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CARACTERIZAÇÃO HIDROSSEDIMENTOLÓGICA DE SEIS

MICROBACIAS NA APA ESTADUAL CACHOEIRA DAS

ANDORINHAS, OURO PRETO, MG

iii

FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

Reitor

Marcone Jamilson Freitas Souza

Vice-Reitora

Célia Maria Fernandes Nunes

Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação

Valdei Lopes de Araújo

ESCOLA DE MINAS

Diretor

José Geraldo Arantes de Azevedo Brito

Vice-Diretor

Wilson Trigueiro de Souza Marco

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

Chefe

Fernando Flecha de Alkmim

http://lattes.cnpq.br/2407291933840297

iv

EVOLUÇÃO CRUSTAL E RECURSOS NATURAIS

Contribuições às Ciências da Terra, Série M72, vol.314,137p.

v

CONTRIBUIÇÕES ÀS CIÊNCIAS DA TERRA – VOL. 314

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Nº 72

CARACTERIZAÇÃO HIDROSSEDIMENTOLÓGICA DE SEIS

MICROBACIAS NA APA ESTADUAL DA CACHOEIRA DAS

ANDORINHAS, OURO PRETO, MG

Josefa Clara Lafuente Monteiro

Orientador

Luís de Almeida Prado Bacellar

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais do

Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito

parcial à obtenção do Título de Mestre em Ciências Naturais, Área de Concentração: Geologia

Ambiental e Conservação de Recursos Naturais

OURO PRETO

2013

Monteiro, J.C.L., 2013, Caracterização Hidrossedimentológica de seis microbacias na APA Estadual da C. A.

vi

Universidade Federal de Ouro Preto – http://www.ufop.br

Escola de Minas - http://www.em.ufop.br

Departamento de Geologia - http://www.degeo.ufop.br/

Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais

Campus Morro do Cruzeiro s/n - Bauxita

35.400-000 Ouro Preto, Minas Gerais

Tel. (31) 3559-1600, Fax: (31) 3559-1606 e-mail: [email protected]

Os direitos de tradução e reprodução reservados.

Nenhuma parte desta publicação poderá ser gravada, armazenada em sistemas eletrônicos, fotocopiada

ou reproduzida por meios mecânicos ou eletrônicos ou utilizada sem a observância das normas de

direito autoral.

ISSN 85-230-0108-6

Depósito Legal na Biblioteca Nacional

Edição 1ª

Catalogação elaborada pela Biblioteca Prof. Luciano Jacques de Moraes do

Sistema de Bibliotecas e Informação - SISBIN - Universidade Federal de Ouro Preto

M775c Monteiro, Josefa Clara Lafuente.

Caracterização hidrossedimentológica de seis microbacias na APA

Estadual Cachoeira das Andorinhas, Ouro Preto, MG [manuscrito] / Josefa

Clara Lafuente Monteiro – 2013.

137f. : il. color.; graf.; tab.; mapas. (Contribuições às Ciências da Terra,

Série M, v.72, n. 314)

ISSN: 85-230-0108-6

Orientador: Prof. Dr. Luís de Almeida Prado Bacellar.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola

de Minas. Departamento de Geologia. Programa de Pós-Graduação em

Evolução Crustal e Recursos Naturais.

Área de concentração: Geologia ambiental e Conservação de Recursos

Naturais.

1. Bacias hidrográficas - Teses. 2. Potencial hídrico - Teses. 3.

Sedimentologia - Teses. I. Bacellar, Luís de Almeida Prado. II.

Universidade Federal de Ouro Preto.III. Título.

CDU: 551.3.051:556.51(815.1)


vii

Dedico este trabalho à minha família.


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ix

Agradecimentos

Presto aqui os meus agradecimentos a todos os que contribuíram para o presente trabalho.

Agradeço ao Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais pela

oportunidade.

Agradeço ao Instituto Mineiro de Gestão das Águas, pelo apoio financeiro à pesquisa.

Agradeço à FAPEMIG e ao CNPq pelo apoio financeiro.

Ao Departamento de Geologia da Escola de Minas da UFOP, pela infra-estrutura disponibilizada e, em

especial, ao Laboratório de Geoquímica Ambiental (LGqA) e todos os seus funcionários.

Sinceros agradecimentos ao Prof. Dr. Luis de Almeida Prado Bacellar, pela ótima orientação, por

todos os ensinamentos e, também, pela paciência. Á Prof. Dra. Mariângela Garcia Leite pelas valiosas

“dicas” e ajuda ao longo de todo o trabalho. À minha Prof. Dra. Maria do Rosário da Universidade de

Trás-os-Montes e Alto Douro pela ajuda e amizade.

Agradeço ao Ronald de Carvalho Guerra, da Secretaria de Meio Ambiente de Ouro Preto, pelo apoio,

por me dispensar do trabalho para poder terminar o projeto e pela amizade.

A todos os colegas que me ajudaram nos trabalhos de campo, em especial ao bolsista Thiago Bandim e

ao meu Maridão Marco Silva.

Aos monitores de campo, pelo compromisso e responsabilidade na medição de dados.

Um agradecimento muito carinhoso às amigas do DEGEO: Adriana Trópia, Aline Guimarães, Maria

Augusta Fujaco, Maria Inês Bonaccorsi e Maria Carolina.

Um abraço especial a todos os amigos do Morro São Sebastião pelo incentivo para acabar o trabalho.

Agradeço a toda a minha família: minha avó Pilar pela força espiritual, minha tia Maria, meu pai

Raimundo e minha mãe Teresa por acreditarem em mim e pelo apoio nos meus estudos, meu querido e

amado irmão, Zé por me ter ajudado no campo e simplesmente por ser a pessoa mais linda á face da

Terra, minha irmã Tânia pelas ótimas risadas sempre que estamos juntas, ás minhas queridas tigras

Clara e Margarida pelo amo-te muito tia.

Ao meu marido, por ter estado sempre comigo a apoiar-me em todos os momentos, os bons e os

difíceis, e pela ajuda incondicional no presente trabalho. Amo-te Marco!

Agradeço a Deus e ao Mateus por me terem dado forças para terminar este trabalho.


x


xi

Sumário

AGRADECIMENTOS ............................................................................................................... ix

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................... xv

LISTA DE TABELAS .............................................................................................................. xix

LISTA DE FÓRMULAS ......................................................................................................... xxi

RESUMO ................................................................................................................................ xxiii

ABSTRACT ............................................................................................................................. xxv

CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 01

1.1. Apresentação da pesquisa..................................................................................................... 01

1.2. Objetivos .............................................................................................................................. 02

1.3. Localização da Área de Proteção Ambiental Estadual da Cachoeira das Andorinhas e aspetos

gerais da região ........................................................................................................................... 03

1.4. Características do meio físico e vegetação ........................................................................... 04

1.4.1. Clima ....................................................................................................................... 04

1.4.2. Geologia e Geomorfologia ...................................................................................... 06

1.4.3. Solos ........................................................................................................................ 09

1.4.4. Vegetação ................................................................................................................ 10

1.4.5. Uso e Ocupação ...................................................................................................... 11

1.4.6.Hidrogeologia no Alto Rio das Velhas .................................................................... 12

CAPÍTULO 2. ESCOAMENTO E VARIÁVEIS NO CICLO

HIDROSSEDIMENTOLÓGICO ............................................................................................ 15

2.1. Escoamento em bacias hidrográficas ................................................................................... 15

2.2. Análise de hidrogramas ........................................................................................................ 18

2.3. Fatores físicos que intervém no sistema hídrico ................................................................. 19

2.4. Uso e Ocupação do Solo ..................................................................................................... 23

2.5. Características Químicas da Água e dos Sedimentos ........................................................... 23

2.5.1. Características químicas da água ............................................................................ 23

2.5.2. Características químicas dos sedimentos ................................................................ 24


xii

2.6. Transporte de Sedimentos .................................................................................................... 24

CAPÍTULO 3. MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................... 27

3.1. Aquisição de dados básicos .................................................................................................. 27

3.2. Definição e caracterização das microbacias ........................................................................ 27

3.3. Instrumentação das microbacias ........................................................................................... 28

3.3.1. Medição da precipitação .......................................................................................... 28

3.3.2. Medição da vazão .................................................................................................... 29

3.4. Monitoramento dos dados das microbacias .......................................................................... 35

3.4.1. Dados hidrológicos .................................................................................................. 35

3.4.2. Dados hidrogeoquímicos ......................................................................................... 36

3.4.3. Dados sedimentológicos .......................................................................................... 38

3.4.3.1. Sedimento de fundo ........................................................................................... 38

3.4.3.1.1. Análise da composição granulométrica ....................................................... 38

3.4.3.1.2. Caracterização mineralógica do sedimento de fundo - Difração de Raios X39

3.4.3.1.3. Análises químicas ........................................................................................ 39

3.4.3.1.3.1. Digestão Total ....................................................................................... 39

3.4.3.1.3.2. Determinação de elementos maiores por fluorescência de Raios X ..... 40

3.4.3.2. Sedimento particulado em suspensão ................................................................ 41

3.4.4.Cálculo da descarga sólida de fundo..........................................................................42

3.5. Tratamento e Interpretação dos dados .................................................................................. 46

CAPÍTULO 4. CARACTERIZAÇÃO DAS BACIAS DE DRENAGEM ............................ 47

4.1. Características das Microbacias A e B ................................................................................. 50

4.1.1. Geologia das Microbacias A e B ............................................................................. 51

4.1.2. Geomorfologia das Microbacias A e B ................................................................... 52

4.1.3. Vegetação, uso e ocupação do solo das Microbacias A e B .................................... 53

4.2. Características das Microbacias C e D ................................................................................. 54

4.2.1. Geologia das Microbacias C e D ............................................................................. 55

4.2.2. Geomorfologia das Microbacias C e D ................................................................... 56


xiii

4.2.3. Vegetação, uso e ocupação do solo das Microbacias C e D ................................... 57

4.3. Características das Microbacias E e F .................................................................................. 58

4.3.1. Geologia das Microbacias E e F ............................................................................. 60

4.3.2. Geomorfologia das Microbacias E e F .................................................................... 60

4.3.3. Vegetação, uso e ocupação do solo das Microbacias E e F .................................... 61

CAPÍTULO 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................... 63

5.1. Análise Espaço-Temporal da APA/CA ................................................................................ 63

5.2. Regime Pluviométrico e Fluviométrico das Microbacias ................................................... 65

5.2.1. Dados pluviométricos ............................................................................................. 65

5.2.2. Dados fluviométricos .............................................................................................. 67

5.3. Análise entre precipitação, vazão e escoamento de base das Microbacias ......................... 67

5.4. Separação de hidrogramas e quantificação do fluxo de base .............................................. 70

5.5. Coeficiente de Recessão ...................................................................................................... 73

5.6. Hidroquímica das microbacias ............................................................................................ 74

5.6.1. Determinação dos parâmetros físico-químicos ...................................................... 75

5.6.1.1. Condutividade elétrica (CE) e Sólidos totais dissolvidos (STD) ..................... 75

5.6.1.2. Potencial Hidrogeniônico (pH) e Potencial de Oxi-redução (Eh) .................... 76

5.6.1.3. Temperatura ..................................................................................................... 76

5.6.1.4. Turbidez ........................................................................................................... 77

5.6.2. Constituintes Químicos - Principais Ânions .......................................................... 78

5.6.2.1. Alcalinidade (HCO3-) ........................................................................................ 78

5.6.2.2. Cloreto (Cl-) ...................................................................................................... 79

5.6.2.3. Sulfato (SO42-

) ................................................................................................... 80

5.6.3. Constituintes Químicos – Elementos maiores e traço ............................................ 80

5.6.3.1. Elementos Maiores (Al, Fe, Mn, Ca, Mg, Na e K) ........................................... 81

5.6.3.1.1. Alumínio ..................................................................................................... 81

5.6.3.1.2. Ferro e Manganês ........................................................................................ 82

5.6.3.1.3. Sódio e Potássio .......................................................................................... 83


xiv

5.6.3.1.4. Cálcio e Magnésio ....................................................................................... 83

5.6.3.2. Elementos Traço (Al, Fe, Mn, Ca, Mg, Na e K)................................................ 84

5.6.3.2.1. Metais alcalinos (Li) e alcalino-terrosos (Sr e Ba) ...................................... 84

5.6.4. Razões iônicas ........................................................................................................ 86

5.7. Balanço Iônico da água das microbacias ............................................................................. 87

5.8. Quadro geral das águas das microbacias ............................................................................. 88

5.9. Sedimentos das microbacias ................................................................................................ 89

5.9.1. Composição Granulométrica .................................................................................. 89

5.9.2. Análise geoquímica do sedimento de fundo ........................................................... 91

5.9.2.1. Determinação mineralógica por difração de Raios X ........................................ 91

5.9.2.2. Determinação de elementos maiores por fluorescência de Raios X .................. 91

5.9.2.3. Determinação de elementos maiores por ICP-OES ........................................... 92

5.9.2.4. Determinação de elementos traço por ICP-OES ............................................... 95

5.9.3. Interpretação Geoquímica sob aspecto granulométrico ......................................... 98

5.10. Quadro geral dos sedimentos das microbacias ................................................................ 100

5.11. Cálculo da descarga sólida .............................................................................................. 101

5.11.1. Cálculo da descarga sólida em suspensão .......................................................... 101

5.11.2. Cálculo da descarga sólida de fundo .................................................................. 102

5.12. Condicionantes do regime hidrológico ............................................................................ 106

5.12.1. Condicionantes geológicas e geomorfológicas .................................................. 107

5.12.2. Condicionantes antrópicas .................................................................................. 109

CAPÍTULO 6. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ................................................... 111

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................. 115

ANEXOS .................................................................................................................................. 123

BANCA EXAMINADORA (Ficha de Aprovação) ................................................................ 137


xv

Lista de Figuras

Figura 1.1- Localização da APA/CA em Minas Gerais ............................................................. 04

Figura 1.2- Mapa de isovalores da precipitação média de 11 séries históricas .......................... 05

Figura 1.3- Gráfico da estação seca e chuvosa para Vargem do Tejucal ................................... 06

Figura 1.4- Coluna estratigráfica do Quadrilátero Ferrífero ...................................................... 06

Figura 1.5- Mapa geológico da APA/CA ................................................................................... 08

Figura 1.6- Mapa geomorfológico da APA/CA ........................................................................ 09

Figura 1.7- Mapa de solos da APA/CA ..................................................................................... 10

Figura 1.8- Mapa da vegetação da APA/CA .............................................................................. 11

Figura 1.9- Mapa das unidades hidroestratigráficas do Alto Rio das Velhas ............................ 13

Figura 2.1- Geração de escoamento superficial por exceder a infiltração ................................. 15

Figura 2.2- Geração de escoamento superficial por saturação ................................................... 16

Figura 2.3- Escoamento subsuperficial ...................................................................................... 17

Figura 2.4- Rotas de fluxo em encostas ..................................................................................... 17

Figura 2.5- Características do hidrograma de escoamento......................................................... 18

Figura 2.6- Representação gráfica de microbacia e fatores que afetam a produção de água ..... 19

Figura 2.7- Relação entre vazão e cobertura vegetal apresentados por Bosch e Hewlett ......... 22

Figura 3.1- Pluviômetro instalado na microbacia A ................................................................. 28

Figura 3.2- Elementos geométricos do vertedor ....................................................................... 29

Figura 3.3- Tipos de vertedores ................................................................................................. 30

Figura 3.4- Seção transversal do rio nas microbacias A, B, C e D e tipo de vertedor utilizado..32

Figura 3.5- Seção transversal do rio na microbacia E e tipo de vertedor utilizado .................... 32

Figura 3.6- Seção transversal do rio na microbacia F e tipo de vertedor utilizado .................... 33

Figura 3.7- Vertedor do tipo triangular utilizado na microbacia C ............................................ 33

Figura 3.8- Foto demonstrativa do método volumétrico ............................................................ 34

Figura 3.9- Croqui das chapas adicionais colocadas nos vertedores das microbacias A e B .... 34

Figura 3.10- Hidrômetro colocado na microbacia B .................................................................. 35

Figura 3.11- Oxímetro e condutivímetro utilizados para os parâmetros físico-químicos ......... 36


xvi

Figura 3.12- Determinação do sulfato nas amostras de água ..................................................... 37

Figura 3.13- Filtragem da água para determinar a concentração de elementos químicos .......... 37

Figura 3.14- Coleta de sedimento de fundo e sedimento em processo de secagem ................... 38

Figura 3.15- Secagem de frascos na placa aquecedora e ácidos para determinação de metais .. 40

Figura 3.16- Filtros com o material particulado em suspensão na estufa para secagem ............ 42

Figura 4.1- Localização das microbacias monitoradas na APA/CA .......................................... 47

Figura 4.2- Mapa hipsométrico e de declividades da APA/CA ................................................. 48

Figura 4.3- Localização da microbacia A no terreno ................................................................. 50

Figura 4.4- Localização da microbacia B no terreno .................................................................. 51

Figura 4.5- Geologia das microbacias A e B .............................................................................. 52

Figura 4.6- Geomorfologia das microbacias A e B .................................................................... 53

Figura 4.7- Uso e ocupação, em percentagem, das microbacias A e B ...................................... 53

Figura 4.8- Vegetação das microbacias A e B ........................................................................... 54

Figura 4.9- Vertedor triangular instalado na microbacia C, no interior da Floresta Uaimií ....... 54

Figura 4.10- Localização do vertedor e do pluviômetro instalados na microbacia D ................ 55

Figura 4.11- Geologia das microbacias C e D ............................................................................ 55

Figura 4.12- Geomorfologia das microbacias C e D .................................................................. 56

Figura 4.13- Uso e ocupação, em percentagem, das microbacias C e D .................................... 57

Figura 4.14- Vegetação das microbacias C e D.......................................................................... 57

Figura 4.15- Microbacia E com destaque para a pedreira de quartzito ...................................... 58

Figura 4.16- Localização da microbacia F, onde é visível o seu bom estado de conservação ... 58

Figura 4.17- Microbacia E e localização dos gabiões construídos ao longo da drenagem......... 59

Figura 4.18- Fotos de três dos diques de gabião construídos ..................................................... 59

Figura 4.19- Geologia das microbacias E e F ............................................................................. 60

Figura 4.20- Geomorfologia das microbacias E e F ................................................................... 61

Figura 4.21- Vegetação das microbacias E e F ......................................................................... 62

Figura 4.22- Uso e ocupação, em percentagem, das microbacias E e F ..................................... 62

Figura 5.1- Uso e ocupação da APA/CA em 1986 e 2006 ........................................................ 64


xvii

Figura 5.2- Carvoaria em funcionamento utilizando lenha de eucalipto ................................... 65

Figura 5.3- Determinação das estações seca e chuvosa das microbacias .................................. 66

Figura 5.4- Precipitação diária e vazão específica das microbacias A, B e C ............................ 68

Figura 5.5- Precipitação diária e vazão específica das microbacias D, E e F ............................ 69

Figura 5.6- Separação do fluxo de base das microbacias A e B (smoothed mínima). ................ 72

Figura 5.7- Separação do fluxo de base das microbacias C e D (smoothed mínima). ................ 72

Figura 5.8- Separação do fluxo de base da microbacias F (smoothed mínima). ........................ 73

Figura 5.9- Curva de recessão mestra pela técnica matching strip para a microbacia A ........... 73

Figura 5.10- Gráficos com valores de STD e CE para as microbacias ...................................... 75

Figura 5.11- Gráfico com dados de precipitação, vazão e turbidez ........................................... 78

Figura 5.12- Concentração de ferro e manganês nas microbacias. ............................................ 83

Figura 5.13- Concentração de sódio e potássio nas microbacias. .............................................. 83

Figura 5.14- Concentração de cálcio e magnésio nas microbacias. ........................................... 84

Figura 5.15- Concentração de bário, estrôncio nas microbacias. ............................................... 85

Figura 5.16- Frações granulométricas de cada microbacia na época seca e chuvosa ................ 90

Figura 5.17- Principais constituintes das amostras de sedimento de fundo das microbacias ..... 92

Figura 5.18- Veios de quartzo localizados 10m a montante do vertedor da microbacia E ........ 97

Figura 5.19- Dendogramas das amostras de fração total na época seca e chuvosa .................... 99

Figura 5.20- Dendogramas das amostras de fração fina na época seca e chuvosa ................... 100

Figura 5.21- Curva granulométrica do sedimento de fundo das microbacias .......................... 105

Figura 5.22- Gráfico de dispersão do coeficiente de recessão versus FBE de todas as bacias analisadas

neste estudo e das monitoradas por Costa (2005). .................................................................... 107

Figura 5.23- Gráfico de dispersão do coeficiente de recessão versus Slope Index de todas as

bacias analisadas neste estudo e das bacias monitoradas por Costa (2005). ............................. 108


xviii


xix

Lista de Tabelas

Tabela 1.1- Coeficiente de recessão e slope index das bacias monitoradas por Costa (2005). .. 14

Tabela 2.1- Relação da vegetação com alguns dos componentes do ciclo hidrológico..............22

Tabela 3.1- Classes granulométricas .......................................................................................... 39

Tabela 3.2- Valores para o cálculo do coeficiente de Manning ................................................. 43

Tabela 4.1- Localização, litologias e parâmetros morfométricos das microbacias .................... 49

Tabela 5.1- Fluxo de base especifico, SI e precipitação ............................................................. 70

Tabela 5.2- BFI e FBE das microbacias ..................................................................................... 71

Tabela 5.3- Coeficiente de recessão das microbacias obtidos pelo método matching strip ....... 74

Tabela 5.4- Valores médios de pH para as microbacias monitoradas ........................................ 76

Tabela 5.5- Valores mínimos, máximos e médios da turbidez em FTU das microbacias .......... 77

Tabela 5.6- Concentração do HCO3- nas microbacias ................................................................ 79

Tabela 5.7- Concentração de Cl- nas microbacias ...................................................................... 80

Tabela 5.8- Concentração do SO42-

nas microbacias .................................................................. 80

Tabela 5.9- Limites de quantificação dos elementos nas amostras de água (ICP-OES) ............ 81

Tabela 5.10- Elementos maiores na época seca e chuvosa. LQ=Limite de quantificação ......... 81

Tabela 5.11- Metais alcalinos e alcalinos terrosos em µg/L, por ICP-OES ............................... 85

Tabela 5.12- Razões iônicas médias definidas para as microbacias ........................................... 86

Tabela 5.13- Balanço iônico das microbacias na época seca ..................................................... 87

Tabela 5.14- Balanço iônico das microbacias na época chuvosa ............................................... 87

Tabela 5.15- Limites de aceitabilidade (Custódio & Llamas, 1976) .......................................... 88

Tabela 5.16- Comparação dos resultados obtidos com a Resolução CONAMA Nº357 ............ 89

Tabela 5.17- Concentração de elementos maiores da fração total nos sedimentos de fundo ..... 93

Tabela 5.18- Concentração de elementos maiores da fração fina nos sedimentos de fundo ...... 93

Tabela 5.19- Concentração de metais alcalinos e alcalino terrosos da fração total e fina .......... 95

Tabela 5.20- Concentração de metais de transição da fração total e fina ................................... 96

Tabela 5.21- Concentração de outros elementos metálicos da fração total e fina ...................... 97

Tabela 5.22- Concentração de elementos não metálicos da fração total e fina .......................... 98


xx

Tabela 5.23- Descarga sólida em suspensão (Qss) das microbacias.......................................... 101

Tabela 5.24- Média anual de turbidez e escoamento superficial das microbacias ................... 101

Tabela 5.25- Computação do coeficiente de Manning para as microbacias ............................. 102

Tabela 5.26- Características hidráulicas e geométricas da seção transversal das microbacias.103

Tabela 5.27- Distribuição granulométrica do material de leito da microbacia A ..................... 104

Tabela 5.28- Descarga sólida de fundo com as fórmulas de Engelund e Hansen e de Yang ... 106

Tabela 5.29- Descarga sólida total das microbacias ................................................................ 106


xxi

Lista de Equações

Equação 2.1- Equação empírica de recessão (Barnes) ............................................................... 19

Equação 2.2- Determinação do coeficiente de compacidade ..................................................... 20

Equação 2.3- Determinação do fator de forma .......................................................................... 20

Equação 2.4- Determinação da densidade de drenagem ............................................................ 20

Equação 2.5- Determinação do Slope Index .............................................................................. 21

Equação 2.6- Determinação da descarga sólida em suspensão .................................................. 25

Equação 3.1- Determinação da altura pluviométrica ................................................................. 28

Equação 3.2- Equação para o vertedor do tipo trapezoidal ........................................................ 31

Equação 3.3- Equação para o vertedor do tipo triangular .......................................................... 31

Equação 3.4- Equação de Thompson ......................................................................................... 31

Equação 3.5- Equação de Gourley e Crimp ............................................................................... 31

Equação 3.6- Equação de Barnes ............................................................................................... 31

Equação 3.7- Determinação da declividade da linha energética ................................................ 42

Equação 3.8- Determinação do coeficiente de Manning ............................................................ 42

Equação 3.9- Cálculo da descarga sólida total do material de leito transportado ...................... 44

Equação 3.10- Cálculo da tensão de atrito média da corrente.................................................... 44

Equação 3.11- Cálculo da descarga sólida total em ton/dia ....................................................... 44

Equação 3.12- Cálculo da velocidade de atrito relativa aos grãos ............................................. 45

Equação 3.13- Equação de Rubey .............................................................................................. 45

Equação 3.14- Equação de Stokes ............................................................................................. 45

Equação 3.15- Cálculo da relação entre a velocidade crítica do escoamento no movimento incipiente e

a velocidade de queda ................................................................................................................. 45

Equação 3.16- Cálculo da concentração total de material de leito no escoamento (para grãos de

diâmetro até 2mm) ...................................................................................................................... 45

Equação 3.17- Cálculo da concentração total de material de leito no escoamento (para grãos de

diâmetro maior que 2mm) ........................................................................................................... 45

Equação 3.18- Cálculo da descarga sólida ................................................................................. 45


xxii

Equação 5.1- Balanço iônico pela equação de Custódio & Llamas (1976) ................................ 87

Equação 5.2- Cálculo do diâmetro médio do material de fundo .............................................. 103


xxiii

Resumo

Este estudo tentou estabelecer a influência da geologia, da geomorfologia e do uso e ocupação do solo

na dinâmica hidrossedimentológica e no potencial hídrico de seis microbacias de cabeceira situadas na

APA da Cachoeira das Andorinhas (APA/CA). Foram selecionados três pares de microbacias nas

unidades geologicamente mais representativas da APA/CA (Grupos Nova Lima, Maquiné/Supergrupo

\Rio das Velhas, e Grupos Caraça e Itabira/Supergrupo Minas). Cada par partilha condições

geológicas e geomorfológicas semelhantes, mas em cada um desses pares, uma das microbacias está

mais preservada e a outra mais antropizada. Os processos naturais de erosão e deposição, assim como

modificações no canal decorrentes de interferências antrópicas parecem induzir variações na

composição química das águas e dos sedimentos. Em regiões de cabeceira, com declividades mais

elevadas, onde predominam os processos de erosão, interferências antrópicas como mineração (nas

microbacias A e E), retirada irregular de material sólido (microbacias E e F) e uso predominantemente

agro-pastoril (microbacia D), influenciam na concentração e disponibilidade de metais, pois favorecem

desagregação do material geológico, que se tornará sujeito ao transporte fluvial. A análise do potencial

hídrico de microbacias de cabeceira através de métodos de hidrologia de superfície demonstrou ser útil

para definir a relação entre o escoamento superficial e subterrâneo e desta forma avaliar as condições

dos aquíferos. A utilização de vertedores portáteis associada à correção pelo método volumétrico

apresentou bons resultados para microbacias. Utilizando dados de chuva e vazão, obtidos durante um

ano hidrológico, por pluviômetros e vertedores, estabeleceram-se regimes pluviométricos e

fluviométricos. Com estes dados determinou-se o fluxo de base pela técnica smoothed minima e o

coeficiente de recessão (α) pela técnica matching strip. Constatou-se que microbacias de cabeceira,

muito íngremes, mais freqüentes em unidades com rochas quartzíticas apresentam baixo potencial

hídrico; microbacias de baixadas, menos íngremes, mais freqüentes em unidades do embasamento

cristalino e Rio das Velhas, apresentam médio potencial hídrico. As bacias (C, F e A) ocupadas por

Floresta Estacional Semidecidual apresentam baixas vazões totais específicas e elevados índices de

escoamento de base.


xxiv


xxv

Abstract

This study intends to establish the influence of geology, geomorphology and anthropogenic land use in

the hydrologic potential and in the hidrosedimentologic dynamics of six small catchments located in a

protected area called Cachoeira das Andorinhas. Three pairs of small catchments were selected

according to the more representative geologic units (Nova Lima, Maquiné Groups /Supergroup \Rio

das Velhas, and Caraça e Itabira Groups / Supergroup Minas). Each pair shares similar geologic and

geomorphologic conditions, one catchment is preserved and the other suffers with anthropogenic use.

Natural processes of erosion and deposition, and alterations in the river channel motivated by

anthropogenic use, seem to induce changes in the chemical composition of water and sediments. In

mountain areas, with steep relief, where erosion processes predominate, anthropogenic interferences as

mining (in catchments A and E), irregular removal of solid material (catchments E and F) and

predominant agriculture land use (at catchment D), influence the availability and concentration of

metals. These influences provoke the desegregation of the geologic material making it available for

fluvial transportation. Analyses of hydrologic potential at mountain catchments by superficial

hydrological methods turned out to be useful to define the relations between superficial and base flows

and to evaluate aquifer conditions. The use of portable weirs associated with volumetric methods, to

obtain flow data presented good results for the studied catchments. Pluviometers and portable weirs

were used to obtain daily rain and flow data during a year. With these measurements base flow index

was determined using smoothed minima technique and recession coefficient by matching strip

technique. The relation between recession coefficient and slope index with geology and

geomorphology, indicates that small upper catchments, with very steep relief, more frequent in

quartzite, presents low hydrologic potential; the ones located at smoother relief, more frequent in

crystalline basement and in Rio das Velhas formation presents medium hydrologic potential. The

catchments (C, F e A) occupied by forest present low specific flow and high base flow indices.


xxvi

1

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

1.1 – APRESENTAÇÃO DA PESQUISA

A água que circula no ciclo hidrológico pode ser aproveitada pelos humanos, e é um bem de

caráter renovável. No entanto, a quantidade de água disponível tem diminuído face ao aumento

populacional. A disponibilidade deste bem pode sofrer baixas, não só devido a variações climáticas

como ao uso e ocupação indevidos do solo.

Tem-se assistido a uma preocupação crescente de pesquisadores, administradores e população

em geral com a gestão de recursos hídricos, uma vez que nem sempre a qualidade e a quantidade da

água a fornecer estão garantidas.

Muitos estudos em bacias hidrográficas baseiam-se em assuntos específicos, como,

hidroquímica, geoquímica, transporte de sedimentos, ou escoamento. Nesta pesquisa integraram-se

todos estes dados, uma vez que o meio aquático é um sistema dinâmico influenciado por fatores

físicos, ambientais e antrópicos. A composição química das águas (hidroquímica) resulta de forma

sucinta, de acordo com Hem (1985) e Siegel (2002), do intemperismo das rochas e solos, de reações

de precipitação e dissolução, solubilização de gases e aerossóis presentes na atmosfera, da ação da

biota aquática (fauna e flora) e de efeitos resultantes das atividades antrópicas. (Guimarães, 2007). A

geoquímica também é uma importante ferramenta para avaliar a qualidade dos sistemas aquáticos, pois

além de estudar a distribuição e o comportamento dos elementos químicos no ambiente, possibilita

identificar alterações de origem natural e antrópica. Assim água e o sedimento são de extrema

relevância na avaliação de impactos ambientais, pois estes são caracterizados pela contínua e constante

integração dos processos de intemperismo e erosão, tendo composição determinada pela geologia

local, cobertura vegetal e uso do solo. Desta forma, o conhecimento da dinâmica

hidrossedimentologica pode contribuir para uma melhor gestão de bacias hidrográficas.

Esta pesquisa foi realizada na Área de Proteção Ambiental Estadual da Cachoeira das

Andorinhas (APA/CA) localizada nas cabeceiras da sub-bacia do Alto Rio das Velhas, na porção

sudeste do Quadrilátero Ferrífero. A APA/CA apresenta 18.700 hectares, foi criada em 1989, por se

situar em região considerada patrimônio natural de reconhecido valor histórico, cultural, paisagístico e

turístico. É também de relevante importância hídrica, pois a bacia do Alto Rio das Velhas é

responsável por parte considerável do abastecimento de água da região metropolitana de Belo

Horizonte (ANA/GEF/PNUMA/OEA, 2001). Como a região constitui as cabeceiras do rio das Velhas

e tem sofrido com a ocupação desordenada, sua transformação em Área de Proteção Ambiental se

justifica pela necessidade de corrigir situações criticas de degradação ambiental ou como ação

preventiva para integrar a conservação e o desenvolvimento sustentável através de um adequado


2

ordenamento territorial e do aproveitamento racional dos recursos naturais (UFV/IEF, 2005a).

A área da APA/CA é carente de informações detalhadas quanto aos recursos hídricos, tanto

superficiais como subterrâneos (ANA/GEF/PNUMA/OEA, 2001; Ferreira & Bacellar, 2010). Neste

sentido, propôs-se examinar a influência da geologia, da geomorfologia e do uso da terra no potencial

hídrico e na dinâmica hidrossedimentológica de microbacias de cabeceira.

Entende-se como potencial hídrico a capacidade de produzir água de forma sustentável, o que

implica na manutenção da vazão por mais tempo em épocas de estiagem, devido ao escoamento de

base (Costa, 2005). O escoamento de base representa a parcela de vazão em canais de drenagem

proveniente de aquíferos. Portanto, em climas sazonais como na área de estudo, com invernos secos e

verões chuvosos, o escoamento de base sustenta as vazões dos rios efluentes nos períodos de estiagem

e sua quantificação pode contribuir para a avaliação do potencial hídrico. Trabalhos desenvolvidos em

pequenas bacias hidrográficas na região da sub-bacia do Alto Rio das Velhas (Costa, 2005; Costa &

Bacellar, 2009) têm demonstrado que quanto mais íngreme o relevo da bacia, menor é a produção de

escoamento de base, ou seja, menor o potencial hídrico. Demonstrou-se também nesses trabalhos que

o potencial hídrico é muito influenciado pelas características geológicas e geomorfológicas e também

pelas formas de uso e ocupação do terreno. Portanto, o estudo do padrão de escoamento em pequenas

bacias também pode trazer informações relevantes quanto à influência das formas de uso e ocupação

no regime hidrológico (Costa, 2005; Costa & Bacellar, 2006; Freitas, 2010).

No presente trabalho, avançou-se nessa linha de pesquisa, ao agregar dados de novas bacias

monitoradas na APA/CA, na sub-bacia do Alto Rio das Velhas. Para tal, foram selecionadas seis

bacias de 1ª ou 2ª ordem hierárquica (sensu Strahler), com características geométricas similares, mas

com distintas características geológico-geomorfológicas e de formas de uso e ocupação do terreno. As

bacias foram monitoradas durante o ano hidrológico (2006/2007) e procurou-se estabelecer a

influência dos fatores condicionantes no potencial hídrico pela correlação com índices hidrológicos e

morfométricos. Para avaliar de que forma fatores físicos e antrópicos influenciam na dinâmica

hidrossedimentologica levantaram-se e analisaram-se dados de química da água e dos sedimentos além

de dados de transporte de sedimentos.

1.2 – OBJETIVOS

O principal objetivo deste trabalho é avaliar a influência da geologia, geomorfologia e de uso e

ocupação do solo no potencial hídrico e na dinâmica hidrossedimentológica de seis microbacias

situadas na APA da Cachoeira das Andorinhas.

Os objetivos específicos são:

Monitorar durante um ano hidrológico seis bacias previamente definidas,

representativas da área de estudo;

Contribuições às Ciências da Terra, Série M72, vol. 314,137p.

3

Analisar dados pluviométricos, fluviométricos, hidroquímicos e geoquímicos das

bacias monitoradas;

Avaliar a influência dos parâmetros físico-químicos e das características físicas e

antrópicas das bacias nos processos hidrossedimentológicos;

Avaliar métodos de transporte de sedimentos em bacias de cabeceira.

1.3 – LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE PROTEÇÃO AMBIENTAL ESTADUAL

CACHOEIRA DAS ANDORINHAS E ASPECTOS GERAIS DA REGIÃO

O presente estudo foi realizado dentro de uma área de proteção ambiental (APA). O conceito

de Área de Proteção Ambiental (APA) surgiu no Brasil em 1981 como uma nova categoria de unidade

de conservação. Uma APA é um dos instrumentos utilizados pelo poder público para proteger uma

parte do território, segundo objetivos específicos. Esta área, mesmo permanecendo sob o domínio de

seus proprietários, é submetida a ações de ordenamento e controle do uso do solo e dos recursos

naturais, onde a variável ambiental é inserida nas etapas de planejamento, tendo como meta, o

desenvolvimento sustentável da área. Geralmente a criação de uma área de proteção desta índole,

objetiva a proteção da fauna e da flora, dos recursos hídricos e de áreas de grande beleza cênica.

Segundo uma pesquisa realizada por Côrte (1997), 25% das APAs apresentam como um dos

seus objetivos de criação a preocupação com a proteção dos recursos hídricos, principalmente dos

mananciais para abastecimento de água da população. Este é por vezes, considerado o principal

objetivo de se transformar uma área em APA e, coincide com uma das grandes preocupações mundiais

por reconhecer a água como um elemento essencial à vida humana e à manutenção do equilíbrio dos

ecossistemas (Corte, 1997).

A transformação de uma determinada área em Área de Proteção Ambiental (APA) pode ser

justificada pela necessidade de corrigir situações críticas de degradação ambiental ou como ação

preventiva no sentido de integrar a conservação e o desenvolvimento através de um adequado

ordenamento territorial e do aproveitamento racional dos recursos naturais. Segundo estudo feito por

Corte (1997), apenas 6% das APA’s no país conseguiu controlar completamente o processo de

degradação ambiental e em 50% delas a degradação foi controlada parcialmente. Isto denota que o fato

de se transformar uma área em APA não é suficiente para controlar um processo de degradação

iniciado. Procurar a elaboração de ações coordenadas que possam contribuir para a execução de

zoneamentos, capazes de orientar o uso e ocupação do solo local, principalmente numa área de

proteção ambiental implicará numa mais valia para a melhor gestão das unidades de conservação

existentes numa APA.


4

A APA Estadual da Cachoeira das Andorinhas (APA/CA) localiza-se no distrito de São

Bartolomeu, município de Ouro Preto, possui uma área de 18.700 hectares e foi criada em 16 de

Outubro de 1989 sob o Decreto nº 30 264 pelo Governo de Minas Gerais (figura 1.1). A região

abrangida pela APA/CA é considerada como patrimônio natural de reconhecido valor histórico,

cultural, paisagístico e turístico. É também uma área de relevante importância hídrica, pois é lá que se

localizam as nascentes orientais do rio das Velhas. O rio das Velhas está diretamente ligado à história

de Minas. No século XVIII, foi um importante ponto estratégico para a ocupação do território

brasileiro, não só porque era navegável, mas também pela sua riqueza mineral de sua área de

cabeceiras. Séculos depois ainda é fonte quase inesgotável de riqueza mineral e principal manancial de

abastecimento de água da Região Metropolitana de Belo Horizonte.

O rio das Velhas nasce no município de Ouro Preto, na APA/CA, faz um percurso de 761 km

até desaguar como importante afluente no rio São Francisco, próximo de Pirapora, em Minas Gerais.

Figura 1.1 – Localização da APA/CA em Minas Gerais, com destaque para as áreas urbanas de Ouro Preto e

Mariana.

1.4 - CARACTERÍSTICAS DO MEIO FÍSICO E VEGETAÇÃO

1.4.1 – Clima

A área estudada situa-se na região centro-sudeste do estado de Minas Gerais na porção sudeste

do Quadrilátero Ferrífero.


5

Foi feita uma análise da precipitação num raio de 30 km do limite da APA/CA utilizando

dados de chuva disponibilizados pela Agência Nacional de Águas (ANA) de 11 postos de medição.

Esta análise permitiu construir vários mapas de isoietas ao longo do ano e ao longo da série histórica.

(figura 1.2). Neste mapa é possível observar que os maiores valores pluviométricos se encontram nas

vertentes das serras do Caraça e do Itacolomi, a nordeste e sudeste do limite da APA/CA,

respectivamente, apresentando valores totais anuais da ordem de 2.000 mm. Os valores diminuem

gradativamente para oeste, onde apresentam valores mínimos de precipitação anual de 1234,3 mm.

Figura 1.2 – Mapa de isoietas da precipitação média anual das séries históricas dos 11 postos de medição,

realçando-se o limite da APA/CA e das microbacias monitoradas.

No entanto, é de salientar que o mapa acima foi elaborado sem estações pluviométricas nas

serras de Capanema e Antônio Pereira (que correspondem ao limite leste da APA/CA) e do Veloso e

de Ouro Preto (que limitam a sul a área de estudo). Por outro lado, a interpolação utilizada extrapola

valores altos para as regiões vizinhas das estações pluviométricas, sem levar em conta o relevo. Assim,

a precipitação nas microbacias mais ao norte (microbacias A, B e C) deve ser menor que os valores

apresentados no mapa. Os dados de precipitação das estações selecionadas permitiram efetuar a

determinação das estações seca e chuvosa presentes na região. Desta forma, a época de estiagem

ocorre geralmente no período de Abril a Setembro e a época chuvosa de Outubro a Março (figura 1.3).

Pode-se então afirmar que os invernos são secos e os verões bastante chuvosos, mas a temperatura

mantém-se de uma forma geral amena, à exceção dos locais em que a altitude é mais elevada, podendo

nos dias mais frios atingir valores na ordem dos 4 a 5º C. O clima é considerado do tipo tropical de

montanha, segundo a classificação Koppen (Herz, 1978), com precipitação média anual entre 1.234 e

2.000 mm e temperatura média anual entre 14º e 19º C.


6

0

50

100

150

200

250

300

350

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

Estação chuvosa

Estação seca

média 114,58

(1941-1965)

Figura 1.3 – Gráfico representando a determinação das estações seca e chuvosa para o posto de medição de

Vargem do Tejucal (Latitude: 20º20'0''; Longitude: 43º33'0'')

1.4.2 – Geologia e Geomorfologia

A área de estudo insere-se na região do Quadrilátero Ferrífero (QF), importante província

aurífera e ferrífera conhecida desde o século XVII (Ladeira e Viveiros, 1984). O QF é composto pelo

Greenstone Belt Rio das Velhas, cuja formação é contemporânea à individualização de corpos

tonalíticos, granodioríticos e graníticos, entre 2,78 e 2,7 bilhões de anos, e pelo Supergrupo Minas,

formado durante o Ciclo Transamazónico (2,6-2 bilhões de anos) por uma série de processos

sedimentares, tectônicos e magmáticos (Schobenhaus et al. 2000). O QF é composto por:

Embasamento Cristalino, Supergrupo Rio das Velhas, Supergrupo Minas, Grupo Itacolomi e por

bacias cenozóicas (figura 1.4).

Figura 1.4 – Coluna estratigráfica do Quadrilátero Ferrífero (modificada de Alkmim & Marshak, 1998).


7

Segundo Dorr et al. (1957), na região da APA/CA predominam rochas arqueanas do

Supergrupo Rio das Velhas e rochas proterozóicas do Supergrupo Minas (figura 1.5), sendo que as

rochas do Supergrupo Rio das Velhas ocupam mais de 85% da área. Dos dois grupos que constituem o

Supergrupo Rio das Velhas, o Grupo Nova Lima é o que ocorre em maior área, sendo constituído

basicamente por quartzo-biotita xistos e filitos. O Grupo Nova Lima é constituído por uma sucessão

monótona de micaxistos e quartzo-micaxistos, com lentes e zonas de formações ferríferas

metamorfoseadas, metagrauvacas félsicas, quartzito, conglomerado, rochas metavulcânicas, xistos e

filitos grafitosos (Dorr et al 1957). Este grupo ocorre em toda a porção central da APA (figura 1.5) em

relevo de colinas convexas, sendo delimitado a leste por rochas do Grupo Maquiné e ao sul por rochas

do Supergrupo Minas. O Grupo Maquiné, também do Supergrupo Rio das Velhas, sobrepõe-se ao

Grupo Nova Lima. Afloramentos de rochas quartzíticas desse grupo dominam a paisagem nordeste e

leste da APA/CA, formando cristas e patamares estruturais (figura 1.6). As rochas do Supergrupo

Minas, apesar de ocuparem uma extensão muito menor, constituem importantes elementos da

paisagem da APA/CA, formando a extensa crista divisora com orientação O-E, denominada Serra do

Veloso e Serra de Ouro Preto, que marca o limite sul da APA (figura 1.6). O Supergrupo Minas foi

dividido (Dorr et al 1957) em três grupos, Caraça, Itabira e Piracicaba, dos quais apenas ocorrem na

área estudada os dois primeiros (figura 1.5). O Grupo Caraça subdivide-se em duas formações,

denominadas Moeda (composta por quartzitos e metaconglomerados) e Batatal (constituída por filitos

e micaxistos) (Wallace 1958, Maxwell 1958), que ocorrem em pequenas áreas, pouco significativas,

tanto no extremo norte como a sudeste da APA/CA, formando cristas rochosas.

O Grupo Itabira subdivide-se em duas formações, a Formação Cauê (com itabiritos e itabiritos

filiticos) e a Formação Gandarela (composta por dolomitos). Este grupo forma a Serra do Veloso e a

Serra de Ouro Preto, marcando o limite sul da área estudada.

Além disso, diques de metabasito, anfibolito, esteatito e talco-xisto indivisos, ocorrem no

extremo leste da APA/CA, próximo ao rio das Velhas e em pequena área central da APA (figura 1.5).

Junto ao rio das Velhas surgem diversos depósitos superficiais quaternários, compostos por

sedimentos aluviais de natureza predominantemente silto-argilosa, com níveis de conglomerado e

lentes arenosas, formando cascalheiras auríferas. Nestes depósitos ocorrem também pilhas de cascalho

lavado, sobre os terraços e aluviões, evidenciando ação mineradora pretérita (UFOP, 1983). O rio das

Velhas corre sobre planícies fluviais a partir da região de Catarina Mendes. Em pequenas áreas na

região sul-sudeste, na região conhecida como Serra da Brígida, mas também em vários locais na Serra

do Veloso e na Serra de Ouro Preto, ocorrem depósitos superficiais de canga laterítica sobre rochas

itabiríticas, formando solos rasos e concrecionários, resistentes à erosão (UFV & IEF, 2005). Surgem

também depósitos superficiais lateríticos e bauxíticos em colúvios ou in situ, derivados de materiais

itabiríticos intemperizados e transportados (figura 1.5). Destaca-se ainda a presença de vales suspensos

próximos à Cachoeira das Andorinhas (figura 1.6).


8

Figura 1.5 - Mapa Geológico da APA/CA (adaptado de CODEMIG, 2007).


9

Figura 1.6 – Mapa geomorfológico da APA/CA (adaptado de UFV & IEF, 2005).

1.4.3 – Solos

Segundo UFV & IEF (2005), na área predominam solos com horizonte B incipiente, como os

cambissolos háplicos (CXbd) e húmicos (CHd), representando mais de 65% da área (figura 1.7). Estes

solos estão associados a posições mais íngremes da paisagem, o que os torna os mais susceptíveis à

erosão.

Cerca de 8% da área é ocupada por solos com horizonte B latossólico (Latossolo Vermelho-

Amarelo-LVA), formados a partir de rochas do Grupo Nova Lima. Este tipo de solo está associado a

topos e a encostas de colinas convexas.

Encontram-se também na área neossolos flúvicos e litólicos. Os primeiros ocorrem em

pequenas áreas ao longo do rio das Velhas, sobre leitos maiores e terraços com diferentes níveis de

cascalheira. Os neossolos litólicos ocorrem nas áreas mais elevadas, em cristas estruturais e escarpas,

desenvolvidos a partir de rochas do Grupo Maquiné e de rochas do Supergrupo Minas.


10

Ocupando menos de 1% da área aparecem os gleissolos, que ocorrem no fundo de vales

suspensos, próximos às cabeceiras do Rio das Velhas.

Associados aos cambissolos háplicos e neossolos litólicos ocorrem espodossolos, em

patamares estruturais de áreas quartzíticas (figura 1.7) (UFV & IEF, 2005).

Figura 1.7 – Mapa de solos da APA/CA (adaptado de UFV & IEF, 2005).

1.4.4 – Vegetação

Inserida numa região de transição entre dois grandes domínios morfoclimáticos neotropicais, o

Cerrado e a Mata Atlântica, a área exibe grande complexidade de ambientes e tipos fitofisionômicos

(UFV & IEF, 2005), com destaque para as matas de galeria, florestas semideciduais, bosques de

candeias, cerrados, campos rupestres, afloramentos rochosos, áreas úmidas e formações intermediárias

(figura 1.8).


11

Figura 1.8 – Mapa de vegetação da APA/CA (adaptado de UFV & IEF, 2005)

1.4.5 – Uso e Ocupação

A maior parte da APA/CA é ocupada por Mata Atlântica. Nas zonas de maior altitude

predominam os campos rupestres, constituídos normalmente por espécies de baixo porte e com

distribuição esparsa no terreno. Várias áreas urbanas na região são centenárias, como São Bartolomeu

e os bairros de São Sebastião e de São João, no limite sul da APA/CA e já na área urbana da cidade de

Ouro Preto. Na porção central da APA/CA, a localidade de Catarina Mendes, área de ocupação rural,

muito dispersa, é também centenária.

A colonização da região está intimamente associada à mineração, nomeadamente à exploração

de ouro em aluviões ao longo do Rio das Velhas, durante os séculos XVII e XVIII. Durante este ciclo

ocorre desmatamento com vista à ocupação de terrenos e também para exploração de carvão vegetal

para consumo doméstico e fundição de ouro (Gutersohn, 1945). Durante o século XIX, a decadência

do ciclo do ouro leva ao abandono de maior parte dessas explorações.


12

Na região sudeste da APA/CA, próximo ao Morro de São Sebastião, localizam-se explorações

de bauxita e quartzito, cuja atividade é anterior a 1966, quando foram elaboradas fotos aéreas na

região. A exploração de bauxita é atualmente muito irregular, destinando-se, sobretudo, à

pavimentação de estradas de terra rurais. A exploração de quartzito foi recentemente embargada.

Já na segunda metade do século XX, entrou em atividade a exploração de ferro da Mina

Capanema, no limite norte da APA/CA e que presentemente se encontra em atividade reduzida.

Também durante este período foi concedido alvará de pesquisa à Mineração Morro Velho, para

explorar ouro na região do Parque Municipal da Cachoeira das Andorinhas. Embora tenham sido

efetuadas pesquisas, o projeto de exploração não foi adiante (UFV & IEF, 2005).

No decorrer do século XX, sobretudo na sua segunda metade, várias áreas de mata nativa

foram devastadas e substituídas por plantações de eucalipto. Ao longo desse século continuou o

aumento da área de pastagens e plantações agrícolas em detrimento das áreas de mata nativa.

Atualmente, problemas ambientais como queimadas, freqüentes durante os períodos de

estiagem, a extração ilegal de espécies vegetais, nomeadamente de candeia, e a expansão urbana

desordenada fazem-se sentir em toda a APA/CA.

1.4.6 – Hidrogeologia no Alto rio das Velhas

Segundo estudo realizado no Alto Rio das Velhas pela Golder Associates (2001) foram

definidas as seguintes unidades hidroestratigráficas do Alto Rio das Velhas (figura 1.9):

Unidade I (Zona Aqüífera do Grupo Itacolomi), unidade de médio potencial hídrico;

Unidade II (Zonas Aqüíferas dos Grupos Piracicaba e Itabira), unidade de médio a alto

potencial hídrico);

Unidade III (Zonas Aqüíferas do Grupo Caraça e aquitardo Batatal), unidade de muito baixo e

médio potencial hídrico;

Unidade IV (Zona aquitarda do Grupo Nova Lima com zonas aqüíferas intercaladas), unidade

de muito baixo potencial hídrico;

Unidade V (Zona aqüífera do Grupo Maquiné), região de potencial hídrico médio;

Unidade VI (Zonas aqüíferas do Complexo Bação), unidade de baixo potencial hídrico.


13

Figura 1.9 – Mapa das unidades hidroestratigráficas do Alto rio das Velhas (Modificado de Silva et al,1994 e

Cruz , 1995).

Segundo Silva et al,1994 e Cruz , 1995, as zonas aqüíferas dos Grupos Piracicaba (quartzitos

Cercadinho) e Itabira (Fm Gandarela e, em especial, Fm. Cauê) apresentam o maior potencial de

armazenamento e disponibilização de água subterrânea. As rochas do Complexo Metamórfico Bação e

do Grupo Nova Lima foram consideradas, respectivamente, de baixo e baixo a muito baixo potencial

hídrico. Silva et al. (1994) também consideram que os principais aqüíferos do QF correspondem aos

Grupos Piracicaba, Itabira, incluindo também o G. Caraça com a Fm Moeda.

Existem poucos dados acerca do potencial hídrico da região, desta forma deve-se considerar

no presente estudo os dados de Costa (2005), que relacionou o potencial hídrico com características

geológicas e geomorfológicas de nove microbacias, a maioria localizada no Complexo Metamórfico

Bação (B1 a B6) e duas estruturadas em rochas do Supergrupo Minas (B8 e B8.1). De acordo com esta

autora, microbacias estruturadas em terreno granito-gnáissico tendem a apresentar maior potencial de

produção de água que microbacias em xistos e filitos. E, sob mesmas condições geológicas, aquelas

com relevo mais acentuado, apresentam menor potencial hídrico (tabela 2.1).


14

Tabela 1.1 – Coeficiente de recessão e slope index das bacias monitoradas por Costa (2005).

Bacias Coeficiente de recessão (α) Slope index

B1 0,00727 158,19

B2 0,01191 319,44

B3 0,01401 158,31

B3.1 0,00432 157,03

B4 0,00334 140,10

B5 0,01050 461,03

B6 0,00749 250,90

B8 0,01360 331,83

B8.1 0,04100 298,35

15

ESCOAMENTO E VARIÁVEIS NO CICLO

HIDROSSEDIMENTOLÓGICO

2.1 – ESCOAMENTO EM BACIAS HIDROGRAFICAS

O escoamento de uma bacia hidrográfica pode resultar de quatro caminhos de fluxo distintos:

precipitação direta sobre canais de escoamento; escoamento superficial; escoamento subsuperficial; e

escoamento subterrâneo (Santos, 2009).

Segundo Costa (2005), para que ocorra escoamento superficial, o volume precipitado deve

exceder o volume de água retido nas depressões superficiais e interceptado pela vegetação e outros

obstáculos e ainda superar a capacidade de infiltração do solo. Quando estas demandas são supridas, a

água pode fluir como uma lâmina sobre a superfície do terreno, por meio do escoamento conhecido

como escoamento superficial hortoniano (figura 2.1).

Figura 2.1 - Geração de escoamento superficial por exceder a infiltração ou escoamento hortoniano (Santos,

2009)

Este mecanismo de geração de escoamento superficial não é muito freqüente na natureza,

ocorrendo preferencialmente em superfícies pouco permeáveis (como afloramentos rochosos), em

vertentes com solos pouco espessos e pouco vegetados ou ainda em regiões áridas, especialmente após

chuvas de grande intensidade. Também para Santos (2009), o escoamento superficial hortoniano é

considerado dominante em sistemas onde o perfil do solo ou a superfície do terreno foram

radicalmente alterados (p.ex.bacias agrícolas), em regiões áridas ou semi-áridas onde a densidade de

vegetação é baixa, e em áreas urbanas onde a superfície do solo é pouco permeável devido à

pavimentação ou outro tipo de construção.


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Hoje em dia sabe-se que grande parte do escoamento superficial em bacias naturais provém do

escoamento dunniano (escoamento por saturação), que ocorre preferencialmente nos segmentos

topograficamente mais baixos da paisagem. Este tipo de escoamento é bastante significativo em zonas

úmidas com vegetação densa e em determinadas condições topográficas (declives côncavos com

fundos de vale planos) que favorecem o posicionamento do lençol freático relativamente próximo da

superfície (Hornberger et al, 1998), e é produzido pela precipitação direta sobre as áreas saturadas e

também pela contribuição subterrânea do escoamento de retorno, resultante do afloramento da

superfície freática (figura 2.2). Para Costa (2005): “As áreas potenciais para formação deste

escoamento compreendem, no início da chuva, as margens de rios, várzeas, exutórios, áreas de solo

raso e fundo de vales. Com o prosseguimento da chuva, estas áreas de contribuição se expandem,

atingindo inclusive áreas de cabeceira, e posteriormente se retraem com o fim da chuva. As expansões

e contrações se dão conforme a duração e intensidade da chuva e as condições antecedentes de

umidade no solo, sofrendo assim variação sazonal”. De acordo com vários autores (Hewlett & Hibbert

1967, Moldan & Cerný 1994, Chorley 1980, Dunne 1980), este fenômeno é conhecido como “área de

contribuição variável de escoamento superficial” ou “área variável de afluência” – AVA, fenômeno

dinâmico no espaço e no tempo. Santos (2009) informa que avanços em monitoramento e modelagem

associados a este fenômeno levaram ao reconhecimento do escoamento subsuperficial como um dos

processos mais importantes na geração do escoamento, pela própria contribuição do escoamento de

retorno e a sua influência preponderante no escoamento superficial por saturação.

Figura 2.2 - Geração de escoamento superficial por saturação ou escoamento dunniano (Santos, 2009)

O escoamento subsuperficial, também designado de hipodérmico, é aquele que ocorre nas

camadas mais superficiais do solo, na altura das raízes da cobertura vegetal, se restringindo à zona não


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saturada. (Costa, 2005). Este escoamento pode ser difícil de separar do escoamento superficial, pois

pode ser tornar superficial caso exista uma pequena depressão no solo (figura 2.3).

Figura 2.3 – Escoamento subsuperficial.

O escoamento subsuperficial, predominante em pequenas bacias (Becker & Mcdonnell, 1998;

Becker, 2005), pode representar até 80% da vazão total de uma bacia de vertentes suaves com solos

cultivados ou florestados contendo espessa camada de húmus (Castany 1971, Dunne 1980, Fetter

1988). No entanto geralmente apresenta grande diversidade de caminhos de fluxo, que aliado ao fato

desses caminhos ocorrerem dentro do solo e não serem facilmente mensuráveis torna sua compreensão

uma tarefa complexa (Santos, 2009).

O escoamento de base corresponde à descarga de água subterrânea para o rio englobando tanto

a água proveniente dos aqüíferos profundos, como também os fluxos subsuperficiais mais lentos

(figura 2.4). Em épocas de chuva, o escoamento de base desempenha papel secundário em relação ao

escoamento superficial. Porém, vai se tornando predominante à medida que a vazão diminui até se

tornar a única fonte que alimenta o rio em períodos de estiagem (Costa, 2005).

Figura 2.4 - Rotas de fluxo em encostas (Fonte: Costa, 2005)


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Os mecanismos de geração de escoamento são processos muito complexos, com alta variação

no espaço e no tempo, dependendo da combinação de três grupos de fatores principais: clima, solo e

geologia, e vegetação ou uso do solo. Assim, unidades de paisagem com uma combinação similar de

clima, topografia, solo e vegetação tendem a gerar respostas hidrológicas similares (Santos, 2009).

2.2 – ANÁLISE DE HIDROGRAMAS

O hidrograma é a representação gráfica da variação da vazão ao longo do tempo. A figura 2.5

mostra um hidrograma de uma pequena bacia hipotética.

Figura 2.5 – Características do hidrograma de escoamento (Fonte: Oliveira, 1997)

No hidrograma definem-se as seguintes partes: (1) curva de crescimento; (2) ponta do

hidrograma; (3) curva de decrescimento; (4) curva de esgotamento. A curva de crescimento

corresponde ao aumento do escoamento que ocorre por efeito da chuva. A ponta do hidrograma ocorre

no valor máximo de escoamento. A curva de decrescimento corresponde à diminuição progressiva do

escoamento superficial até que este se anula. O tempo de crescimento mais o tempo de decrescimento

definem o tempo base do hidrograma e corresponde ao período durante o qual se verifica o

escoamento superficial. A curva de esgotamento ou de recessão corresponde ao decréscimo do

escoamento que provém somente do escoamento de base (Oliveira, 1997). A análise de hidrogramas

possibilita interpretar várias singularidades da bacia, pois representa graficamente a integração das

características fisiográficas, climáticas e vegetais da bacia hidrográfica.


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Entre os índices que podem ser definidos e que apresentam potencial interesse tem-se:

coeficiente de recessão e volume do escoamento de base. Algumas técnicas de separação do

escoamento superficial e de base em hidrogramas são muito simples e podem ser feitas manualmente

(Custodio & Llamas 1976, Fetter 1988). A técnica dos gráficos semilogaritmos ou de Barnes é

freqüentemente utilizada e baseia-se na linearidade da recessão quando esta é analisada com as vazões

em escala logarítmica. Quando se plota o hidrograma em papel semilogaritmo, com tempo (em dias)

em escala aritmética na abscissa e o logaritmo da vazão em m3/s na ordenada, a recessão do

escoamento de base será representada por uma reta cuja inclinação é –α. Estas técnicas manuais são

subjetivas, pois mesmos dados tratados por diferentes analistas podem produzir diferentes valores de

escoamento de base. Neste caso, pode-se recorrer a técnicas automatizadas de separação, com uso de

filtros digitais, que são recomendáveis no tratamento de séries históricas (Costa 2005). Dentre estas

técnicas, a mais conhecida é a Smoothed Mínima (Nathan1990, Smakhtin 2001), que consiste em

individualizar todos os pequenos períodos de recessão identificados ao longo do ano hidrológico com

as médias de vazão diária plotada em escala logarítmica. Estas pequenas recessões são então movidas

horizontalmente de forma a construir uma reta de recessão mestra. O coeficiente de recessão dado pela

inclinação da reta de recessão mestra é então determinado pela equação de Barnes:

Q(t) = Q0e-αt

(2.1) onde,

Q0 = vazão inicial, dada pela projeção do ponto de inflexão; e= base dos logaritmos

neperianos; t = tempo (dias) desde o inicio da recessão; α = coeficiente de recessão.

2.3 – FATORES FISICOSQUE INTERVÉM NO SISTEMA HÍDRICO

O escoamento é influenciado pela interação de fatores hidrológicos, e por características

topográficas, clima, vegetação, geologia, solo e seu uso (figura 2.6).

Figura 2.6 – Representação esquemática de uma microbacia, mostrando os fatores que afetam a produção de

água.


20

O clima exerce um papel muito importante na determinação do escoamento, pois influencia

tanto a precipitação quanto a evapotranspiração. Pode ainda intervir na definição do potencial hídrico,

uma vez que influencia o perfil de evolução do solo no tempo geológico.

De acordo com Mwakalila et al (2002), a geologia pode afetar o escoamento de várias formas,

nomeadamente através da água armazenada nas rochas e na formação do solo. Diferentes tipos de

litologia produzem diferentes tipos e espessuras de solo sob a influência do intemperismo, ação da

vegetação, etc., o que interfere na capacidade de recarga e armazenamento da água subterrânea,

transmissividade e abastecimento para os cursos de água.

Para o estudo de determinada bacia, as características fisiográficas também devem ser levadas

em conta, pois condicionam o seu comportamento hidrológico e têm uma estreita relação com a

hidrologia. Desta forma, os parâmetros morfométricos determinados foram:

Área: corresponde à projeção horizontal do espaço delimitado pela linha de separação

topográfica; (Alencoão et al, 2002);

Perímetro;

Comprimento axial da bacia (L) em km;

Forma da bacia: segundo Alencoão et al (2002), de forma a suprir algumas das

subjetividades inerentes à classificação de determinada bacia quanto à sua forma, alguns

índices foram propostos, como o coeficiente de compacidade e o fator de forma. O coeficiente

de compacidade ou de Gravelius estabelece a relação entre o perímetro da bacia e a

circunferência de um círculo de igual área e traduz-se pela equação:

Kc=0.28 P/√A, (2.2)

em que: Kc – coeficiente de compacidade; P – perímetro da bacia (km); A – área da bacia (km2).

O fator de forma traduz a relação existente entre a largura média da bacia e o seu comprimento

axial. Calcula-se utilizando a equação:

Kf – A/L2, (2.3)

em que: Kf – fator de forma; A – área da bacia (km2); L – comprimento axial da bacia (km).

Ordem dos cursos de água: a classificação adotada para a hierarquização dos cursos de

água foi a de Strahler.

Densidade de drenagem: relaciona o comprimento total das linhas de água com a área

da bacia. Calcula-se através da equação:

Dd= LT/A, (2.4)


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em que: Dd – densidade de drenagem (km/km2); LT – comprimento total das linhas de água

(km); A – área da bacia (km2).

Declividade da bacia: existem na literatura várias fórmulas para calcular este

parâmetro, mas o escolhido para este trabalho foi o slope index (SI), que se refere ao grau de

inclinação da bacia (Lacey & Grayson 1998) e calcula-se utilizando a equação:

SI = H/√A, (2.5)

em que: H – amplitude altimétrica, ou seja, a diferença entre a maior e a menor cota da bacia; A –

área da bacia (km2).

O relevo também interfere na geração de escoamento, uma vez que é a declividade dos

terrenos da bacia hidrográfica que controla a velocidade do escoamento superficial, afetando deste

modo a capacidade de infiltração da água no solo, a susceptibilidade do solo à erosão, a produção e

transporte de sedimentos. Segundo Valente & Gomes (2005), áreas com declividade elevada, acima de

50%, aceleram as enxurradas e dificultam a infiltração da água no solo. Segundo Lacey & Grayson

(1998), em regiões de maior altitude predomina a recarga, e onde o relevo é mais baixo ocorre

preferencialmente a descarga do lençol. Costa (2005) afirma que bacias de cabeceiras com relevo

menos íngreme, com SI baixo, tendem a apresentar maior capacidade de recarga e, conseqüentemente,

maiores fluxos de base.

A vegetação pode influenciar o regime hidrológico de rios no que diz respeito ao escoamento

superficial, taxas de infiltração e evapotranspiração. No entanto, não existe consenso quanto à

influência das florestas no regime hidrológico. Enquanto alguns autores, como Calder (1998) afirmam

que as florestas desempenham um papel importante no controle de cheias, manutenção de vazões em

períodos de estiagem, podendo inclusive aumentar a precipitação local, outros autores (Bosch &

Hewllet 1982, McCulloch & Robinson 1993) afirmam que o desmatamento pode aumentar a vazão em

períodos de estiagem e até as vazões médias anuais. Hibbert (1967), num trabalho pioneiro em que

analisou resultados de 39 experimentos em bacias de todo o mundo, concluiu que a redução da

cobertura florestal aumenta a vazão anual e o reflorestamento em terras esparsamente vegetadas

diminui a vazão anual. O trabalho de Hibbert foi atualizado por Bosch & Hewlett (1982), que

analisaram dados de 94 experimentos, a maior parte em bacias pareadas. Estes autores confirmaram as

duas conclusões de Hibbert e conseguiram até relacionar as vazões com a redução percentual da

cobertura vegetal (figura 2.7).


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Figura 2.7 – Relação entre vazão e cobertura vegetal apresentados por Bosch e Hewlett (in Bacellar 2002).

Bosch & Hewlett (1982) também relacionaram o aumento da cobertura vegetal e da

evapotranspiração com a diminuição da vazão. Segundo Valente & Gomes (2005), quando a

vegetação de maior porte e com raízes mais profundas atinge o lençol freático (sobretudo em áreas

onde este está próximo à superfície), se dão as maiores taxas de evapotranspiração, podendo

influenciar a vazão diária em microbacias. Com o solo saturado de água, o lençol freático junto à

superfície pode ser rebaixado pela evapotranspiração da cobertura florestal. Vários autores (Langbein,

1938; Federer, 1973; Tallaksen, 1995; Wittenberg & Sivapalan, 1999) relacionam a curva de recessão

com a evapotranspiração, correspondendo às épocas de crescimento das plantas a uma queda mais

rápida das curvas de recessão. A floresta, com solo com cobertura de matéria orgânica, promove uma

maior taxa de infiltração, para o que contribuem também macroporos, muitas vezes resultantes da

atividade de organismos que lá habitam (Cheng et al, 2002; Best et al, 2003). A tabela 2.1 apresentada

por Cheng et al, 2002 apud Bacellar (2005), relaciona alguns componentes do ciclo hidrológico com a

vegetação e resume algumas conclusões, resultantes do monitoramento sistemático de bacias

hidrográficas por todo o mundo.

Tabela 2.1 – Relação da vegetação com alguns dos componentes do ciclo hidrológico (adaptado de Cheng et al,

2002, apud Bacellar, 2005)

Componente Magnitudes Relativas

Evapotranspiração Floresta>Gramíneas> Área desmatada

Vazão anual Área degradada>Área desmatada>Gramíneas>Floresta

Fluxo de chuva Área degradada>Área desmatada>Gramíneas>Floresta

Pico de Cheia Área degradada>Área desmatada>Gramíneas>Floresta

Escomento de base Área desmatada>Gramíneas>Floresta>Área degradada


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2.4– USO E OCUPAÇÃO DO SOLO

A atividade do ser humano no meio que ocupa influencia direta ou indiretamente o ciclo da

água. Na abordagem que faz à influência da atividade humana, Hem (1985) define poluição da água

como “uma deterioração da qualidade da água que é suficientemente severa para diminuir

substancialmente o uso do recurso, quer por humanos quer por outra forma de vida”. Com o

crescimento demográfico e o progressivo desenvolvimento tecnológico e industrial, os efeitos da

atividade humana são cada vez mais evidentes. A produção e uso de compostos que não existiriam no

ambiente em condições naturais são uma ameaça ambiental cujo impacto é difícil de avaliar. Numa

sociedade com tecnologias industriais e agrícolas altamente desenvolvidas, muitos compostos

orgânicos e inorgânicos sintetizados e usados não conseguem ser assimilados naturalmente pelo

ambiente e inevitavelmente alguns vão entrar na hidrosfera (Hem, 1985).

Stumn & Morgan (1981) discutem os problemas da poluição da água provocados pela

agricultura, desmatamento e mineração, promovidos com o advento da civilização industrial e o uso de

energias fósseis. Altas densidades populacionais inevitavelmente enfrentam problemas de eliminação

de resíduos, e esses problemas podem ser muito aumentados em sociedades industrializadas que

produzem grandes volumes de resíduos. Com o aumento de densidade em muitas áreas é provável que

a água seja afetada na concentração de íons dissolvidos. A adição de matéria orgânica ao ambiente

pode reduzir minerais oxidados, provocando alterações no balanço geoquímico do sistema e mudanças

no pH, levando à dissolução de minerais das rochas (Hem, 1985).

É possível recuperar algumas águas superficiais poluídas para uma qualidade razoável com

relativa rapidez ao diminuir concentrações de poluentes, sendo o processo geralmente dispendioso. Por

outro lado, a recuperação de águas subterrâneas pode ser tão demorada que deve ser encarada como

irreversível (Hem, 1985). Vários autores (Custodio & Llamas, 1976; Resende et al (1995) associam a

diminuição do teor de matéria orgânica dos horizontes superficiais do solo (e consequente redução da

infiltração) ao desmatamento e às queimadas.

2.5– CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DA ÁGUA E DOS SEDIMENTOS

2.5.1 – Características químicas da água

No estudo e interpretação das características químicas da água natural, Hem (1985) afirma que

“a composição química da água natural é derivada de muitas e diferentes fontes de solutos, incluindo

gases e aerossóis da atmosfera, alteração e erosão do solo, reações de solução e precipitação abaixo da

superfície da terra e efeitos resultantes de atividades humanas”. Os efeitos antrópicos podem atuar

diretamente na composição da água pela poluição (Hem, 1985; Siegel, 2002).


24

A composição da água natural é produto de uma série de reações químicas que dissolveram

material de outra fase, alteraram componentes previamente dissolvidos, ou eliminaram-nos da solução

por precipitação ou outros processos. Esses processos químicos são influenciados por muitos

processos físicos e em muitos ambientes são também fortemente influenciados por atividade biológica

(Hem, 1985; Hounslow 1995).

2.5.2 – Características químicas dos sedimentos

Os sedimentos originam-se do intemperismo e erosão de rochas ou solos, cuja diversidade de

composição mineralógica se reflete na grande variedade e complexidade dos mesmos. Esses

sedimentos são depois transportados por corpos de água, pelo vento, ou apenas por gravidade

(Förstner, 2004; Randle et. Al, 2006). Quando não existe energia suficiente para transportá-los, eles

são depositados (sedimentação).

Os sedimentos de fundo são utilizados para detectar a presença de contaminantes,

nomeadamente metais, sobretudo nas granulometrias mais finas, pois estas possuem uma grande área

específica (maior razão área superficial / tamanho do grão) e uma maior tensão superficial (Salomons

& Förstner, 1984; Moore & Burch, 1986; Murray, 1996; Birch et al, 2001). Geralmente os sedimentos

mais finos são constituídos por minerais secundários (como as argilas) que usualmente são

quimicamente mais ativos. No entanto, em microbacias de cabeceira, onde o gradiente energético é

maior, as frações grossas podem ser mais representativas do sedimento total e ter uma maior

importância no aporte de metais para o rio (Axtmann & Luoma, 1991). Os sedimentos de

granulometria maior são menos transportados pelo que têm mais tempo de residência, pelo que estas

frações podem registrar melhor as influências antrópicas (Singh et al, 1999).

As fontes de contaminantes dos sedimentos podem ser naturais ou antrópicas, e a sua ação é

determinada pela sua composição mineralógica e por parâmetros hidroquímicos, pelo que estudos

relacionando o comportamento dos metais na água e nos sedimentos são essenciais para avaliar

potenciais riscos de contaminação da água (Belzile et al, 2000).

2.6– TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

Fatores como a granulometria, forma e densidade dos sedimentos, velocidade e forma do

curso de água, tipo de escoamento (laminar ou turbulento) bem como o próprio fundo do canal vão

influenciar o processo de transporte de sedimentos pelo rio. A combinação desses fatores pode

transportar as partículas no leito do rio, arrastando-as, rolando-as ou fazendo-as saltar, e transportando

na coluna de água partículas pequenas em suspensão (Carvalho, 1994).


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Segundo Carvalho (1994), a descarga sólida total é normalmente o resultado da soma da

descarga de sedimentos em suspensão com a descarga do leito. A descarga sólida do leito e do

material do leito representa geralmente uma percentagem menor relativamente à descarga sólida em

suspensão. Em regiões de declive acentuado, como montanhas e em períodos de descarga liquida

elevada, a descarga sólida de fundo apresenta valores mais elevados (Chapman & Kimstach, 1996).

A determinação da descarga sólida em suspensão (Qss) corresponde ao produto da descarga

pela concentração de material em suspensão (Carvalho, 2000), considerando-se que em toda a seção

transversal do rio o sedimento é transportado à velocidade da corrente.

Segundo Carvalho (2000), a equação usualmente utilizada para sua determinação é:

Qss = 0,0864. Q.C (2.6)

sendo: Qss – descarga sólida em suspensão em t/dia; Q – descarga líquida em m3/s; C –

concentração média em mg/l

A alta complexidade da descarga sólida do leito, que depende de vários fatores (hidrológicos,

geológicos, climáticos, etc.), leva à necessidade de uma escolha criteriosa dos métodos ou fórmulas

mais adequados às condições locais do curso de água (Carvalho, 2000). Stevens & Yang (1989), apud

Carvalho (2000) apresentam critérios de seleção de fórmulas e enumeram as principais fórmulas para

cálculo da descarga sólida de arrasto e de material do leito, recomendando as fórmulas de Engelund &

Hansen (1967), para rios com leito de areias e escoamento subcrítico, e a de Yang (1973), para rios

com leito de areia. Molinas et al (2001) afirmam que a fórmula de Engelund & Hansen e a fórmula de

Yang não se aplicam a grandes rios e que a primeira apresenta boas estimativas da descarga sólida

total do material de leito. Segundo Stevens & Yang (1989, apud Carvalho, 2000), as fórmulas

consideradas de maior confiança são a de Schoklitsch (1934), Meyer-Peter & Muller (1948), Engelund

& Hansen (1967) e Yang (1973), as duas últimas utilizadas no presente trabalho.


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CAPÍTULO 3

MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 - AQUISIÇÃO DE DADOS BÁSICOS

Em primeiro lugar, foi feita uma pesquisa bibliográfica acerca dos trabalhos já realizados na

APA/CA, seguido de pesquisa na literatura sobre monitoramento de microbacias e sobre diversos

métodos, como de determinação de escoamento de base, do coeficiente de recessão em hidrogramas,

de determinação de parâmetros físico-químicos e da concentração de elementos químicos na água e

nos sedimentos.

A informação cartográfica e fotográfica utilizada foi:

mapa geológico e topográfico do Quadrilátero Ferrífero (Escala 1:25.000 –CPRM);

mapa de solos (Escala 1:50.000 – UFV & IEF 2005);

fotografias aéreas de 1966 (Escala 1:60.000);

ortofotos 1986 (Escala: 1:10.000-CEMIG);

imagem IKONOS de 2006.

Todo este acervo foi então integrado em ambiente ArcGis, para definir as microbacias a serem

estudadas.

3.2 - DEFINIÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DAS MICROBACIAS

Para a definição das microbacias, procedeu-se inicialmente ao cruzamento de parâmetros

físicos da área, como dados geológicos, geomorfológicos e de uso e ocupação do solo, de forma a

selecionar microbacias com características físicas semelhantes entre si, mas com diferentes usos do

solo ou diferentes estados de conservação, sendo uma mais preservada e outra com influência

antrópica. Após esta fase de trabalho de gabinete, foram feitas várias campanhas de campo a fim de se

verificar a viabilidade de instrumentação das seis microbacias previamente selecionadas e constatar se

o local era adequado tanto para a instalação dos vertedores como para a obtenção dos dados

pluviométricos e fluviométricos por parte de monitores.

Os dados sobre o meio físico, vegetação e uso e ocupação de cada microbacia foram

compilados e verificados em campo. Desta forma, para cada microbacia foram obtidos os mapas

geológicos, geomorfológicos, hipsométricos e de declividade, na escala de 1:25.000. Também foram

obtidos índices morfométricos de cada microbacia utilizando-se do mapa topográfico na escala de

1:25.000.


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3.3 - INSTRUMENTAÇÃO DAS MICROBACIAS

3.3.1 – Medição da precipitação

Para a medição da precipitação existem pluviógrafos que fazem um registro contínuo das

chuvas e os pluviômetros, aparelhos utilizados neste estudo, que fazem a medição diária das chuvas. A

chuva é medida pela altura pluviométrica que se acumula numa superfície plana e impermeável. Por

meio de um funil dimensionado, a água é recolhida para o seu interior para ser posteriormente, com o

auxílio de uma proveta, medido o volume de chuva captado. Utiliza-se para a determinação da altura

pluviométrica a equação 3.1: P=10*V/A, em que: P – altura pluviométrica (mm); V – volume de

chuva captado (ml); A – área de captação do pluviômetro (cm2). Assim, para obtenção da precipitação

foi instalado um pluviômetro em cada microbacia. Estes aparelhos de medição foram construídos de

forma expedita. O material utilizado foi uma haste de madeira de dois metros, na qual foi colocado um

suporte também de madeira para sustentar uma garrafa pet, que foi laçada através de arame na haste

(figura 3.1).

Figura 3.1 – Pluviômetro instalado numa microbacia (A) e detalhe do diâmetro da garrafa pet utilizada para a

medição da precipitação (B).

A B


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A parte superior da garrafa foi cortada e em seguida recolocada invertida na parte inferior de

forma a dificultar a evaporação e impedir a queda de folhas para o interior do aparelho de medição A

garrafa pet resultou num recipiente cilíndrico com diâmetro de 9,5 cm, o que corresponde a uma área

de captação de 70,85 cm2

(figura 3.1). Os pluviômetros foram instalados a uma altura de 1,50 m do

solo e tanto quanto possível numa área de cobertura vegetal de altura inferior ao mesmo, para evitar

que possíveis obstáculos interferissem no percurso das gotas de chuva e, dessa forma, alterassem o

registro da precipitação.

3.3.2 – Medição da vazão

A vazão de um curso de água está intimamente ligada, nas regiões tropicais, com a

precipitação em forma de chuva, uma vez que é a chuva que promove a recarga dos mananciais

hídricos superficiais e subsuperficiais.

A vazão é um parâmetro dos mais importantes no estudo de microbacias de modo que o

conhecimento dos métodos disponíveis para efetuar sua medição se torna relevante. Existem vários

métodos que podem ser utilizados para a medição da vazão:

→ Relação entre a área da seção transversal do canal e a velocidade do escoamento;

→ Método da diluição;

→ Medição volumétrica direta;

→ Utilização de vertedores e/ou calhas.

Ao longo deste estudo foram usados dois destes métodos; vertedores e o método volumétrico.

Segundo Costa (2005), o vertedor é uma barreira colocada perpendicularmente ao fluxo de água, com

uma abertura na parte superior de forma geométrica definida, pela qual a água passará livremente após

atingir a montante a parte do vertedor que se chama soleira (L). A figura 3.2 mostra os principais

elementos geométricos de um vertedor.

Figura 3.2 – Elementos geométricos do vertedor (adaptado de Costa, 2005).

P

h

W

L

B


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Onde: L (soleira) – borda inferior da abertura

P (altura do vertedor) – diferença de cota entre a soleira e o fundo do canal de aproximação

h (carga sobre a soleira) – altura da lâmina de água sobre a soleira

W (ombreira) – distância entre a abertura e a extremidade do vertedor

B – largura do vertedor

Existem vários tipos de vertedor como se ilustra na figura 3.3.

Figura 3.3 – Tipos de vertedores (adaptado de Smajstrla & Harrison, 2002).

Para selecionar o tipo de vertedor mais adequado para as circunstâncias e condições de

determinada microbacia é essencial estimar previamente o deflúvio esperado e utilizar este dado para

definir quais as dimensões do vertedor a empregar. Após esta fase e de forma a garantir a fiabilidade

dos dados, de acordo com Custódio e Llamas (1976) e Porto (2001), é necessário seguir algumas

condições referentes tanto à instalação como à construção do vertedor:

→ O vertedor deve ser instalado na posição vertical e perpendicular em relação à direção do

fluxo;

→ O vertedor deverá ser instalado num local onde o canal apresente um trecho retilíneo e

uniforme para garantir a distribuição uniforme da velocidade na altura da chegada;

→ O canal deve ter margens com altura suficiente para conter o volume de água acumulado a

montante;

→ A largura da soleira deve ser no mínimo igual a três vezes a carga (L ≥3h);

→ As dimensões do vertedor devem ser tal que o valor de h esteja no intervalo de 3 ≤ h ≤ 30

cm;


31

→ A leitura da altura da água deve ser feita a uma distância de 3 a 6 vezes o valor de h de

modo que não seja afetada pelo processo de convergência vertical dos filetes, isto ocorre quando a

água ao adquirir velocidade em direção à soleira faz com que haja uma contração da veia líquida que

passa no vertedor, o que pode dificultar uma leitura adequada da altura da água. No entanto, Costa

(2005), demonstrou que as medições podem ser feitas na própria placa do vertedor, sem alteração dos

dados.

As equações utilizadas para os dois tipos de vertedor instalados no presente estudo são as

seguintes. Para o vertedor do tipo trapezoidal:

Q = 1,86Lh3/2

(3.2)

Onde: L = comprimento da borda inferior da soleira e h = carga sobre a soleira.

Para o vertedor do tipo triangular a equação fundamental é:

Q = 8/15 Cd√2gtg (α/2) h 5/2

, (3.3)

Com ângulo de abertura α de 90º, as seguintes equações podem ser utilizadas:

Equação de Thompson:

Q = 1,4 h 5/2

; se 0.05 <h <0.38 m; se P> 3h e se b <h (3.4)

Equação de Gourley e Crimp:

Q = 1,32 h2,47

, se 0.05 <h <0.38 m; se P> 3h e se b> 6h (3.5)

Equação de Barnes:

Q = 1,34 h2,48

(3.6)

Empregou-se também o método volumétrico (medida direta de vazão com recipiente) para calibrar

os dados dos vertedores. Para o monitoramento da vazão de cada microbacia optou-se pela utilização

de vertedores (figuras 3.4, 3.5 e 3.6) que apresentam valores bastante satisfatórios para pequenas

microbacias (Costa, 2005) como nas monitoradas, com áreas entre 0,2 km2 e 1,0 km


32

Figura 3.4 – Perfil transversal do rio (em laranja) no local de instalação dos vertedores nas microbacias A, B, C

e D e tipo de vertedor (em cinza) utilizado (medidas em cm). O vertedor na microbacia B foi fixado em

tubulação de drenagem.

E

Figura 3.5 – Perfil transversal do rio (em laranja) no local de instalação dos vertedores na microbacia E e tipo

de vertedor (em cinza) utilizado (medidas em cm).


33

F

Figura 3.6 – Perfil transversal do rio (em laranja) no local de instalação dos vertedores na microbacia F e tipo de

vertedor (em cinza) utilizado (medidas em cm).

A determinação da vazão de cada microbacia realizada no início da estação seca, em abril,

com micromolinete (marca GLOBAL WATER, modelo FP 101) forneceu deflúvios que variavam de

0,00398 m3/s a 0,03926 m

3/s. O valor de deflúvio e o conhecimento do perfil transversal do canal de

drenagem permitiram escolher as dimensões e o tipo de vertedor adequado para cada microbacia.

Os vertedores utilizados são de aço galvanizado com espessura de 6 mm. Os lados inferiores e

laterais da chapa foram biselados em cunha para facilitar a penetração no solo. De forma a melhorar o

efeito da queda livre da água, foi feito na soleira um chanfro de 45º. No lado montante do vertedor foi

colocada uma fita métrica (trena) para a leitura da altura da lâmina de água (figura 3.7). Costa (2005)

demonstrou que se a fita métrica for posicionada a certa distância da abertura do vertedor, as leituras

podem ser feitas diretamente na mesma, sem erros significativos.

Figura 3.7 – Vertedor do tipo triangular utilizado na microbacia C (A); Detalhe da fita métrica utilizada para a

medição da carga hidráulica (B).

A B


34

De forma a calibrar as vazões obtidas pelos vertedores foram realizadas ao longo do ano

medições também pelo método volumétrico (figura 3.8), de forma a garantir a credibilidade dos dados.

Figura 3.8 – Foto demonstrativa do método volumétrico.

Apesar do estudo prévio, nas microbacias A e B as vazões foram superestimadas para a época

de estiagem. Para restringir o fluxo e melhorar a precisão das medidas, foi então necessário colocar no

vertedouro chapas adicionais de 15 e 15 cm respectivamente (figura 3.9).

Figura 3.9 – Croqui das chapas adicionais colocadas nos vertedores das microbacias A (em cima) e B (em

baixo).


35

3.4 - MONITORAMENTO DOS DADOS DAS MICROBACIAS

Os dados monitorados nas seis microbacias foram de natureza hidrológica, hidrogeoquímica e

sedimentológica.

3.4.1 – Dados Hidrológicos

Os dados hidrológicos correspondem às medidas de chuva e de vazão. Tanto a precipitação

como a vazão foram medidas diariamente durante um ano hidrológico começando em julho de 2006 e

terminando em julho de 2007. A chuva foi medida uma vez por dia (manhã) e a vazão duas vezes por

dia (de manhã e ao final da tarde), com exceção da microbacia C, onde foi efetuada uma medida de

vazão por dia, devido ao fato da mesma se encontrar num local de difícil acesso.

É de notar que só após a instalação do vertedor na microbacia B se notou que era retirada água

para abastecimento doméstico em dois pontos a montante do local de medição. Decidiu-se então

colocar dois hidrômetros (figura 3.10) para definir o volume desviado e assim adicioná-lo ao total da

vazão medida.

Os dados hidrológicos foram obtidos por monitores que residem perto do local do

monitoramento e que foram previamente treinados. Os monitores mediram a carga hidráulica no

vertedor (cm), bem como o volume precipitado (ml) com o auxílio de uma proveta, anotando os dados

numa planilha que lhes foi facultada. Todos os meses os dados eram recolhidos e tratados em

ambiente Excel. Os dados foram também calibrados com as medidas de vazão obtidas pelo método

volumétrico, que foram medidos mensalmente.

Figura 3.10 – Hidrômetro colocado na microbacia B.


36

3.4.2 – Dados Hidrogeoquímicos

A caracterização geoquímica das águas foi realizada mediante a determinação de parâmetros

físico-químicos, bem como através da quantificação das concentrações de alguns elementos químicos.

Os parâmetros físico-químicos determinados in situ foram os valores de condutividade elétrica (CE),

temperatura (T), sólidos totais dissolvidos (STD), utilizando o condutivímetro modelo WTW FF 340

(figura 3.11). O potencial hidrogeniônico (pH) foi medido através do medidor de pH modelo WTW

pH340. Estes parâmetros foram medidos mensalmente durante um ano hidrológico, tendo-se iniciado a

sua medição em Julho de 2006.

Figura 3.11 – Oxímetro e condutivímetro portáteis utilizados na medição dos parâmetros físico-químicos.

Foram também determinados a alcalinidade e os teores de sulfato e de cloreto, medidos na

época seca (27/08/2006) e na chuvosa (30/01/2007). Para a medição destes parâmetros coletou-se um

litro de água de cada uma das seis microbacias. As amostras então coletadas foram encaminhadas ao

Laboratório de Geoquímica Ambiental do Departamento de Geologia da UFOP, para se proceder à

determinação da alcalinidade e cloretos por titulometria. A determinação de sulfatos foi feita através

do método turbidimétrico, utilizando o turbidímetro marca Micronal, modelo B250 (figura 3.12). Para

a determinação de cloreto e sulfato, as amostras foram previamente filtradas utilizando uma membrana

de 0,45 µm e sistema a vácuo, de modo a evitar a influência da turbidez do material particulado.


37

Figura 3.12 – Determinação do sulfato nas amostras de água.

Foram realizadas duas coletas de água para a determinação da concentração dos elementos

químicos das seis microbacias em 27 de Agosto de 2006, na estação seca, e em 30 de Janeiro de 2007,

na estação chuvosa. Imediatamente após a coleta, as amostras foram filtradas e acidificadas in situ

com ácido nítrico até atingir um pH em torno de 3 de forma a manter os íons em solução (figura 3.13).

Figura 3.13 – Filtragem de amostras de água para determinação da concentração dos elementos químicos.

Foi determinada a concentração de 22 elementos químicos nas amostras de água (Li, Be, Al,

K, Ca, Cr, Fe, Co, As, Cd, Ba, Na, Mg, V, Mn, Ni, Sr, Mo, Sc, Y, Zn e Sn). A concentração destes

elementos foi determinada através do Espectrofotômetro de Emissão Atômica com Fonte de Plasma

Indutivamente Acoplado (ICP-OES), marca SPECTRO/modelo Ciros CCD.


38

3.4.3 – Dados Sedimentológicos

Os sedimentos analisados neste estudo correspondem tanto ao de fundo como ao particulado

em suspensão. As amostras de sedimento foram coletadas a cerca de três metros a montante do

vertedor de modo a evitar a coleta de material que estivesse a ser depositado, devido ao remanso

provocado pelo vertedor.

3.4.3.1 – Sedimento de Fundo

Foram efetuadas duas campanhas de coleta de sedimento de fundo, uma na época seca

(27/08/2006) e outra na época chuvosa (30/01/2007). Para a coleta de sedimento de fundo foi utilizada

uma pá de plástico e sacos plásticos de boca larga que após a coleta foram imediatamente selados e

etiquetados (figura 3.14). Durante a coleta teve-se o cuidado de retirar o sedimento que estivesse a

uma profundidade menor que 30 cm da superfície do leito, uma vez que é o material das camadas mais

superficiais o mais relevante em termos ambientais. Após a coleta, os sedimentos foram levados para o

laboratório e colocados em vasilhas plásticas devidamente lavadas para se efetuar a secagem. As

amostras foram secas em capela utilizando lâmpadas de infravermelho de 250W de forma a manter o

aquecimento em torno de 40ºC a fim de dificultar a perda de elementos voláteis (figura 3.14).

Figura 3.14 – Coleta de sedimento de fundo (A). Sedimento em processo de secagem na capela de

infravermelhos (B).

3.4.3.1.1 – Análise da composição granulométrica

Depois de secas, as amostras foram desagregadas cuidadosamente de forma a não

comprometer a granulometria original do sedimento, utilizando-se almofariz e pilão (gral e pistilo).

Em seguida, foram quarteadas e metade de cada uma das doze amostras foi enviada para a separação

A B


39

granulométrica, realizada através do método de peneiramento. Após o peneiramento, foram separadas

as seguintes frações granulométricas:

Tabela 3.1 – Classes granulométricas separadas.

Depois desta fase, as frações foram pesadas e foi determinada a percentagem de cada uma

delas para cada amostra. A percentagem de silte e argila foi estabelecida utilizando o granulômetro a

lazer da marca CILAS 1064 Líquido, disponível no departamento de Engenharia de Minas da UFOP.

3.4.3.1.2 – Caracterização Mineralógica do Sedimento – Difração de Raios X

Aproximadamente 1 g de pó total de cada uma das doze amostras de sedimento de fundo foi

usada para a determinação mineralógica por difração de raios X. Os diafratogramas foram obtidos

num difratômetro Shimadzu, modelo XRD 6000, equipado com tubo de cobalto ( = 1.728 A), em

operação no Departamento de Geologia da UFOP.

3.4.3.1.3 – Análises Químicas

Os elementos químicos determinados para as amostras de sedimento de fundo foram: Li, Be,

Al, K, Ca, Cr, Fe, Co, As, Cd, Ba, Na, Mg, V, Mn, Ni, Sr, Mo, Sc, Y, Zn e Sn. Para a determinação

destes elementos utilizou-se o Espectofotômetro de Emissão Atômica com Fonte de Plasma

Indutivamente Acoplado (ICP-OES).

3.4.3.1.3.1 – Digestão Total

Embora na literatura seja indicado que a concentração de metais pesados é maior no material

mais fino, decidiu-se utilizar todas as frações granulométricas, uma vez que se trata de microbacias de

cabeceira, em alguns casos com declividades elevadas, nas quais a percentagem de material grosso é

grande. Este procedimento permitiu fazer uma comparação entre a capacidade de acumulação de

metais em material com diferentes frações granulométricas. A determinação destes metais foi

realizada tanto na estação seca como na chuvosa.

O método usado para a determinação dos elementos químicos foi a digestão total seguindo o

procedimento experimental sugerido pelo laboratório de geoquímica da UFOP. Desta forma, foram

pesados numa balança analítica cerca de 0,2500 g de sedimento de fundo (material <2 mm e <63 μm)

para o interior de um frasco savillex de peso conhecido. A este sedimento foram adicionados 3 ml de

Classes Granulométricas Diâmetro (mm) Abertura da Peneira (mesh)

Areia muito grossa e cascalhos > 0,5 mm > 35 mesh

Areia média 0,25 > C > 0,5 mm 35 mesh> abertura da peneira> 60 mesh

Areia fina 0,125 > C > 0,25 mm 60 mesh> abertura da peneira> 120 mesh

Areia muito fina 0,0625 > C > 0,125 mm 120 mesh> abertura da peneira> 230 mesh

Silte e argila < 0,0625 mm <230 mesh


40

ácido clorídrico e 1 ml de ácido nítrico, ambos a uma concentração de 10 mol/L. Os frascos abertos

com a mistura foram levados até à secura numa placa aquecedora a 100ºC. Como algumas amostras

apresentaram algum resíduo, provavelmente de matéria orgânica, foi necessário adicionar em todas as

amostras 2 ml de ácido nítrico e levar à secura. Após esta fase, foram adicionados 2 ml de ácido

fluorídrico concentrado sendo novamente os frascos abertos levados até à secura na placa aquecedora,

mas desta vez a uma temperatura de 140º C. Posteriormente, mais 2 ml de ácido clorídrico

concentrado foram adicionados e os frascos savillex foram fechados e levados para a placa aquecedora

por um período de 30 horas. Após este tempo, os frascos abertos e já frios foram encaminhados para a

placa aquecedora para serem secos a uma temperatura de 100º C. Em seguida, mais uma adição, desta

vez de 2ml de ácido nítrico 10 mol/L e os frascos abertos foram levados novamente à secura à mesma

temperatura. Esta última adição foi repetida. Depois foram adicionados 2 ml de ácido clorídrico e os

frascos abertos foram levados para secar, agora a uma temperatura de 110ºC (figura 3.15).

Figura 3.15 – Secagem de frascos abertos com amostras de sedimento de fundo depois de acidificados, na placa

aquecedora (A). Ácidos utilizados na digestão total das amostras de sedimento de fundo para determinação de

metais através de ICP-OES (B).

Os frascos foram retirados da placa aquecedora e adicionou-se 25 ml de ácido clorídrico a 2

mol/L. Após agitação, os frascos fechados foram colocados na placa aquecedora por 2 horas a uma

temperatura de 100ºC. Finalmente e após arrefecerem, os frascos foram pesados na balança analítica.

3.4.3.1.3.2 – Determinação dos elementos maiores por fluorescência de Raios X

Para a determinação dos elementos químicos maiores (K2O, SiO2, CaO, MgO, Al2O3, Fe2O3,

P2O5, MnO e TiO2) existentes no sedimento de fundo, utilizou-se o material correspondente à fração

granulométrica total bem como o material abaixo de 230 mesh. Estas medidas foram realizadas no

Espectrômetro de Fluorescência de Raios-x S4 PIONEER WD-XRF (Bruker - AXS), equipado com

tubo de raios X de Rh.

A B


41

3.4.3.2 – Sedimento Particulado em Suspensão

A determinação quantitativa deste tipo de material nas microbacias estudadas foi uma tarefa

complexa, pois todas elas apresentaram sempre baixas concentrações de sedimento em suspensão. Em

microbacias de cabeceira, a velocidade do fluxo de água é grande e o material de granulometria mais

fina, tende a ser removido de forma mais eficaz. Este fato poderá explicar as baixas concentrações de

sedimentos particulados em suspensão. Tendo em conta esta situação, decidiu-se coletar 500 ml de

água diariamente durante um ano hidrológico em garrafas pet com esta capacidade posicionadas

perpendicularmente à secção do corpo de água, com a abertura virada para montante. A água coletada

pelos monitores foi recolhida todos os meses e encaminhada ao laboratório para se proceder à medição

da turbidez. As amostras que apresentaram turbidez maior que 1 NTU foram reservadas para serem

submetidas ao processo de filtragem.

Segundo Bicudo & Bicudo (2004), o procedimento para calcular o material particulado em

suspensão é a pesagem do mesmo e sua expressão em função da quantidade de amostra filtrada,

normalmente em mg/L. Estes autores afirmam também que a maneira mais precisa de se efetuar tal

determinação é através do processo de filtração em membranas de acetato de celulose com porosidade

de 0,45 μm.

Em primeiro lugar, as membranas de celulose foram secas em estufa a uma temperatura não

superior a 60ºC durante 72 horas, de forma a atingirem um peso constante. Posteriormente, foram

colocadas num dessecador por um período de aproximadamente 15 minutos para poderem ser pesadas

na balança analítica. Este procedimento foi efetuado em oito membranas, tendo sido calculada uma

média do peso das membranas de 0,0965 g.

Como neste estudo o material particulado em suspensão apresentou-se com granulometria fina

(< 63 μm), foi necessário medir antecipadamente numa proveta o volume a ser filtrado. Após esta

etapa, o material foi filtrado através de um sistema de filtros acoplados a uma bomba de vácuo. Este

processo de filtração começou com uma pequena sucção na bomba de vácuo e à medida que os filtros

iam entupindo foi aumentada gradativamente. Como todo este processo se pode tornar lento e desta

forma permitir reações químicas e adsorção nas paredes laterais do suporte de filtração, teve-se o

cuidado de lavar as paredes do suporte de filtração com água destilada. Depois do término da filtração,

as membranas contendo o material particulado em suspensão foram colocadas em placas de petri

devidamente etiquetadas e encaminhadas para estufa para serem secas a uma temperatura de 60ºC

durante 72 horas (figura 3.16). Ao saírem da estufa, as membranas foram colocadas no dessecador por

um período de 15 minutos. Após este período de tempo, foi realizada a pesagem dos filtros numa

balança analítica. A concentração de sedimento particulado em suspensão é dada pela diferença do

peso dos filtros antes e depois da filtragem, dividida pelo volume da amostra.


42

Figura 3.16 – Filtros com o material particulado em suspensão na estufa para secagem.

3.4.4 – Cálculo da descarga sólida de fundo

O cálculo da descarga sólida de fundo foi realizado por métodos indiretos, através da coleta de

amostras de material do leito, determinação das características do curso d’água e análise

granulométrica do sedimento (Carvalho, 2000). Para tanto, são necessários obter alguns parâmetros,

como viscosidade, declividade da linha energética ou da linha d água, etc.

O valor de viscosidade da água adotado em todos os cálculos, para uma temperatura de 20°C,

foi de 0, 00000102 m²/s.

Para determinar a declividade da linha energética (S), ou gradiente de energia, utilizou-se a

equação de Manning:

n.Q / √S = A.Rh2/3

(3.7)

Onde: n – coeficiente de Manning; Q – descarga líquida em m3/s; S – gradiente de energia; A

– área da seção transversal em m2; Rh – raio hidráulico, considerado igual á profundidade média do

canal em m.

Segundo Carvalho (2000), a fórmula de Manning tem se mostrado adequada, na falta de

determinação do S em campo. Os valores para a computação deste coeficiente estão dispostos na

tabela 3.2.

A determinação do coeficiente de Manning para as microbacias monitoradas foi realizada com

base no procedimento proposto por Cowan (Barbosa & Pioltine, 2004):

n = (n0+n1+n2+n3+n4). m5 (3.8)


43

Onde: n0 – valor básico de n para um canal reto, uniforme e liso, livre de materiais naturais

envolvidos; n1 – valor adicional a n0 para correção dos efeitos das irregularidades da superfície; n2 –

valor para variações na forma e tamanho do canal através da seção: n3 – valor para obstruções; n4 –

valor para a vegetação e condições de escoamento; m5 – fator de correção das sinuosidades do canal.

Tabela 3.2 – Valores para o cálculo do coeficiente de Manning (adaptado de Barbosa & Pioltine 2004).

Condições do Canal Valores

Material Envolvido

Terra

n0

0,020

Rocha Cortada 0,025

Cascalho Fino 0,024

Cascalho Grosso 0, 028

Grau de Irregularidade

Liso

n1

0,000

Insignificante 0,005

Moderado 0,010

Severo 0,020

Variações na Seção Transversal

Gradual

n2

0,000

Alternado ocasionalmente 0,005

Alternado freqüentemente 0,010 - 0,015

Efeito Relativo das Obstruções

Desprezível

n3

0,000

Insignificante 0,010 - 0,015

Apreciável 0,020 – 0,030

Severo 0,040 – 0,060

Vegetação

Baixa

n4

0,005 – 0,010

Média 0,010 – 0,025

Alta 0,025 – 0,050

Muito Alta 0,050 – 0,100

Grau de Sinuosidade

Insignificante

m5

1,000

Apreciável 1,150

Severa 1,300

O calculo da descarga sólida de fundo foi realizado através da utilização das equações de

Engelund & Hansen (1967) e de Yang (1973), descritas a seguir.

A equação simplificada de Engelund & Hansen, usada quando o diâmetro médio das partículas

do leito é superior a 0,15 mm, utiliza o conceito de potência da corrente e o princípio de similaridade

(Carvalho, 1994).


44

Neste método, o cálculo da descarga sólida total do material de leito transportado (gs, em

Kgf/m.s) é obtido pela equação:

Em que:

γs: peso específico do sedimento (ton/m³);

γ: peso específico da água (ton/m³);

U: velocidade média do escoamento (m/s);

D50: diâmetro da partícula (m), para o qual 50% do material do leito são mais finos;

g: aceleração da gravidade (m/s²);

A tensão de atrito média da corrente (τo) em kgf/m3 é dada pela equação:

τo= γ. Rh.S (3.10)

onde: Rh: raio hidráulico (m); S: declividade da linha de água (m/m);

A descarga sólida total em ton/dia é dada pela equação:

Qt= gs.B.86,4 (3.11)

onde: B: largura da superfície do canal (m).

A equação de Yang (1973) para leitos com areias, determina a concentração da descarga de

material do leito com base no conceito de potência unitária do escoamento (expressa pelo produto da

velocidade da corrente pela declividade) bem como na granulometria das partículas (Carvalho, 2000).

Para o cálculo desta equação são necessários os seguintes dados:

D: diâmetro médio do sedimento (m);

U: velocidade média do escoamento (m/s);

Q: vazão (m³/s);

B: largura da superfície do canal (m);

ν: viscosidade cinemática da água (m²/s);

d: profundidade hidráulica (m);

Rh: raio hidráulico (m);

S: declividade da linha d’água (m/m).

Paiva (2001) enuncia os passos da equação de Yang (1973):

a velocidade de atrito relativa aos grãos é calculada pela equação:

(3.9)


45

U* = (9,81* Rh* S)0,5

(3.12)

a velocidade de queda da partícula de sedimento em suspensão (m/s) é calculada pelas

equações:

- de Rubey (1933), para partículas maiores ou iguais a 0,1 mm:

- de Stokes, para partículas menores do que 0,1 mm:

a relação entre a velocidade crítica do escoamento no movimento incipiente e a

velocidade de queda é calculada pela equação:

a concentração total de material de leito no escoamento é calculada pelas equações:

- para grãos de diâmetro até 2mm:

- para grãos de diâmetro maior que 2mm:

onde:

CT: concentração total em ppm por peso;

Uc: velocidade crítica do escoamento no movimento incipiente.

A descarga sólida (ton/dia) é calculada pela equação:

Qt= 0,0864* Q* CT (3.18)

(3.13)

(3.14)

(3.15)

(3.16)

(3.17)


46

3.5 – TRATAMENTO E INTERPRETAÇÃO DOS DADOS

Com os dados hidrológicos foi possível elaborar hidrogramas confrontando a chuva e a vazão

e relacionar as microbacias com suas características físicas e diferentes estados de conservação, ou

seja, tentou-se inferir de que forma o diferente uso do solo estaria a contribuir para alterações ou não

no regime hídrico das microbacias.A partir dos dados de vazão das microbacias monitoradas, foi

possível determinar o fluxo de base (FB) através da decomposição dos hidrogramas usando a técnica

automatizada denominada smoothed mínima (Nathan & McMahon,1990; Wahl & Wahl,1995). Nesta

técnica é identificado o menor valor de vazão a cada cinco dias consecutivos. Cada valor mínimo é

comparado com seus vizinhos imediatos. Se 90% de uma dada vazão mínima é menor que a vazão

correspondente aos mínimos anterior e posterior da série hidrológica, este constitui um ponto de

inflexão. A interligação destes pontos define a separação entre o escoamento superficial e escoamento

de base no canal de drenagem, que assim podem ser estimados em base anual.

Para determinar o coeficiente de recessão (α) das microbacias utilizou-se a técnica matching

strip. Este método consiste em individualizar os períodos de recessão em gráficos de escala

logarítmica, onde é plotada a vazão diária ao longo do ano. Os períodos de recessão são então movidos

horizontalmente de forma a construir uma curva de recessão mestra, cujo gradiente resulta no

coeficiente (α). Estes procedimentos foram feitos no programa CORELDRAW. As retas de recessão

mestras foram determinadas por três pessoas diferentes para tentar eliminar a subjetividade inerente ao

método. Para calcular o coeficiente de recessão utilizou-se a equação de Barnes. Posteriormente,

calculou-se a média das três medidas para obter os valores de α.

Através da obtenção do fluxo de base foi também possível calcular o índice de fluxo de base

(BFI) e o fluxo de base específico (FBE/Área). O BFI é calculado dividindo-se o volume do fluxo de

base pelo volume do fluxo total e o FBE não é mais do que o volume de fluxo de base num ano

hidrológico pela área da bacia.

Para o cálculo de transporte de sedimentos foram utilizadas as equações de Engelund &

Hansen (1967) e Yang (1973).

Depois de obtidos, os dados geoquímicos da água e do sedimento de fundo foram relacionados

com a geologia local. As condições do fluxo entre as microbacias foram comparadas, tendo em conta

suas características físicas. O tratamento e a interpretação dos dados são apresentados e discutidos no

capítulo 5.

47

CAPÍTULO 4

CARACTERIZAÇÃO DAS BACIAS DE DRENAGEM

No presente capítulo pretende-se resumir as características físicas, fisiográficas e de uso e

ocupação das microbacias estudadas. As microbacias são apresentadas duas a duas, pois, conforme

descrito no capítulo 3 foram selecionadas microbacias com características físicas semelhantes entre si,

mas com usos do solo ou estados de conservação diferentes. As seis microbacias monitoradas

localizam-se na Sub-bacia do Alto Rio das Velhas, inseridas na APA/CA (figura 4.1). A

caracterização geológica das microbacias baseou-se no mapa geológico do Quadrilátero Ferrífero na

escala de 1:25.000 (CODEMIG, 2007) e em observações de campo.

Figura 4.1 – Localização das seis microbacias (A, B, C, D, E e F) monitoradas na APA/CA, com destaque para

a localização da área de proteção ambiental na sub-bacia do Alto Rio das Velhas.


48

Para a caracterização geomorfológica das microbacias foi utilizado o mapeamento elaborado

por (UFV & IEF, 2005), onde a APA/CA foi dividida em seis classes (figura 1.6). Utilizaram-se

também os mapas de declividade e hipsométrico elaborados para a APA/CA (figura 4.2).

Figura 4.2 – Mapa hipsométrico e de declividades da APA/CA

Além das características físicas, os parâmetros morfométricos também são importantes, uma

vez que podem condicionar o comportamento hidrológico das microbacias. Foram calculados para

cada microbacia os seguintes parâmetros: área (A), perímetro (P), comprimento do curso de água

principal (L), coeficiente de compacidade (Kc), fator de forma (Kf), densidade de drenagem (Dd),

ordem dos cursos de água (O), e slope index (SI).


49

Os parâmetros que permitem aferir a forma da bacia são o coeficiente de compacidade e o

fator de forma. Quando o coeficiente de compacidade é igual à unidade está-se perante uma bacia

circular. Em relação ao fator de forma, o valor máximo que ele pode atingir é um, sendo que quanto

menor mais alongada é a bacia. Através deste fator pode-se também deduzir acerca da susceptibilidade

da bacia a cheias, ou seja, valores baixos indicariam que a bacia hidrográfica seria menos sujeita a

cheias. Strahler (1981) definiu intervalos para a densidade de drenagem, ou seja, considerou como

baixa densidade as bacias com valores entre 3 a 4 km/km2, média densidade entre 12 e 16 km/km

2 e

alta se oscila entre 30 a 40 km/km2. Estes parâmetros, bem como a localização dos vertedores e bacias,

bem como as litologias destas, são apresentados na tabela 4.1.

A determinação do uso e ocupação do solo das microbacias foi realizada em trabalhos de

campo e através da interpretação da imagem de satélite IKONOS de 2006, o que permitiu distinguir

várias formas de uso e ocupação do solo, comparadas com as apresentadas em UFV & IEF (2005).

Tabela 4.1 – Localização, litologias e parâmetros morfométricos das bacias estudadas (Mtconglom:

metaconglomerado; Mtgrauvaca: metagrauvaca; A: área; P: perímetro; L: comprimento da bacia; Kc: coeficiente

de compacidade; Kf: fator de forma; Dd: densidade de drenagem; O: ordem dos cursos de água; SI: slope índex).

A B C D E F

Coordenadas UTM vertedor 7764402N

646292E

7761684N

647066E

7759092N

646825E

7750845N

649597E

7746716N

656258E

748317N

657093E

Lit

olo

gia

s (%

)

Quartzito 24,67 5,94 – – 46,96 38,27

Xisto 75,23 89,70 94,61 100,00 25,71 41,62

Mtconglom – 4,24 – – – –

Mtgrauvaca – – 5,38 – – –

Itabirito – – – – 16,62 0,03

Canga – – – – 10,71 14,81

Laterita – – – – – 5,26

Par

am.

mo

rfo

mét

rico

s

A (km2) 0,40 0,29 0,98 0,23 0,89 0,96

P (km) 3,12 2,34 4,07 1,81 5,26 4,37

L (km) 1,30 0,93 1,55 0,59 2,20 1,82

Kc 1,38 1,20 1,15 1,05 1,56 1,25

Kf 0,24 0,34 0,40 0,66 0,18 0,29

Dd (km/km2) 3,03 2,67 1,77 2,19 2,31 2,13

O 1ª 1ª 2ª 1ª 1ª 2ª

SI 457,93 421,06 242,28 208,30 286,14 412,93


50

4.1 - CARACTERÍSTICAS DAS MICROBACIAS A E B

A microbacia A localiza-se na região norte da área de estudo, a cerca de 300 m a sul da

mineração de Capanema, que se encontra atualmente desativada (figura 4.3).

Figura 4.3 – Localização da microbacia A.

Esta bacia foi escolhida precisamente para se tentar quantificar o efeito desta mineração no

regime hidrossedimentológico. Nos trabalhos de campo para definição das microbacias, foram

visitadas aquelas situadas a jusante da mineração, mas todas tinham parte de seu caudal desviado para

a própria atividade da mina. A microbacia A é a mais próxima da área explorada pela mineração que

não sofre captação de água. É cortada na sua porção montante por estradas da mineração e por um

mineroduto. O local onde foi instalado o vertedor situa-se numa parte da bacia bem preservada, com

vegetação em bom estágio sucessional (figura 4.3).

A microbacia B localiza-se a sul da microbacia A e apresenta melhor estado de conservação

que a primeira, e a vegetação predominante na usa área é do tipo campo rupestre, com mata ciliar ao

longo da linha de drenagem (figura 4.4).

Vertedor


51

Figura 4.4 – Localização da microbacia B.

Nesta microbacia o vertedor foi instalado na entrada de uma tubulação de drenagem sob uma

estrada de terra, fixado a uma manilha de cimento. Só após o início do seu monitoramento é que se

verificou que havia retirada de água em dois locais a montante da instalação do vertedor para

abastecimento doméstico de dois sítios a jusante do vertedor. Desta forma, instalaram-se dois

hidrômetros para quantificar a vazão captada. Estas medições tiveram início no dia três de fevereiro de

2007 e continuaram até ao final do monitoramento (31/07/2007). Quantificou-se ao longo destes

meses uma retirada média de 1,49 L/s, que foi então adicionada à vazão medida pelo vertedor.

4.1.1.1 – Geologia das microbacias A e B

Segundo UFV & IEF (2005), as microbacias A e B assentam em rochas do Supergrupo Rio

das Velhas, Grupo Maquiné, principalmente em sericita xisto e sericita-quartzo xisto e, sobretudo na

microbacia A, quartzito sericítico, metaconglomerado polimítico e, subordinadamente, quartzo-mica

xisto (figura 4.5, tabela 4.1).

Vertedor


52

Figura 4.5 – Mapa geológico da área das microbacias A e B.

4.1.2 – Geomorfologia das microbacias A e B

A microbacia A encontra-se em relevo de serras e escarpas estruturais e patamares estruturais,

enquanto a microbacia B assenta em relevo de patamares estruturais (figura 4.6). As serras e escarpas

estruturais evidenciam um controle geológico e estrutural devido aos quartzitos e itabiritos (grupos

Moeda e Cauê, do Supergrupo Minas) aflorantes na região, e é a unidade que apresenta a maior

declividade média de toda a APA/CA, em alguns pontos com valores acima de 45%. Ocorrem em

cotas que vão desde 1120 m a 1640 m de altitude. Já os patamares estruturais estão relacionados a

rochas do Grupo Maquiné (quartzitos e xistos) que apresentam declividades que variam desde 20% a

45% e podem atingir altitudes de 1480 m. O slope index determinado para as microbacias A (457,93) e

B (421,06) apresenta valores maiores do que os da C e D, estando de acordo com as classes

geomorfológicas definidas para essas microbacias.


53

Figura 4.6 – Mapa geomorfológico da área das microbacias A e B (adaptado de UFV & IEF, 2005).

A microbacia A apresenta menor coeficiente de forma (0,24 na A e 0,34 na B) e maior

coeficiente de compacidade (1,38 na A e 1,20 na B), sendo mais alongada que a B e a segunda mais

alongada das seis microbacias estudadas. A microbacia A apresenta o maior valor de densidade de

drenagem de todas as estudadas, seguida pela microbacia B (3,03 e 2,67 km/km2).

4.1.3 Vegetação e Uso e Ocupação do solo das microbacias A e B

Nas microbacias A e B as formações vegetacionais mais importantes são as de campo rupestre

e de floresta estacional semidecidual (figuras 4.7 e 4.8).

Microbacia A

1%

57%

42%

Urbano-Agricola

Campo Rupestre

Mata ciliar/Floresta

Microbacia B

83%

17%

Campo Rupestre

Mata ciliar/Floresta

Figura 4.7 – Uso e ocupação, em percentagem, das microbacias A e B.


54

Figura 4.8 – Vegetação das microbacias A e B (adaptado de UFV & IEF, 2005).

4.2 - CARACTERÍSTICAS DAS MICROBACIAS C E D

Na região central da APA/CA, foram selecionadas mais duas microbacias. A microbacia C

está localizada na unidade de conservação estadual denominada Floresta Uaimií, numa área de Mata

Atlântica bem preservada, e é a mais conservada de todas as microbacias estudadas (figura 4.9). A

microbacia D encontra-se numa área de uso predominantemente agropastoril (figura 4.10).

Figura 4.9 – Vertedor triangular instalado na microbacia C, no interior da Floresta Uaimií.


55

Figura 4.10 – Localização do vertedor e do pluviômetro instalados na microbacia D.

4.2.1 – Geologia das microbacias C e D

Segundo UFV & IEF (2005), nas microbacias C e D ocorrem majoritariamente xistos

pertencentes ao Supergrupo Rio das Velhas, Grupo Nova Lima (figura 4.11, tabela 4.1).

Figura 4.11 – Mapa geológico da área das microbacias C e D.

Pluviômetro

Vertedor


56

4.2.2 – Geomorfologia das microbacias C e D

As microbacias C e D assentam em terrenos com declividades que variam de 10 a 30%. O

relevo na microbacia C, bem como de grande parte da área da D, é de colinas convexas. Nesta também

ocorrem cristas alinhadas e ravinadas em uma pequena área no seu limite sudoeste (figura 4.12). As

colinas convexas representam um relevo bastante dissecado, com formas mais convexas ou mais

alinhadas, que ocorrem em cotas que variam de 940 a 1260 m de altitude. Já as cristas alinhadas e

ravinadas representam um relevo dissecado e ocorrem em cotas médias de 1240 m.

Figura 4.12 – Mapa geomorfológico da área das microbacias C e D (adaptado de UFV & IEF, 2005).

As microbacias C e D apresentam valores de slope index menores (242,28 e 208,30

respectivamente) que as outras bacias estudadas. A microbacia C é mais alongada que a D

(coeficientes de forma 0,40 e 0,66 respectivamente) e tem um maior coeficiente de compacidade (1,15

na C e 1,05 na D), o que corresponde a uma maior suscetibilidade a cheias na última. No entanto, estas

duas bacias são, entre todas as estudadas, aquelas com maior suscetibilidade a cheias, com base apenas

no fator forma. Ambas apresentam baixa densidade de drenagem (1,77 e 2,19 km/km2

respectivamente), sendo que a C é, entre as seis microbacias estudadas, a que tem menor valor.


57

4.2.3 – Vegetação e Uso e Ocupação do solo das microbacias C e D

Na microbacia C predomina a vegetação de floresta estacional semidecidual, bem preservada,

com apenas uma pequena área antropizada (pasto abandonado), enquanto que a microbacia D

apresenta um maior percentual de zonas com supressão vegetal para a prática da agricultura (cana de

açúcar e algumas frutíferas) e de pastagem (gado bovino) (figuras 4.13 e 4.14).

Microbacia C

1%

99%

Área desmatada/Pasto

Floresta

Microbacia D35.3

63.9

Pasto/Agricola

Floresta secundária

Figura 4.13 – Uso e ocupação, em percentagem, das microbacias C e D.

Figura 4.14 – Vegetação das microbacias C e D (adaptado de UFV & IEF, 2005).


58

4.3 - CARACTERÍSTICAS DAS MICROBACIAS E E F

Na fronteira sul da área foram monitoradas as duas últimas microbacias. A microbacia E, nas

cabeceiras do rio das Velhas, encontra-se numa área com exploração de quartzito desativada e

próxima da área urbana do Morro de São Sebastião, na cidade de Ouro Preto. É na microbacia E que

se encontra uma das nascentes mais orientais do rio das Velhas (figura 4.15). A microbacia F localiza-

se a nordeste da microbacia E, no Parque Natural Municipal das Andorinhas (PNMA) próximo à

cachoeira que dá o nome à área de proteção ambiental. Ao contrário da microbacia E, encontra-se bem

preservada (figura 4.16), pelo que foi escolhida para se comparar o comportamento hidrológico de

ambas e, assim, tentar quantificar o impacto ambiental sofrido pela microbacia E devido, sobretudo, à

pedreira de quartzito.


59

Figura 4.15 – Microbacia E com destaque para a pedreira de quartzito.

Figura 4.16 – Localização da microbacia F, onde é visível o seu bom estado de conservação.

Presentemente, o rio das Velhas tem caráter intermitente no trecho da microbacia E, pois na

época de estiagem se encontra seco, e encontra-se em considerável estado de assoreamento decorrente

da extração pretérita de quartzito em suas cabeceiras. A interferência ainda permanece apesar de terem

sido construídos a montante do vertedor seis pequenos diques de gabião com o intuito de conter

sedimentos (figuras 4.17 e 4.18).

Figura 4.17 – Microbacia E com destaque para a localização dos gabiões construídos ao longo da drenagem.

Vertedor


60

Figura 4.18 – Fotos de três dos diques de gabião construídos.

4.3.1 – Geologia das microbacias E e F

As microbacias E e F são constituídas por rochas dos grupos Caraça e Itabira (Supergrupo

Minas) e do Grupo Nova Lima (Supergrupo Rio das Velhas). O Grupo Nova Lima é representado,

nesta microbacia por xistos metavulcânicos e por filitos. Quartzitos finos, quartzitos filíticos, filitos e

conglomerados do Grupo Caraça ocorrem em ambas as microbacias além de itabirito dolomítico,

metacalcário e filito do Grupo Itabira, UFV & IEF (2005). Em pequenas áreas a sul-sudeste das

microbacias E e F, ocorrem crostas ferruginosas de canga sobre rochas itabiríticas, formando solos

rasos e concrecionários, resistentes à erosão. Surgem também depósitos superficiais lateríticos e

bauxíticos em colúvios ou in situ, derivados de materiais itabiríticos intemperizados e transportados

(figura 4.19, tabela 4.1).


61

Figura 4.19 – Mapa geológico da área das microbacias E e F.

4.3.2 – Geomorfologia das microbacias E e F

O relevo da microbacia E é do tipo serras e escarpas estruturais, tal como o da microbacia F,

existindo nesta, no entanto, relevo que se encaixa nas classes de vales suspensos e de colinas convexas

(figura 4.20). As áreas de vales altimontanos suspensos ocorrem em zonas onde a declividade media é

de cerca de 20% e as cotas podem variar de 700 m a 1350 m de altitude. Tal como nas microbacias A

e B, o slope index das microbacias E e F apresenta valores maiores deste parâmetro (286,14 e 412,93

respectivamente) quando comparados às bacias C e D. A diferença maior na F está em consonância

com relevos mais íngremes e com suas classes geomorfológicas. A microbacia E é a mais alongada

das seis microbacias (coeficiente de compacidade 1,56 e coeficiente de forma 0,18) sendo, por isso,

em teoria a menos suscetível a cheias. A microbacia F apresenta coeficiente de compacidade 1,25 e

coeficiente de forma 0,29, sendo assim a terceira menos suscetível a cheias. As microbacias E e F

apresentam densidades de drenagem (2,19 e 2,31 km/km2, respectivamente) com valores intermédios

aos das microbacias B e C.


62

Figura 4.20 – Mapa geomorfológico da área das microbacias E e F (adaptado de UFV & IEF, 2005).

4.3.3 – Vegetação, uso e ocupação do solo das microbacias E e F

A vegetação associada a estas microbacias é de floresta estacional semidecidual e de

vegetação rasteira relacionada a campos de canga e rupestres. Segundo UFV & IEF (2005), a

microbacia F apresenta áreas antropizadas significativas (figura 4.21), mas em campo observa-se que

essas áreas se encontram já em estágio de sucessão, com campos rupestres e florestas secundárias

(figuras 4.16 e 4.22).


63

Figura 4.21 – Vegetação das microbacias E e F (adaptado de UFV & IEF, 2005).

Microbacia E32%

25%

13%

30%

0,04%

Urbano/ Agricola

Campo Rupestre

Eucalipto

Pedreira

Floresta

Microbacia F

2%19%

79%

Exploração de bauxita

Campo Rupestre/Floresta secundária

Floresta

Figura 4.22 – Uso e ocupação, em percentagem, das microbacias E e F.


64

CAPÍTULO 5

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capítulo pretende-se apresentar e discutir os resultados obtidos neste estudo. Os

resultados apresentados correspondem aos dados pluviométricos, fluviométricos, hidroquímicos,

geoquímicos e de transporte de sedimento das microbacias monitoradas. É também apresentada, no

início deste capítulo, a análise espaço – temporal da APA/CA.

5.1 – ANÁLISE ESPAÇO – TEMPORAL DA APA/CA

De forma a caracterizar o uso e ocupação da APA/CA, foi feita uma análise espaço-temporal

utilizando-se as fotos aéreas do ano de 1966 (1:60.000), ortofotos de 1986 (1:10.000) e uma imagem

IKONOS de 2006. Embora tenha sido realizada a fotointerpretação das fotografias aéreas de 1966, não

foi construído um mapa devido às distorções inerentes a este tipo de material e sua escala pouco

detalhada (1:60.000). No entanto, algumas informações importantes foram aí obtidas, nomeadamente

que nesta data ainda não existia a mina de ferro de Capanema, e que já existiam as explorações de

quartzito e bauxita, próximo ao Morro de São Sebastião.

Os vários tipos de uso e ocupação do solo foram agrupados em: Estradas; Vegetação

(corresponde à Mata Atlântica); Campo Rupestre; Área Agropastoril; Área Antropizada; Mineração;

Silvicultura (eucalipto) e Água (corresponde na sua maioria a lagos artificiais, alguns para

piscicultura). Na figura 5.1, constata-se que em 1986 e 2006, a vegetação nativa dominante nesta

região (mata atlântica) ocupava a maior parte do território da APA/CA atingindo valores na ordem dos

72,9% em 1986 e 68,3% em 2006. Os grupos vegetacionais pertencentes ao campo rupestre ocorrem

nas regiões de maior altitude e são constituídos normalmente por espécies de baixo porte e com

distribuição esparsa no terreno. O campo rupestre ocupa a segunda posição em termos de percentagem

na ocupação da APA/CA, na ordem dos 15.2% e 16.2% em 1986 e 2006, respectivamente. Com o

passar dos anos, a floresta foi cedendo espaço para plantações e pastagens, provocando um aumento

de cerca de 3% da área agropastoril entre o final da década de 80 e 2006. As áreas correspondentes à

ocupação humana (neste caso ocupação rural) também aumentaram, de 0.6% em 1986 para 0.9% em

2006 (figura 5.1).


65

Figura 5.1 – Uso e ocupação da APA/CA em 1986 (A) e 2006 (B), destacando a percentagem dos vários tipos

de uso.

A

B


66

Foi possível também, através da análise espaço – temporal realizada na imagem IKONOS,

identificar zonas de plantação de eucalipto, a cerca de 3 km a norte de São Bartolomeu, destinados à

produção de carvão vegetal (figura 5.2). Deve-se realçar que estas práticas provocaram uma

diminuição da área ocupada pela mata nativa.

A cessação ou diminuição de atividades mineradoras levou à diminuição das áreas ocupadas

pela mineração desde a década de 80 até 2006, em torno de 0,1%.

Figura 5.2 – Carvoaria em funcionamento utilizando eucalipto (Coordenadas UTM: 646157 e 7762403).

5.2 - REGIME PLUVIOMÉTRICO E FLUVIOMÉTRICO DAS MICROBACIAS

5.2.1 – Dados Pluviométricos

Como já referido no capítulo 3, os dados de chuva foram recolhidos diariamente durante um

ano hidrológico, com início em julho de 2006 e término em julho de 2007. Através destes dados foi

possível determinar as médias mensais e a estação seca e chuvosa de cada microbacia. Verificou-se

que todas apresentam uma época chuvosa que ocorre de outubro a fevereiro e uma de estiagem, que

começa em março e acaba em setembro (figura 5.3). Este padrão é coerente com os dados regionais

(figura 1.3).


67

Pela observação da figura 5.3, é possível notar que os maiores valores pluviométricos ocorrem

nas microbacias F, E e A, com valores de precipitação total anual de 2230, 1714 e 1440 mm,

respectivamente. A precipitação total anual da microbacia C se apresentou muito baixa para a região

(cerca de 973 mm), devido a problemas de leitura por parte do monitor. Na microbacia D a recolha de

dados não se apresentou confiável a partir de dezembro, portanto não se apresenta gráfico para esta

microbacia.

0

100

200

300

400

500

600

700

jul/

06

ago

/06

set/

06

ou

t/0

6

no

v/0

6

dez

/06

jan

/07

fev

/07

mar

/07

abr/

07

mai

/07

jun

/07

jul/

07

P(m

m)

Estação chuvosa

Estação seca

Microbacia A

0

100

200

300

400

500

600

700

jul/

06

ago

/06

set/

06

ou

t/0

6

no

v/0

6

dez

/06

jan

/07

fev

/07

mar

/07

abr/

07

mai

/07

jun

/07

jul/

07

P(m

m)

Microbacia B Estação chuvosa

Estação seca

0

100

200

300

400

500

600

700

jul/

06

ago

/06

set/

06

ou

t/0

6

no

v/0

6

dez

/06

jan

/07

fev

/07

mar

/07

abr/

07

mai

/07

jun

/07

jul/

07

P(m

m)

Estação chuvosa

Estação seca

Microbacia C

0

100

200

300

400

500

600

700

jul/

06

ago

/06

set/

06

ou

t/0

6

no

v/0

6

dez

/06

jan

/07

fev

/07

mar

/07

abr/

07

mai

/07

jun

/07

jul/

07

P(m

m)

Microbacia E Estação chuvosa

Estação seca

0

100

200

300

400

500

600

700

jul/

06

ago

/06

set/

06

ou

t/0

6

no

v/0

6

dez

/06

jan

/07

fev

/07

mar

/07

abr/

07

mai

/07

jun

/07

jul/

07

P(m

m)

Microbacia F Estação chuvosa

Estação seca

Figura 5.3 – Determinação das estações seca e chuvosa das microbacias.


68

Foram também utilizados dados de chuva disponibilizados pela mina de Capanema, localizada

a montante da microbacia A. O tratamento destes dados, que correspondem a uma série histórica de 24

anos (1982 a 2006) demonstrou que chove cerca de 1655 mm/ano no limite norte da área estudada.

Este resultado está acima dos valores encontrados na microbacia A (mais próximo da mina) o

que pode significar que o ano monitorado se apresentou menos chuvoso que a média histórica.

5.2.2. – Dados Fluviométricos

A vazão obtida pelo vertedor foi calibrada com o método volumétrico uma vez que este

método apresenta maior acurácia para pequenas vazões (Costa, 2005). Na microbacia E não houve

oportunidade de fazer esta comparação entre métodos porque a drenagem apresenta caráter

intermitente, devido ao assoreamento provocado pela antiga extração de quartzito.

A vazão já calibrada foi utilizada para conceber os hidrogramas de vazão específica

(vazão/área) diária de todas as microbacias. Em alguns dias os monitores não efetuaram a medição e

que algumas medições anômalas foram descartadas, o que justifica as lacunas em alguns hidrogramas.

Cabe salientar que nos hidrogramas elaborados para todas as microbacias, a escala do eixo das

ordenadas é a mesma para facilitar sua comparação. Os gráficos com os dados completos apresentados

em escalas originais estarão dispostos no Anexo I.

5.3 – ANÁLISE ENTRE PRECIPITAÇÃO, VAZÃO E ESCOAMENTO DE BASE DAS

MICROBACIAS

Embora existam vários métodos que tratam da relação chuva-vazão, nenhum é perfeito. No

entanto, é possível aventar uma relação entre a precipitação e a vazão, uma vez que a chuva promove a

recarga dos mananciais hídricos superficiais e subsuperficiais.

Segundo Oliveira (2001), numa bacia hidrográfica, o escoamento de um curso de água é

composto pelo escoamento direto, que resulta da água da precipitação que não se infiltra à superfície

do solo e que não fica retida, e pelo escoamento de base, resultante da água que se infiltra no solo,

escoa subterraneamente e acaba por no seu percurso aflorar à superfície, constituindo por isso a

descarga das águas subterrâneas para a bacia hidrográfica. As figuras 5.4 e 5.5 apresentam a

precipitação diária com vazão das microbacias.


69

Figura 5.4 – Precipitação diária e vazão específica diária das microbacias A, B e C.

MICROBACIA A

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

P (

mm

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

11

-07

-06

03

-08

-06

26

-08

-06

18

-09

-06

11

-10

-06

03

-11

-06

26

-11

-06

19

-12

-06

11

-01

-07

03

-02

-07

26

-02

-07

21

-03

-07

13

-04

-07

06

-05

-07

29

-05

-07

21

-06

-07

Q (

L/s

/km

2)

Precipitação

Vazão

MICROBACIA B

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

11

-07

-06

03

-08

-06

26

-08

-06

18

-09

-06

11

-10

-06

03

-11

-06

26

-11

-06

19

-12

-06

11

-01

-07

03

-02

-07

26

-02

-07

21

-03

-07

13

-04

-07

06

-05

-07

29

-05

-07

21

-06

-07

P (

mm

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Q (

L/s

/km

2)

Precipitação

Vazão

MICROBACIA C

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

11

-07

-06

03

-08

-06

26

-08

-06

18

-09

-06

11

-10

-06

03

-11

-06

26

-11

-06

19

-12

-06

11

-01

-07

03

-02

-07

26

-02

-07

21

-03

-07

13

-04

-07

06

-05

-07

29

-05

-07

21

-06

-07

P (

mm

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Q 9

L/s

/Km

2)

Precipitação

Vazão


70

MICROBACIA D

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

11

-07

-06

03

-08

-06

26

-08

-06

18

-09

-06

11

-10

-06

03

-11

-06

26

-11

-06

19

-12

-06

11

-01

-07

03

-02

-07

26

-02

-07

21

-03

-07

13

-04

-07

06

-05

-07

29

-05

-07

21

-06

-07

P (

mm

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Q (

L/s

/Km

2)

Precipitação

Vazão

MICROBACIA E

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

11

-07

-06

03

-08

-06

26

-08

-06

18

-09

-06

11

-10

-06

03

-11

-06

26

-11

-06

19

-12

-06

11

-01

-07

03

-02

-07

26

-02

-07

21

-03

-07

13

-04

-07

06

-05

-07

29

-05

-07

21

-06

-07

P (

mm

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Q (

L/s

/km

2)

Precipitação

Vazão

MICROBACIA F

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

11

-07

-06

03

-08

-06

26

-08

-06

18

-09

-06

11

-10

-06

03

-11

-06

26

-11

-06

19

-12

-06

11

-01

-07

03

-02

-07

26

-02

-07

21

-03

-07

13

-04

-07

06

-05

-07

29

-05

-07

21

-06

-07

P (

mm

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Q (

L/s

/Km

2)

Precipitação

Vazão

Figura 5.5 – Precipitação diária e vazão específica diária das microbacias D ,E e F.


71

Com base na analise das figuras, percebe-se que as microbacias D e E, mais degradadas

apresentam uma resposta mais rápida em relação à precipitação que as restantes, mais preservadas.

5.4 – SEPARAÇÃO DE HIDROGRAMAS E QUANTIFICAÇÃO DO FLUXO DE

BASE

Para a separação dos fluxos de base das microbacias utilizou-se a técnica smoothed minima,

feita em ambiente Excel.

Os hidrogramas contendo o fluxo de base específico, que é o fluxo de base pela área da bacia,

encontram-se ilustrados nas figuras 5.6, 5.7 e 5.8. Nesses hidrogramas a escala do eixo das ordenadas

é a mesma. Na tabela 5.1, apresenta-se um resumo do fluxo de base específico determinado para as

microbacias, através da técnica smoothed minima, além de dados de slope index e precipitação.

Tabela 5.1 – Fluxo de base especifico das microbacias pelo método smoothed mínima, SI e precipitação.

Microbacias SI P (mm/ano) FBE (m3/m

2?

A 457,9 1440 109

B 421,1 1251 244

C 242,3 934 100

D 208,3 1374 251

E 286,1 1714 18

F 412,9 2230 150

SI - Slope Index; P - precipitação; FBE – fluxo de base especifico.

Através da análise das figuras 5.6, 5.7 e 5.8 e da tabela 5.1, é possível verificar que o ápice da

recarga dos aqüíferos parece ocorrer, em todas as microbacias, entre os meses de janeiro e fevereiro,

uma vez que se observa um aumento no fluxo de base nestes meses, aproximadamente três a quatro

meses depois do início da época chuvosa.

O valor mais elevado de escoamento de base ocorre na microbacia D, o que sugere uma alta

taxa de infiltração. Em contrapartida, os valores mais baixos de escoamento de base, com exceção da

microbacia E, são os verificados nas microbacias A e C, onde a elevação desta componente do

escoamento é muito sutil, o que sugere uma infiltração (recarga) pequena.

Para a comparação das microbacias determinou-se também o índice do fluxo de base (BFI) e o

fluxo de base especifico anual (FBE) de todas elas (tabela 5.2). O BFI é calculado dividindo-se o

volume do fluxo de base pelo volume do fluxo total.


72

O BFI apresenta valores próximos de um para bacias com alta contribuição de água

subterrânea e zero para rios efêmeros (Smakhtin, 2001).

Tabela 5.2 – BFI e FBE das microbacias.

Microbacias BFI FBE (m3/m

2)

A 0,8889 109

B 0,7757 244

C 0,9103 100

D 0,7539 251

E 0,7896 18

F 0,8668 150

Verifica-se certa discrepância em relação á contribuição das águas subterrâneas de cada

microbacia considerando o BFI e o FBE. Pois a contribuição em ordem decrescente de cada uma

destas grandezas é diferente: BFI – C>A>F>E>B>D; FBE –D>B>F>A>C>E.

Este fato pode ser justificado pelo seguinte: para o cálculo do BFI, é necessária a utilização de

dados de deflúvio máximo (quando o volume de água ultrapassa o vertedor) e nem sempre foi possível

obter estes dados, enquanto que o para o cálculo do FBE (volume de fluxo de base num ano

hidrológico pela área da bacia) a não existência de eventuais dados de deflúvio máximo não interfere

tanto no cálculo final. Desta forma, optou-se por utilizar a relação do FBE para comparação das bacias

e o BFI só foi empregado para análises comparativas.


73

0

10

20

30

40

50

60

70

P (

mm

)

Precipitação

0

10

20

30

40

50

60

70

P (

mm

)

Precipitação

A

02468

101214161820

11

-07

-20

06

11

-08

-20

06

11

-09

-20

06

11

-10

-20

06

11

-11

-20

06

11

-12

-20

06

11

-01

-20

07

11

-02

-20

07

11

-03

-20

07

11

-04

-20

07

11

-05

-20

07

11

-06

-20

07

L/s

B

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

11

-07

-20

06

11

-08

-20

06

11

-09

-20

06

11

-10

-20

06

11

-11

-20

06

11

-12

-20

06

11

-01

-20

07

11

-02

-20

07

11

-03

-20

07

11

-04

-20

07

11

-05

-20

07

11

-06

-20

07

L/s

Figura 5.6 – Separação do fluxo de base em vermelho das microbacias A e B pela técnica smoothed minima.

0

10

20

30

40

50

60

70

P (

mm

)

Precipitação

0

10

20

30

40

50

60

70

P (

mm

)

Precipitação

C

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

11

-07

-20

06

11

-08

-20

06

11

-09

-20

06

11

-10

-20

06

11

-11

-20

06

11

-12

-20

06

11

-01

-20

07

11

-02

-20

07

11

-03

-20

07

11

-04

-20

07

11

-05

-20

07

11

-06

-20

07

L/s

D

02468

101214161820

11

-07

-20

06

11

-08

-20

06

11

-09

-20

06

11

-10

-20

06

11

-11

-20

06

11

-12

-20

06

11

-01

-20

07

11

-02

-20

07

11

-03

-20

07

11

-04

-20

07

11

-05

-20

07

11

-06

-20

07

L/s

Figura 5.7 – Separação do fluxo de base em vermelho das microbacias C e D pela técnica smoothed minima.


74

0

10

20

30

40

50

60

70

P (

mm

)Precipitação

F

02468

101214161820

11

-07

-20

06

11

-08

-20

06

11

-09

-20

06

11

-10

-20

06

11

-11

-20

06

11

-12

-20

06

11

-01

-20

07

11

-02

-20

07

11

-03

-20

07

11

-04

-20

07

11

-05

-20

07

11

-06

-20

07

L/s

Figura 5.8 – Separação do fluxo de base em vermelho da microbacia F pela técnica smoothed minima.

5.5 – COEFICIENTE DE RECESSÃO

O coeficiente de recessão () foi determinado através da técnica matching strip, após

caracterização de uma reta de recessão mestra (Costa, 2005).

A título de exemplo, a figura 5.9 mostra a determinação da reta de recessão mestra para a

microbacia A.

Figura 5.9 – Determinação da reta de recessão mestra através da técnica matching strip para a microbacia A.

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

11-0

7-2

006

30-0

7-2

006

18-0

8-2

006

06-0

9-2

006

25-0

9-2

006

14-1

0-2

006

02-1

1-2

006

21-1

1-2

006

10-1

2-2

006

29-1

2-2

006

17-0

1-2

007

05-0

2-2

007

24-0

2-2

007

15-0

3-2

007

03-0

4-2

007

22-0

4-2

007

11-0

5-2

007

30-0

5-2

007

18-0

6-2

007

07-0

7-2

007

m3/s


75

Os valores de α calculados para as microbacias (tabela 5.3) é por ordem decrescente:

E>D>C>A>F>B.

Tabela 5.3 – Coeficiente de recessão das microbacias obtidos pelo método matching strip.

Coeficiente de recessão (α)

Microbacias Matching Strip

A 0,00883

B 0,00777

C 0,00981

D 0,01007

E -

F 0,00788

Esta relação mostra que as microbacias E, D e C apresentam maior α. Já nas microbacias de

menor coeficiente de recessão, a B, F e A, o escoamento no período de estiagem demora mais tempo a

diminuir, pois é mantido de forma mais sustentável pela contribuição do fluxo de base proveniente dos

aqüíferos.

Vários autores (Custodio & Llamas, 1976; Cruz, 1995; Feitosa & Manoel Filho, 1997;

Dewandel et al., 2003) afirmam que existe uma relação diretamente proporcional entre o coeficiente

de recessão e a transmissividade (condutividade hidráulica multiplicada pela espessura do aquífero) e

inversamente proporcional ao coeficiente de armazenamento (equivalente à porosidade efetiva em

aquíferos livres). Isto significa que quanto menor o α, maior a capacidade de armazenamento e menor

transmissividade, o que faz com que a vazão seja mantida por mais tempo, graças ao fluxo de base que

também será mantido por um período maior. Então, nas microbacias B, F, e A, a vazão é mantida por

um período de tempo maior, graças ao fluxo de base proveniente dos aqüíferos a montante.

5.6 – HIDROQUÍMICA DAS MICROBACIAS

Conforme citado anteriormente, os parâmetros físico-químicos foram medidos mensalmente

durante um ano hidrológico, exceto o Eh, tendo-se iniciado a sua medição em Julho de 2006 (Anexo

II). Foram também determinados outros parâmetros, como a alcalinidade e os teores de sulfato e de

cloreto, medidos tanto na época seca como na chuvosa (Anexo III).


76

5.6.1 – Determinação dos parâmetros físico-químicos

5.6.1.1 - Condutividade Elétrica (CE) e Sólidos Totais Dissolvidos (STD)

A condutividade elétrica (CE) refere-se à capacidade da água conduzir corrente elétrica. Este

parâmetro depende da concentração de íons e da temperatura, sendo um indicativo da quantidade de

sais dissolvidos na água (Hem, 1985). A CE aumenta à medida que se adicionam sais dissolvidos à

água, desta forma o teor de sólidos totais dissolvidos (STD) é diretamente proporcional a ela, relação

visível na figura 5.10.

Segundo McCutcheon et al (1992) as águas potáveis apresentam condutividade entre 50 a

1500 μS/cm. Embora os valores de STD sejam muito variados em águas naturais, a média estabelecida

para as águas superficiais é de 25 mg/L (McCutcheon et al 1992).

STD

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

ago/06 set/06 out/06 nov/06 dez/06 jan/07 fev/07

mg

/L

A B C D E F

CE

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

ago/06 set/06 out/06 nov/06 dez/06 jan/07 fev/07

µS

/cm

A B C D E F

Figura 5.10 – Gráficos com valores de STD e CE para as microbacias.

A CE e os STD apresentam valores baixos em todas as microbacias, e os mais elevados

ocorrem nas microbacias C, D e E, com valores máximos de: 45,80 μS/cm e 29,03 mg/L para a C; de

36,59 μS/cm e 23,46 mg/L para a D; 77,50 μS/cm e 31,00 mg/L para a E.

Comparando-se os valores destes parâmetros com os grupos litológicos, pode-se afirmar que

as microbacias A e B, assentadas no Grupo Maquiné, exibem águas com valores muito baixos de CE,

enquanto que as microbacias em rochas do Grupo Nova Lima (C e D) apresentam águas com valores

maiores. Os valores mais elevados encontrados no Grupo Nova Lima se justificam pela maior

proporção de rochas mais intemperizáveis e lixiviáveis (xistos) nesta unidade. Os valores baixos a

médios na E, e baixos na F, estão provavelmente associados à degradação da primeira.


77

5.6.1.2 - Potencial Hidrogeniônico (pH) e Potencial de Oxi-redução (Eh)

De acordo com Hem (1985) e Weiner (2000), as águas fluviais não influenciadas por

contaminantes apresentam pH entre 6,5 – 8,5. A maioria das águas subterrâneas tem pH entre 5,5 e 8,5

(Feitosa &Manoel,1997).

Os valores de pH nas águas das microbacias variaram ao longo do ano hidrológico estudado,

apresentando valores mínimos de 4,65, para a microbacia F, e máximos de 7,10 para as microbacias

B e D.

De acordo com a tabela 5.4, as amostras das microbacias apresentam valores médios de pH

entre 5,48 e 6,23. Os dados verificados nas microbacias C, D e E são compatíveis com os

estabelecidos na literatura, pois se encontram dentro da faixa estabelecida pela Resolução CONAMA

Nº357 de 2005 (pH entre 6,0 – 9,0 para todas as Classes).

Tabela 5.4 – Valores médios de pH para as microbacias monitoradas.

Microbacias pH médio

A 5,58

B 5,81

C 6,23

D 6,13

E 5,99

F 5,48

O Eh foi medido apenas três vezes devido à ausência de equipamento durante boa parte do ano

hidrológico (Anexo II). Os valores médios de Eh para as microbacias A, B, C, E e F foram de 192,

204, 183, 191 e 232 mV, respectivamente. Na microbacia D o ambiente pode ser considerado mais

redutor, uma vez que o valor médio de Eh foi de 62 mV.

5.6.1.3 – Temperatura

A temperatura é um fator determinante no meio aquático, uma vez que afeta processos físico-

químicos, reações e atividades biológicas. A temperatura varia conforme flutuações sazonais, latitude,

época do ano e hora do dia.

O Anexo II mostra a variação da temperatura das microbacias ao longo do ano. A temperatura

média das águas no exutório das microbacias variou de 16,25 a 18,71 ºC.

De acordo com a classificação de Bogomolov (1966), a água das microbacias pode ser

considerada morna, com a exceção da água da microbacia A que se enquadra na classe das águas

moderadamente frias.


78

5.6.1.4 – Turbidez

A turbidez é a expressão usada para descrever o grau de clareza da água. As fontes naturais

causadoras da turbidez são argilas, areia, resíduos orgânicos, material mineral, detritos, plâncton, etc.

Os valores desta variável são dados em FTU (Formazin Turbidity Unit) ou NTU (Unidade

Nefelométrica de Turbidez).

A turbidez foi determinada em amostras recolhidas diariamente ao longo do ano, em todas as

microbacias, e os gráficos com estes dados relacionados com a vazão, encontram-se no Anexo IV.

As microbacias com maiores variações da turbidez foram a E e F, com valores mínimos e

máximos de 0,60 e 31,00 e de 0,25 e 44,00 NTU, respectivamente (tabela 5.5). No entanto, as águas de

todas as microbacias apresentaram valores médios da turbidez que variaram de 0,49 a 2,58 FTU,

valores baixos, que de acordo com a Resolução CONAMA N° 357, classifica as águas como de Classe

I.

Tabela 5.5 – Valores mínimos, máximos e médios da turbidez em NTU das microbacias.

Turbidez A B C D E F

Mínima 0,25 0,20 0,40 0,40 0,60 0,25

Máxima 6,75 4,50 4,60 12,50 31,00 44,00

Média 0,56 0,49 1,35 2,58 1,82 1,61

Vale ressaltar que os maiores valores médios foram registrados nas microbacias mais

degradadas (D e E). O maior valor médio de turbidez verificado na D pode, provavelmente, ser

causado, pela retirada da cobertura vegetal, o que facilita a erosão e conseqüentemente um transporte

maior de sólidos, até porque os xistos do supergrupo do Rio das Velhas são mais erodíveis. Os fatos

acima mencionados podem justificar o valor encontrado na D, apesar do slope index desta microbacia

ser o mais baixo de todas.

O valor de 44,00 NTU observado na microbacia F pode estar relacionado a uma coleta

inadequada por parte do monitor, uma vez que a média calculada para esta microbacia foi de 1,61

NTU.

Relacionaram-se os valores de turbidez com a precipitação e vazão, através da elaboração dos

gráficos expostos no Anexo IV. A figura 5.11., mostra a titulo de exemplo, o gráfico para a microbacia

A.

Pela análise destes gráficos é possível observar que, em todas as microbacias, quando

aumentam os índices pluviométricos aumentam os valores de turbidez. No entanto, nas microbacias

mais degradadas (D e E), a resposta do aumento da turbidez em relação à precipitação é mais rápida


79

que as restantes, mais preservadas. Já a relação dos valores de turbidez com a vazão parece sugerir

uma tendência inversa nas microbacias mais preservadas (A, B e C), ou seja, de redução da

concentração de sedimentos com o aumento da vazão.

Figura 5.11 – Gráfico com dados de precipitação, vazão e turbidez ao longo do ano hidrológico para a

microbacia A.

5.6.2 – Constituintes Químicos – Principais Ânions

5.6.2.1. Alcalinidade (HCO3 -)

A alcalinidade pode ser definida como a capacidade da água em neutralizar ácidos (Hem,

1985). Em muitas águas naturais, as principais espécies responsáveis pela alcalinidade são o carbonato

e o bicarbonato, quase sempre oriundos de alcalinos e alcalino terrosos (Na, K, Ca, Mg, etc.) (Santos,

1997). Dos não carbonatos, as espécies mais importantes que contribuem para a alcalinidade são o

hidróxido, o silicato, o borato e ligas orgânicas, especialmente acetato e proprianato (Hem, 1985). Para

as condições de pH encontradas, a alcalinidade certamente é causada pelo bicarbonato.

Em locais com influência antrópica a alcalinidade pode estar relacionada com efluentes

industriais (Greenberg et al, 1992).

Segundo Feitosa & Manoel (1997), o bicarbonato varia entre 50 a 350 mg/L em águas doces.

De uma forma geral, os valores de alcalinidade podem ser considerados baixos, mas foram

mais altos na época chuvosa do que na seca, com exceção das microbacias C e D (tabela 5.6). Nestas a


80

alcalinidade apresentou os valores mais altos, possivelmente relacionado com os valores mais

elevados de Na, K, Ca e Mg encontrados na água destas microbacias, como apresentado no item 5.6.3.

Tabela 5.6 – Concentração do HCO3 - nas microbacias.

Alcalinidade (mg/L)

Época Seca (27/08/2006) Época Chuvosa (30/01/2007)

A 1.32 4.09

B 2.63 4.09

C 30.28 20.43

D 27.64 23.15

E Seco 6.81

F 1.32 5.45

O efeito diluidor provocado pelas chuvas não parece ocorrer nas microbacias A, B e F. Esta

situação pode estar relacionada com o relevo íngreme destas microbacias, caracterizado por

corredeiras e pequenas quedas d´água, que pode aumentar a taxa de gás carbônico dissolvido, levando

a um aumento da alcalinidade no período das chuvas (Guimarães, 2007). Sugere-se, no entanto,

estudos mais detalhados da rota deste anion nas águas superficiais e subterrâneas de forma a confirmar

esta interpretação.

5.6.2.2. Cloreto (Cl-)

O cloreto pode ocorrer em rochas sedimentares (evaporitos), metamórficas e em minerais

ferromagnesianos das rochas ígneas. Está normalmente presente em águas naturais, mas a sua

concentração é na maioria das vezes baixa (Hem, 1985).

Em muitas águas de superfície a concentração deste elemento chega a ser mais baixa do que as

concentrações de bicarbonato e sulfato (Hem, 1985). O mesmo autor refere que as águas que podem

ter o Cl- como dominante são aquelas em que o Ca

2+ é o cátion predominante. Concentrações mais

altas de cloreto podem indicar contaminação por aterros sanitários, lixões ou esgotos domésticos

(CETESB 2006). Todas as microbacias apresentaram concentrações muito baixas deste ânion (tabela

5.7).


81

Tabela 5.7 – Concentração de Cl - nas microbacias.

Cl- (mg/L)


A 0,00493 0,00489

B 0,00493 0,00489

C 0,00493 0,00489

D 0,00493 0,00489

E 0,00493 0,00489

F 0,00493 0,00489

5.6.2.3. Sulfato (SO4 2-

)

Em águas naturais o sulfato ocorre devido à oxidação de sulfetos presentes em rochas

sedimentares, ígneas e metamórficas. Pode surgir tanto da oxidação da pirita, bem como da lixiviação

de minerais como a gipsita e anidrita, e é geralmente muito solúvel (Santos, 1997). Atividades

humanas como a queima de combustíveis, a fusão de minério e o tratamento orgânico de lixo podem

ser fontes deste ânion em águas naturais.

Na água das microbacias o teor em sulfato é baixo tanto na época seca como na chuvosa

(tabela 5.8), portanto as águas podem ser consideradas, em relação a este parâmetro, como de Classe I

(abaixo de 250 mg/L).

Tabela 5.8 – Concentração do SO42-

nas microbacias.

SO42-

(mg/L)


A 1,385 1,411

B 1,385 1,411

C 1,385 1,541

D 1,775 1,567

E Seco 1,541

F 1,463 1,385

5.6.3 – Constituintes Químicos – Elementos Maiores e Traço – Cátions

Foi determinada a concentração de 22 elementos químicos nas amostras de água: Li, Be, Al,

K, Ca, Cr, Fe, Co, As, Cd, Ba, Na, Mg, V, Mn, Ni, Sr, Mo, Sc, Y, Zn e Sn. Os elementos que

apresentaram resultados abaixo do limite de quantificação do método utilizado foram: As, Be, Cd, Co,

Cr, Cu, Mo, Ni, V, Y, e Zn (tabela 5.9).


82

Tabela 5.9 – Limites de dos elementos determinados nas amostras de água utilizando ICP-OES.

Elemento As Be Cd Co Cr Cu Mo Ni V Y Zn

LQ (µg/L) 85,0 4,0 8,0 15 10 2,5 20 20 10 5,0 5,0

5.6.3.1. Elementos Maiores (Al, Fe, Mn, Ca, Mg, Na e K)

As concentrações destes elementos nas águas das microbacias na época seca e chuvosa foram

determinadas por ICP-OES e encontram-se expostos na tabela 5.10.

Tabela 5.10 – Elementos Maiores na época seca e chuvosa. LQ = Limite de quantificação

Época Seca Época Chuvosa

Al

(µg/L)

Fe

(µg/L)

Mn

(µg/L)

Ca

(µg/L)

Mg

(µg/L)

Na

(µg/L)

K

(µg/L)

Al

(µg/L)

Fe

(µg/L)

Mn

(µg/L)

Ca

(µg/L)

Mg

(µg/L)

Na

(µg/L)

K

(µg/L)

A <LQ 15,90 7,80 0,33 0,20 0,13 0,06 <LQ 145,60 37,77 0,47 0,18 0,14 0,06

B <LQ 31,70 5,97 0,12 0,16 0,17 0,06 <LQ 20,15 7,74 <LQ 0,09 0,09 <LQ

C <LQ 39,10 5,96 2,26 3,66 1,29 0,31 <LQ 69,60 8,98 1,30 2,87 0,99 0,29

D <LQ 789,00 49,20 1,44 2,47 0,83 0,64 <LQ 1026,00 138,80 1,43 2,59 0,59 0,55

E <LQ - - - - - - 202,00 220,80 36,45 0,67 0,26 0,41 0,20

F <LQ 19,70 17,90 0,08 0,05 0,38 0,15 2,61 106,80 22,86 <LQ 0,04 0,23 0,10

5.6.3.1.1. Alumínio

Embora o alumínio seja o terceiro elemento mais abundante da crosta terrestre, raramente ocorre em

solução nas águas naturais. Algumas exceções acontecem em águas de pH abaixo de quatro (Hem,

1985). Este elemento foi apenas identificado na época chuvosa nas microbacias E e F, embora o pH na

altura da coleta não fosse inferior a 4, mas sim igual a 6,3 (E) e 6,1 (F). A presença de alumínio nas

águas destas microbacias pode estar relacionada com uma maior lixiviação de hidróxidos de alumínio

na época chuvosa.

Lind & Hem (1975) analisaram 28 nascentes nos Estados Unidos, que apresentavam

concentrações de alumínio entre 100 e 1.300 µg/L. Uma amostra continha 38 mg/L de alumínio e pH

de 9,4. Halbert et al (1968) associaram esta elevada concentração a uma poluição direta de minas de

bauxita.


83

Os valores de Al na época chuvosa da água na microbacia E são superiores aos permitidos

pelo CONAMA (100 µg/L para águas da Classe I e II, 200 µg/L na Classe III), o que pode espelhar a

sua maior degradação, uma vez que a montante do ponto de análise existe retirada de bauxita

5.6.3.1.2. Ferro e Manganês

Embora o ferro seja o segundo elemento metálico mais abundante da crosta terrestre, apresenta

geralmente baixa concentração na água. (Hem, 1985). O comportamento químico e a solubilidade do

ferro dependem fortemente da intensidade de oxidação do sistema e do pH.

Os minerais de rochas ígneas em que o ferro é mais abundante incluem os anfibólios, a biotita,

a magnetita e a olivina. Na sua maioria, nestes minerais, o ferro encontra-se no estado ferroso de

oxidação (Fe2+

), mas também pode aparecer no estado férrico (Fe3+

), como no caso da magnetita

(Fe3O4). No caso de ambientes oxidantes, o ferro aparecerá sob a forma de óxidos ou hidróxidos de

ferro como, por exemplo, a hematita (Fe2O3) ou goetita (FeOOH) (Hem, 1985).

O manganês assemelha-se quimicamente ao ferro, participando de processos de oxidação-

redução em ambientes de intemperismo. (Feitosa & Manoel, 1997).

No caso das microbacias estudadas, verifica-se um aumento de Fe durante a época de chuvas

na bacia A. De acordo com Hem (1985), a disponibilidade do ferro em sistemas aquáticos é fortemente

afetada pelas condições ambientais, especialmente mudanças no grau ou intensidade no potencial de

oxidação-redução. Altas concentrações de Fe2+

dissolvido podem ocorrer em soluções onde exista

redução de oxihidroxidos férricos. Desta forma, este aumento na época chuvosa na A pode

provavelmente ser resultado de um aporte maior de sedimentos provenientes da mina de Capanema,

localizada a montante desta microbacia, além de terem sido encontrados goetita e hematita nos seus

sedimentos.

Na microbacia D os valores de ferro, tanto na estação seca como na chuvosa, também são

elevados, e é possível que a percentagem de matéria orgânica nesta microbacia seja maior que nas

restantes, embora esta não tenha sido determinada. No entanto, o menor valor de Eh médio aí

encontrado é evidência de um ambiente mais redutor. Cabe relembrar que o uso do solo, nesta

microbacia é essencialmente agropastoril, e que segundo Hem (1985), o ferro pode também estar

presente em restos de plantas no solo, decorrentes de atividades antrópicas na biosfera que podem

influenciar sua ocorrência na água. O mesmo autor refere ainda que elevadas concentrações de ferro

possam resultar de interações entre minerais de ferro oxidados e matéria orgânica. E que essas águas

deverão ser pobres em sulfato, como é o caso das microbacias estudadas. Na microbacia D a

concentração de ferro na água está acima dos valores permitidos pelo CONAMA para águas da Classe

I e II (300µg/L). Na época chuvosa, as microbacias E e F apresentam concentrações de Fe de 221 µg/L

(E) e 107 µg/L (F) e de Mn de 36,5 µg/L e 22,9 µg/L, havendo um aumento de concentrações na

microbacia F relativamente à época seca (figura 5.12). Este aumento está provavelmente associado a

um maior aporte destes elementos a partir das cangas que existem nas cabeceiras desta microbacia.


84

Altas concentrações de ferro podem acompanhar as de manganês. Hem (1985) refere que

algumas análises de água subterrânea confirmaram esta relação, o que pode sugerir uma fonte comum

para estes dois íons. Depreende-se, desta forma, que os altos valores de Fe e Mn encontrados nas

microbacias, poderão ser correlacionáveis com a abundância de litologias ricas nestes elementos.

16

146

32 20 39 70

789

1026

221

20

107

0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

µg

/L

A B C D E F

FERRO

Época Seca

Época Chuvosa

7,8

37,8

6,0 7,7 6,0 9,0

49,2

138,8

36,5

17,922,9

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

µg

/LA B C D E F

MANGANÊS Época Seca

Época Chuvosa

Figura 5.12 – Concentração de ferro e manganês nas microbacias. Resultados da estação seca e chuvosa.

5.6.3.1.3. Sódio e Potássio

O sódio e o potássio são os metais alcalinos mais abundantes nas águas naturais e, embora

sejam do mesmo grupo, apresentam comportamentos diferentes em termos de solubilização. Assim,

em águas naturais, a concentração de sódio é superior à de potássio (Hem, 1985). Esta relação (Na>K)

foi verificada em todas as microbacias, tanto na época seca como na chuvosa (figura 5.13).

0,13 0,140,17

0,10

1,29

0,99

0,83

0,59

0,41 0,38

0,24

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

mg

/L

A B C D E F

SÓDIO Época Seca

Época Chuvosa

0,06

0,31 0,30

0,64

0,55

0,20

0,15

0,10

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

mg

/L

A B C D E F

POTÁSSIO Época Seca

Época Chuvosa

Figura 5.13 – Concentração de sódio e potássio nas microbacias. Resultados da estação seca e chuvosa.

De uma forma geral, a concentração destes elementos é superior na época seca. Em geral, a

concentração na estação das chuvas é inferior à estação da seca, prevalecendo o efeito da diluição.

As microbacias A e B apresentam as mais baixas concentrações destes elementos.

5.6.3.1.4. Cálcio e Magnésio

O cálcio e o magnésio são metais alcalino-terrosos e em águas naturais podem ter

comportamentos semelhantes, porém o magnésio é mais solúvel e mais difícil de precipitar (Hem,


85

1985). O cálcio é um constituinte essencial de muitos minerais de rochas ígneas, especialmente

piroxênios, anfibólios e feldspatos. Também pode ocorrer em outros minerais silicatados produzidos

no metamorfismo. Algum cálcio pode ser esperado na água que teve contato com rochas ígneas e

metamórficas (Hem, 1985).

As principais fontes de magnésio em águas naturais, além da dolomita e da magnesita, são os

minerais ferromagnesianos presentes em rochas ígneas, como olivinas, piroxênios, anfibólios e biotita.

Em rochas alteradas pode também estar presente em cloritas e serpentinas.

De acordo com a figura 5.14, o cálcio e o magnésio apresentam um comportamento

semelhante nas águas das microbacias tanto na época seca como na chuvosa. Uma das relações

comumente encontradas em águas naturais, segundo Hem (1985), é a de que Ca>Mg. Esta relação não

se verifica nas águas das microbacias C e D, onde a concentração de Mg é superior à de Ca,

provavelmente relacionado à presença de rochas ultramáficas do Grupo Nova Lima.

0,30,5

0,1

2,3

1,31,4 1,4

0,7

0,10,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

mg

/L

A B C D E F

CÁLCIOÉpoca Seca

Época Chuvosa

0,20,2 0,2 0,1

3,7

2,9

2,52,6

0,30,1

0,04

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00m

g/L

A B C D E F

MAGNÉSIO Época Seca

Época Chuvosa

Figura 5.14 – Concentração de cálcio e magnésio nas microbacias. Resultados da estação seca e chuvosa.

5.6.3.2. Elementos Traço

5.6.3.2.1. Metais alcalinos (Li) e alcalino-terrosos (Sr e Ba)

Lítio, bário e Estrôncio elementos menores nas águas naturais, embora possam ser encontrados

em concentrações consideráveis.

Minerais portadores de lítio ocorrem em pegmatitos, os mais importantes são o espodumênio e

a lepidolita. O lítio pode substituir o magnésio em alguns minerais. O lítio aparece apenas nas águas

das microbacias C e D, tanto na época seca como na chuvosa (tabela 5.12). O Li e o Mg parecem estar

relacionados, uma vez que as únicas concentrações de Li aparecem nas microbacias onde o Mg

também é mais abundante (C e D), o que sugere uma fonte comum, que pode ser a turmalina do Grupo

Nova Lima. Infelizmente não foi realizada análise de boro na água e nos sedimentos destas

microbacias, o que poderia confirmar esta interpretação. O lítio apresenta-se em concentrações

menores nos pontos amostrados, em comparação ao bário e estrôncio (tabela 5.11).


86

Tabela 5.11 – Concentração de bário, lítio e estrôncio nas microbacias. Resultados da estação seca e chuvosa.


Ba Li Sr Ba Li Sr

A 1,04 <LQ 1,88 <LQ <LQ 3,85

B 1,95 <LQ 0,86 <LQ <LQ 0,58

C 12,20 1,07 13,3 6,94 1,17 8,04

D 22,0 1,24 6,41 23,77 1,19 6,75

E - - - 5,13 <LQ 2,77

F 1,04 <LQ ,,65 2,20 <LQ 0,73

O bário é mais abundante nas rochas ígneas do que o estrôncio (Hem, 1985). O estrôncio é

um elemento relativamente comum que substitui o cálcio ou o potássio em pequenas quantidades em

minerais de rochas ígneas. A concentração de Ba em águas naturais pode ser influenciada pela sua

capacidade de adsorção por óxidos e hidróxidos, principalmente de manganês. Quando há redução

destes óxidos e hidróxidos há liberação de Mn, Fe e de Ba para o meio hídrico.

Como ilustrado nos gráficos da figura 5.15, estes dois elementos apresentam de uma forma

geral a mesma distribuição nas águas das microbacias estudadas, sendo, no entanto, as suas

concentrações superiores nas microbacias C e D.

1,01,9

12,2

6,9

22,023,8

5,1

1,02.2

0

5

10

15

20

25

µg

/L

A B C D E F

BÁRIO

Época Seca

Época Chuvosa

1,9

3,9

0,9 0,6

13,3

8,0

6,4 6,8

2,8

0,6 0,7

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

µg

/L

A B C D E F

ESTRÔNCIO Época Seca

Época Chuvosa

Figura 5.15 – Concentração de bário e estrôncio nas microbacias. Resultados da estação seca e chuvosa.

Dos elementos maiores analisados na água (Al, Fe, Mn, Ca, Mg, Na e K), os teores mais

elevados aparecem no Grupo Nova Lima, nomeadamente na microbacia D, à exceção do alumínio,

que apenas ocorre na época chuvosa nas águas das microbacias E e F (grupos Caraça, Itabira e Nova

Lima). À semelhança dos elementos maiores, os elementos menores (Li, Sr, Ba) aparecem em maiores

concentrações nas águas do Grupo Nova Lima. As concentrações mais elevadas de elementos na água


87

das microbacias C e D, será função não só da litologia como também do tempo de transito, que tende a

ser maior nas bacias menos íngremes.

5.6.4 – Razões Iônicas

As razões iônicas representam relações entre os íons dissolvidos na água e podem indicar um

relacionamento com o litotipo do qual a água se origina. (Feitosa & Manoel, 1997).

As razões iônicas mais comumente utilizadas para as águas naturais segundo Feitosa &

Manoel (1997) são as ilustradas na tabela 5.12.

Tabela 5.12 – Razões iônicas médias definidas para as microbacias.

Mg2+

/Ca2+

K+/Na

+ Na

+/Ca

2+ Cl

-/HCO3

-

A 0,794 0,274 0,292 0,001491

B 1,771 0,266 0,962 0,001336

C 3,038 0,157 0,558 0,000210

D 2,947 0,492 0,431 0,001356

E 0,640 0,290 0,527 0,000506

F 0,909 0,241 3,348 0,001020

Pela análise da tabela 5.12, pode-se verificar que a proporção entre os íons Mg2+

e Ca2+

apresenta valor mais próximo a 1 na água da microbacia F. Segundo Feitosa & Manoel (1997), este

valor pode indicar uma influência de terrenos dolomíticos, que aparecem nos terrenos desta

microbacia na forma de itabiritos dolomíticos. Ainda segundo estes autores, valores superiores a 1

indicam influência de rochas com silicatos magnesianos, como gabros e basaltos. Embora este tipo de

rochas não ocorra nas microbacias C e D são comuns nos xistos do Grupo Nova Lima, onde assentam

esta bacias , clorita e biotita, minerais com magnésio na sua constituição.

A razão K+/Na

+, apresenta-se na água das microbacias com valores entre, 0,004 e 0,3, que

segundo Schoeller (1955) é mais freqüente em águas doces.

À exceção da microbacia F, existe um predomínio de cálcio em relação ao sódio nas microbacias

estudadas, o que pode estar relacionado com a presença de carbonatos nomeadamente calcita e

dolomita, minerais com cálcio na sua composição. A maior relação Na+/Ca

2+ foi encontrada na

microbacia F, o que pode que pode indicar que os feldspatos das metavulcânicas que ocorrem nesta

microbacia são mais sódicos. A razão Cl-/HCO3

-, indica teores muito baixos de Cl

- e um franco

predomínio de HCO3-, que pode ser relacionado com a presença de carbonatos (calcita e dolomita) nas

litologias da área estudada.


88

5.7 – BALANÇO IÔNICO DA ÁGUA DAS MICROBACIAS

Para avaliar a qualidade dos resultados foi calculado o balanço iônico através da equação

proposta por Custódio & Llamas (1976):

Erro (%) = (∑cations - ∑anions / *0,5 (∑cations + ∑anions)) x 100, (5.1),

onde os cátions utilizados para a determinação deste balanço foram: Ca2+

, Mg2+

, Na+, K

+ e os

anions: SO42-

, HCO3- e Cl

-.

O balanço iônico é baseado no fato de que toda a solução deve ser eletricamente neutra, o que

quer dizer que a soma dos cátions deve ser igual à dos ânions, em meq/L. Mas como se pode verificar

nas tabelas 5.13 e 5.14, a soma dos cátions é diferente da soma dos ânions, em todas as microbacias.

Tabela 5.13 – Balanço iônico das microbacias na época seca.

Época Seca – 27/08/2006

Cátions (meq/L) Ânions (meq/L) (meq/L) (meq/L) (%) (μS/cm)

Bacias Na+ K+ Mg2+ Ca2+ SO42- HCO3

- Cl- ∑Cátions ∑Ânions Erro CE

A 0,0056 0,0015 0,0166 0,0165 0,0288 0,0216 1,4x10-4 0,3364 0,0507 147,6 4,3

B 0,0074 0,0015 0,0133 0,006 0,0288 0,106 1,4x10-4 0,028 0,134 130,0 3,2

C 0,0560 0,0079 0,305 0,133 0,0288 1,22 1,4x10-4 0,482 1,248 88,6 42,1

D 0,0360 0,0164 0,2058 0,072 0,0360 1,114 1,4x10-4 0,330 1,152 110,0 31,7

E - - - - - - - - - - -

F 0,0165 0,0038 0,0042 0,004 0,0304 0,053 1,4x10-4 0,028 0,083 98,4 3,1

Tabela 5.14 – Balanço iônico das microbacias na época chuvosa.

Época Chuvosa – 30/01/2007

Cátions (meq/L) Ânions (meq/L) (meq/L) (meq/L) (%) (μS/cm)

Bacias Na+ K+ Mg2+ Ca2+ SO42- HCO3

- Cl- ∑Cátions ∑Ânions Erro CE

A 0,0059 0,0016 0,0149 0,0233 0,0294 0,1646 1,4x10-4 0,045 0,194 123,4 6,4

B 0,0041 - 0,0080 - 0,0294 0,1646 1,4x10-4 0,012 0,194 176,0 3,2

C 0,0432 0,0076 0,2393 0,0650 0,0321 0,823 1,4x10-4 0,355 0,855 82,6 37,8

D 0,0257 0,0140 0,2162 0,0712 0,0326 0,933 1,4x10-4 0,327 0,965 98,7 33,8

E 0,0177 0,0051 0,0215 0,0336 0,0321 0,274 - 0,078 0,306 118,0 12,2

F 0,0103 0,0026 0,0031 - 0,0288 0,219 1,4x10-4 0,016 0,247 175,0 3,3


89

Segundo Hem (1985), se o somatório de ânions e cátions é menor que 5.00 meq/L, uma

diferença maior pode ser tolerada. Neste caso a análise é considerada aceitável, e pode-se assumir que

não existem erros importantes em relação aos constituintes maiores das águas analisadas.

Ainda segundo o mesmo autor, o limite aceitável do erro pode variar com a concentração

iônica total e a condutividade, ou seja, águas pouco mineralizadas como as estudadas, apresentam

baixa concentração iônica e baixa condutividade, logo a determinação dos íons torna-se mais difícil e

erros maiores são admissíveis. Dessa forma, Custódios & Llamas (1976) estabeleceram limites de

aceitabilidade em função da condutividade (tabela 5.15):

Tabela 5.15 – Limites de aceitabilidade (Custódio & Llamas, 1976).

Condutividade (μS/cm) 50 200 500 20000 >2000

Erro admissível (%) 30 10 8 4 4

Todas as microbacias apresentaram erros elevados, superiores a 70%, justificados pela baixa

condutividade das águas analisadas. Além de que Costa (2005) encontrou erros semelhantes em

microbacias que assentavam em xistos e filitos do Supergrupo Minas.

Cabe ressaltar que apesar de não terem sido medidos fosfato e nitrato, a soma dos anions

apresentou-se muito superior á dos cátions, mesmo adicionando Fe2+

e Mn2+

, aos cálculos.

5.8 – QUADRO GERAL DAS ÁGUAS DAS MICROBACIAS

De uma forma geral, a concentração dos elementos é superior na época seca, como seria de

esperar, pois com a diminuição da vazão, os elementos se apresentam mais concentrados. Esta relação

não se verificou na concentração do ferro, alumínio, manganês, e bicarbonato. Concentrações mais

elevadas de ferro e alumínio na época chuvosa foram também encontradas por Varajão (2002). As

maiores concentrações de bicarbonato, em algumas microbacias, como já explicado anteriormente,

devem-se provavelmente a um aumento do gás carbônico, devido á turbulência das águas, causada

pelo aumento da vazão.

Os valores mais elevados dos parâmetros físico-químicos analisados (CE, STD, pH e

alcalinidade) ocorrem nas águas que drenam rochas do Grupo Nova Lima. O mesmo ocorre com os

elementos maiores (Al, Fe, Mn, Ca, Mg, Na e K), nomeadamente na microbacia D, à exceção do

alumínio, que apenas ocorre na época chuvosa nas águas das microbacias E e F. À semelhança dos

elementos maiores, os elementos menores (Li, Sr, Ba) aparecem em maiores concentrações nas águas

do Grupo Nova Lima. Desta, forma, as concentrações mais elevadas de elementos na água das

microbacias C e D, será função não só da litologia como também do tempo de transito, que tende a ser

maior nas bacias menos íngremes.


90

A água de todas as microbacias estudadas apresenta valores médios de turbidez muito baixos,

com valores mais elevados nas microbacias com solo mais erodível e com maior influência antrópica

(D e E).

De uma forma geral, a comparação dos resultados com os valores estabelecidos pela

Resolução CONAMA N° 357 (tabela 5.16) mostrou resultados satisfatórios para as concentrações de

metais, enquadrando a água das microbacias como de Classe 1,exceto para o Al, Fe e Mn.

Tabela 5.16 – Comparação dos resultados com valores estabelecidos pela Resolução CONAMA Nº 357

CONAMA Nº 357

Classe Estação Seca Estação Chuvosa

Classe 1 Classe 2 Classe 3 Min. Máx. Min. Máx.

pH 6,0 – 9,0 6,0 – 9,0 6,0 – 9,0 4,65 7,1 4,71 6,4

Turbidez (FTU) < 40 < 100 < 100 0,20 31,0 0,25 44,0

STD (mg/L) 500 500 500 0 31 1 19

Al (μg/L) 100 100 200 < LQ < LQ 2,61 202

As (μg/L) 10 10 33

Ba (μg/L) 700 700 1000 1,04 22,0 < LQ 23,77

Fe (μg/L) 300 300 5000 15,9 789 20,15 1026,0

Li (μg/L) 2500 2500 2500 < LQ 1,24 < LQ 1,19

Mn (μg/L) 100 100 500 5,96 49,2 7,74 138,80

Cloreto (mg/L) 250 250 250 < 1 < 1 < 1 < 1

Sulfato (mg/L) 250 250 250 1,34 1,77 1,41 1,56

O Al apresenta concentrações acima dos limites da Classe 3 (200 μg/L), apenas na época

chuvosa da microbacia E, degradada pela extração pretérita de quartzito e onde a montante existe

extração irregular de bauxita.

O Fe apresentou concentrações acima dos limites da Classe 2 (200 μg/L) para a água analisada

na microbacia D. Também nesta microbacia o Mn se apresentou com valores acima dos limites da

Classe 2 (100 μg/L), na época chuvosa.

5.9 – SEDIMENTOS DAS MICROBACIAS

5.9.1 – Composição granulométrica

A distribuição granulométrica dos sedimentos é conseqüência dos processos de transporte e

deposição que os mesmos sofreram.


91

A análise da composição granulométrica do sedimento de fundo foi feita tanto para a época

seca (27/08/2006) como para a chuvosa (30/01/2007). A figura 5.16 mostra a distribuição

granulométrica dos sedimentos e os dados completos expressos em porcentagem (%) encontram-se no

Anexo V.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

A B C D E F A B C D E F

Estação seca Estação chuvosa

Grânulos

Areia Muito Grossa

Areia Grossa

Areia Média

Areia Fina

Areia Muito Fina

Silte Grosso

Silte Médio. Fino eMuito Fino

Argila

Figura 5.16 – Frações granulométricas de cada microbacia na época seca e chuvosa.

Os grânulos são a fração mais abundante em todas as microbacias tanto na época seca como na

chuvosa, com exceção da microbacia D, que na época seca apresenta uma maior percentagem da

fração areia muito fina. Em todas as microbacias, exceto na D, as frações com diâmetro acima de 0,5

mm (grânulos, areia muito grossa e areia grossa) representam mais de 60% do total, sendo que na A e

na B estas frações apresentam valores superiores a 80%. Pela análise da figura 5.16, percebe-se que as

microbacias que apresentam uma menor percentagem das frações superiores a 0,5 mm são a C e,

sobretudo a D, que apresenta uma percentagem de 20,6 na época seca e 40,72% na chuvosa. Estes

resultados são reflexos de altas declividades, que levam a um aumento da velocidade do rio,

transportando para a bacia sedimentos com diâmetros maiores e removendo os mais finos, como é

característico de microbacias de cabeceira, como são a A, B, E e F. De uma forma geral, em todas as

microbacias, exceto na D, na época de estiagem existe uma diminuição da percentagem com a

diminuição do diâmetro do grão.


92

5.9.2 – Análise Geoquímica do Sedimento de Fundo

5.9.2.1 – Determinação mineralógica por difração de Raios X

Nos resultados de análise mineralógica obtidos por difração de Raios X, foram identificados

os minerais quartzo e goethita em todas as microbacias, quer na época seca quer na época chuvosa. Foi

encontrada muscovita em todas as bacias na época seca, sendo que na época chuvosa esta apenas não

foi identificada na microbacia C. Na época seca foi identificada hematita e caulinita nas microbacias A

e D, respectivamente. Deve-se registrar a presença de clinocloro na microbacia C, quer na época

chuvosa quer na seca.

O quartzo, SiO2, é um dos minerais mais abundantes na crosta terrestre, sendo importante

mineral constituinte de várias rochas. A goethita, FeO(OH), forma-se por intemperismo de minerais

com ferro em condições de oxidação (Klein & Hurlbut, 1999), e grandes quantidades deste mineral

são encontradas em formações lateríticas. A hematita, Fe2O3 é o mais importante minério de ferro e

aparece em rochas metamórficas, ígneas e sedimentares. A caulinita, Al2Si2O5(OH)4, é um

argilomineral de gênese secundária formando-se por alteração de aluminossilicatos, nomeadamente

feldspatos (Klein & Hurlbut, 1999). A muscovita, (KAl2(AlSi3O10)(OH)2 é um importante mineral

constituinte de muitas rochas, como granitos e xistos, podendo também aparecer em sedimentos

recentes. O clinocloro, Mg3(Mg2Al)Si3AlO10)(OH)8, é um mineral do grupo da clorita (clorita Mg –

Al) e é geralmente um produto de metamorfismo aparecendo muitas vezes em substituição de minerais

como granada, piroxênios, anfibólios, etc.

Todos os minerais identificados são comuns, podendo ser associados a qualquer uma das

litologias presentes na área estudada. A única exceção é o clinocloro, supostamente originado dos

xistos com clorita, muito comuns no Grupo Nova Lima.

5.9.2.2 – Determinação de elementos maiores por fluorescência de Raios X

Os resultados obtidos para o sedimento de fundo, por fluorescência de raios X, são

apresentados na figura 5.17, em percentagem de óxidos. Os dados completos estão no Anexo VI.


93

0%

20%

40%

60%

80%

100%


P2O5

K2O

MgO

MnO

Fe2O3

Al2O3

TiO2

SiO2

Figura 5.17 – Os principais constituintes das amostras de sedimento de fundo das microbacias, analisados na

época seca e chuvosa.

Os elementos dominantes nas amostras de sedimento são Si, Fe e Al como demonstrado na

figura 5.17, em termos dos respectivos óxidos.

Cabe realçar que os sedimentos da microbacia D, tanto na época seca como chuvosa

apresentam uma percentagem menor de ferro do que as águas, em decorrência provavelmente, da

presença de matéria orgânica, e do ambiente aquático mais redutor, uma vez que o valor médio de Eh

foi de 62 mV.

5.9.2.3 – Determinação de elementos maiores por ICP-OES

Elementos Maiores (Al, Fe, K, Ti, Mg, Mn, Ca, Na, e P)

Os elementos maiores encontrados no sedimento de fundo tanto na fração total como na fração

fina, na época seca e chuvosa, em todas as microbacias, foram: Al, Fe, K, Ti, Mg, Mn, Ca, Na, e P

(tabela 5.17 e 5.18).


94

Tabela 5.17 – Concentração de elementos maiores da fração total (< 2 mm), na época seca e chuvosa nos

sedimentos de fundo, em mg/kg, obtida por ICP-OES.

Época seca Época chuvosa

Al Fe Mn Ti Ca Mg Na K P Al Fe Mn Ti Ca Mg Na K P

A 29322 385236 1196 1800 237 433 538 5868 884 46217 217480 1402 3115 251 576 871 9755 605

B 21725 175482 513 1338 130 230 511 2026 827 26386 278631 623 1907 128 212 559 2785 1531

C 93498 70801 689 5932 783 4826 823 8904 481 72061 60585 400 4343 510 7563 519 7659 400

D 93301 55622 268 5711 534 1709 350 2066 225 66610 49053 305 3543 516 1112 242 1619 198

E 40381 107750 424 1543 652 657 272 2835 334 33732 221330 680 1591 1108 1388 441 3721 574

F 71407 103684 628 2321 124 409 251 2278 375 44390 188946 702 1933 121 436 248 2052 535

Tabela 5.18 – Concentração de elementos maiores da fração fina (< 62,5 µm) na época seca e chuvosa nos

sedimentos de fundo, em mg/kg, obtida por ICP-OES


Al Fe Mn Ti Ca Mg Na K P Al Fe Mn Ti Ca Mg Na K P

A 55019 143959 2982 2811 458 650 976 13252 477 46113 103514 2719 2837 447 563 812 10532 376

B 74341 77730 267 4475 314 439 1148 8561 418 71045 63731 223 4455 255 428 1093 8106 305

C 89779 55680 632 7497 770 3335 575 9051 450 93784 53794 334 8381 619 3948 625 9998 400

D 127000 75262 386 7916 570 2636 436 2930 286 125830 75944 518 7690 710 2045 429 2836 296

E 87928 198262 707 5146 705 2630 1110 19944 462 101268 184855 860 5399 4426 4812 1336 23554 503

F 25958 565719 1045 6197 108 357 202 1279 475 122439 274818 1015 7629 158 2730 1408 22489 645

A interpretação da distribuição destes elementos no sedimento de fundo das microbacias foi

feita de acordo com as litologias onde estas microbacias se assentam. Desta forma, decidiu-se

interpretar os resultados da microbacia A juntamente com a B, da microbacia C com a D e da

microbacia E com a F, ressaltando, no entanto, diferenças que possam existir.

Microbacias A e B

Nestas microbacias, a concentração dos elementos maiores por ordem decrescente, na fração

total tanto na época seca como chuvosa é: Fe > Al > K > Ti > Mn e P > Na > Mg > Ca, sendo de

realçar que na microbacia A, todos os elementos são mais abundantes que na B, com exceção do Fe e

do P, na época chuvosa.


95

Relativamente à concentração destes elementos na fração fina das amostras coletadas na época

seca, verificou-se um padrão semelhante ao da fração grossa, com: Fe > Al > K > Ti > Mn e Na > Mg

> P > Ca. Constatou-se ainda uma concentração mais elevada de Na na microbacia B, tanto na época

seca como na chuvosa. Isso se torna mais evidente quando se compara as concentrações de Na, Ca e

K, que são elementos que entram na composição de argilas resultantes da alteração de feldspatos

sódicos. Desta forma, os feldspatos presentes nas rochas da microbacia B provavelmente são mais

sódicos que os da microbacia A, ou simplesmente existe mais feldspatos nas rochas da microbacia B.

Na época chuvosa a relação acima mencionada de uma forma geral também ocorre, no entanto

a concentração de Al na microbacia B é maior do que na A.

Microbacias C e D

Nas microbacias C e D a concentração dos elementos maiores por ordem decrescente na

fração total, tanto na época seca como na chuvosa, é: Al > Fe >K > Ti > Mg > Na, Mn e Ca > P,

sendo que na microbacia C, Ca > Mn > Na e na microbacia D, Ca > Na > Mn.

Na fração fina os sedimentos apresentam concentrações um pouco diferentes relativamente à

fração total; a relação encontrada na época de estiagem foi: Al > Fe > K > Ti > Mg > Ca > Na, Mn >

P, sendo de realçar que na microbacia C o Mn > Na e na microbacia D o Na > Mn. Os sedimentos da

fração fina na época chuvosa apresentaram a relação: Al > Fe >K > Ti > Mg > Ca, Na, Mn > P. Na

microbacia C a concentração destes elementos por ordem decrescente é: Ca > Mn > Na e na

microbacia D o Ca > Na > Mn. Na época de chuva as relações entre os elementos Na, Ca, P e Mn

também mudam um pouco, desta forma a relação entre estes elementos é distinta para ambas as

microbacias. Na microbacia C, Na > Ca > P > Mn e na D, Ca> Mn> Na > P.

Microbacias E e F

A relação entre os elementos analisados na fração total apresenta uma maior variação do que

nas bacias anteriores, o que pode estar relacionado com uma maior diversidade de litologias nestas

microbacias. Assim, na microbacia E os elementos analisados nos sedimentos da fração total, tanto na

época seca como na chuvosa, apresentam a seguinte relação: Fe > Al > K > Ti >Mg > Ca > Mn > P >

Na. Na fração fina do sedimento recolhido na época de estiagem, o Na apresenta-se em concentrações

superiores ao Mn e ao P, mantendo-se a mesma relação entre os demais elementos. Na época chuvosa

a relação encontrada na fração fina foi: Fe > Al > K > Ti > Mg > Na > Mn > Ca > P.

Na microbacia F, os elementos químicos da fração total exibem a relação: Fe > Al > K > Ti >

Mn > Mg > P > Na > Ca na época seca, sendo que na época chuvosa o P apresenta maiores

concentrações que o Mg, mantendo-se as restantes relações entre os outros elementos. A fração fina na

época seca tem a relação: Fe > Al > K > Ti > Mn > Mg > P > Na > Ca, e na chuvosa a relação é: Fe

> Al > K > Ti > Mg > Na > Mn > P > Ca.


96

O ferro é o elemento mais abundante em quase todas as microbacias em ambas as frações

analisadas, com a exceção das microbacias C e D. Embora as suas concentrações sejam altas, não

ultrapassam as concentrações do alumínio que é, nestas microbacias, o elemento mais abundante do

sedimento de fundo. O comportamento do Ti é proporcional ao do Ca em todas as microbacias, pois

estes elementos químicos podem aparecer na composição da titanita, mineral que deve ser mais

abundante nas rochas das microbacias C e D. No entanto, observa-se uma concentração mais elevada

de Ca na microbacia E, a qual pode estar provavelmente relacionada com a presença de carbonatos

constituintes dos mármores do Grupo Gandarela, que afloram a montante do local de amostragem do

sedimento.

5.9.2.4 – Determinação de elementos traço por ICP-OES

A análise dos elementos traço nas amostras de sedimento foi feita da seguinte forma: primeiro

analisou-se a concentração de metais alcalinos (Li) e alcalinos terrosos (Sr e Ba); em segundo lugar

analisou-se a concentração de metais de transição (Ti, V, Cr, Co e Ni); em terceiro lugar analisou-se a

concentração de outros elementos metálicos, como Cu, Zn e Cd e por último, a concentração de As.

Metais alcalinos (Li) e alcalinos terrosos (Sr e Ba) (tabela 5.19)

Tabela 5.19 – Concentração de metais alcalinos e alcalinos terrosos da fração total e fina na época seca e

chuvosa, em mg/kg, obtida por ICP-OES.


Fração Total Fração Fina Fração Total Fração Fina

Li Sr Ba Li Sr Ba Li Sr Ba Li Sr Ba

A 7 18 139 12 35 272 12 29 203 9 30 209

B 2 14 75 6 34 301 2 15 101 5 31 278

C 34 25 364 31 24 370 36 18 305 35 24 398

D 24 7 159 28 11 227 15 7 128 25 13 244

E 1 9 46 8 32 178 2 11 71 9 40 204

F 2 11 39 1 7 28 1 8 37 10 29 222

As maiores concentrações de lítio ocorrem nos sedimentos das microbacias C e D, que

apresentam também concentrações mais elevadas de magnésio e alumínio (tabela 5.19). Estas

concentrações mais elevadas de lítio podem estar relacionadas com a capacidade de íons deste

elemento substituírem o magnésio em alguns minerais, como a biotita (Hem,1985). Este elemento

pode também ser proveniente das turmalinas existentes no Grupo Nova Lima, embora não tenha sido

identificado boro nem na água nem no sedimento destas microbacias. É também possível que o lítio

possa substituir o alumínio ou entrar em posições vazias na estrutura da muscovita. (Deer et al, 2000).


97

O bário aparece muitas vezes associado a óxidos e hidróxidos de manganês (Hem, 1985), ou

como constituinte da barita.

O estrôncio aparece em pequenas quantidades em minerais de rochas ígneas, em substituição

ao cálcio ou potássio, ou como constituinte de minerais como a estroncianita e celestita (Hem, 1985).

A estroncianita (carbonato) e a celestita (sulfato) são comuns em sedimentos (Hem, 1985).

Este elemento aparece em concentrações baixas, se comparadas com o bário, e bastante

variadas nos sedimentos das microbacias em ambas as frações granulométricas estudadas.

Metais de transição (V, Cr, Co e Ni)

Os resultados da concentração dos metais de transição em todas as microbacias, nas frações

total e fina, nas estações seca e chuvosa, encontram-se na tabela 5.20.

Tabela 5.20 – Concentração metais de transição da fração total e fina na época seca e na época chuvosa, em

mg/kg, obtida por ICP-OES.

Fração Total


V Cr Co Ni V Cr Co Ni

A 75 277 42 85 109 379 59 128

B 86 333 56 86 119 390 57 117

C 217 866 90 309 206 745 61 281

D 204 543 33 157 155 471 22 133

E 54 81 42 25 72 125 44 42

F 79 87 48 21 73 89 39 22

Fração Fina


V Co Cr Ni V Co Cr Ni

A 111 47 428 110 96 42 330 96

B 158 16 378 51 149 15 330 45

C 218 53 670 274 239 48 729 271

D 260 30 673 210 261 28 631 214

E 134 17 179 35 148 18 198 36

F 109 16 63 19 178 19 218 40

Concentrações elevadas de V, Cr e Ni sugerem uma fonte ultramáfica, que pode ser

corroborada com os teores elevados de Mg, típicos das rochas ultramáficas do Grupo Nova Lima,

presentes nas microbacias C e D.

Os baixos teores destes elementos nas microbacias E e F podem ser explicados pela ausência

ou pouca expressividade deste tipo de rochas no substrato destas microbacias.


98

Outros elementos metálicos (Cu, Zn e Cd)

Os resultados da concentração dos elementos metálicos Cu, Zn e Cd, em todas as microbacias,

nas frações total e fina, na época seca e chuvosa encontram-se na tabela 5.21.

Tabela 5.21 – Concentração de outros elementos metálicos da fração total e fina na época seca e chuvosa, em

mg/kg, obtida por ICP-OES.

Tanto o Cd como o Cu, apresentam concentrações semelhantes nos sedimentos das microbacias.

Elemento não metálico (As)

A única evidência da presença de sulfetos ocorre nas microbacias E e F, devido à concentração

mais elevada de As, embora as concentrações de Co e Cu não sejam tão altas (tabela 5.21). Este fato

pode ser explicado pela presença de veios sulfetados ricos em arsenopirita (figura 5.18). Além disso,

as maiores concentrações se As na microbacia E (tabela 5.22) poderá ser explicada pela extração

pretérita de quartzito, que pode ter facilitado a liberação deste elemento da rocha.

Figura 5.18 – Veios de quartzo localizados dez metros a jusante do vertedor da microbacia E

Fração Fina


Cd Cu Zn Cd Cu Zn

A 19 82 1422 14 55 62

B 9 38 263 7 40 49

C 6 65 246 6 80 214

D 7 48 108 8 53 136

E 25 56 108 23 165 133

F 78 52 145 36 88 117

Fração Total


Cd Cu Zn Cd Cu Zn

A 53 35 249 29 40 126

B 23 27 116 38 33 142

C 7 62 236 7 55 916

D 5 34 131 5 26 80

E 13 19 86 29 29 103

F 11 22 82 24 30 91


99

Tabela 5.22 – Concentração de arsênio de ambas as frações na época seca e chuvosa, em mg/kg, obtida por ICP-

OES.

5.9.3 – Interpretação Geoquímica sob Aspecto Granulométrico

Axtmann & Luoma (1991) afirmam que em um rio de cabeceira, onde o gradiente energético é

maior, as frações finas podem não ser as mais representativas do sedimento e que as frações mais

grossas podem se tornar as mais importantes em relação ao aporte de metais no rio. De fato, segundo

Singh et al. (1999), pode se observar um aumento na concentração de metais nas frações mais grossas,

devido ao seu transporte limitado e consequentemente, maior tempo de residência em um sítio

amostral.

Durante os ensaios de digestão total, foram consideradas duas frações granulométricas para

análise da distribuição geoquímica dos sedimentos: fração < 2 mm, chamada de amostra integral, e a

fração < 62,5 μm, fração fina. A comparação direta destes resultados permitiu algumas observações:

(i) Em geral, observam-se concentrações maiores de metais na fração mais fina do sedimento

(< 62,5 μm) indicando, aparentemente, um enriquecimento nesta fração; Portanto, as afirmações de

Singh et al. (1999) não se confirmaram neste estudo.

(ii) O Fe é mais abundante na amostra integral nos sedimentos das microbacias A e B;

(ii) O Co é mais abundante na amostra total nos sedimentos de todas as microbacias, com

exceção da D;

(iii) O Ni de uma forma geral é mais abundante na amostra total nos sedimentos das

microbacias;

(iv) O Cd tende a ser mais abundante na fração total.

Fração Total


As As

A 119 93

B 87 131

C 125 118

D 32 50

E 325 704

F 194 197

Fração Fina


As As

A 89 58

B 62 58

C 67 74

D 46 68

E 309 313

F 213 287


100

Para tentar analisar as amostras de sedimento com base na similaridade de sua composição

química, foi realizada uma análise hierárquica de agrupamento simples com distância euclidiana

(cluster analysis), tendo em conta apenas os elementos maiores analisados. Os dendrogramas obtidos

para as duas frações granulométricas, na época seca e chuvosa podem ser visualizados nas figuras 5.19

e 5.20.

Figura 5.19 – Dendrogramas das amostras da fração total na época seca e chuvosa.

Seca

Chuva


101

Figura 5.29 – Dendrogramas das amostras da fração fina na época seca e chuvosa.

Seria de esperar uma similaridade entre os sedimentos das microbacias A e B, C e D e E e F, e

esta similaridade só ficou mais visível na amostra da fração fina no dendograma da época seca, como

esperado.

5.10 – QUADRO GERAL DOS SEDIMENTOS DAS MICROBACIAS

Em relação à granulometria, as microbacias A, B, E e F apresentam franco predomínio de

frações mais grossas (grânulos e areia muito grossa), enquanto na bacia C e, sobretudo na D, de menor

declividade e assentes no Grupo Nova Lima, predominam frações intermédias (areia). O conjunto de

dados da estação seca e chuvosa não apresenta diferenças significativas nas microbacias A, B, C e F.

Já nas microbacias D e E, mais degradadas, existe uma diferença, da estação seca para a chuvosa. Com

a chegada das chuvas, a fração grânulos aumenta em ambas as microbacias.

Seca

Chuva


102

A análise mineralógica por difração de raios-X detectou quartzo e goethita em todas as

microbacias. A moscovita só não foi detectada na época chuvosa na microbacia C. Na época seca foi

identificada hematita e caulinita nas microbacias A e D, respectivamente.

Quanto aos elementos maiores analisados nas frações total e fina do sedimento de fundo (Al,

Fe, K, Ti, Mg, Mn, Ca, Na e P), verificou-se que, em todas as microbacias, os elementos mais

abundantes são o ferro (microbacias A, B, E e F) ou o alumínio (microbacias C e D), seguidos pelo

potássio e pelo titânio, quer na época seca quer na chuvosa. Os elementos que aparecem em menores

concentrações são o Ca e o P. Nas microbacias C e D (Grupo Nova Lima), verificam-se, na época

seca, os maiores valores de Al, Ti, Ca e Mg em ambas as frações, e de Ti e Ca na época chuvosa. Dos

elementos traço analisados no sedimento de fundo (Li, Sr, Ba, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn e Cd), verificou-

se que nas microbacias C e D (Grupo Nova Lima) registram-se os mais altos valores de Li bem como

os maiores teores de Cr, Ni, e V (sugerindo fonte ultramáfica), nas duas épocas e nas duas frações. O

As tem as concentrações mais elevadas nas microbacias E e F, onde no Grupo Caraça a arsenopirita

surge em filões de quartzo.

5.11 – CÁLCULO DA DESCARGA SÓLIDA

5.11.1 – Descarga sólida em suspensão

A média da descarga sólida em suspensão para as microbacias encontra-se na tabela 5.23. Para

a microbacia B, não foi possível quantificar, o sedimento em suspensão, pois o material particulado

era praticamente inexistente.

Tabela 5.23 – Média da descarga sólida em suspensão (Qss) das microbacias no ano hidrológico 2006/2007.

Microbacias Qss (kg/dia)

A 3,53

B -

C 2,09

D 3,55

E 35,40

F 21,40

Tabela 5.24- Média anual da turbidez e escoamento superficial das microbacias no ano hidrológico 2006/2007.

Microbacias Média Anual da Turbidez (FTU) Escoamento Superficial (L/ano/ km2)

A 0,561 180,0

B 0,487 916,6

C 1,373 127,6

D 2,583 1672,0

E 1,818 1687,6

F 1,609 271,1


103

Pela análise da tabela 5.23, percebe-se que a descarga sólida em suspensão apresenta a

seguinte ordem crescente: B<C<A<D<F<E. Assim, em função do sedimento em suspensão, pode-se

separar as microbacias em 2 grupos (tabelas 5.23 e 5.24):

B C, A e D

As microbacias C e A, de maior cobertura vegetal e de menor vazão, são as que apresentam

menor valor de turbidez e de descarga sólida em suspensão. A microbacia D, na relação acima

exposta, apresenta maior valor que a C e A. Esta microbacia tem sua planície de inundação ocupada

com pastagem e apresenta o maior valor médio de turbidez, possivelmente devido à inexistência de

mata ciliar e de material mais susceptível ao intemperismo (xistos do Grupo Nova Lima).

E e F

As microbacias E e F apresentam um valor de descarga sólida 10 vezes superior ao das

microbacias do outro grupo (C, A e D). Embora apresentem menor percentagem de areia e silte na

constituição granulométrica do sedimento de fundo, podem transportar mais material em suspensão,

pois a montante ocorrem laterita, detritos ferruginosos não cimentados e material itabirítico

intemperizado. Este material ao ser transportado aumenta a turbidez e o montante de sedimento em

suspensão.

5.11.2 – Descarga sólida de fundo

A descarga sólida de fundo é especialmente importante durante períodos de alta vazão e em

paisagens onde o perfil do rio é mais abrupto, como em montanhas (Chapman & Kimstach, 1996).

Desta forma, a descarga sólida de fundo foi determinada apenas para a época chuvosa empregando-se

os métodos de Engelund & Hansen (1967) e Yang (1973) (item 2.8). Para tal, com base na tabela 2.4,

calculou-se o coeficiente de Manning (n) para as microbacias estudadas, como mostra a tabela 5.26.

Tabela 5.25 – Computação de coeficiente de Manning para as microbacias.

Microbacias

Condições do Canal A B C D E F

n0 0,028 0,025 0,020 0,020 0,024 0,024

n1 0,005 0,005 0,000 0,000 0,005 0,005

n2 0,000 0,000 0,00 0,000 0,000 0,000

n3 0,010 0,025 0,010 0,000 0,010 0,010

n4 0,025 0,025 0,050 0,005 0,010 0,020

m5 1,000 1,000 1,000 1,150 1,000 1,000

Soma dos n 0,068 0,080 0,080 0,025 0,049 0,059

n 0,068 0,080 0,080 0,028 0,049 0,059


104

A tabela 5.26, apresenta o resumo dos dados hidráulicos e geométricos da seção transversal

obtidos, onde: A – área da seção transversal; Rh – raio hidráulico da seção; S – gradiente de energia; B

– largura da seção; U – velocidade média do escoamento; Q – descarga líquida; γs – peso específico

do sedimento; γ – peso específico da água e g – aceleração da gravidade.

Tabela 5.26 – Características hidráulicas e geométricas da seção transversal das microbacias.

Microbacia A (m²) Rh (m) S (m/m) B (m) U (m/s) Q (m³/s) γs (ton/m3)

A 0,035 0,02 0,00072 0,70 0,91868 0,0321 2,65

B 0,044 0,03 0,00072 0,50 0,26248 0,0117 2,65

C 0,055 0,05 0,00036 0,40 0,68901 0,0377 2,65

D 0,06 0,05 0,12204 0,45 0,75463 0,0500 2,65

E 0,04 0,02 0,00000 0,90 0,00000 0,0000 2,65

F 0,02 0,02 0,00106 0,42 1,27959 0,0268 2,65

A tabela 5.27, representa a titulo de exemplo, a distribuição granulométrica do material de

leito coletado na microbacia A, onde:

DM – diâmetro médio do material de fundo, calculado pela equação : DM = ∑ D.Ib / 100 (5.2)

D – diâmetro da partícula;

(%) Amost. Total< Diam. – percentagem total da amostra menor do que o diâmetro (material

passante);

Dinf. – diâmetro inferior do intervalo de diâmetros;

Dsup – diâmetro superior do intervalo de diâmetros;

D50 – diâmetro médio do intervalo de diâmetros;

Ib(%) – percentagem do material no leito.

A distribuição granulométrica do sedimento de fundo coletado nas outras microbacias

encontra-se exposto no Anexo VII.


105

Tabela 5.27 – Distribuição granulométrica do material de leito coletado na microbacia A, na época chuvosa.

Peneira (mm/uM) Diâm.

(mm)

(%)Amost.

Total< Diam.

Dinf

(mm)

Dsup

(mm)

Dm (mm) ib(%) Dib

Grânulos 2 99,99 1 2 1,5 62,86 94,29

Areia Muito Grossa 1 37,13 0,5 1 0,75 8,25 6,19

Areia Grossa 0,5 28,87 0,25 0,5 0,375 12,96 4,86

Areia Média 0,25 15,90 0,125 0,25 0,1875 8,20 1,54

Areia Fina 0,125 7,70 0,0625 0,125 0,09375 3,19 0,29

Areia Muito Fina 0,0625 4,51 0,031 0,0625 0,04675 1,75 0,08

Silte Grosso 0,031 2,76 0,0039 0,031 0,01745 1,31 0,02

Silte Méd. Fino e Muit. Fino 0,0039 1,45 0,002 0,0039 0,00295 1,36 0,004

Argila 0,002 0,09 - 0,002 0,002 0,09 0,00018

SOMA 99,99 107,29

DM 1,07


106

A figura 5.21 ilustra a distribuição granulométrica de material de leito.

0102030405060708090

100

0,001 0,01 0,1 1 10

Diâmetro das particulas (mm)

Fre

q. A

cum

. (%

) A2

0102030405060708090

100

0,001 0,01 0,1 1 10


Fre

q. A

cum

. (%

) B2

0102030405060708090

100

0,001 0,01 0,1 1 10


Fre

q.

Acu

m. (%

) C2

0102030405060708090

100

0,001 0,01 0,1 1 10


Fre

q. A

cum

. (%

) D2

0102030405060708090

100

0,001 0,01 0,1 1 10


Fre

q. A

cum

. (%

) E2

0102030405060708090

100

0,001 0,01 0,1 1 10


Fre

q.

Acu

m.

(%) F2

Figura 5.1 – Curva granulométrica do sedimento de fundo das microbacias na época chuvosa.

Com todos os dados necessários calculados procedeu-se ao cálculo da descarga sólida de

fundo. Os resultados encontram-se expostos na tabela 5.28.

Para a microbacia E, não foi possível calcular o transporte de material do leito, porque não

havia água corrente. Já relativamente à microbacia B, também não foi possível o cálculo pela fórmula

de Yang, pois a velocidade do fluxo é muito baixa para a determinação por este método.


107

Tabela 5.28 – Descarga sólida de fundo das microbacias, utilizando as fórmulas de Engelund e Hansen e Yang.

Microbacia Fórmula de Engelund e Hansen 1967 (ton/dia) Fórmula de Yang 1973 (ton/dia)

A 0,0495 0,094

B 0,0001 -

C 0,0385 0,178

D 0,0100 0,250

E 0,0000 -

F 0,1877 2,052

Tabela 5.29 – Descarga sólida total das microbacias.

Microbacia QTotal Fórmula de Engelund e Hansen 1967

(ton/dia)

QTotal Fórmula de Yang 1973

(ton/dia)

A 0,053 0,097

B - -

C 0,040 0,181

D 0,013 0,254

E 0,035 -

F 0,209 2,074

O transporte obtido com as duas fórmulas apresenta valores diferentes, sendo, por ordem

decrescente de transporte das microbacias, F>A>C>E>D para a fórmula de Engelund e Hansen e F>

D>C>A para a fórmula de Yang. Notadamente, a bacia F apresenta os maiores valores de transporte

sedimentar de arraste, função da maior capacidade de transporte desta bacia, evidenciado em sua

velocidade média e vazão (tabela 5.26).

5.12 – CONDICIONANTES DO REGIME HIDROLÓGICO

Neste item, tentou-se relacionar o regime hidrológico com características geológicas,

geomorfológicas e de uso e ocupação das microbacias estudadas.

Cabe destacar, que neste estudo, entende-se por potencial hídrico a produção de altas taxas de

fluxo de base em drenagens, capazes de manter uma vazão sustentável por mais tempo, mesmo em

épocas de estiagem (Costa, 2005). Não é fácil separar no Quadrilátero Ferrífero os condicionantes

geológicos dos geomorfológicos, pois existe uma relação evidente entre relevo e rocha, como

levantado por Harder & Chamberlain (1915), e confirmado por Salgado et al (2007). O modelo

regional do QF é controlado pela estrutura geológica e por processos erosivos diferenciais.


108

Os autores acima citados confirmaram que: “quartzitos e itabiritos constituem o substrato de

terras altas, os xistos e filitos compreendem o substrato de terras de altitude mediana e as terras baixas

estão moldadas sobre granito-gnaisses”.

Portanto, o efeito do relevo e geologia no potencial hídrico pode ser investigado através da

comparação de índices morfométricos com parâmetros hidrológicos, como o coeficiente de recessão.

O coeficiente de recessão é vantajoso por não ser afetado, em tese, pelas condições climáticas e por ser

função de parâmetros hidrodinâmicos dos aqüíferos para bacias geometricamente similares.

Como o numero de bacias envolvidas neste trabalho é pequeno, para esta comparação foram

também agregados os dados das bacias monitoradas por Costa (1995) em área de embasamento

cristalino (bacias B1, B2, B3.1,B4, B5 e B6, no Complexo Bação) e de xistos do Supergrupo Minas

(bacia B8), a sul da área da APA/CA.

5.12.1 – Condicionantes geológicos e geomorfológicos

Quando se constrói um gráfico do slope índex versus o coeficiente de recessão (figura 5.22),

verifica-se que as bacias menos íngremes, independentemente do grupo litológico dominante,

apresentam menor recessão, fluxos de base maiores e, por conseguinte, maior potencial hídrico. Desta

forma, confirmam-se as afirmações de Costa (2005), de que bacias de cabeceira, mais íngremes

tendem a apresentar menor potencial hídrico que aquelas situadas mais a jusante.

Figura 5.22 – Gráfico de dispersão do coeficiente de recessão versus Slope índex de todas as bacias analisadas

neste estudo e das bacias monitoradas por Costa (2005).


109

A análise de outros índices hidrológicos, como o fluxo de base específico é mais complexa,

por este ser afetado pelas condições climáticas, variáveis no espaço e no tempo. As variações devido à

orografia são significativas para as bacias situadas nas regiões serranas, como a A,B,D e F, mas para

aquelas situadas na área de afloramento de rochas do Grupo Nova Lima (bacias C e D) espera-se um

clima similar aos encontrados no embasamento cristalino (Complexo Bação), situado a sul da

APA/CA. Como o ano hidrológico monitorado por Costa (2005), de 2003/2004, apresentou

precipitação similar à monitorado no ano de 2006/2007 (diferença de 8%, segundo dados do

pluviógrafo instalado na Mina de Capanema), os dados de Costa (2005) podem , em tese, ser

comparados, ao menos com os das bacias C e D. Na figura 5.23 está representada a relação entre fluxo

de base específico e o coeficiente de recessão das bacias deste estudo e das monitoradas por Costa

(2005).

Figura 5.23 – Gráfico de dispersão do coeficiente de recessão versus FBE de todas as bacias analisadas neste

estudo mais as microbacias monitoradas por Costa (2005).

Verifica-se que a tendência de relação inversa entre estes índices, demonstrada por Costa

(2005) se mantém, mesmo quando são incorporadas as bacias em áreas serranas sobre formações

ferríferas e quartzitos, como a A, B e F, sujeitas a maior precipitação. Ou seja, os dados obtidos

corroboram a correlação inversa entre o fluxo de base específico e o coeficiente de recessão, indicando

que as bacias com maiores coeficientes de recessão, situadas em áreas mais íngremes, tendem a

apresentar fluxos de base específicos menores. Desta forma, confirma-se a hipótese de que bacias de

cabeceira, mais íngremes, tendem a apresentar menor potencial hídrico que bacias situada a jusante.


110

5.12.2 – Condicionantes antrópicos

A relação entre os vários tipos de uso e o coeficiente de recessão não ficou evidente, e como o

comportamento hídrico é resultante da combinação multifatorial, pode-se supor que a contribuição dos

condicionantes antrópicos seja suprimida por outras características da bacia. No entanto, comparou-se

a percentagem de vegetação com o fluxo de base encontrado para cada bacia. As bacias com maiores

percentagens de áreas ocupadas por Floresta Estacional Semidecidual são a C (99%), a F (79%), D

(63,9% ) e a A (42%). A análise dos hidrogramas em termo de vazões específicas evidencia que as

bacias C, F e A se caracterizam por baixas vazões totais específicas e elevadíssimos índices de fluxo

de base. A presença deste tipo de vegetação tende a aumentar muito a interceptação nas copas e na

serapilheira e a evapotranspiração real.

Ou seja, embora a vegetação tenda a aumentar as taxas de infiltração no solo, a recarga pode ser menor

em consequência da maior transpiração devido às raízes profundas. A bacia D é uma exceção, talvez

porque o restante de sua área seja ocupada por pastagens em grande parte degradadas. Dados

adicionais e sistemáticos estão em curso para tentar confirmar esta interpretação, mas outros estudos

nesta ou outras regiões têm mostrado que sob certas condições a vegetação pode reduzir a recarga dos

aquíferos e o fluxo de base dos rios (Cheng et al., 2002)


111

112

CAPÍTULO 6

CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

Este trabalho teve como principal objetivo estabelecer a influência da geologia, geomorfologia

e de uso e ocupação na dinâmica hidrossedimentológica e no potencial hídrico de seis microbacias

situadas na APA da Cachoeira das Andorinhas.

Para analisar a influência destes fatores na dinâmica hidrossedimentológica, procedeu-se

inicialmente à caracterização hidroquímica da água e à caracterização geoquímica dos sedimentos

superficiais depositados da drenagem principal das microbacias.

De acordo com a análise hidroquímica pôde-se concluir que:

as águas apresentam, de forma geral, variação sazonal nos parâmetros físico-químicos

e metais dissolvidos, pois com a diminuição da vazão, os elementos se apresentam mais

concentrados. Esta relação não ficou evidente apenas para o ferro, alumínio, manganês, e

bicarbonato.

O ferro apresenta-se mais concentrado na época chuvosa em quase todas as microbacias, com

exceção da B, mas a maior variação ocorre na água da A e da F. Na A isso é possivelmente

decorrente de um aporte de sedimentos provenientes da mina de ferro de Capanema,

localizada a montante desta microbacia. Na água da F é devido à existência de canga nas suas

cabeceiras.

O alumínio também só aparece na época chuvosa, na água das microbacias E e F, devido à

ocorrência de laterita e detritos ferruginosos não cimentados à montante.

O bicarbonato apresenta-se com maior concentração nas chuvas, devido à turbulência das

águas, pois as drenagens são bem encaixadas e correm sobre as rochas aflorantes, formando pequenas

quedas de água, que aumentam o gás carbônico dissolvido.

os valores mais elevados de CE, STD, pH, alcalinidade, metais e os maiores valores

médios de turbidez ocorrem na águas das microbacias C e D, que se assentam em xistos do

Nova Lima. Este aumento é função não só da litologia (rochas mais intemperizáveis) como

também do tempo de transito, que tende a ser maior nestas bacias menos íngremes;

de uma forma geral, a comparação dos resultados obtidos com os valores

estabelecidos pela Resolução CONAMA N° 357, mostrou resultados satisfatórios para as

concentrações de metais, enquadrando a água das microbacias como de Classe 1, exceto para

o Al, Fe e Mn. O Al apresenta concentrações acima dos limites da Classe 3 (200 μg/L), na

época chuvosa da microbacia E, que se encontra degradada pela extração pretérita de quartzito


113

e onde a montante localiza-se uma extração irregular de bauxita. O Fe apresentou concentrações acima

dos limites da Classe 2 (200 μg/L) para a água analisada na microbacia D. Também nesta microbacia o

Mn se apresentou com valores acima dos limites da Classe 2 (100 μg/L), na época chuvosa. Cabe

destacar que estes elementos comumente ocorrem com concentrações acima das recomendadas pela

resolução, mesmo em áreas não degradadas, como conseqüência da composição mineralógica de solos

tropicais.

De acordo com a análise textural, mineralógica e geoquímica dos sedimentos pôde-se concluir

que:

os sedimentos das microbacias A, B, E e F são constituídos predominantemente por

grânulos e areia muito grossa. Já os sedimentos da bacia C e, sobretudo da D, ambas de menor

declividade e assentes no Grupo Nova Lima, são constituídos predominantemente por grãos

da fração areia;

nas microbacias D e E, mais degradadas, existe uma diferença significativa da estação

seca para a chuvosa, pois na época chuvosa a fração grânulos aumenta em ambas;

nos sedimentos de todas as microbacias foram identificados quartzo e goethita. Nas

amostras das microbacias A e D foram identificados também hematita e caulinita

respectivamente. A moscovita só foi detectada na época chuvosa da microbacia C. Todos os

minerais identificados são comuns, podendo ser associados a qualquer uma das litologias

presentes na área estudada.

os elementos mais abundantes nos sedimentos das microbacias são a sílica, o ferro

(A,B, E e F) ou o alumínio (C e D), seguidos pelo potássio e pelo titânio. Os elementos

maiores que aparecem em menores concentrações são o Ca e o P. Nas microbacias do grupo

Nova Lima verificaram-se os maiores valores de Al, Ti, Ca e Mg;

entre os elementos traço analisados foram encontrados Li, Sr, Ba, V, Cr, Co, Ni, Cu,

Zn e Cd. Nas microbacias C e D (Grupo Nova Lima) registram-se os mais altos valores de Li

bem como os maiores teores de Cr, Ni, e V, sugerindo fonte litológica de composição

ultrabásica. O As tem as concentrações mais elevadas nas microbacias E e F, onde a

arsenopirita surge no Grupo Caraça em veios de quartzo;

no geral, observam-se concentrações maiores de metais na fração mais fina do

sedimento (< 62,5 μm).

Os processos naturais de erosão e deposição, assim como modificações no canal decorrentes

de interferências antrópicas, podem induzir a variações na composição química das águas e dos

sedimentos. Em regiões de cabeceira, com declividades mais elevadas, onde teoricamente predominam


114

os processos de erosão, interferências antrópicas como mineração (A e E), retirada irregular de

material sólido (a montante da E e F) e uso predominantemente agro-pastoril (D), influenciam na

concentração e disponibilidade de metais, pois favorecem a desagregação do material geológico, que

se tornará sujeito ao transporte fluvial.

Na determinação do sedimento em suspensão todas as microbacias apresentaram baixas

concentrações de sedimento em suspensão. Em microbacias de cabeceira, a velocidade do fluxo de

água é grande e o material em suspensão tende a ser transportado rapidamente.

Já a determinação do sedimento de fundo, para uma condição média de vazão, através das

duas equações utilizadas, a de Engelund e Hansen e da Yang, apesar dos valores terem apresentado

grandezas bem diferentes, ambos apontaram a bacia F com os maiores valores de transporte

sedimentar de arraste, função da maior capacidade de transporte desta bacia, que apresenta a maior

velocidade média e vazão.

A análise do potencial hídrico de microbacias de cabeceira através do método hidrológico

demonstrou ser útil para definir a relação entre o fluxo superficial e subterrâneo e, desta forma, avaliar

indiretamente as condições dos aquíferos.

Tendo em conta os dados fluviométricos monitorados percebeu-se que:

as microbacias mais degradadas (D e E) apresentam uma resposta mais rápida em

relação á recarga promovida pela infiltração da precipitação que as restantes, mais

preservadas;

a recarga do aquífero parece ocorrer, em todas as microbacias, entre os meses de

janeiro e fevereiro, pois nestes meses observou-se um aumento no fluxo de base,

aproximadamente três a quatro meses depois do inicio da época chuvosa;

o coeficiente de recessão (α) das microbacias é por ordem decrescente:

E>D>C>A>F>B. Esta relação mostra que nas microbacias de menor coeficiente de recessão, a

B, F e A, o escoamento demora mais tempo a diminuir, pois é mantido pela contribuição do

fluxo de base proveniente do aqüífero. Então, nestas microbacias, a vazão é mantida na

estiagem por um período de tempo maior, graças ao fluxo subterrâneo armazenado nos

aquíferos a montante.

Relativamente à influência da geologia, geomorfologia e de uso e ocupação na dinâmica no

potencial hídrico, apesar de ter sido uma tarefa complexa devido ao grande numero de variáveis

envolvidas, pôde-se concluir que:

existe uma relação inversa entre o coeficiente de recessão e o fluxo de base específico,

ou seja, quanto menor o coeficiente de recessão maior o potencial hídrico. Os dados sugerem

também uma relação direta entre o coeficiente de recessão e o slope index. Portanto bacias de


115

cabeceira, mais íngremes, tendem a apresentar menor potencial hídrico que as bacias situadas

mais a jusante;

as bacias (C, F e A) ocupadas por maior proporção de Floresta Estacional

Semidecidual apresentam baixas vazões totais específicas e elevados índices de fluxos de

base.

Tendo em conta o presente estudo recomenda-se:

Utilização de um linígrafo com registro contínuo, para o monitoramento detalhado dos

dados fluviométricos;

Monitoramento hidroquímico mais freqüente para relacionar melhor águas superficiais

e subterrâneas;

Ações integradas entre o poder público local e a academia mais efetivas, para tornar as

águas de todas as microbacias monitoradas Classe 1, nomeadamente as microbacias D e E, e

para propor às comunidades da região formas sustentáveis do uso do solo.


116

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Agência Nacional de Água (ANA), acessado pelo site: www.ana.gov.br

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124

ANEXO I

HIDROGRAMAS COMPLETOS DO FLUXO DE BASE DAS

MICROBACIAS

A

0

2

4

6

8

10

12

14

11

-07

-20

06

11

-08

-20

06

11

-09

-20

06

11

-10

-20

06

11

-11

-20

06

11

-12

-20

06

11

-01

-20

07

11

-02

-20

07

11

-03

-20

07

11

-04

-20

07

11

-05

-20

07

11

-06

-20

07

L/s

/km

2

B

0

10

20

30

40

50

60

11-0

7-2

006

11-0

8-2

006

11-0

9-2

006

11-1

0-2

006

11-1

1-2

006

11-1

2-2

006

11-0

1-2

007

11-0

2-2

007

11-0

3-2

007

11-0

4-2

007

11-0

5-2

007

11-0

6-2

007

L/s

/km

2

C

0

2

4

6

8

10

12

14

11-0

7-2

006

11-0

8-2

006

11-0

9-2

006

11-1

0-2

006

11-1

1-2

006

11-1

2-2

006

11-0

1-2

007

11-0

2-2

007

11-0

3-2

007

11-0

4-2

007

11-0

5-2

007

11-0

6-2

007

L/s

/km

2

D

0

10

20

30

40

50

60

70

80

11-0

7-0

6

11-0

8-0

6

11-0

9-0

6

11-1

0-0

6

11-1

1-0

6

11-1

2-0

6

11-0

1-0

7

11-0

2-0

7

11-0

3-0

7

11-0

4-0

7

11-0

5-0

7

11-0

6-0

7

L/s

/km

2

E

050

100150200250300350400450500

11

-07

-20

06

03

-08

-20

06

26

-08

-20

06

18

-09

-20

06

11

-10

-20

06

03

-11

-20

06

26

-11

-20

06

19

-12

-20

06

11

-01

-20

07

03

-02

-20

07

26

-02

-20

07

21

-03

-20

07

13

-04

-20

07

06

-05

-20

07

29

-05

-20

07

21

-06

-20

07

L/s

/km

2

F

02468

101214161820

11-0

7-2

006

11-0

8-2

006

11-0

9-2

006

11-1

0-2

006

11-1

1-2

006

11-1

2-2

006

11-0

1-2

007

11-0

2-2

007

11-0

3-2

007

11-0

4-2

007

11-0

5-2

007

11-0

6-2

007

L/s

/km

2


125

ANEXO II

PARÂMETROS FISICO-QUIMICOS DAS MICROBACIAS

MICROBACIA A

Data CE (μS/cm) STD (mg/L) T (ºC) pH Eh (mV)

05-08-2006 4.40 0.00 14.40 -

13-08-2006 4.20 0.00 14.40 5.45

27-08-2006 4.30 2.00 14.40 5.58

24-09-2006 6.50 3.00 16.30 5.00

28-10-2006 4.80 2.00 17.30 5.19

03-12-2006 5.30 2.00 16.90 4.80

13-01-2007 6.40 3.00 18.40 5.51

27-02-2007 5.60 2.00 18.10 6.40

24-03-2007 4.00 2.00 18.10 6.60

22-04-2007 7.02 4.63 18.80 5.48 196.00

19-05-2007 3.00 2.00 15.20 5.63

24-06-2007 4.28 2.69 14.00 5.77 189.00

Minima 3.00 0.00 14.00 4.80 189.00

Máxima 7.02 4.63 18.80 6.60 196.00

Médias 4.98 2.10 16.26 5.58 192.50

MICROBACIA B


05-08-2006 0.00 16.10 -

13-08-2006 3.00 0.00 15.60 5.83

27-08-2006 3.20 0.00 15.20 5.88

24-09-2006 5.10 2.00 18.00 5.19

28-10-2006 4.60 2.00 18.70 5.37

03-12-2006 4.20 2.00 18.50 5.13

13-01-2007 3.20 1.00 21.00 5.44

27-02-2007 3.10 1.00 19.30 6.20

24-03-2007 2.70 1.00 19.60 7.10

22-04-2007 5.10 3.23 19.10 5.88 225.00

19-05-2007 3.71 2.36 18.50 5.96 201.00

24-06-2007 3.40 2.11 16.60 5.90 186.00

Minima 2.50 0.00 15.20 5.13 186.00

Máxima 5.10 3.23 21.00 7.10 225.00

Médias 3.56 1.34 17.84 5.81 204.00


126

MICROBACIA C


05-08-2006 - - 16.60 -

13-08-2006 42.20 17.00 16.30 5.79

27-08-2006 42.10 0.00 15.50 6.45

24-09-2006 42.10 4.00 18.10 5.10

28-10-2006 45.80 19.00 18.70 5.87

03-12-2006 42.10 17.00 18.60 5.73

13-01-2007 37.80 15.00 19.60 5.65

27-02-2007 38.00 15.00 19.60 6.80

24-03-2007 36.30 17.00 19.00 7.00

22-04-2007 42.65 27.40 19.60 6.66 192.00

19-05-2007 45.04 29.03 17.60 6.71 193.00

24-06-2007 43.38 - 16.20 6.74 166.00

Minima 34.60 0.00 15.50 5.10 166.00

Máxima 45.80 29.03 19.60 7.00 193.00

Médias 40.55 16.20 17.68 6.23 183.67

MICROBACIA D


05-08-2006 - 17.70 -

14-08-2006 31.60 0.00 17.80 4.82

27-08-2006 31.70 0.00 17.10 6.19

24-09-2006 33.40 13.00 18.70 5.42

29-10-2006 33.90 14.00 19.80 5.39

04-12-2006 32.30 13.00 19.90 5.70

16-01-2006 33.80 14.00 20.40

27-02-2007 34.50 14.00 6.80

24-03-2007 32.50 15.00 20.40 7.10

22-04-2007 36.59 23.46 19.30 6.66 67.00

19-05-2007 34.94 22.40 19.70 6.55 59.00

23-06-2007 33.88 21.23 17.10 6.66 62.00

Minima 27.80 0.00 17.10 4.82 59.00

Máxima 36.59 23.46 20.40 7.10 67.00

Médias 32.81 13.70 18.71 6.13 62.67


127

MICROBACIA E

Data C (μS/cm) STD (mg/L) T (ºC) pH Eh (mV)

06-08-2006 seco seco seco seco

14-08-2006 seco seco seco seco

27-08-2006 seco seco seco

24-09-2006 77.50 31.00 18.70 5.46

29-10-2006 15.00 6.00 16.40 5.41

04-12-2006 12.50 5.00 17.50 4.71

17-01-2006 12.20 5.00 19.20

28-02-2007 13.60 6.00 17.90 6.30

25-03-2007 15.30 7.00 19.50 7.00

24-04-2007 46.19 29.84 19.20 6.65 197.00

20-05-2007 32.90 21.18 16.90 6.41 186.00

23-06-2007 seco seco seco seco seco

Minima 12.20 5.00 16.10 4.71 186.00

Máxima 77.50 31.00 19.50 7.00 197.00

Médias 28.03 13.89 17.93 5.99 191.50

MICROBACIA F

Data C (μS/cm) STD (mg/L) T (ºC) pH Eh (mV)

06-08-2006 3.00 14.00 16.20 -

14-08-2006 3.00 1.00 17.00 4.65

27-08-2006 3.10 0.00 16.60 5.69

24-09-2006 3.20 1.00 18.30 5.51

29-10-2006 3.60 1.00 18.20 5.37

04-12-2006 3.50 1.00 18.70 5.29

16-01-2006 3.30 1.00 19.60

28-02-2007 3.50 1.00 18.60 6.10

25-03-2007 3.00 1.00 19.50 6.70

24-04-2007 3.73 2.37 19.50 5.23 225.00

20-05-2007 3.49 2.20 18.10 5.17 232.00

23-06-2007 6.30 3.94 15.50 5.05 240.00

Minima 2.60 0.00 15.50 4.65 225.00

Máxima 6.30 3.94 19.60 6.70 240.00

Médias 3.43 2.25 17.79 5.48 232.33


128

ANEXO III

PARÂMETROS FISICO-QUIMICOS DAS MICROBACIAS

Época Seca

Microbacias Alk (mg/L)

HCO3 -

pH Turbidez (FTU) SO42-

(mg/L) Cl- (mg/L)

A 1,32 5,58 0,25 1,3849155 0,0049267

B 2,63 5,88 0,25 1,3849155 0,0049267

C 30,28 6,45 0,25 1,3849155 0,0049267

D 27,64 6,19 1,00 1,7750325 0,0049267

E seco seco seco seco seco

F 1,32 5,69 0,40 1,4629389 0,0049267

Época Chuvosa (30-01-2007, sendo que E e F medido em 01-02-2007)

A 4,09 6,95 0,30 1,4109233 0,0048946

B 4,09 7.51 0,30 1,4109233 0,0048946

C 20,43 7.32 0,55 1,5409623 0,0048946

D 23,15 7.48 0,60 1,5669701 0,0048946

E 6,81 5.47 0,55 1,5409623 0,0048946

F 5,45 5.95 0,25 1,3849155 0,0048946


129

ANEXO IV

DADOS DE PRECIPITAÇÃO E DE VAZÃO COM A TURBIDEZ DAS

MICROBACIAS, AO LONGO DO ANO HIDROLÓGICO


130

NT

U

NT

U


131

NT

U

NT

U


132

NT

U

NT

U


133

ANEXO V

DADOS COMPLETOS DAS FRAÇÕES GRANULOMÉTRICAS EM

PERCENTAGEM

Fração



Grânulos (> 2

mm) 67.79 60.40 28.54 0.92 37.12 39.29 62.86 56.95 36.19 24.09 60.40 39.33

Areia Muito

Grossa 8.27 12.21 13.28 5.28 10.90 17.13 8.26 13.72 12.10 5.97 6.41 15.94

Areia Grossa 8.11 11.61 21.78 14.40 16.51 20.96 12.97 14.93 18.91 10.66 10.67 20.54

Areia Média 4.48 6.61 16.35 13.42 22.17 18.77 8.20 8.42 14.20 18.41 15.81 14.80

Areia Fina 3.05 3.38 9.51 15.50 10.43 3.10 3.19 2.73 7.65 20.22 5.56 7.24

Areia Muito Fina 3.11 2.61 6.66 30.74 2.29 0.65 1.75 1.50 4.57 13.24 0.92 1.81

Silte Grosso 2.07 1.38 1.38 5.90 0.26 0.08 1.31 0.82 1.63 1.96 0.09 0.16

Silte Médio. Fino

e Muito Fino 2.87 1.53 2.09 11.21 0.30 0.02 1.36 0.79 3.92 4.24 0.13 0.17

Argila 0.24 0.27 0.40 2.60 0.02 0.01 0.09 0.14 0.83 1.21 0.01 0.01

Total 99.99 100.00 100.00 99.99 100.00 100.00 99.99 99.99 99.99 100.00 99.99 99.99


134

ANEXO VI

PERCENTAGEM DE ÓXIDOS OBTIDOS POR FLUORESCÊNCIA DE

RAIOS X E PERDA POR CALCINAÇÃO (PPC), NOS SEDIMENTOS

DE FUNDO

SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO K2O P2O5 PPC Total

Época

seca

A 36.35 0.34 5.51 52.27 0.12 0.45 0.82 0.23 4.72 100.81

B 66.14 0.24 4.51 24.84 0.05 0.45 0.26 0.20 4.01 100.70

C 56.87 0.91 15.05 9.62 0.07 1.27 1.02 0.13 14.5 99.47

D 62.14 0.93 15.65 8.10 0.03 0.84 0.25 0.08 12.97 100.99

E 70.75 0.27 9.49 14.66 0.04 0.57 0.32 0.10 4.58 100.78

F 66.34 0.42 12.37 12.85 0.07 0.52 0.27 0.11 7.28 100.23

Época

chuvosa

A 50.28 0.56 10.48 30.80 0.13 0.52 1.27 0.16 6.45 100.65

B 49.75 0.34 5.43 38.90 0.05 0.45 0.34 0.36 5.08 100.70

C 57.64 0.93 15.85 10.50 0.05 2.38 1.19 0.11 11.46 100.11

D 60.38 0.85 16.27 9.79 0.05 0.72 0.27 0.09 11.74 100.16

E 56.00 0.34 7.98 29.83 0.07 0.76 0.47 0.16 4.65 100.26

F 58.95 0.36 8.28 25.69 0.07 0.51 0.24 0.14 5.78 100.02


135

ANEXO VII

DISTRIBUIÇÃO GRANULOMETRICA DO MATERIAL DE LEITO

Microbacia A

Peneira (mm/uM) Diâmetro (mm) (%) Amost. Total< Diam. Dinf(mm) Dsup(mm) Dm(mm) ib(%) Dib

Grânulos 2 99,98973 1 2 1,5 62,86

324

94,2948

7 Areia Muito

Grossa

1 37,12649 0,5 1 0,75 8,256

32

6,19224

Areia Grossa 0,5 28,87017 0,25 0,5 0,375 12,96

611

4,86229

3 Areia Média 0,25 15,90405 0,125 0,25 0,1875 8,201

826

1,53784

2 Areia Fina 0,125 7,702226 0,0625 0,125 0,09375 3,190

649

0,29912

3 Areia Muito Fina 0,0625 4,511576 0,031 0,0625 0,04675 1,751

576

0,08188

6 Silte Grosso 0,031 2,76 0,0039 0,031 0,01745 1,31 0,02286

Silte Méd. Fino e Mt

F MMuit. Fino 0,0039 1,45 0,002 0,0039 0,00295 1,36 0,00401

2 Argila 0,002 0,09 0,002 0,002 0,09 0,00018

SOMA 99,98

973

107,295

3 DM 1,07293

Microbacia B

Peneira (mm/uM) Diâmetro (mm) (%) Amost. Total< Diam. Dinf (mm) Dsup(mm) Dm (mm) ib(%) Dib

Grânulos 2 99,99315 1 2 1,5 56,94

554

85,4183

1 Areia Muito

Grossa

1 43,04762 0,5 1 0,75 13,71

533

10,2864

9 Areia Grossa 0,5 29,33229 0,25 0,5 0,375 14,93

224

5,59958

9 Areia Média 0,25 14,40005 0,125 0,25 0,1875 8,422

582

1,57923

4 Areia Fina 0,125 5,97747 0,0625 0,125 0,09375 2,729

488

0,25588

9 Areia Muito Fina 0,0625 3,247982 0,031 0,0625 0,04675 1,497

982

0,07003

1 Silte Grosso 0,031 1,75 0,0039 0,031 0,01745 0,82 0,01430

9 Silte Méd. Fino e Mt

F MMuit. Fino 0,0039 0,93 0,002 0,0039 0,00295 0,79 0,00233

1 Argila 0,002 0,14 0,002 0,002 0,09 0,00018

SOMA 99,94

315

103,226

4 DM 1,03224

Microbacia C

Peneira (mm/uM) Diâmetro (mm) (%) Amost. Total< Diam. Dinf (mm) Dsup (mm) Dm (mm) ib(%) Dib

Grânulos 2 99,9946 1 2 1,5 36,18

85

54,2827

5 Areia Muito

Grossa

1 63,8061 0,5 1 0,75 12,09

74

9,07304

9 Areia Grossa 0,5 51,7087 0,25 0,5 0,375 18,90

882

7,09080

9 Areia Média 0,25 32,79988 0,125 0,25 0,1875 14,20

254

2,66297

7 Areia Fina 0,125 18,59734 0,0625 0,125 0,09375 7,652

233

0,71739

7 Areia Muito Fina 0,0625 10,9451 0,031 0,0625 0,04675 4,565

103

0,21341

9 Silte Grosso 0,031 6,38 0,0039 0,031 0,01745 1,63 0,02844

4 Silte Méd. Fino e Mt

F MMuit. Fino 0,0039 4,75 0,002 0,0039 0,00295 3,92 0,01156

4 Argila 0,002 0,83 0,002 0,002 0,09 0,00018

SOMA 99,25

46

74,0805

9 DM 0,74086


136

Microbacia D


Grânulos 2 99,99643 1 2 1,5 24,09

156

36,13733

Areia Muito Grossa 1 75,90487 0,5 1 0,75 5,970

054

4,47754

Areia Grossa 0,5 69,93482 0,25 0,5 0,375 10,65

541

3,99578

Areia Média 0,25 59,2794 0,125 0,25 0,1875 18,40

969

3,451818

Areia Fina 0,125 40,86971 0,0625 0,125 0,09375 20,22

466

1,896062

Areia Muito Fina 0,0625 20,64505 0,031 0,0625 0,04675 13,23

505

0,618739

Silte Grosso 0,031 7,41 0,0039 0,031 0,01745 1,96 0,034202


F MMuit. Fino 0,0039 5,45 0,002 0,0039 0,00295 4,24 0,012508

Argila 0,002 1,21 0,002 0,002 0,09 0,00018

SOMA 98,87643 50,62416

DM 0,506242

Microbacia E


Grânulos 2 99,99433 1 2 1,5 60,4046

5

90,60697


4

4,80508

Areia Grossa 0,5 33,18291 0,25 0,5 0,375 10,6658

4

3,999691

Areia Média 0,25 22,51707 0,125 0,25 0,1875 15,8143

4

2,965188

Areia Fina 0,125 6,702729 0,0625 0,125 0,09375 5,55550

5

0,520829

Areia Muito Fina 0,0625 1,147224 0,031 0,0625 0,04675 0,92122

4

0,043067

Silte Grosso 0,031 0,226 0,0039 0,031 0,01745 0,09 0,001571


F MMuit. Fino 0,0039 0,136 0,002 0,0039 0,00295 0,13 0,000384

Argila 0,002 0,006 0,002 0,002 0,09 0,00018

SOMA 100,078

3

102,943

DM 1,02943

Microbacia F

Peneira (mm/uM) Diâmetro (mm) (%) Amost. Total<Diam. Dinf (mm) Dsup (mm) Dm (mm) ib(%) Dib

Grânulos 2 99,99443 1 2 1,5 39,32

682

58,99023


76

11,9532

Areia Grossa 0,5 44,73001 0,25 0,5 0,375 20,54

239

7,703395

Areia Média 0,25 24,18762 0,125 0,25 0,1875 14,79

909

2,774829

Areia Fina 0,125 9,388535 0,0625 0,125 0,09375 7,240

097

0,678759

Areia Muito Fina 0,0625 2,148438 0,031 0,0625 0,04675 1,805

438

0,084404

Silte Grosso 0,031 0,343 0,0039 0,031 0,01745 0,16 0,002792


F MMuit. Fino 0,0039 0,183 0,002 0,0039 0,00295 0,17 0,000502

Argila 0,002 0,013 0,002 0,002 0,09 0,00018

SOMA 100,0

714

82,18829

DM 0,821883


137


138

Ficha de Aprovação

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

TÍTULO: Caracterização Hidrossedimentológica de seis microbacias na APA Estadual da

Cachoeira das Andorinhas

AUTORA: Josefa Clara Lafuente Monteiro

ORIENTADOR: Prof. Dr. Luis de Almeida Prado Bacellar

Aprovada em: 11/03/2013

PRESIDENTE: Prof. Dr. Luis de Almeida Prado Bacellar

BANCA EXAMINADORA:

Prof. Dr. Luis de Almeida Prado Bacellar _____________________________________

DEGEO/UFOP

Prof. Dr.Irani dos Santos_____________________________________________

UFPR

Prof. Dr. Carlos Eduardo Ferraz de Mello _____________________________________

DECI/UFOP

Ouro Preto, _______/_______/_______

CARACTERIZAÇÃO HIDROSSEDIMENTOLÓGICA DE SEIS …‡ÃO... · 2.1. Escoamento em bacias...

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