para sua elaboração foram empregados a análise de séries históricas; definição de acumulados e médias (aritmética e método de Thiessen); modelagem por meio de Interpoladores de estatística espacial; e zoneamento em função das áreas de maior e menor oferta hídrica. A precipitação anual média encontrada com os métodos da média aritmética e de Thiessen foram de 2.002,7 mm e 2.049,3 mm, respectivamente, tendo os anos de 1985, 1988, 1989, 2006 e 2008 com maiores ocorrências de precipitação (média aritmética de 2.170,9 mm/ano) e 1987, 1990, 1997, 1998 e 2002 os anos menos chuvosos (média aritmética de 1.812,4 mm/ano), estes períodos coincidem respectivamente com ocorrências de La Niña e El Niño na região Amazônica. O período mais chuvoso corresponde aos meses de novembro a abril e menos chuvoso de maio a outubro. O baixo curso da bacia tem maior potencial de oferta hídrica no que se refere a precipitação enquanto que o alto curso possui os menores valores. Estes fatores condicionam o alto curso como a região mais vulnerável a ocorrência local de estiagens e incidência de queimadas. PALAVRAS-CHAVE: Bacia hidrográfica, modelagem, precipitação, Tapajós DISTRIBUTION'S ZONING OF RAINFALL IN THE TAPAJOS RI VER WATERSHED

ABSTRACT

The Tapajos River watershed is federal origin (including the states of Pará, Amazonas and Mato Grosso) with agricultural importance and generation of electrical energy; these activities have a strong relationship with the local and regional climatologic behavior. This work aims to evaluate the rainfall distribution in the


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Tapajos River watershed, defining this way, the areas of larger and smaller potential in terms of water supply. For its elaboration were employed analysis of historical series; definition of accumulated and means (arithmetic and Thiessen method); modelating by means of interpolating spatial statistics and zoning according to the areas of larger and smaller water supply. The annual mean precipitation found with the methods of arithmetic mean and Thiessen were 2.002,7 mm and 2.049,3 mm, respectively, having the years of 1985, 1988, 1989, 2006 e 2008 with the highest precipitation occurrences (arithmetic means of 2.170,9 mm/year) and 1987, 1990, 1997, 1998 e 2002 the less rainy years (arithmetic means of 1.812,4 mm/year), these periods coincide respectively with occurrences of El Niño and La Niña in the Amazon region. The rainier period corresponds to the months of November to April and the less rainy of May to October. The lower course of the watershed has greater potential of water supply referring to rainfall while the upper course has the lowest values. These factors condition the upper course as the most vulnerable region to local occurrence of droughts and incidence of burned. KEYWORDS: Watershed, modelating, precipitation, Tapajos

INTRODUÇÃO A bacia hidrográfica é uma área de captação natural de água da precipitação

que faz convergir os escoamentos para um único ponto de saída, o exutório (CHRISTOFOLETTI, 2006). De acordo com PINTO et al. (2011) bacia hidrográfica é a área geográfica coletora de água de chuva que escoa pela superfície do solo. Para GARCEZ & ALVAREZ (1988), a bacia hidrográfica é conceituada como uma área definida e fechada topograficamente num ponto do curso de água, de forma que toda a vazão afluente possa ser medida ou descarregada através desse ponto.

A bacia do rio Tapajós é afluente da margem direita do rio Amazonas, representa uma bacia federal (por drenar mais de um estado) e de importante contribuição para manutenção dos ecossistemas amazônicos, configurando também áreas de diferentes potenciais à exploração dos recursos naturais. Com aproximadamente 1.260.000 habitantes (IBGE, 2010), detém 6% do território brasileiro e conta com 25% do potencial hidrelétrico da Amazônia, que responde por 70% do potencial nacional (BRASIL, 2005).

Esta bacia hidrográfica destaca-se pelo potencial energético (hidroeletricidade), pelo abastecimento de água para o consumo humano e dessedentação de animais. Sendo um exemplo da função social das águas como um bem de consumo final ou intermediário na quase totalidade das atividades humanas (SANTOS et al., 2010), que deve ser utilizado pelo homem para sua sobrevivência e melhoria de suas condições econômicas, sociais e comunitárias (TUCCI, 2008).

Tal relevância, demanda pelo detalhamento do comportamento hidrológico da bacia, cujo potencial de uso (da hidroeletricidade ao abastecimento humano) precisa atender a uma contabilidade hídrica que torne as questões de oferta e demanda pelo uso dos recursos hídricos locais mais equitativa. E um dos componentes essenciais é a distribuição da precipitação pluviométrica ao longo da bacia, que permite o zoneamento das áreas que tendem a sofrer um maior stress hídrico, principalmente durante o período menos chuvoso (MELLO JR. et al., 2006).

A necessidade de entender o comportamento da distribuição espacial da chuva é de extrema importância para o desenvolvimento e planejamento na gestão dos recursos hídricos, permitindo compreender a oferta hídrica da bacia e quanto


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pode fornecer para o aproveitamento em termos de usos múltiplos e assim evitar situações de escassez local (seja qualitativa ou quantitativa) (LUCAS et al., 2009).

Para BERTONI & TUCCI (2001), a disponibilidade de precipitação numa bacia durante o ano é fator determinante para quantificar, entre outros, a necessidade de irrigação e o abastecimento de água doméstico e industrial. Segundo MACHADO et al. (2010), as chuvas influenciam na infraestrutura e nos recursos naturais dentro das cidades, podendo ocorrer eventos como enchentes, erosões e consequente danificação de obras. A precipitação pluviométrica é um dos elementos mais irregulares espacial e temporalmente; e causa impactos em diversas atividades humanas (SILVA et al., 2009).

Diante do exposto, este trabalho objetiva avaliar a distribuição da precipitação pluviométrica na bacia hidrográfica do rio Tapajós, definindo assim as áreas de maior e menor potencial em termos de oferta hídrica.

MATERIAL E METODOS Para a elaboração deste trabalho foram empregados: a caracterização

hidrográfica, a análise de séries históricas; definição de acumulados e médias (aritmética e método de Thiessen); modelagem por meio de Interpoladores de estatística espacial; e zoneamento em função das áreas de maior e menor oferta hídrica.

A bacia hidrográfica do rio Tapajós está localizada entre as coordenadas de 02°14’38” e 14°55’44”/Sul e 53°49’34” e 60°7’48”/Oe ste. Seus dois principais afluentes são os rios Juruena e Teles Pires ou São Manuel. Drena uma área de aproximadamente 492 mil km2 dividida entre os estados do Amazonas (3%), Pará (38%) e Mato Grosso (59%); com 45 sedes municipais localizadas no Pará (18%) e no Mato Grosso (82%) (Figura 1).

FIGURA 1 – Divisão geográfica da bacia do rio Tapajós.


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Segundo KOTTEK et al. (2006), a bacia hidrográfica do rio Tapajós apresenta

duas tipologias climáticas dentro da classificação climática de Köppen-Geiger (Figura 2). Na sua parte superior (aproximadamente entre as coordenadas de 02°14’38” e 10°00’00”/Sul) seu clima é classificado como Am, se caracterizando pelo clima tropical de monção, com uma breve estação seca e com chuvas intensas durante o resto do ano, o mês mais frio tem temperatura média superior a 18°C e precipitação pluvial anual oscilando em torno de 2.000 mm. Em sua parte inferior (aproximadamente entre as coordenadas de 10°00’00” e 14°55’44”/Sul) a climatologia classifica como sendo Aw, com chuvas de verão, característica climática de regiões de savana, podendo atingir 1800 mm/ano (MENDONÇA & DANI-OLIVEIRA, 2007).

FIGURA 2 – Climatologia dentro da bacia do rio Tapajós.

Na caracterização hidrográfica foi empregada a rede nacional classificada segundo o sistema Otto Pfafstetter, da Agência Nacional de Águas (ANA), adotando-se o estabelecido pela resolução n. 30/2002 do Conselho Nacional de Recursos Hídricos. Os elementos avaliados foram: bacia, sub-bacias e morfométricos (ordem, área, densidade de drenagem, densidade hidrográfica e coeficiente de manutenção); conforme os critérios e autores apresentados na Tabela 1.


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TABELA 1. Parâmetros avaliados segundo a caracterização hidrográfica. Parâmetros Fórmula Autores

Ordem Sistema hierárquico de Strahler

Densidade de drenagem (Dd)

; Lu = Comprimento total dos canais; A = Área da bacia (km²)

Coeficiente de manutenção (Cm)

; Dd = Densidade de drenagem

Textura de drenagem (Td)

; Nu = Número total de canais; P = Perímetro

BAGYARAJ & GURUGNANAM

(2011), PARETA & PARETA (2012),

ALTAF et al. (2013) e DAS et al. (2012).

Na avaliação da precipitação pluviométrica foram empregadas médias

mensais correspondentes ao período de 1985 a 2012, de 39 estações localizadas na bacia hidrográfica do rio Tapajós. Adotou-se como critério a escolha de estações que apresentassem o menor número de falhas, objetivando a melhor representação da pluviometria da região. Estes dados fazem parte do acervo hidroclimatológico da Agência Nacional de Águas (ANA).

Para o tratamento estatístico e elaboração de gráficos, foram utilizados os softwares Hidro 1.2 da Agência nacional de Águas e o Microsoft Excel 2013. A fim de verificar a interpolação, nos mapas de precipitação, os dados foram separados em média anual, dos ultimos 28 anos, empregando-se o Software ArcGIS 10.0.

No preenchimento de falhas foi utilizado o método de ponderação regional (equação 1). Utilizado normalmente para o preenchimento de séries mensais ou anuais de precipitações, visando homogeneização do período de informações e a análise estatistica das precipitações (BERTONI & TUCCI, 2001). São utilizadas no mínimo três estações pluviométricas próximas da estação com falhas com o mínimo de 10 anos de dados.

(1)

Onde y representa a precipitação do posto a ser estimada; X1, X2, X3 são as

precipitações correspondentes ao mês (ou ano) que se deseja preencher, observadas em três estações vizinhas; Ym é a precipitação média do posto y; Xm1, Xm2, Xm3 são as precipitações médias das três estações circunvizinhas.

O zoneamento foi definido a partir da identificação do comportamento da distribuição da precipitação pluviométrica ao longo da área delimitada. As informações foram processadas empregando um interpolador específico (Inverso da Distância Ponderada - IDW), onde a influência de cada ponto é inversamente proporcional à distância do nó da malha (ALVES et al., 2012). Trata-se de um modelo determinístico de efeito local onde as resoluções de grades de interpolação devem ter coerência com resoluções de malhas amostrais (MAZZINI & SCHETTINI, 2009). Considerando estes pressupostos o IDW mostrou-se mais eficiente, dada a distribuição das estações ao longo da bacia ter configurado certa regularidade.

Para cálculo da precipitação média na bacia hidrográfica em estudo utilizou-se a média aritmética simples e o método do polígono de Thiessen (equação 2), o


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qual atribui um valor de ponderação aos totais precipitados em cada pluviômetro proporcional a área de influência (BERTONI & TUCCI, 2001).

(2)

Onde Ai (km2) é a área de influência da estação pluviométrica i; Pi (mm) é a

precipitação registrada na estação pluviométrica i; e A é a área total da bacia (km2). O método de Thiessen (Figura 3) consiste em ligar as estações pluviométricas por trechos retilíneos, traçando linhas perpendiculares a estes, passando pelo meio da linha que liga as estações; as linhas são prolongadas perpendicularmente até encontrar outra, formando poligonos pela intersecção das linhas correspondendo a área de cada estação (BERTONI & TUCCI, 2001).

FIGURA 3 – Área de influência dos polígonos de Thiessen.


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RESULTADOS E DISCUSSÃO A bacia do rio Tapajós pode ser subdividida em 8 sub-bacias (Figura 4): Baixo Tapajós (8,7%), rio Jamanxim (11,8%), Médio Tapajós (12%), rio Teles Pires (28,7%), rio Arinos (11,9%), rio do Sangue (5,9%), Médio-Baixo Juruena (8,9%) e Alto Juruena (12,1%).

FIGURA 4 – Rede hidrográfica da bacia do rio Tapajós.

Considerando o sistema hierárquico de Strahler a bacia do rio Tapajós é de sétima ordem. O Baixo e Médio Tapajós apresentam a ordem da bacia, sendo que as demais sub-bacias são de sexta (Jamanxin, Teles Pires, Médio-Baixo e Alto Juruena) e quinta ordens (Arinos e Sangue). Em termos de Densidade de drenagem (Dd), Coeficiente de manutenção (Cm) e Textura de drenagem (Td) destacam-se as bacias de cabeceiras (Médio-Baixo Juruena e Teles Pires), com um comportamento diferencial, tanto por representarem as áreas mais densamente drenadas (Figura 5a), quanto por favorecerem o escoamento, apresentando os mais baixos valores de Cm e mais altos de Td (Figura 5b). As demais bacias tendem a apresentar, segundo a morfometria, uma tendência menor ao escoamento concentrado (PARETA & PARETA, 2012).


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(a) (b)

FIGURA 5. (a) Dd – Densidade de drenagem, Md – Média, Dp – Desvio Padrão, Baixo Tapajós (1), rio Jamanxim (2), Médio Tapajós (3), rio Teles Pires (4), Médio-Baixo Juruena (5), rio Arinos (6), rio do Sangue (7) e Alto Juruena (8); (b) Coeficiente de manutenção (Cm) e Textura de drenagem (Td).

De acordo com a série histórica de 28 anos de dados, observou-se que para a

bacia do rio Tapajós a precipitação anual média para os métodos da média aritmética e o método de Thiessen foram de 2.002,7 mm e 2.049,3 mm, respectivamente. Ao se comparar as médias de precipitação dos dois métodos, percebe-se que as diferenças foram pequenas, aproximadamente de 2,2%.

Nos anos de 1985, 1988, 1989, 2006 e 2008 houveram as maiores ocorrências de precipitação (média aritmética de 2.170,9 mm/ano) e 1987, 1990, 1997, 1998 e 2002 os anos menos chuvosos (média aritmética de 1.812,4 mm/ano), estes períodos coincidem respectivamente com as influências dos fenômenos de La Niña e El Niño na região Amazônica (CPTEC, 2013).


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Com a interpolação pelo Inverso da Distância Ponderada – IDW, observou-se a semelhança entre o zoneamento pluviométrico e a climatologia de Köppen-Geiger apresentada por KOTTEK et al. (2006), onde dependendo da região climática (Am ou Aw), os totais pluviométricos anuais variam de 1.560 mm, ao sul da bacia, com os valores crescendo até 2.433 mm no norte da bacia (Figura 6). Estes resultados estão de acordo com

o encontrado nos trabalhos de COLLISCHONN et al. (2008) e VEIGA et al. (2011).

FIGURA 6 – Média anual da precipitação pluviométrica (1985 a 2012).

A Figura 7 apresenta a média de precipitação mensal das zonas climáticas. Com esta divisão observa-se que existem variações quanto a quantidade precipitada em cada região.

FIGURA 7 – Média de precipitação mensal das zonas climáticas da bacia do Tapajós.


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Dentro da área de clima Am o período mais chuvoso corresponde aos meses de novembro a abril, sendo que a média anual é de 1.665 mm, tendo março como mês de maior quantidade média precipitada (338 mm/ano). Os meses com menor precipitação vão de maio a outubro, alcançando a média anual de 519 mm, sendo julho o mês de menor valor médio de precipitação (36 mm/ano).

Na região de clima Aw o período mais chuvoso corresponde aos meses de outubro a março, sendo que a média anual é de 1.591 mm, tendo janeiro como mês de maior quantidade média precipitada (336 mm/ano). Os meses com menor precipitação vão de abril a setembro, alcançando a média anual de 292 mm, sendo julho o mês de menor valor médio de precipitação (6 mm/ano).

A Figura 8 mostra a média de precipitação pluviométrica na estação seca que vai de maio a outubro, onde observa-se que os totais pluviométricos anuais variam de 208 mm, ao sul da bacia, com os valores crescendo até 690 mm no norte da bacia.

FIGURA 8 - Média anual da precipitação pluviométrica na estação seca (1985 à 2012).

Os resultados obtidos pela análise conjunta da rede hidrográfica e da distribuição da precipitação pluviométrica, demonstram que as cabeceiras da bacia do rio Tapajós representam a zona de maior sensibilidade as variações da precipitação, tanto por apresentar maior variabilidade entre o período mais e menos chuvoso, quanto por ser uma zona de maior tendência ao escoamento, o que naturalmente implicaria na menor recarga do sistema (DAS et al., 2012).

AMANAJÁS & BRAGA (2012) classificam essa região como a de menor volume pluviométrico (inferior a 2.000 mm/ano), com uma marcha sazonal de precipitação marcada pelo aumento da precipitação a partir de outubro/novembro e fim da estação chuvosa em maio, sendo o mês de março o mais chuvoso e julho o mais seco.


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Em termos de impactos ambientais, um dos fatores de maior sensibilidade ao comportamento da precipitação pluviométrica na região é a ocorrência de focos de calor, que podem representar incêndios florestais decorrentes da prática indiscriminada de queimadas. O sul da bacia do rio Tapajós, que representa a zona de maior stress hídrico da bacia, é coincidente com a área definida como Arco do desmatamento (DOMINGUES & BERMANN, 2012).

No ano de 2013 no estado do Pará, segundo dados do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE, 2013), cerca de 10% dos registros de focos de calor concentraram-se na região do Tapajós, onde três municípios aparecem entre os 10 com maior número de ocorrências: Itaituba (2.253), Santarém (1.965) e Novo Progresso (1.611). No mesmo período (2013) no Pará foram registradas nas unidades de conservação do Tapajós cerca de 3.560 focos, distribuídos em: Novo Progresso (Flona do Jamaxim – 1281; Parna do Rio Novo - 89), Itaituba (APA do Tapajós - 675; Flona de Itaituba 2 - 90; Parna da Amazônia - 40), Aveiro (Resex Tapajós-Arapiuns - 325; Flona do Tapajós - 168; Parna da Amazônia - 45), Jacareacanga (APA do Tapajós - 308; Flona do Amanã - 67; Flona do Crepori - 23), Belterra (Flona do Tapajós - 162), Trairão (Parna da Amazônia - 96; Flona de Itaituba 2 - 69; Parna do Jamanxim - 49) e Rurópolis (Flona do Tapajós - 73).

Considerando que a maior cobertura vegetal da bacia encontra-se no estado do Pará e que os municípios de Itaituba, Jacareacanga e Novo Progresso constituem o médio – baixo curso da bacia, a ocorrência de um alto número de focos de calor incidindo sobre áreas que deveriam ser destinadas a preservação, ameaça diretamente o potencial hídrico da bacia, uma vez que podem trazer consequências sobre o balanço hídrico local (SILVA & GALVÍNCIO, 2010).

ZIEGLER et al. (2004) abordam a questão entre cobertura vegetal e balanço hídrico, quando apresentam um modelo que demonstra que de acordo com a cobertura do solo pode variar o percentual de precipitação pluviométrica que possibilita a recarga das águas superficiais e subterrâneas, por interferir diretamente na componente escoamento. As áreas de cobertura florestal tendem a apresentar uma resposta mais uniforme que as áreas desmatadas (Figura 9).

FIGURA 9. Modelo conceitual do padrão de resposta da precipitação pluviométrica em áreas com diferentes formas de cobertura do solo, adaptado de ZIEGLER et al. (2004), considerando os ambientes floresta (a), vegetação secundária (b) e áreas desmatadas (c): P - precipitação pluviométrica; Ks - percolação; HOF - escoamento tendencial; RF - escoamento induzido segundo a tipologia de cobertura do solo; HOFcs - escoamento consolidado a partir de diferentes respostas de cobertura do solo.


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Outra consequência direta sobre o balanço hídrico pode ser associada a probabilidade de interferência no comportamento local da precipitação pluviométrica de sucessivos eventos de queima em uma dada região. Segundo SILVA DIAS et al. (2004), a formação de nuvens rasas é inibida devido a presença de aerossóis de queimadas. FEARNSIDE (2005) complementa que os incêndios florestais fazem os gases do efeito estufa, como o CO2, tenham sua quantidade aumentada favorecendo a ocorrência de chuvas ácidas.

CONCLUSÕES

Os resultados obtidos puderam ser comparados aos estabelecidos pela climatologia de Köppen-Geiger, onde devido as diferenças climáticas na distribuição da precipitação pluviométrica da bacia hidrográfica do rio Tapajós, a foz apresenta o maior percentual e a cabeceira o menor percentual. A estação seca na área de clima Aw é mais severa se comparada a região de clima Am.

A rede hidrográfica responde a este comportamento com um maior potencial ao escoamento nas cabeceiras da bacia, que associado a variabilidade existente entre os períodos mais e menos chuvosos classifica essa região como a de maior stress hídrico, sendo as bacias do Médio-Baixo Juruena e Teles Pires as de maior vulnerabilidade.

A bacia do rio Tapajós é uma área de expansão agrícola entre o Centro Oeste e a região Norte do país, ligando por meio da BR 163 os polos de Cuiabá (MT) e Santarém (PA). Essa trajetória tem sido marcada ao longo dos anos por um intenso desmatamento já consolidado no Mato Grosso (Alto Juruena, rio Teles Pires, rio Arinos e rio do Sangue) e tem migrado em direção ao estado do Pará, onde atravessa um mosaico de áreas protegidas (terras indígenas e unidades de conservação). Como resultado tem-se observado um incremento no desmatamento, e dados os registros observados, com o emprego de queimadas.

A diferenciação do comportamento da precipitação pluviométrica e da rede de drenagem na bacia, associada a um padrão de uso e ocupação do solo que tende a agravar as consequências sentidas principalmente no período menos chuvoso, favorecem para que esta região seja classificada como prioritária a gestão dentro da bacia Amazônica; onde somente ações de planejamento que contemplem as vulnerabilidades naturais e imponham restrições ao modelo de uso e ocupação do solo vigentes, podem reduzir os impactos decorrentes da ocorrência de eventos climáticos extremos na região.

AGRADECIMENTOS

A FAPESPA pelo suporte financeiro concedido ao desenvolvimento da pesquisa.

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recebido em: 12/04/2014 – aprovado em: 27/05/2014 ... · chuvoso de maio a outubro. o baixo curso...

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