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ANÁLISE POR MÉTODOS HIDROLÓGICOS E

HIDROQUÍMICOS DE FATORES CONDICIONANTES DO

POTENCIAL HÍDRICO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS -

ESTUDO DE CASOS NO QUADRILÁTERO FERRÍFERO (MG)

FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

Reitor

João Luiz Martins

Vice-Reitor

Antenor Barbosa Júnior

Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação

Tanus Jorge Nagem

ESCOLA DE MINAS

Diretor

Antônio Gomes de Araújo

Vice-Diretor

Marco Túlio Ribeiro Evangelista

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

Chefe

César Augusto Chicarino Varajão

iii

EVOLuÇÃO CRUSTAL E RECURSOS NATURAIS

iv

CONTRIBUIÇÕES ÀS CIÊNCIAS DA TERRA – VOL. 28

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Nº 240

ANÁLISE POR MÉTODOS HIDROLÓGICOS E HIDROQUÍMICOS

DE FATORES CONDICIONANTES DO POTENCIAL HÍDRICO

DE BACIAS HIDROGRÁFICAS - ESTUDO DE CASOS NO

QUADRILÁTERO FERRÍFERO (MG)

Fernanda Martineli Costa

Orientador

Luis 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

2005

v

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

Depósito Legal na Biblioteca Nacional

Edição 1ª

Catalogação: http://www.sisbin.ufop.br

Catalogação: [email protected]

C837a Costa, Fernanda Martineli. Análise por métodos hidrológicos e hidroquímicos de fatores condicionantes do potencial hídrico de bacias hidrográficas [manuscrito]: Estudo de casos no Quadrilátero Ferrífero (MG) / Fernanda Martineli Costa. – 2005. xxiii, 147f.: il. , grafs. , tabs.; mapas. Orientador: Prof. Dr. Luís de Almeida Prado Bacellar. Área de concentração: Geologia Ambiental e Conservação de Recursos Naturais Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. Programa de pós-graduação em evolução Crustal e Recursos Naturais. 1.Geologia - Teses. 2. Bacias hidrográficas. - Quadrilátero Ferrífero (MG) - Teses. 3. I. Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Geologia. Programa de pós-graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. II. Título. CDU: 551(815.1)

vi

Dedico este trabalho à minha família, tudo em minha vida:

meu pai Antonio M. Costa, minha mãe Ilda M. Costa,

minha irmã Daviane, meu marido Sávio e meu filho João Sávio.

vii

Agradecimentos

Registro aqui, sinceros agradecimentos aos que contribuíram para o presente trabalho, seja

diretamente ou por meio de uma palavra verdadeira de incentivo.

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

oportunidade e pela confiança. Ao Departamento de Geologia da Escola de Minas da UFOP, pela

infra-estrutura disponibilizada e, em especial, ao Laboratório de Geoquímica Ambiental (LGqA).

Agradeço aos funcionários do departamento, em particular aos secretários Edson e Aparecida.

Sinceros agradecimentos ao Prof. Dr. Luis de Almeida Prado Bacellar, pela marcante

orientação, pelas discussões e todos ensinamentos e, também, pelo apoio e amizade. Aos professores

Dr. Hermínio Nalini Júnior, Dr. Issamu Endu e Dr. Antenor Barbosa, pelas discussões valiosas e, em

especial, ao Prof . Dr. Marco Antonio Fonseca, sobretudo pela confiança.

Agradeço ao projeto “Instituto do Milênio: Água uma visão mineral” pelo apoio financeiro à

pesquisa e ao CNPq pela bolsa de estudo concedida.

A todos colegas que me acompanharam e me ajudaram nos campos, em especial para os

“bolsistas voluntários”, alunos da engenharia geológica da UFOP, Eder Fonseca Silva e Gustavo E. A.

Prado (Grilo), também pelas ajudas em escritório. Aos monitores de campo, pelo compromisso e

responsabilidade na medição de dados.

Um agradecimento muito carinhoso às amigas Ariana C. S. Almeida, Adriana Trópia A.

Guimarães, Janice Cardoso, Cristina Martins, Aline Kelly, Luciana Vetel, Maria Inês Bonaccorsi,

Maria Carolina, Pamella Schefer e Letícia Drumond, pela amizade e sabedorias compartilhadas. À

Janice, Cristina, Luciana e, em especial, Adriana, agradeço também pelos ensinamentos em

hidrogeoquímica. Agradeço aos colegas Zé Augusto e Charles pelas dicas valiosas. Agradecimentos

também aos amigos da República Marragolo pelo apoio, desde o período da minha graduação.

Agradeço à minha irmã, Daviane Martineli Costa, pelas ajudas no campo e em escritório e

pela imensa colaboração e apoio quando eu tanto precisei. Aos meus pais, por torcerem mais pelos

meus sonhos que eu mesma e pelo apoio incondicional aos meus estudos.

Agradeço, imensamente, ao meu marido, Sávio F. Trindade, por tudo! Você é essencial em

minha vida! E agradeço também ao meu filho, João Sávio, que mesmo tão pequenino despertou em

mim os mais nobres sentimentos e uma energia “espontânea” para terminar este trabalho.

Agradeço a Deus por permitir, mais uma vez, a realização de um sonho.

ix

Sumário

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

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

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

RESUMO .................................................................................................................................. xxi

ABSTRACT ............................................................................................................................ xxiii

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO ............................................................................................... 1

1.1 – OBJETIVOS ........................................................................................................................ 2

CAPÍTULO 2 – ASPECTOS GERAIS DA REGIÃO ..............................................................5

2.1 – ASPECTOS GEOLÓGICOS .............................................................................................. 5

2.1.1 – Estratigrafia do Quadrilátero Ferrífero .................................................................. 5

2.1.1.1 – Complexo Metamórfico Bação (CMB)................................................... 6

2.1.1.2 – Supergrupo Rio das Velhas (SgRV)........................................................ 6

2.1.1.3 – Supergrupo Minas (Sg Minas) ................................................................ 7

2.2 – GEOMORFOLOGIA DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO ............................................. 8

2.3 – ASPECTOS DO CLIMA, VEGETAÇÃO, SOLO E USO/OCUPAÇÃO NO QF ............. 9

2.4 – HIDROGEOLOGIA DO QUADRILÁERO FERRÍFERO ............................................... 11

2.4.1 – Rochas ferríferas da Formação Cauê (Grupo Itabira) .......................................... 13

2.4.2 – Quartzitos ferruginosos da Formação Cercadinho (Grupo Piracicaba) ................ 13

2.4.3 – Dolomitos da Formação Gandarela (Grupo Itabira) ............................................. 14

2.4.4 – Quartzitos da Formação Moeda (Grupo Caraça) .................................................. 14

2.4.5 – Sistema aqüífero cristalino .................................................................................... 14

2.4.6 – Sistema aqüífero superficial .................................................................................. 15

2.5 – IMPACTOS SOBRE OS RECURSOS HÍDRICOS NO QF ............................................. 15

CAPÍTULO 3 – FLUXOS HÍDRICOS E VARIÁVEIS DO REGIME HIDROLÓGICO 17

3.1 – CONCEITO DE MICROBACIA ...................................................................................... 17

3.2 – RELAÇÃO ENTRE ÁGUA SUBTERRÂNEA E SUPERFICIAL .................................. 18

3.3 – ANÁLISE DE HIDROGRAMAS ..................................................................................... 19

3.4 – COMPONENTES PRINCIPAIS DO FLUXO .................................................................. 20

3.4.1 – Fluxo Superficial .................................................................................................. 21

3.4.2 – Fluxo Subsuperficial ............................................................................................ 22

3.4.3 – Fluxo de Base ....................................................................................................... 22

3.5 – ANÁLISE DO FLUXO DE BASE ................................................................................... 23

3.5.1 – Recessão do fluxo de base .................................................................................... 23

3.5.2 – Separação do fluxo de base em hidrogramas ....................................................... 25

xi

3.5.3 – Determinação do coeficiente de recessão (α) ....................................................... 28

3.5.3.1 – Método “Correlação” ........................................................................... 29

3.5.3.2 – Método “Matching Strip” ..................................................................... 30

3.6 – DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS HIDRODINÂMICOS ................................. 31

3.7– FATORES QUE INTERFEREM NO REGIME HIDROLÓGICO/HIDROGEOLÓGICO 33

3.7.1 – Clima .................................................................................................................... 33

3.7.2 – Geologia ............................................................................................................... 34

3.7.3 – Geomorfologia ..................................................................................................... 36

3.7.4 – Cobertura Vegetal ................................................................................................ 37

3.7.5 – Uso e ocupação do solo ....................................................................................... 38

3.8 – EVOLUÇÃO QUÍMICA DAS ÁGUAS EM BACIAS HIDROGRÁFICAS ................... 38

CAPÍTULO 4 - METODOLOGIA ......................................................................................... 41

4.1 – ETAPA 1: AQUISIÇÃO DOS DADOS BÁSICOS .......................................................... 41

4.2 – ETAPA 2: SELEÇÃO DAS BACIAS E MICROBACIAS ............................................... 43

4.3 – ETAPA 3: OBTENÇÃO DE DADOS DAS BACIAS ...................................................... 44

4.3.1 – Instrumentação das microbacias ............................................................................ 44

4.3.1.1 – Dados de chuva..................................................................................... 44

4.3.1.2 – Dados de vazão .................................................................................... 45

4.3.2 – Levantamento dos dados das bacias com séries hidrológicas históricas ............... 48

4.4 – ETAPA 4: MONITORAMENTO DOS DADOS NAS MICROBACIAS ........................ 49

4.4.1 – Dados hidrológicos ................................................................................................ 49

4.4.2 – Dados hidrogeoquímicos ...................................................................................... 50

4.5 – ETAPA 5: TRATAMENTO DOS DADOS ...................................................................... 52

4.6 – ETAPA 6: INTEGRAÇÃO/ INTERPRETAÇÃO E CONCLUSÕES ................. 52

CAPÍTULO 5 – CARACTERIZAÇÃO DAS BACIAS DE DRENAGEM ......................... 55

5.1 – MICROBACIAS INSTRUMENTADAS .......................................................................... 55

5.1.1 – Seleção das microbacias para monitoramento ...................................................... 55

5.2 – BACIAS COM SÉRIES HISTÓRICAS ............................................................................ 61

5.3 – GEOLOGIA ....................................................................................................................... 62

5.3.1 – Microbacias monitoradas ...................................................................................... 62

5.3.1.1 – Unidade Gnáissica ............................................................................... 62

5.3.1.2 – Unidade Máfica Intrusiva - Anfibolitos ............................................... 63

5.3.1.3 – Grupo Nova Lima (SgRV) – quartzo-mica xistos ............................... 63

5.3.1.4 – Unidade Ultramáfica/metaultramáfica ................................................. 63

5.3.1.5 – Unidade Granitóide .............................................................................. 63

5.3.1.6 – Sg Minas – Grupo Piracicaba (indiviso)............................................... 64

5.3.2 – Bacias com séries hidrológicas históricas.............................................................. 65

xii

5.4 – GEOMORFOLOGIA DAS MICROBACIAS .................................................................. 66

5.5 – USO E OCUPAÇÃO DO SOLO NAS MICROBACIAS ................................................. 68

CAPÍTULO 6 – APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS ......................................71

6.1 – REGIME PLUVIOMÉTRICO E FLUVIOMÉTRICO DAS MICROBACIAS ............... 71

6.1.1 – Dados pluviométricos ........................................................................................... 71

6.1.2 – Dados fluviométricos ........................................................................................... 73

6.2 – REGIME FLUVIOMÉTRICO DAS BACIAS COM DADOS HISTÓRICOS ................ 77

6.3 – SEPARAÇÃO DE HIDROGRAMAS E QUANTIFICAÇÃO DO FLUXO DE BASE .. 78

6.3.1 – Microbacias .......................................................................................................... 78

6.3.2 – Bacias com dados hidrológicos históricos ............................................................ 82

6.4 – COEFICIENTE DE RECESSÃO (α) ................................................................................ 86

6.4.1 – Microbacias .......................................................................................................... 86

6.4.1.1 – Matching Strip ..................................................................................... 86

6.4.1.2 – Correlação ............................................................................................ 87

6.4.2 – Bacias com dados fluviométricos históricos ........................................................ 90

6.4.2.1 – Matching Strip e Correlação.................................................................. 90

6.4.2.2 – Método de Barnes ................................................................................. 91

6.5 - ANÁLISES HIDROQUÍMICAS ...................................................................................... 92

6.5.1 – Controle de qualidade dos resultados das análises hidroquímicas ....................... 92

6.5.2 – Conteúdo iônico das águas das microbacias ........................................................ 93

6.5.3 – Diagrama de Piper ................................................................................................ 96

CAPÍTULO 7 – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ............................................................ 99

7.1 – PADRÃO DE FLUXO DAS MICROBACIAS ................................................................ 99

7.1.1 – Padrão hidroquímico das microbacias ................................................................ 102

7.1.1.1 - Análise das assinaturas hidroquímicas e as litologias ......................... 102

7.1.1.2 – Análise das assinaturas hidroquímicas e a vazão ............................... 105

7.2 – PADRÃO DE FLUXO DAS BACIAS COM DADOS HISTÓRICOS .......................... 108

7.3 – DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS HIDRODINÂMICOS................................. 109

7.4 – CONDICIONANTES DO REGIME HIDROLÓGICO................................................... 111

7.4.1 – Condicionantes Geológicos ................................................................................ 112

7.4.2 – Condicionantes Geomorfológicos ...................................................................... 115

7.4.3 – Condicionantes Antrópicos ................................................................................. 116

7.4.3.1 - Influência da voçoroca na dinâmica hidrológica/hidrogeológica de microbacias........................................................................................................... 117

CAPÍTULO 8 – CONCLUSÕES .......................................................................................... 121

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................. 125

ANEXOS .................................................................................................................................. 131

xiii

ANEXO I – Definição de altura pluviométrica e Métodos de determinação de vazão em pequenas drenagens......................................................................................................... 131

ANEXO II – Vertedores portáteis utilizados nas microbacias ....................................... 137

ANEXO III – Planilhas de monitoramento .................................................................... 139

ANEXO IV – Balanço iônico nas microbacias .............................................................. 141

ANEXO V – Variação iônica e parâmetros físico-químicos das microbacias................ 143

BANCA EXAMINADORA (Ficha de Aprovação)................................................................ 147

xiv

Lista de Figuras

Figura 2.1 - Coluna estratigráfica do QF..................................................................................... 07

Figura 2.2 - Mapa das unidades hidroestratigráficas do Alto rio das Velhas.............................. 12

Figura 3.1 - Hidrograma tipo com os três segmentos básicos..................................................... 20

Figura 3.2 - Rotas de fluxo em encostas ..................................................................................... 23

Figura 3.3 - Modelo conceitual proposto por Boussinesq em 1877............................................ 24

Figura 3.4 - Determinação do coeficiente de recessão pelo método de Barnes .......................... 25

Figura 3.5 - Técnicas de separação de hidrogramas.................................................................... 26

Figura 3.6 - Método gráfico de Barnes de separação das componentes do fluxo ....................... 27

Figura 3.7 - Típica curva de recessão mestra (CRM) obtida pelo método Correlação ............... 30

Figura 3.8 - Típica curva de recessão mestra (CRM) obtida pelo método Matching Strip......... 31

Figura 4.1 - Fluxograma metodológico do desenvolvimento da pesquisa .................................. 42

Figura 4.2 - Pluviômetros instalados nas microbacias B3 e B4 .................................................. 45

Figura 4.3 - Vertedores portáteis instalados nas microbacias ..................................................... 47

Figura 4.4 - A = Método volumétrico; B = Régua para leitura da carga hidráulica.................... 48

Figura 4.5 - A = Multiparâmetro utilizado em campo ................................................................ 50

Figura 4.6 - Determinação de A = alcalinidade; B = cloreto; C = sulfato .................................. 51

Figura 5.1 - A = Vertedor na microbacia B7; B = canal assoreado da microbacia B7 ............... 57

Figura 5.2 - Microbacia B8: sem processo erosivo; Microbacia B8.1: com voçoroca ............... 59

Figura 5.3 - Localização das microbacias monitoradas .............................................................. 60

Figura 5.4 - Localização das duas bacias monitoradas pela parceria CEMIG/IGAM ................ 61

Figura 5.5 - Mapa geológico correspondente a cada microbacia . .............................................. 65

Figura 5.6 - Mapa de Domínios Geomorfológicos da BRM com localização das microbacias . 67

Figura 5.7 - Representação gráfica das formas de uso e ocupação do solo em cada microbacia.70

Figura 6.1 - Hietograma com a precipitação mensal de cada microbacia................................ ... 71

Figura 6.2 - Hietograma com a precipitação média diária das microbacias................................ 72

Figura 6.3 - Hietograma diário considerando a média de todas as microbacias ......................... 72

xv

Figura 6.4 - Correlação entre os dados de vazão pelo vertedor e método volumétrico (B5) ........73

Figura 6.5 - Variação da vazão ao longo do dia na microbacia B4 ............................................. 74

Figura 6.6 - Hidrogramas das microbacias com vazão específica diária..................................... 76

Figura 6.7 - Hidrogramas com médias mensais das bacias com dados hidrológicos históricos.. 77

Figura 6.8 - Hidrogramas com médias mensais do rio Maracujá e Alto rio das Velhas ............. 77

Figura 6.9 - Hidrogramas com vazões diárias do rio Maracujá e Alto rio das Velhas ................ 78

Figura 6.10 - Hidrogramas com separação do fluxo de base pela técnica smoothed minima ..... 80

Figura 6.11 - Hidrogramas das bacias (41150000, 41180000, 56631000) com a separação do fluxo de base pelo método de Barnes ..................................................................................... 83

Figura 6.12 - Hidrogramas das bacias (56632000, 41152000, 41163000) com a separação do fluxo de base pelo método de Barnes ..................................................................................... 84

Figura 6.13 - Hidrogramas com separação do fluxo de base pela técnica smoothed minima das bacias Alto rio das Velhas e Maracujá ................................................................................... 85

Figura 6.14 - Método Matching Strip aplicado à microbacia B8 ................................................ 87

Figura 6.15 - Método Correlação aplicado à microbacia B8 ...................................................... 88

Figura 6.16 - Técnica Matching Strip aplicada às Bacias Alto Rio das Velhas e Rio Maracujá. 90

Figura 6.17 - Técnica Correlação aplicada às Bacias Alto Rio das Velhas e Rio Maracujá ..... 90

Figura 6.18 - Teor de alcalinidade ao longo do ano nas microbacias ......................................... 94

Figura 6.19 - Teor de cloreto ao longo do ano nas microbacias.................................................. 94

Figura 6.20 - Variação dos cátions fundamentais ao longo do ano nas microbacias .................. 95

Figura 6.21 - Variação na concentração iônica média entre as microbacias ............................... 95

Figura 6.22 - Diagrama de Piper com a classificação das águas das microbacias ...................... 97

Figura 7.1 – Gráfico evidenciando a correlação inversa entre coeficiente de recessão e BFI... 100

Figura 7.2 – Gráfico do coeficiente de recessão em relação ao FBE ........................................ 100

Figura 7.3 – Fluxo de base específico das microbacias com destaque para as respostas de recarga dos aqüíferos ........................................................................................................... 101

Figura 7.4 – Relação inversa entre a concentração dos íons principais e a razão rK/rNa ......... 103

Figura 7.5 – Variação da concentração química ao longo do ano com a vazão ....................... 106

Figura 7.6– Não-correlação encontrada entre o BFI e a concentração iônica média ............... 108

Figura 7.7 – Coeficiente de recessão versus BFI para todas bacias analisada. A = pelos métodos Matching Strip e Smoothed; B = pelo método de Barnes .................................................... 112

xvi

Figura 7.8 – Gráfico de cruzamento entre slope index e coeficiente de recessão .................... 115

Figura 7.9– Gráfico do índice de compacidade x coeficiente de recessão................................ 116

Figura 7.10 – Correlação entre coeficiente de recessão e porcentagem de mata e pastagem ... 117

Figura 7.11 – Variação no coeficiente de recessão e BFI em conseqüência da voçoroca ........ 117

Figura 7.12 – Microbacias B8 e B8.1 com nítida diferença na morfologia dos canais............. 118

Figura 7.13 – Perfil esquemático A = microbacia B8, com lençol freático no regolito; e B = microbacia B8.1, com o lençol rebaixado para a rocha alterada .................. 119

xvii

Lista de Tabelas

Tabela 3.1 - Comparação entre bacias de drenagem em diferentes escalas ................................ 18

Tabela 4.1 - Tipos de vertedores empregados nas microbacias ................................................. 48

Tabela 4.2 - Erro admissível no balanço iônico segundo Custodio & Llamas (1976) ................ 51

Tabela 5.1 - Síntese das características das microbacias monitoradas ........................................ 58

Tabela 5.2 - Localização das microbacias e dos respectivos vertedores ..................................... 60

Tabela 5.3 - Localização, período de monitoramento e área das bacias com dados históricos... 62

Tabela 5.4 - Litologias das microbacias...................................................................................... 64

Tabela 5.5 - Litologias das bacias com dados hidrológicos históricos........................................ 66

Tabela 5.6 - Índices morfométricos das microbacias .................................................................. 68

Tabela 5.7 - Uso e ocupação do solo das microbacias ................................................................ 69

Tabela 6.1 - Equação de correlação entre as vazões pelo vertedor e método volumétrico ........ 73

Tabela 6.2 - Cálculos referentes à técnica smoothed minima para a microbacia B4................... 79

Tabela 6.3 - BFI das microbacias calculado por meio da técnica smoothed minima .................. 81

Tabela 6.4 - Fluxo de base específico (FBE) anual das microbacias. ......................................... 82

Tabela 6.5 - BFI’s e FBE’s anuais das bacias com dados hidrológicos históricos...................... 86

Tabela 6.6 - Exemplos de α calculados a partir de curvas com sutil diferença na inclinação..... 89

Tabela 6.7 - Coeficiente de recessão das microbacias pelo Matching Strip e Correlação .......... 89

Tabela 6.8 - Coeficientes de recessão das bacias com dados hidrológicos históricos ................ 91

Tabela 7.1 - Razões iônicas médias definidas para as microbacias .......................................... 104

Tabela 7.2 – Valores estimados de difusividade e transmissividade......................................... 110

xix

Resumo

Os meios hídricos superficiais e subterrâneos estão em dinâmica interação e,

conseqüentemente, eventuais interferências em um meio são refletidas, a curto ou longo prazo, em

todo o sistema, o que justifica a necessidade de gerenciamento integrado. Esta interconexão possibilita

ainda a análise das condições dos aqüíferos a partir de informações hidrológicas por meio dos métodos

indiretos de caracterização hidrogeológica, fundamento da presente pesquisa. Trata-se de

investigações baseadas, em especial, na análise das taxas de recessão do fluxo de base, ou seja, na

capacidade do aqüífero produzir água e contribuir para a vazão das drenagens superficiais. Com este

método, a partir do conhecimento do regime hidrológico das bacias, é possível analisar as variáveis

que participam da definição do potencial hídrico de uma região. Ressalta-se que tais variáveis, além

numerosas, atuam de forma integrada, tendo geralmente seus efeitos superimpostos. Neste trabalho, as

variáveis consideradas foram: geologia, geomorfologia e uso e ocupação do solo, em especial a

presença de voçorocas.

Foram analisadas nove microbacias de drenagem com características preferencialmente

homogêneas em toda a sua extensão e que se diferenciavam entre si por alguma particularidade pré-

definida. Buscou-se assim avaliar o efeito deste atributo diferencial no potencial hídrico da bacia, que

foi determinado pelos métodos hidrológicos e hidroquímicos (métodos indiretos). A maioria das

microbacias localiza-se no Complexo Metamórfico Bação, sendo duas estruturadas em rochas do

Supergrupo Minas, ambas unidades localizadas no Quadrilátero Ferrífero – MG.

No monitoramento destas microbacias, com duração de um ano hidrológico, foram utilizados

pluviômetros alternativos com resultados satisfatórios. Na determinação da vazão utilizou-se

vertedores portáteis de placa de metal semelhantes aos sugeridos pelo USGS, de baixo custo,

altamente confiáveis e de grande praticidade.

Paralelamente, foram analisadas bacias com dados fluviométricos históricos em tamanhos

variados a fim de balizar os resultados.

xxi

O índice hídrico “coeficiente de recessão” foi determinado por meio de técnicas pouco

divulgadas em âmbito nacional e de grande utilidade por necessitar de séries fluviométricas

relativamente curtas. Trata-se dos métodos da “Correlação” e “Matching Strip”, sendo que, para os

dados disponíveis, o segundo apresentou melhores resultados. Para a separação dos hidrogramas,

determinação do fluxo de base (utilizando-se, em especial, o índice BFI: percentual do fluxo de base

em relação ao fluxo total) e de outros índices foi aplicada a técnica “Smoothed Minima”, que gerou

resultados igualmente coerentes. Foi aplicado também o tradicional método de Barnes, em especial nas

bacias com dados fluviométricos históricos. A partir dos preceitos de Maillet e Rorabaugh, foi

estimada, ainda, a difusividade (transmissividade/coeficiente de armazenamento) das microbacias e

indicados alguns valores possíveis da transmissividade.

A comparação entre as microbacias evidenciou que aquelas estruturadas em granito-gnaisse

tendem a um maior potencial hídrico que aquelas estruturadas em xistos e filitos. E, sob mesmas

condições geológicas, aquelas com relevo mais acentuado, apresentam menor potencial hídrico.

Porém, deve-se considerar que há uma tendência do manto de intemperismo ser mais espesso em áreas

de relevo mais plano nos terrenos granito-gnaissicos, o que também contribui para o maior potencial

hídrico das bacias. Não foi possível observar com clareza os efeitos das formas de uso e ocupação do

solo sobre os recursos hídricos, sendo necessários estudos mais detalhados para interpretações

definitivas. Porém, verificou-se uma significativa diminuição do fluxo de base nas microbacias

afetadas por voçorocas, causando expressivo impacto sobre o regime hidrológico. Devido ao baixo

custo e praticidade, a metodologia aqui empregada se mostrou adequada para analisar o potencial

hídrico de regiões com deficiência de dados hidrológicos e hidrogeológicos.

xxii

Abstract

As surface water and groundwater are continuously interacting, any external influence is able

to affect them in the long or short term. Because of this interconnection, aquifer information can be

obtained by the analysis of drainage flow pattern (hydrological approach). This approach is based on

the analysis of baseflow recession, i.e., the study of the aquifer ability to yield water and to maintain

the stream flow. This approach can be used to analyze the variables that affect the hydrological

potential of a basin. It should be stressed that there are many variables which can act together in the

flow pattern, sometimes with superimposed effects. In this work the following variables were

analyzed: geology, geomorphology, and land degradation, especially by gullies.

Nine small catchments were selected, with similar characteristics, but with some pre-defined

differences. This research aims to analyze the role of the above mentioned variables in the catchment

hydrological potential through indirect (hydrological and hydrogeochemical) methods. The catchments

are located in the Quadrilátero Ferrífero region, two of them in rocks of Minas supergroup and the

other ones in the Bação Metamorphic Complex.

Some alternative monitoring equipments (pluviometers and portable steel weirs, USGS type)

were used and they showed very goods results at low operating costs.

Some larger hydrographic basins of the region were simultaneously analyzed, in order to

compare the results.

The recession coefficient was determined through some methods that are very useful to treat

small fluviometric series: the correlation method and the matching strip method. The last one showed

the best results for the available data. The smoothed minima technique was used to determine the ratio

of base flow to total flow (base flow index) and other indices and the results were equally very good.

The graphical method of Barnes was applied simultaneously, especially with the data of the larger

basins. The diffusivity (transmissivity/storage coefficient) was calculated thorough the assumptions

established by Maillet and Rorabaugh, allowing the estimation of an average transmissivity for the

study catchments.

xxiii

The results showed that those catchments on granite-gneissic terrains tend to have bigger

hydrological potential than the ones on schists and phillites. The catchments placed in high relief areas

present lower hydrological potential. In fact, the regolith tends to be thicker over gently sloping areas

in basement rocks, which contributes to their higher hydrological potential. Land degradation usually

affects the water resources, but in this study these effects were not properly detected. However, it was

noted that gullies tend to decrease the baseflow, causing a great impact in the hydrological regime of

streams. This study proved that the adopted methodology is very useful to analyze the hydrological

potential, even when there is not a great amount of hydrological and hydrogeological data.

xxiv

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

A água, como recurso natural, tem sido cada vez mais foco de atenção de pesquisadores,

governantes e da própria população, uma vez que seu consumo segue uma tendência crescente

enquanto ocorrem quedas na sua disponibilidade, em geral, associadas às variações climáticas e/ou

práticas não adequadas de uso e ocupação do solo. Medidas imprescindíveis diante deste cenário

consistem no uso racional da água e na adoção de medidas conservacionistas, atitudes que podem ser

potencializadas com a evolução dos conhecimentos.

Na busca do melhor entendimento sobre os recursos hídricos é fundamental a compreensão

dos meios subterrâneos e superficiais como um sistema integrado, dinâmico e complexo (Castany

1971, Winter et al. 1998). Tal conexão deve ser considerada nos estudos e planejamentos de

recuperação e preservação dos recursos hídricos, uma vez que interferências em um meio afetam todo

o sistema. Adicionalmente, esta interconexão pode fornecer subsídios para caracterização do meio

hídrico subterrâneo a partir de informações do meio superficial. Como exemplo, têm-se os métodos

indiretos de caracterização hidrogeológica (Castany 1971, Trainer & Watkins Jr. 1974, Custodio &

Llamas 1976, Feitosa & Manoel Filho 1997, USAE 1999), que constituem o fundamento desta

pesquisa. Essa possibilidade é de grande interesse em especial para regiões onde os dados

hidrogeológicos obtidos de forma direta, geralmente mais onerosa, são escassos. Em contrapartida, em

grande parte do território nacional estão disponíveis extensas séries hidrológicas históricas que podem

fornecer importantes informações sobre as condições dos aqüíferos locais.

Há de se considerar também que as características do meio físico, sempre associadas com o

clima, definem as condições de armazenamento e circulação e, deste modo, o potencial hídrico de uma

região. De fato, algumas bacias hidrográficas, conforme suas peculiaridades, são mais propícias à

produção de água de forma sustentável. O conhecimento desta relação constitui ferramenta importante

no contexto de gestão dos recursos hídricos. O melhor entendimento das variáveis que interferem na

produção de água, assim como os mecanismos envolvidos, são de fundamental importância como

suporte tanto na previsão de regiões de maior potencial como no estabelecimento de áreas que

mereçam uma preservação mais efetiva.

Costa F.M. 2005. Análise por métodos hidrológicos e hidroquímicos ...

2

A presente pesquisa é desenvolvida na bacia do Alto rio das Velhas, importante tributário do

rio São Francisco. Esta bacia é responsável por cerca de 50% do abastecimento de água da rede

metropolitana de Belo Horizonte, além de demandas com minerações e abastecimento de cidades

menores (Golder Associates 2001). O conhecimento das condições hídricas desta bacia constitui,

assim, elemento essencial em programas locais de gerenciamento dos recursos hídricos.

Foram selecionadas para monitoramento, microbacias representativas do Complexo

Metamórfico Bação (região central do Quadrilátero Ferrífero – MG), uma unidade do embasamento

cristalino com limitados recursos hídricos e ainda pouco estudados. Em termos gerais, esta pesquisa

pode também contribuir para a evolução do entendimento dos sistemas aqüíferos cristalinos, que

embora abranjam cerca de 62% das reservas de águas subterrâneas no Brasil, são ainda relativamente

pouco conhecidos (Rebouças 1980).

A escala de microbacias assegura uma maior homogeneidade do meio físico e das condições

bioclimáticas. As microbacias estudadas possuem formas e dimensões semelhantes com áreas de até

cerca de 1km2. Na Europa e América do Norte, diferentemente da América Latina, pequenas bacias

(1-10 km2) como estas são amplamente usadas em estudos hidrológicos e ambientais (Moldan &

Cerný 1994).

Bacias maiores com dados fluviométricos históricos envolvendo diferentes unidades

geológicas do Quadrilátero Ferrífero também foram analisadas visando complementar a investigação.

1.1 – OBJETIVOS

Os objetivos gerais desta pesquisa consistem na caracterização das condições dos fluxos

hídricos subterrâneos por métodos hidrológicos e hidroquímicos e, a partir destas informações,

verificar e por vezes confirmar as variáveis potencialmente influenciadoras na produção de água em

bacias hidrográficas. As variáveis consideradas referem-se à geologia (em especial à litologia), à

geomorfologia e ao estado de preservação da bacia. Em particular, pretende-se avaliar os potenciais

impactos de voçorocas no regime hídrico, assunto ainda pouco enfocado na literatura.

Os objetivos específicos são:

» Verificar a aplicabilidade dos vertedores portáteis semelhantes aos sugeridos pelo

USGS (Rantz 1982);

» Aplicar métodos alternativos de determinação do coeficiente de recessão (matching

strip e correlation methods);

Contribuição às Ciências da Terra Série M, vol. 28, 147p.

3

» Estimar o índice de fluxo de base (BFI) e fluxo de base específico (FBE) por meio da

técnica smoothed minima;

» Determinar os índices coeficiente de recessão, BFI e FBE por meio do método gráfico

de Barnes (Custodio & Llamas 1976);

» Medir o impacto das atividades antrópicas, especialmente voçorocas, na dinâmica

hidrológica e, considerando que estas são freqüentes na região, verificar possíveis

efeitos cumulativos no Alto rio das Velhas,

» Aplicar os métodos indiretos de determinação de parâmetros hidrodinâmicos de

aqüíferos.


4

CAPÍTULO 2

ASPECTOS GERAIS DA REGIÃO

Neste capítulo apresenta-se uma caracterização geral da região em termos de seus aspectos

físicos relevantes para o entendimento do comportamento hidrológico/hidrogeológico.

A região estudada localiza-se na porção centro-sul do estado de Minas Gerais e pertence à

bacia do rio das Velhas, importante afluente da margem direita do Alto rio São Francisco. As

microbacias analisadas situam-se, especificamente, na bacia do rio Maracujá, afluente esquerdo do

Alto rio das Velhas.

Geologicamente a área está inserida no Quadrilátero Ferrífero (QF), unidade localizada no

extremo sul do Cráton São Francisco. A pesquisa tem enfoque em áreas do embasamento cristalino,

concentrando-se no Complexo Metamórfico Bação, porção central do QF. Foram definidas também

algumas bacias de diferentes dimensões em outras unidades com o objetivo de balizar os resultados.

2.1 - ASPECTOS GEOLÓGICOS

O Quadrilátero Ferrífero é uma unidade mundialmente conhecida por seus depósitos minerais

e amplamente estudada, com vários trabalhos desenvolvidos na tentativa de esclarecer a sua

constituição e evolução geológica (e.g. Dorr 1969, Carneiro et al. 1995, Endo 1997, Alkmin &

Marshak 1998).

2.1.1 - Estratigrafia do Quadrilátero Ferrífero

A primeira coluna estratigráfica do QF foi proposta por Harder & Chamberlain em 1915, a

qual foi sendo reformulada e atualizada com a evolução dos conhecimentos. Uma versão clássica foi

elaborada por Dorr (1969), na ocasião do mapeamento na escala 1/25.000 realizado pelo convênio

DNPM/USGS, e uma contribuição mais recente foi proposta por Alkmin & Marshak (1998). O QF é

constituído por 3 unidades litoestratigráficas fundamentais (Figura 2.1):

- Complexos Metamórficos, que constituem o embasamento cristalino de idade Arqueana;

- Seqüências vulcano-sedimentares Arqueanas - greenstone belt (Supergrupo Rio das Velhas);

- Seqüências supracrustais Proterozóicas (Supergrupo Minas e Grupo Itacolomi).

Costa F.M. 2005. Análise por métodos hidrológicos e hidroquímicos ... .

6

Têm-se ainda, de ocorrência mais restrita, bacias sedimentares terciárias (bacias do Gandarela,

Fonseca e Gongo-Soco) e sedimentos quaternários.

A seguir, apresenta-se uma descrição sumária destas seqüências, sendo que entre os

complexos metamórficos será abordado apenas o Bação, por constituir o foco desta pesquisa.

2.1.1.1 - Complexo Metamórfico Bação (CMB)

O Complexo Metamórfico Bação apresenta forma aproximadamente circular e área de cerca

de 385km2. Segundo Johnson (1962), esta unidade seria relativamente homogênea, representada por

rochas granito-gnáissicas indiferenciadas, apresentando lentes de rochas do Supergrupo Rio das

Velhas e alguns diques de anfibolitos, migmatitos e granitóides. Estudos posteriores, em escalas de

maior detalhe, possibilitaram sucessivas descobertas sobre sua constituição geológica. Em particular,

destaca-se o mapeamento geológico na escala 1/10.000 realizado no âmbito dos Trabalhos de

Graduação (TG’s) de alunos do Departamento de Geologia da UFOP (e.g. Ferreira 1999, Franco 1999,

Martins 1999, Martins 2001). A partir deste mapeamento, ficou evidente uma maior heterogeneidade

desta unidade, em termos estruturais e especialmente litológicos (descrições no capítulo 5).

Em geral os afloramentos são escassos, muitas vezes intemperizados, havendo espesso manto

de intemperismo que atinge até 50m de espessura. Nestes terrenos observam-se concentrações de

voçorocas e ravinas de grandes dimensões (Sobreira 1998, Sobreira & Bacellar 1999, Bacellar 2000,

Costa & Sobreira 2000, Costa & Sobreira 2001).

2.1.1.2 - Supergrupo Rio das Velhas (SgRV)

O Supergrupo rio das Velhas é dividido, da base para o topo, em dois grupos:

- Grupo Nova Lima - Possui grande extensão sendo composto pelas unidades: Metavulcânica

(rochas entre as quais: ultramáficas, metatufos, serpentinitos, esteatitos, filitos grafitosos e metascherts

- correspondentes ao Grupo Quebra Ossos, definido por Schorscher (1978)); Unidade metassedimentar

química (xistos carbonáticos, metacherts, formação ferrífera do tipo Algoma e filitos grafitosos);

Unidade Metassedimentar Clástica (quartzo-xistos, filitos e quartzitos e metaconglomerados).

- Grupo Maquiné - Constitui-se da Formação Palmital (filito com lentes de quartzito e

metaconglomerado) e Formação Casa Forte (quartzitos, conglomerados e filitos).


7

Figura 2.1 - Coluna estratigráfica do QF (Modificada de Alkmin & Marshak 1998)

2.1.1.3 - Supergrupo Minas (Sg Minas)

O Supergrupo Minas, estratigraficamente disposto acima do SgRV, é composto, da base para o

topo, pelos seguintes grupos e formações:


8

- Grupo Caraça - constituído por metaconglomerados e quartzitos (Formação Moeda), que

passam a metassedimentos mais pelíticos (filitos sericíticos e grafitosos) da Formação Batatal.

- Grupo Itabira - constitui a seqüência de metassedimentos químicos do Sg Minas. A

Formação Cauê, constituída essencialmente por itabiritos, representa os depósitos de minério de ferro

do QF. Acima tem-se a Formação Gandarela, representada principalmente por mármores dolomíticos

com intercalações de itabirito, filitos e filitos dolomíticos.

- Grupo Piracicaba - na base deste grupo tem-se a Formação Cercadinho, constituída por

quartzitos e filitos ferruginosos e dolomito subordinado. Acima encontra-se a Formação Fecho do

Funil com filitos, filitos dolomíticos e dolomitos. A Formação Taboões engloba quartzitos finos e

maciços, e no topo ocorrem filitos e filitos grafitosos da Formação Barreiro.

- Grupo Sabará - composto por clorita-xistos, metatufos, grauvacas, quartzitos e

metaconglomerados.

- Grupo Itacolomi – engloba quartzitos, quartzitos conglomeráticos e lentes de conglomerado

com seixos de itabirito, filito, quartzito e quartzo de veio.

2.2 - GERMORFOLOGIA DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO

O Quadrilátero Ferrífero é caracterizado por feições geomorfológicas singulares,

conseqüências de controles estruturais e paleoclimáticos e resistência intempérica diferencial dos

litotipos. Nas bordas têm-se porções com altimetria elevada e na parte central o relevo encontra-se

rebaixado (dissecado).

O Complexo Metamórfico do Bação está topograficamente deprimido em relação aos

metassedimentos que o bordeja. Os gnaisses, litotipo dominante do CMB, são mais intemperizáveis e

erodíveis que as rochas supracrustais, e assim, o relevo foi sendo atenuado ao longo do tempo

geológico. Nesta unidade predomina relevo colinoso, constituindo mares de morros. Nas rochas

bordejantes (metassedimentos) o relevo é escarpado, os vales bem encaixados e as cristas de serras

sustentadas, em especial, pelos quartzitos e itabiritos (RADAM BRASIL 1983, Barbosa 1984).


9

A bacia do rio Maracujá tem sua cabeceira em rochas supracrustais e o restante em rochas do

CMB e, portanto, apresenta no mínimo dois compartimentos geomorfológicos distintos. Em estudo de

maior detalhe, Bacellar (2000) distinguiu quatro domínios geomorfológicos. No domínio 1 têm-se

terrenos com relevo suave, com pequeno desnivelamento topográfico. Onde o relevo apresenta

maiores desnivelamentos, distingue-se o domínio 3, englobando rochas do embasamento e do

Supergrupo Rio das Velhas. O domínio 2 corresponde ao relevo com características intermediárias

entre os domínios 1 e 3. Onde afloram as rochas do Supergrupo Minas (Alto rio Maracujá), com

relevo típico das supracrustais, definiu-se o domínio geomorfológico 4.

2.3 - ASPECTOS DO CLIMA, VEGETAÇÃO, SOLO E USO/OCUPAÇÃO NO QF

O clima no QF é classificado nos tipos CWa e CWb de Köppen. O primeiro predomina na área

do CMB, sendo caracterizado por temperatura média de 27,9º, com chuvas concentradas nos meses de

outubro a março. O CWb, comum nas áreas mais altas onde se têm as supracrustais, é marcado por um

maior índice pluviométrico, correspondendo ao clima tropical de altitude (RADAM BRASIL 1983).

Os registros da pluviosidade média anual para a região do Complexo Metamórfico Bação, em

particular para a Bacia do rio Maracujá, é de 1550mm considerando dados do início do século XX

(Freiberg 1934 in Johnson 1962). Na estação da Fazenda Maracujá (localizada no Baixo rio Maracujá

- referente à bacia 41163000 analisada neste trabalho), os dados obtidos pela CEMIG/IGAM para os

anos de 2001 e 2002 indicam uma pluviosidade de 1256mm. Em estação próxima (Barragem de Rio

de Pedras) a média é de 1348 mm para a década de 90. Para as regiões mais elevadas onde afloram

supracrustais, a média pluviométrica é de 2100mm (Freiberg 1934 in Johnson 1962). A evaporação

anual média obtida na área da mina de Capão Xavier (mineração de ferro da MBR), região norte do

QF onde afloram rochas do Supergrupo Minas, é de 963mm anuais (Amorim et al. 1999).

Em termos de vegetação, o QF é uma área de transição entre a mata atlântica (que predomina

nos solos mais férteis) e cerrado (que predomina nos solos mais pobres em termos de fertilidade), com

ocorrência de campos rupestres especialmente nas serras com quartzito. Devido à intensa exploração

mineral e ocupação humana, a vegetação nativa encontra-se bastante degradada. Especificamente na

região do CMB, destacam-se campos e cerrados entremeados por matas ciliares, que atualmente

encontram-se parcialmente substituídos por formações secundárias e pastagens (Farias 1982 in

Bacellar 2000, RADAM BRASIL 1983).


10

O solo mostra-se em grande variedade no QF conforme a diversidade litológica existente. Em

geral, pode-se considerá-lo mais desenvolvido sobre rochas granito-gnáissicas e delgado em rochas

supracrustais, em especial sobre aquelas que apresentam maior resistência ao intemperismo, como

itabiritos e quartzitos (Franco 1999, Bacellar 2000, Martins 2001). Porém, sobre mesma unidade

litológica, o manto de intemperismo pode apresentar espessuras muito variáveis conforme diferenças

composicionais e estruturais, como constatado por Bacellar (2000) em saprolitos do gnaisse Funil no

CMB. Especificamente neste complexo predominam os latossolos e, secundariamente, solos

podzólicos e cambissolos, em geral espessos e com ocorrência freqüente de camada de colúvio. Em

setores com rochas mais resistentes pertencentes aos supergrupos Minas e Rio das Velhas, incluindo

porções com granitóides no próprio CMB, têm-se solos litólicos. O solo da região do CMB é também

condicionado por aspectos geomorfológicos, sendo em geral mais espesso (freqüentemente maior que

50m) em setores com relevo mais suave e à montante dos níveis de base locais (Bacellar 2000).

Conquanto existam as variações entre cambissolos, latossolos e solos podzólicos, em

ambientes bem drenados estes podem ser considerados relativamente homogêneos em relação às

propriedades hidráulicas (Santos 1997 in Bacellar 2000). Em geral, solos derivados de gnaisses

apresentam baixa permeabilidade, em torno de 10-4cm/s (Lambe 1996 in Bacellar 2000).

Especificamente para o saprolito dos gnaisses do CMB, os valores da condutividade hidráulica variam

entre 2,3 x 10-5 e 3,7 x 10-6cm/s, segundo dados de Bacellar (2000). Nos colúvios, os valores foram

em média da ordem de 10-4cm/s e, portanto, apresentam-se mais permeáveis que os saprolitos.

O início da ocupação das terras do QF está relacionado, em especial, com o ciclo do ouro, cujo

auge da exploração data dos meados do século XVIII. A partir de então, houve uma crescente pressão

sobre os recursos naturais, inicialmente com o desmatamento de matas e cerrados. O CMB, embora

constituído por rochas desprovidas deste metal, sofreu vários impactos, uma vez que, por sua posição

estratégica, solo relativamente mais fértil e relevo mais apropriado à cultura, serviu como centro

fornecedor de alimentos para as regiões vizinhas (Gutersohn 1945 in Bacellar 2000). Inclusive há

indícios de que as voçorocas, feições abundantes na região, tenham origem neste período. De fato, o

CMB é recortado por voçorocas em quantidades e dimensões consideráveis, concentradas em três

bacias de drenagem: bacia do rio Maracujá, bacia do rio Carioca e bacia Riacho da Cachoeira (Costa

& Sobreira 2000). Especificamente na bacia do rio Maracujá, Bacellar (2000) verificou que as

voçorocas estão relacionadas com as atividades antrópicas, mas que aspectos geológicos e

geomorfológicos também exercem importante controle.


11

Atualmente, na região do QF, destaca-se a intensa atividade minerária e uma crescente

expansão urbana, decorrente especialmente da proximidade da região metropolitana de Belo

Horizonte. Dentre as atividades minerárias, a produção do minério de ferro é a mais notável, dada a

sua importância econômica, infra-estrutura associada e amplitude do volume explotado, representando

atualmente cerca de 96% de toda produção mineral da área (Coppedê Jr. & Boechat 2002).

2.4 - HIDROGEOLOGIA DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO

Na maioria das rochas do QF, a ocorrência da água subterrânea está, em geral, relacionada a

sistemas de fraturas, dada a baixa permeabilidade da rocha intacta. Mas os processos de intemperismo

e lixiviação, associados ainda às estruturas, tais como brechação, foliação e micro-fraturamentos, por

vezes culminaram com o desenvolvimento de porosidade em alguns litotipos, que podem funcionar

então, localmente, como aqüíferos granulares ou granular-fraturados (Cruz 1995, Golder Associates

2001). São consideradas como principais unidades aqüíferas: rochas ferríferas da Formação Cauê;

quartzitos ferruginosos da Formação Cercadinho; metadolomitos da Formação Gandarela; quartzitos

da Formação Moeda; Sistema aqüífero cristalino e Sistema aqüífero Superficial. Considerando apenas

os aqüíferos das Formações Cauê, Moeda e Cercadinho, a reserva explotável é estimada em

aproximadamente cinco bilhões de metros cúbicos, o que evidencia uma significativa reserva de água

subterrânea (Silva et al. 1994, Bertachini 1994, Amorim et al. 1999, Sobreiro Neto et al. 2001). Outras

unidades comportam-se como aquicludes, aquitardes ou zonas aqüíferas de menor porte. Por exemplo,

entre as rochas do Grupo Nova Lima, as formações ferríferas correspondem a aqüíferos, porém de

pequena extensão, e os xistos constituem aquitardes e aquicludes quando alterados, e aqüíferos quando

frescos e fraturados (Rubio et al. 1997). Os xistos do Grupo Piracicaba também funcionam como

aquitardes. Algumas unidades, como os filitos da Formação Batatal já atuam como barreiras

impermeáveis, assim como alguns diques comuns no QF (Rubio et al. 1997, Rubio et al. 1998, Golder

Associates 2001, Sobreiro Neto et al. 2001).


12

Em termos de disponibilidades hídricas superficiais e subterrâneas, Golder Associates (2001),

em diagnóstico realizado no Alto rio das Velhas, classificaram as unidades estratigráficas do

Quadrilátero Ferrífero como: alto, médio, baixo e muito baixo potencial (Figura 2.2). Segundo estes

autores, 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. A partir das considerações dos autores acima citados, pode-se,

simplificadamente, estabelecer a seguinte tendência de classificação em termos de potencial

hidrogeológico das rochas do QF:

» Xistos e filitos (em especial quando pouco fraturados) ------------------- muito baixo

» Granito-gnaisses (Complexos Metamórficos) -------------------------------------- baixo

» Quartzitos ---------------------------------------------------------------------- baixo a médio

» Formações Ferríferas (Fm Cauê) e Metadolomitos (Fm Gandarela) ---- médio a alto

II

IVIII

V

VI

I

Unidades Hidroestratigráficas (Potencial hídrico)

Unidade I (médio) Zona Aquífera do G. Itacolomi

Unidade II (médio e alto) Zonas Aquíferas dos G Piracicaba e Itabira

Unidade III (muito baixo e médio) Zonas Aquíferas do G Caraça (Fm Moeda) e aquitardo (Fm Batatal)

Unidade IV (muito baixo e baixo) Zonas Aquitarda do G Nova Lima com zonas aquíferas intercaladas

Unidade V (médio) Zonas Aquífera do G. Maquiné

Unidade VI (baixo) Zonas Aquífera do Complexo Bação

0 10 20 km

Figura 2.2 - Mapa das unidades hidroestratigráficas do Alto rio das Velhas (Modificado de Golder Associates 2001)


13

Cabe ressaltar que, além das unidades aqüíferas a seguir detalhadas, outros estudos sugerem

diferentes compartimentações das unidades hidroestratigráficas do QF. Mas, em geral, estas distinções

correspondem a singularidades do local estudado ou simplesmente diferença nas nomenclaturas (e.g.

Silva et al. 1994, Sobreira Neto et al. 2001, Amorim et al. 1999).

2.4.1 - Rochas ferríferas da Formação Cauê (Grupo Itabira)

As hematitas e itabiritos da Formação Cauê representam o principal reservatório de água

subterrânea do QF, apresentando, em geral, valores elevados de capacidade de armazenamento e

condutividade hidráulica. Dado ainda sua ampla área de ocorrência e sua espessura saturada média (da

ordem de 400m), esta unidade possui elevado potencial para água subterrânea (Silva et al. 1994,

Coppedê Jr. & Boechat 2002, Sobreira Neto et al. 2001, Bertachini et al. 2004, Golder Associates

2001). Por coincidir, muitas vezes, com os depósitos econômicos de minério de ferro, detalhadamente

caracterizado pelas mineradoras, atualmente é a unidade aqüífera mais bem conhecida do QF. Os

valores de transmissividade e coeficiente de armazenamento são muito variáveis entre as minas,

refletindo a própria anisotropia e heterogeneidade do minério, que se apresenta desde compacto (com

porosidade de fraturas) a pulverulentos (meio granular), com predomínio do tipo intermediário. Estas

variações são conseqüências da própria gênese do minério. Onde a lixiviação foi mais intensa, tem-se

a porosidade intersticial melhor desenvolvida e, conseqüentemente, maiores valores de

armazenamento (armazenamento específico em torno de 0,002 a 0,15). Onde predominam as hematitas

e itabiritos compactos e fraturados tem-se baixa capacidade de armazenamento, mas elevada

permeabilidade, chegando a valores de 10 m/dia (Bertachini 1994, Cruz 1995, Golder Associates

2001, Bertachini et al. 2004). Os itabiritos podem ainda comportar-se como barreiras impermeáveis

quando são de fácies argilosa, compactos e não fraturados (Amorim et al. 1999). Silva et al. (1994)

citam valores de transmissividade de 50m2/dia na Mina do Cauê (CVRD) a 1500m2/dia na mina da

Mutuca (MBR), sendo que o alto valor neste último caso, segundo os autores, indica aqüífero do tipo

fraturado. Para o coeficiente de armazenamento foram encontrados valores variando entre 0,15 a

1,7x10-6, refletindo, respectivamente, presença de aqüíferos livres e confinados nas diversas minas

analisadas. (Bertachini 1994, Silva et al. 1994, Cruz 1995, Amorim et al. 1999, Golder Associates

2001).

2.4.2 - Quartzitos ferruginosos da Formação Cercadinho (Grupo Piracicaba)

Apresentam boas condições de circulação e armazenamento de água subterrânea, sendo

considerados de elevado potencial de explotação. Trata-se de um aqüífero do tipo granular e fissural,

confinado por camadas de filito e metapelitos das unidades sobrejacentes. Ensaios em um poço nesta

unidade (localizado no Parque das Mangabeiras em Belo Horizonte) revelaram valores de

permeabilidade de 1m/dia e transmissividade em torno de 90m2/dia (Silva et al. 1994).


14

2.4.3 - Dolomitos da Formação Gandarela (Grupo Itabira)

Constitui um aqüífero do tipo cárstico fissural, apresentando-se heterogêneo e anisotrópico.

Provavelmente possui baixo potencial de águas subterrâneas, dado o baixo grau de carstificação e a

colmatação de condutos e fraturas por argilas. A vazão específica é baixa, girando em torno de

0,02m3/h/m, segundo medidas em poço em Belo Horizonte (Silva et al. 1994, Bertachini 1994, Rubio

et al. 1997).

2.4.4 - Quartzitos da Formação Moeda (Grupo Caraça)

Apresentam baixa permeabilidade assim como pequena capacidade de armazenamento. Sua

permeabilidade primária é praticamente nula, mas comumente apresenta circulação de água devido às

fraturas, sendo caracterizado como aqüífero do tipo fraturado. Tem pequeno potencial, mas os poços

tubulares nele perfurados são produtores, provável reflexo da concentração de fraturas (Silva et al.

1994, Rubio et al. 1997). Os valores de transmissividade encontrados variam de 86 a 864m2/dia e o

coeficiente de armazenamento de 0,10 a 0,002 (Silva et al. 1994).

2.4.5 - Sistema aqüífero cristalino

Corresponde aos complexos metamórficos, que apesar das diferenças estruturais, constituem

sistemas aqüíferos similares. Os poços possuem, em geral, produtividade baixa a muito baixa, sendo

que a alta produtividade está normalmente relacionada ao sistema de fraturas ou à boa interconexão

com fontes de recarga superficial.

O Complexo Metamórfico Bação, foco desta pesquisa, é constituído pelo aqüífero fissural na

rocha sã e alterada e pelo aqüífero poroso da porção saturada do regolito. Em analogia com regiões de

geologia semelhante, tem-se que a porção subjacente, condicionada pelas fraturas, apresenta

normalmente maiores valores de condutividade e coeficientes de armazenamento menores que a

porção sotoposta, que constitui o aqüífero granular local (Deere & Patton 1971, IBRAM 2003) (vide

item 3.7.2). O aqüífero fissural pode ser considerado como heterogêneo, anisotrópico, com espessura

variável, mas geralmente com baixa produtividade. A profundidade das captações dos poços tubulares

varia entre 80 e 100m, sendo a vazão específica da ordem de 0,300 m3/h/m (Golder Associates 2001).

Para a região de Cachoeira do Campo, Cruz (1995) encontrou grande variação na vazão específica, de

0,0252 a 0,648 m3/h/m , variação freqüente em aqüíferos fraturados. Os poços tubulares profundos nos

aqüíferos fraturados nesta unidade (CMB) apresentam vazões inferiores a 4 m3/h, o que, segundo

Golder Associates (2001), o caracteriza como baixo potencial hídrico. Silva et al. (1994) citam valores

de transmissividade de 25m2/dia. Para esta mesma região, Fernandes (1990) encontrou dois padrões de

fraturas: N30-40E e N40-50W. Dados de vazão de poços perfurados ao longo do segundo padrão,

indicariam que estas fraturas seriam melhores condutoras de água subterrânea.


15

2.4.6 - Sistema aqüífero superficial

Formado pelo regolito, constituem os aqüíferos superficiais do QF, de caráter granular livre e

permeabilidade e armazenamento variáveis (ver item 3.7.2). Este sistema tem grande importância ao

promover a conexão entre a superfície e os aqüíferos profundos subjacentes, facilitando sua recarga

(Bacellar 2000, Sobreiro Neto et al. 2001, Golder Associates 2001, IBRAM 2003). São fortemente

influenciados pelas condições climáticas e, conseqüentemente, possuem pronunciada variação sazonal

de vazões, diferentemente dos aqüíferos supracitados (Rubio et al. 1997, Amorim et al. 1999).

Nas unidades supracrustais (SgRV e SgM), em geral formada por rochas menos

intemperizáveis, este sistema aqüífero é normalmente menos desenvolvido.

Nos terrenos granito-gnáissicos do QF, o clima úmido no passado geológico recente

possibilitou a formação de espesso regolito, que constitui o aqüífero granular superficial local. Este,

muitas vezes, funciona como aquitarde dos aqüíferos fraturados subjacentes (Sobreiro Neto et al.

2001, IBRAM 2003), uma vez que tem alta capacidade de armazenamento mas menor capacidade de

transmitir a água que a rocha alterada (Deere & Patton 1971, IBRAM 2003) (vide item 3.7.2).

Pesquisas desenvolvidas em terrenos similares (cristalinos) na África constataram que a

espessura do regolito é o principal fator na produção de poços tubulares profundos (Chilton & Foster

1995), evidenciando quão importante pode ser este sistema na produção de água de uma bacia.

Similarmente, em região de embasamento na zona da mata mineira, Gonçalves (2001) justificou altos

valores no armazenamento, não condizentes com sistema fissurado, pela presença de regolito espesso.

2.5 - IMPACTOS SOBRE OS RECURSOS HÍDRICOS NO QF

A utilização da água subterrânea no QF (região do Alto rio das Velhas) data do período

colonial, com as captações d’água para abastecimento de vilas e para os processos de lavagem do

ouro. Nos últimos anos, a demanda se intensificou frente à crescente urbanização, ao desenvolvimento

industrial e à concentração de atividade minerárias. Porém, a intensa utilização e ocupação do solo têm

levado ao comprometimento crescente da disponibilidade da água. O desmatamento, a compactação

do solo (em trilhas, estradas etc) e conseqüente impermeabilização tem levado ao aumento do

escoamento superficial em detrimento da infiltração. Têm-se desencadeado processos erosivos, tanto

na forma laminar como voçorocas de grandes dimensões, as quais liberam significativas quantidades

de sedimentos que assoreiam drenagem, além da própria perda de parte do aqüífero superficial. Cita-se

ainda drenagem de várzea e outras atividades as quais reconhecidamente causam impactos aos


16

recursos hídricos. Por tais razões, a preocupação em relação à quantidade e qualidade dos recursos

hídricos tornou-se eminente.

Outra questão a ser considerada é que parte das unidades de alto potencial hidrogeológico

coincide com os depósitos minerais de interesse econômico, em particular as jazidas de ferro, que são

as mais expressivas na região do QF (e.g. Rubio et al. 1997, Coppedê Jr. & Boechat 2002). Neste

contexto, surge então o questionamento em relação aos impactos que as atividades minerárias

poderiam causar sobre o sistema hídrico.

A partir da década de 80, as cavas das principais minas de ferro do QF atingiram o lençol

freático (Silva et al. 1994) e, para permitir a continuidade das atividades de lavra, procedeu-se o

rebaixamento do nível d’água a partir do bombeamento de poços tubulares profundos. Com o

desaguamento das minas, forma-se um cone de rebaixamento e as fontes de água por ele atingidas

terão suas vazões diminuídas (Bertachini 1994, Moraes 2002). Algumas destas fontes, com a

finalização do bombeamento, terão suas vazões recuperadas, embora possa levar anos e não alcançar

seu volume inicial (Bertachini et al. 2004, Sobreiro Neto et al. 2001).

CAPÍTULO 3

FLUXOS HÍDRICOS E VARIÁVEIS DO REGIME HIDROLÓGICO

O regime hidrológico de um rio é reflexo da interação de processos naturais complexos

atuantes em superfície e subsuperfície (Custodio & Llamas 1976, Smakhtin 2001), estando ainda

sujeito a variações em conseqüência das atividades antrópicas (Lima 1986, Luk et al. 1997, Costa &

Bacellar 2003, Costa & Bacellar 2005). Cada bacia de drenagem pode ser dominada por um processo

particular, conforme o clima prevalecente e suas características físicas, em especial a geologia

(Moldan & Cerný 1994).

Previamente às discussões a respeito dos fluxos hídricos e das variáveis que interferem no

regime hidrológico, serão feitas algumas considerações a respeito da escala e sua possível influência

na resposta hidrológica.

3.1 - CONCEITO DE MICROBACIA

A classificação de uma bacia a partir de seu tamanho é questionável. Não existe um

enquadramento baseado em dimensões pré-estabelecidas, embora alguns autores definam como

microbacias aquelas cuja área não ultrapassam 5km2 (Moldan & Cerný 1994). Muitas vezes, o

conceito de bacia grande e pequena é fundamentado nos fatores dominantes na produção do deflúvio,

existindo na literatura várias tentativas de definição. Em geral, considera-se microbacias aquelas que

respondem mais sensivelmente à intensidade da chuva e ao uso e ocupação do solo; e as bacias

maiores aquelas em que estes dois fatores perdem importância frente às características da rede de

drenagem, como, por exemplo, a capacidade de armazenamento ao longo dos canais (e.g. Lima &

Zakia 2000).

Neste trabalho considera-se microbacias aquelas constituídas preferencialmente por drenagens

de 1a e 2a ordem (classificação de Strahler), com áreas de até aproximadamente 1km2 e relativamente

homogêneas.

Atualmente, microbacias experimentais têm sido amplamente utilizadas em estudos

hidrológicos/hidrogeológicos em vários países. Estas, quando instrumentadas, constituem verdadeiros

laboratórios naturais (e.g. Moldan & Cerný 1994).

Na tabela 3.1 apresenta-se uma breve comparação das diferenças apresentadas entre as duas

escalas de bacias em estudos hidrológicos/hidrogeológicos.


18

Tabela 3.1 – Comparação entre bacias de drenagem em diferentes escalas considerando aspectos do comportamento do fluxo

Microbacia Bacias maiores

Vazão no exutório

A vazão no exutório é representativa da vazão a montante

A vazão no exutório pode não ser representativa das condições à montante (Langbein 1938, Snyder 1939) por receber água de várias partes e os fatores que causam variações nunca afetam por igual toda a bacia (Custodio & Llamas 1976)

Controle das condições na área da bacia

Tem-se amplo controle sobre as condições encontradas à montante, como barragens, retiradas d’água e outras que podem interferir na vazão

Quanto maior a bacia, mais difícil é controlar a presença de estruturas que podem interferir no volume do fluxo

Homogeneidade das características

Consegue-se com maior facilidade definir microbacias homogêneas.

Com a amplitude areal, aumentam-se as possibilidades de variações nas características físicas.

Tempo de concentração

Baixo

Alto

Fluxos

Em geral, não apresenta fluxos regionais mais profundos.

Há maiores possibilidades de se detectar fluxos hídricos profundos

Hidrogeoquímica

Concentração iônica tende a ser baixa, uma vez que os fluxos tentem a ser mais rasos

Apresenta maiores concentrações iônicas, considerando que fluxos profundos apresentam maior tempo de residência

O chamado “efeito escala” ocorre quando a dimensão pode influenciar na resposta hidrológica.

Alguns parâmetros obtidos em escala de detalhe podem não refletir todas as características do

fenômeno hidrogeológico envolvido em escala regional. Por exemplo, grandes falhas geológicas

podem gerar efeitos distintos quando se trabalha em escala menor. O tempo de concentração de

eventos chuvosos também é altamente dependente da escala e da forma da bacia. Assim, quando se

almeja estimar o potencial hidrológico em bacias não monitoradas e/ou comparar bacias de drenagem,

deve-se buscar trabalhar com índices adimensionais (Zecharias & Brutsaert 1988, Lacey & Grayson

1998).

3.2 - RELAÇÕES ENTRE ÁGUA SUBTERRÂNEA E SUPERFICIAL

Em experimento realizado por Todd, um maciço poroso teve um dos seus lados posto em

contato com um recipiente onde o nível d’água era variável. Quando se aumentava o nível d’água,

parte se infiltrava no maciço provocando a recarga deste. Ao diminuir o fornecimento de água, parte

da água armazenada era liberada novamente para o recipiente (Castany 1971).


19

Esta simulação representa os processos de recarga e descarga do manto aluvial durante um

evento de chuva e expressa a interatividade entre os meios aquosos superficiais e subterrâneos. Em

especial nos casos de aqüífero não confinado, como ocorre na região estudada, estes dois meios estão

em interação dinâmica tanto em questões quantitativas quanto qualitativas. De fato, como definido por

Winter et al. (1998), “a água superficial e subterrânea são simplesmente duas manifestações de um só

recurso integrado”.

Dada esta conexão entre o meio aquoso superficial e subterrâneo, é possível inferir índices e

definir as características de um aqüífero através de parâmetros hidrológicos (Trainer & Watkins Jr.

1974, USAE 1999, Dewandel et al. 2003).

3.3 - ANÁLISE DE HIDROGRAMAS

Hidrograma (hidrógrafa ou fluviograma) é o gráfico da variação da vazão em função do tempo

(Q = f (t)), podendo a escala do tempo variar consideravelmente, representando, por exemplo, algumas

horas ou vários anos. Quando construído com médias mensais em um ano hidrológico é denominado

hidrograma anual.

Os hidrogramas podem ser divididos em três segmentos básicos (Figura 3.1). De fato, com um

evento chuvoso, a vazão tende a aumentar progressivamente em decorrência da geração do

escoamento superficial, definindo a curva de concentração (ou curva de acumulação) do hidrograma, a

partir do ponto A. A vazão máxima caracteriza o pico de cheia do hidrograma (ponto C), a partir da

qual o fluxo diminui com o término do período chuvoso, definindo então a curva de decaimento (ou

curva de depleção). Quando o escoamento superficial se encerra e todo o escoamento é teoricamente

proveniente dos aqüíferos (ponto B), a curva, que continua decrescendo porém mais sutilmente, recebe

o nome de curva de esgotamento ou curva de recessão (curva de depleção do escoamento de base).

Neste estágio, o fluxo é chamado de fluxo de base (Custodio & Llamas 1976).

O ponto B (início da recessão) é mais alto que o ponto de recessão antes da crescida (ponto A)

porque parte da precipitação se infiltrou causando a recarga do aqüífero. Porém, as recessões antes e

depois apresentam, teoricamente, inclinações iguais em gráficos semi-logarítimicos. A forma da curva

de concentração depende das condições da precipitação e de características da bacia. Já a curva de

decaimento, que representa o fluxo de água após o término da precipitação, terá sua forma em função

principalmente das características físicas da bacia (Castany 1971, Mello et al. 1994).


20

Cur

va d

e co

ncen

t raç

ão

Curva de

decaimento

Curva de recessão

tempo

A

Q

tempo

B

C

Figura 3.1 - Hidrograma tipo com os três segmentos básicos (Modificada de Custodio & Llamas 1976).

A vazão é uma função das características da precipitação e suas interações com os atributos

físicos e bióticos do meio. Assim, cada bacia apresentará um hidrograma de formato singular

conforme suas peculiaridades, mesmo para idênticos eventos de chuva. Como descrito por Custodio &

Llamas (1976), hidrograma é uma “expressão das características físicas e climáticas que governam as

relações entre precipitação e o escoamento em uma bacia”. É importante observar que tal afirmativa

vale apenas para fluxos não regularizados, pois nestes casos o hidrograma não será reflexo das

condições naturais da bacia (Castany 1971).

A análise de hidrogramas possibilita interpretar várias singularidades da bacia. Entre os

índices que podem ser definidos e que tem potencial interesse para hidrogeologia e que serão

discutidos posteriormente tem-se: coeficiente de recessão, volume do fluxo de base e BFI (índice do

fluxo de base).

3.4 - COMPONENTES PRINCIPAIS DO FLUXO

O fluxo em um canal é constituído de três componentes principais com características distintas

e passíveis de individualização em operação de separação de hidrogramas: fluxo superficial, fluxo

subsuperficial e fluxo de base (Castany 1971, Fetter 1988, Moldan & Cerný 1994). Ressalta-se que,

em bacias formando um sistema isolado, sem aporte e saídas de água para bacias vizinhas, a vazão

medida no exutório da bacia é resultado do balanço de todos os fluxos ocorrentes em seu interior.


21

3.4.1 – Fluxo Superficial

O fluxo superficial (escoamento superficial direto ou runoff) representa a água que cai

diretamente nos canais e a que escoa superficialmente. Este componente do fluxo é importante em

especial durante e logo após os picos de chuva quando causa o aumento rápido da vazão,

caracterizando os picos de cheia nos hidrogramas.

Os mecanismos e caminhos pelos quais o fluxo é gerado a partir da chuva têm sido alvo de

vários estudos. Para que ocorra o fluxo 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. Após suprir estas demandas iniciais, a água pode fluir

como uma fina lâmina sobre a superfície do terreno, sendo este tipo de fluxo conhecido como Fluxo

Superficial Hortoniano (FSH) (Figura 3.2). Porém, mecanismos de geração deste tipo de fluxo não são

tão freqüentes na natureza, ocorrendo preferencialmente em superfícies pouco permeáveis (como

afloramento rochosos), em vertentes com solos pouco espessos e pouco vegetados ou ainda em regiões

áridas, especialmente após chuvas de grande intensidade. Em bacias muito degradadas, onde o solo se

encontra compactado e encrostado, o FSH também pode ser expressivo (Castany 1971, Chorley 1980,

Dunne 1980, Fetter 1988, Lima & Zakia 2000). Atualmente, sabe-se que grande parte do fluxo

superficial em bacias não degradadas provém do “Fluxo Superficial de Saturação” – FSSa (saturation

overland flow), que ocorre preferencialmente nos segmentos topograficamente mais baixos da

paisagem. Nestes locais, como o lençol freático normalmente é mais raso, o solo se satura rapidamente

com a elevação do lençol até a superfície, impedindo a infiltração. O fluxo superficial por saturação é

a soma das águas que então se exfiltram (fluxo de retorno) mais a precipitação que cai nesta área

saturada (Figura 3.2). As áreas potenciais para formação deste fluxo 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

cabeceiras, 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. Este fenômeno é conhecido como “área de contribuição variável de fluxo

superficial”, dinâmica no espaço e no tempo (Hewlett & Hibbert 1967 in Moldan e Cerný 1994,

Chorley 1980, Dunne 1980, Lima & Zakia 2000).

Portanto, o fluxo superficial em bacia de clima úmido é uma composição do fluxo hortoniano

e fluxo superficial de saturação, podendo haver contribuições ainda dos fluxos subsuperficiais mais

rápidos.


22

Tradicionalmente, considera-se que a água nova seja a fonte dominante do runoff. Modelos

mais recentes, utilizando-se da tecnologia dos traçadores, mostraram que a água velha é a que domina

a vazão imediatamente após o início das chuvas. Assim, o mecanismo de pistão, onde a água nova da

chuva “empurra” a água velha em direção ao canal, tem se mostrado correto (Moldan e Cerný 1994).

O escoamento superficial é função principalmente do tipo de precipitação (intensidade,

duração) e de características da bacia tais como: área, forma, relevo, permeabilidade e capacidade de

infiltração do solo, além da umidade antecedente do solo e de fatores antrópicos.

3.4.2 – Fluxo Subsuperficial

O fluxo subsuperficial ou hipodérmico (interflow ou throughflow) corresponde ao fluxo que

ocorre apenas nas camadas mais superficiais do solo, se restringindo à zona não saturada. Uma

condição para a geração deste tipo de fluxo é a existência de uma zona não saturada homogeneamente

permeável, onde a água percola verticalmente até encontrar uma camada subjacente menos permeável,

passando então a escoar lateralmente em direção ao canal (Figura 3.2). Este fluxo pode exfiltrar na

baixa encosta antes de chegar no rio (fluxo de retorno) que, somado à precipitação sobre a área

exfiltrante, constituirá o fluxo superficial de saturação. O fluxo hipodérmico 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).

3.4.3 – Fluxo de Base

O fluxo de base ou escoamento de base (baseflow) corresponde à descarga de água subterrânea

para o rio, ou seja, é a componente subterrânea do escoamento total. Hall em 1968 definiu fluxo de

base como a “porção do fluxo que vem da água subterrânea ou outras fontes atrasadas” (Lacey &

Grayson 1998) e, portanto, engloba tanto a água proveniente dos aqüíferos profundos, como também

os fluxos subsuperficiais mais lentos (Figura 3.2). Em épocas de chuva, o fluxo de base desempenha

papel secundário em relação ao escoamento superficial. Porém, vai se tornando predominante à

medida que se procede a diminuição da vazão até se tornar a única fonte que alimenta o rio em

períodos de estiagem. Em áreas úmidas, mesmo durante períodos de chuva, o fluxo de base constitui

um importante e, às vezes, dominante componente da vazão (Castany 1971, Zecharias & Brutsaert

1988).


23

A água subterrânea liberada como fluxo de base é meteórica em quase totalidade dos casos, ou

seja, corresponde à água de chuva infiltrada. A medida que ocorre infiltração, o lençol freático ascende

e como conseqüência, nas proximidades do rio, mais água subterrânea é liberada. O volume do fluxo

de base é diretamente proporcional ao gradiente hidráulico em direção ao rio (Fetter 1988) e ocorre

quando a superfície potenciométrica (ou nível do lençol freático) encontra-se acima do nível do canal

(USAE 1999), situação que caracteriza o rio como efluente. Ao contrário, quando a carga hidráulica

do aqüífero é menor, têm-se rios influentes.

3

1

4

2 1 = Fluxo Superficial Hortoniano

2 = Fluxo Superficial por Saturação

3 = Fluxo Subsuperficial

4 = Fluxo de Base

Lençol Freático

PRINCIPAIS ROTASDE FLUXO DA ÁGUA

EM ENCOSTAS

Figura 3.2 - Rotas de fluxo em encostas (Modificado de Dunne (1980) e Chorley (1980)).

3.5 - ANÁLISE DO FLUXO DE BASE

A análise do fluxo de base pode ser extremamente útil na avaliação das reservas dos aqüíferos,

capacidade de armazenamento, estudo do regime de rios e gerenciamento de bacias hidrográficas uma

vez que representa a contribuição do aqüífero para o fluxo superficial, ou seja, a interação entre estes

dois meios.

3.5.1 - Recessão do fluxo de base

A recessão do fluxo de base refere-se à depleção da água subterrânea na ausência de recarga.

Corresponde à parte do hidrograma em que a vazão vem do escoamento básico. Indica a que taxas as

reservas de água subterrânea estão sendo liberadas para o rio e, assim, fornece informações a respeito

das condições do aqüífero (Castany 1971, Custodio & Llamas 1976, Fetter 1988, USAE 1999,

Smakhtin 2001).


24

Tomando-se por princípio que há uma relação linear entre a taxa de fluxo e a carga hidráulica,

a recessão obedecerá a uma equação exponencial, como a equação inicialmente proposta por

Boussinesq em 1877 (1). Trata-se de uma solução analítica aproximada onde foram assumidas várias

simplificações, entre elas: aqüífero poroso, não confinado, homogêneo e isotrópico com limite inferior

côncavo com uma profundidade b (Figura 3.3). Esta equação foi tratada por Maillet em 1905 por meio

de um modelo análogo mais simples e assim se tornou conhecida como “Fórmula de Maillet”. Porém,

sabe-se que a recessão muitas vezes decresce seguindo uma equação quadrática, devido a não

linearidade da taxa de fluxo subterrâneo com a carga hidráulica, sobretudo nos estágios iniciais de

recessão (Dewandel et al. 2003). Contudo, a equação exponencial de Maillet (1) tem sido mais

utilizada por ajustar relativamente bem às recessões e por sua maior simplicidade quanto ao tratamento

matemático, mesmo fornecendo melhores resultados para os períodos finais de recessão (Custodio &

Llama 1976, Nathan & McMahon 1990, Mwakalila et al. 2002, Dewandel et al. 2003).

t

ot eQQα−

= (1)

Onde: Qt (m3/s) = vazão no tempo t

Qo (m3/s) = vazão no início da recessão

α = coeficiente de recessão (ou coeficiente de esgotamento)

t = tempo (dias) desde o início da recessão

e = base do logaritmo neperiano = 2,71828

Camada impermeável

b

h (x,t)

KS

L

Q (t)

Legenda

Q (t) = vazão no tempo tK = condutividade hidráulicaS = coeficiente de armazenamentoL = largura do aquíferob = profundidade do aquífero h (x,t) = carga hidráulica

Figura 3.3 = Modelo conceitual proposto por Boussinesq em 1877 para descrever taxas de fluxo de aqüíferos (Modificado de Dewandel et al. 2003)

Por meio de modelos que simulam aqüíferos naturais, Dewandel et al. (2003) demonstraram

que a fórmula de Maillet (1) pode subestimar o volume do aqüífero; mas em alguns casos, inclusive

mais realistas, o comportamento dos aqüíferos obedece bem a esta equação.


25

O coeficiente de recessão (α) é expressado em dias-1 e corresponde à inclinação da curva de

recessão em gráfico semilogarítmico (figura 3.4). É um índice característico para cada bacia de

drenagem, sendo função principalmente da geologia, tipo de solo e geomorfologia (Castany 1971,

USAE 1999). A sua determinação é feita numericamente e, com maior precisão, usando-se a fórmula

abaixo, obtida a partir da equação (1) em forma logarítmica:

etQQt logloglog 0 α−= (2)

t

QQ t

4343,0

loglog 0 −

=α (3)

A

Q (

/s)

- es

cala

loga

rítm

ica

m3

Tempo (dias)

B

C

Coeficiente de recessão

E

QoRecessãodo aquífero

Qt

log e

Legenda

A

C

E

B

Pico de cheia

Início da curva de concentração

Ponto de inflexão

Fim do escoamento superficial (escoamento é mantido teoricamente apenas pelo fluxo de base)

Figura 3.4 – Determinação do coeficiente de recessão pelo método de Barnes (Modificado de Custodio & Llamas 1976)

Em muitos trabalhos (e.g. Anderson & Burt 1980), dá-se o nome de coeficiente de recessão

(ou fator de depleção) a variável adimensional simbolizada pela letra k, que corresponde a e-α. Desta

forma, a equação (1) assume a seguinte forma comumente encontrada na literatura:

t

t KQQ 0= (4)

3.5.2 – Separação do fluxo de base em hidrogramas

A quantificação da contribuição desta componente de fluxo para a vazão total pode ser feita a

partir de diversas técnicas de separação de hidrogramas, discutidas a seguir.


26

Entre as várias técnicas existentes, quase todas consideram apenas dois componentes do fluxo:

fluxo superficial e fluxo de base. Essa simplificação decorre do fato de ser praticamente impossível

determinar com precisão todas as rotas de fluxo numa bacia, já que os fluxos subsuperficiais mais

rápidos e mais lentos ocorrem muitas vezes simultaneamente e podem ser agrupados na separação de

hidrogramas ao fluxo superficial e de base, respectivamente. Portanto, são técnicas arbitrárias (e.g.

Smakhtin 2001), porém adequadas pela rapidez e boa reprodutibilidade dos resultados. Outra

dificuldade é estabelecer em hidrogramas o ponto a partir do qual não se tem mais fluxo superficial

(ponto B da figura 3.5).

As técnicas de separação de hidrogramas podem ser agrupadas em dois tipos: aquelas que

consideram que o fluxo de base responde a um evento de chuva simultaneamente com o escoamento

superficial (Figura 3.5 – caso 1) e aquelas que consideram o efeito atrasado do armazenamento nas

margens do canal (bank storage) (Figura 3.5 – caso 2). No segundo caso, enquanto o escoamento

superficial provoca o aumento da vazão, o fornecimento de água do aqüífero para o rio decai ou pode

até mesmo ter o sentido revertido e receber água da drenagem (tornar-se temporariamente influente).

Assim, somente após o pico de vazão, o fluxo de base volta a crescer (Castany 1971, Custodio &

Llamas 1976, Smakhtin 2001). Este tipo representaria mais fielmente bacias hidrográficas grandes,

com amplas planícies de inundação, motivo pelo qual não serão empregadas neste estudo.

tempo

A

log

Q

tempo

B

Caso 2

Caso 1

C

Fluxo superficial

Fluxo

de base

N

Figura 3.5 – Técnicas de separação de hidrogramas (Modificada de Custodio & Llamas 1976).

Algumas técnicas de separação de hidrogramas são muito simples e podem ser feitas

manualmente. Pode-se separar o fluxo de base traçando-se uma reta entre os pontos A (início da

subida do hidrograma) e B (origem da curva de esgotamento) (Figura 3.5 – caso 1). Há ainda o método

em que o tempo em dias (N) desde o pico do hidrograma até o fim da contribuição superficial (ponto

B) é estimado pela fórmula N = 0,827*área 0,2 (sendo a área em km2) (Figura 3.5) (Castany 1971,

Custodio & Llamas 1976, Fetter 1988).


27

O método dos gráficos semilogaritmos ou método de Barnes é freqüentemente utilizado, sendo

considerado o que fornece resultados mais próximos da realidade (Custodio & Llamas 1976, Nathan &

McMahon 1990). Baseia-se na linearidade da recessão quando esta é analisada com as vazões em

escala logarítmica. De fato, a equação (2) é a equação de uma reta (y = ax + b). 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 fluxo de base será representada por uma reta

cuja inclinação é –α log e (Figura 3.4). Posteriormente, prolonga-se esta reta em direção ao eixo das

ordenadas até a vertical que passa pelo ponto de inflexão E definindo o ponto F, que é então unido ao

ponto A (ponto de subida do hidrograma). A porção subjacente a esta linha definida corresponde ao

volume do fluxo de base (Figura 3.6). Neste método, o ponto B é obtido com maior precisão.

Repetindo-se este procedimento após a subtração do fluxo de base é teoricamente possível separar

também o fluxo subsuperficial do superficial (Custodio e Llamas 1976).

A

Q (

/s)

- es

cala

loga

rítm

ica

m3

Tempo (dias)

B

E

F

Fluxo de Base

Fluxo Super-ficial

C

log e

Figura 3.6 – Método gráfico de Barnes de separação das componentes do fluxo (Modificado de Custodio & Llamas 1976)

Estas técnicas manuais são subjetivas, já que os mesmos dados tratados por diferentes

analistas podem produzir diferentes valores de fluxo 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, já que permitem tratar grande quantidade de dados com relativa facilidade e maior

objetividade (Wahl & Wahl 1995). Porém, como nas técnicas manuais, nem sempre apresentam

resultados fisicamente confiáveis (Nathan & McMahon 1990).


28

Dentre as técnicas automatizadas, tem-se a “smoothed minima”, amplamente utilizada,

inclusive no programa “Hysep” do USGS. Neste, é identificado o menor valor de vazão a cada 5 dias

consecutivos. Cada valor mínimo é comparado com seus vizinhos mais próximos. Se 90% de uma

dada vazão mínima é menor que a vazão corresponde aos mínimos anterior e posterior, este é um

turning point. Turning points são pontos de inflexão que definem a separação entre o fluxo superficial

e fluxo de base. Eles são posteriormente ligados através de retas, definindo assim a porção

correspondente à contribuição do aqüífero para o rio (Nathan & McMahon 1990, Wahl & Wahl 1995).

Por meio destas técnicas de separação é possível determinar dois índices: o índice do fluxo de

base (BFI) e o fluxo de base específico (FBE).

O índice do fluxo de base (baseflow index – BFI) indica a proporção do fluxo total derivada do

fluxo de base (Institute of Hidrology 1980 in Lacey & Grayson 1998), ou seja:

BFI = volume do fluxo de base volume do fluxo total

Trata-se de um índice adimensional, considerado um bom indicador dos efeitos da geologia. Tem um

valor próximo de 1 para bacias com alta contribuição de água subterrânea chegando a 0 para rios

efêmeros (Smakhtin 2001).

O fluxo de base específico (FBE) nada mais é que o volume do fluxo de base num ano

hidrológico por área da bacia.

3.5.3 - Determinação do coeficiente de recessão (α)

A determinação do coeficiente de recessão pode ser feita graficamente, seguindo os princípios

do método de Barnes a partir da inclinação da curva de recessão ou, mais precisamente, através da

equação 3 (Figura 3.4) (Custodio & Llamas 1976). Em geral, essa técnica é aplicada à séries históricas

de vazão, o que possibilita definir a recessão média para a bacia em hidrogramas anuais.


29

Em regiões de clima úmido, as chuvas freqüentemente interrompem a recessão e o resultado

são vários segmentos curtos de recessão. Estes podem ser tratados por meio de curvas de recessão

mestra (CRM) definida pelo envelopamento de várias pequenas curvas de recessão individuais,

representando assim uma curva típica. Adicionalmente, tem-se que cada recessão, embora seja uma

função do aqüífero, apresentará variações conforme a condição momentânea do meio. Por exemplo,

quando o nível do lençol freático está elevado, a curva de recessão representada no hidrograma tende a

ser mais alta, não representando uma “verdadeira” recessão. Quando estas influências do meio se

esgotam, todas os segmentos de recessão tenderão para uma única curva: a curva de recessão mestra,

que teoricamente reflete as propriedades do aqüífero. Além de permitir a filtragem das interferências

do meio, a CRM permite a determinação do coeficiente de recessão para períodos pequenos de

monitoramento, embora, quanto mais dados existam, mais consistentes serão os resultados (Mello et

al. 1994, Tallaksen 1995).

A curva de recessão mestra pode ser determinada por vários métodos, sendo os mais

difundidos (e utilizados neste trabalho) o da correlação (Langbein 1938, Knisel Jr. 1963, Nathan &

McMahon 1990, Tallaksen 1995, Smakhtin 2001, Mello et al. 1994) e o matching strip (Snyder 1939,

Nathan & McMahon 1990, Mello et al. 1994, Tallaksen 1995).

3.5.3.1 - Método “Correlação” (Correlation method)

Langbein (1938) propôs o método da correlação na tentativa de obter a curva de recessão sem

influência de escoamento superficial. A partir de seqüências de vazão decrescente (períodos de

recessão aparente), a descarga de um dia (Qn) é plotada contra a descarga de um intervalo arbitrário de

t dias antes (Qn-t), conhecido como intervalo de atraso, em escala normal. Estas recessões individuais

geralmente constituem curvas que progressivamente tornam-se mais íngremes à medida que a vazão

diminui, com tendência a uma recessão comum: a curva de recessão mestra, que é então desenhada a

partir do envelopamento das curvas de inúmeras pequenas recessões (Nathan & McMahon 1990,

Tallaksen 1995, Smakhtin 2001).

Vários outros trabalhos, em especial em âmbito internacional, foram desenvolvidos a partir

deste método, com modificações e aprimoramentos (Nathan & McMahon 1990, Smakhtin 2001).

Quando a vazão de um dia (Qn) é plotada na ordenada e a de t dias antes (Qn-t) na abscissa, a própria

inclinação da curva de recessão mestra (Qn/Qn-t) elevada ao inverso do tempo de atraso (t) fornece a

constante K (Figura 3.7). De fato, substituindo na equação (4) Qt e Qo por Qn e Qn-t respectivamente,

tem-se:

t

tn

nt

t

Q

Q

Q

QK

11

0

=

=

−

(5)


30

Sendo K = e –α, determina-se o coeficiente de recessão pela expressão:

4343,0

log K−=α (6)

Para homogeneizar os resultados, Nathan & McMahon (1990) sugerem que K seja medida a

2/3 da vazão diária.

O intervalo de atraso t normalmente adotado varia de 1 a 5 dias (Smakhtin 2001), sendo

recomendável o maior valor possível (Nathan & McMahon 1990). Contudo, valores elevados de t,

dificultam a seleção de várias seqüências de vazão em estágio de recessão, razão pela qual emprega-se

freqüentemente t = 2.

Qn

Qn-t

Curva de recessãomestra (CRM)

Pequenas recessões que tendem à CRM

Figura 3.7 – Típica curva de recessão mestra (CRM) obtida pelo método Correlação (Modificado de Nathan & McMahon 1990)

3.5.3.2 – Método “Matching Strip”

Admitindo que nenhuma curva de recessão individual cobre por completo as variações da

descarga subterrânea, Snyder (1939) propôs a combinação de várias de curvas de recessão de

diferentes eventos definindo uma curva típica: a curva de recessão mestra (CRM). O coeficiente de

recessão calculado a partir desta curva principal seria mais próximo da realidade.

O método Matching Strip (ou método das Tiras de Papel, segundo Mello et al. 1994) consiste

em destacar, em um gráfico de logQ x t, todas as curvas de recessão existentes. Estas são então

ajustadas uma a uma, movimentando-se horizontalmente cada pequena recessão de forma que todas se

ajustem em uma única curva de tendência, que será a CRM (Figura 3.8) (Tallaksen 1995). O

coeficiente de recessão dado pela inclinação da CRM é então determinado pela equação de Barnes.


31

Tempo t (dias)


Curvas de recessão individuais que tendem à CRM

Log

Q (

/ s)

m3

Figura 3.8 – Típica curva de recessão mestra (CRM) obtida pelo método Matching Strip (Modificado de Nathan & McMahon 1990)

3.6 - DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS HIDRODINÂMICOS

Os parâmetros hidrodinâmicos dos aqüíferos podem ser obtidos diretamente a partir de ensaios

em poços ou, de forma indireta, utilizando-se dados hidrológicos e/ou hidroquímicos. Os métodos

indiretos baseiam-se na interconexão entre aqüíferos e drenagens superficiais e, a partir de

informações sobre o comportamento do fluxo de base, inferem-se índices que caracterizam as

condições do meio hídrico subterrâneo (tais como coeficiente de recessão e BFI), podendo-se inclusive

estimar parâmetros hidrodinâmicos, como transmissividade e armazenamento (Custodio & Llamas

1976, Feitosa & Manoel Filho 1997, USAE 1999, Dewandel et al. 2003).

Os métodos indiretos de caracterização hidrogeológica podem ser aplicados às bacias

hidrográficas estruturadas sobre aqüífero não confinado e que mantém conexão hidráulica com o rio.

Neste caso, o decaimento da taxa de fluxo do aqüífero pode ser modelado como uma função das

características do aqüífero baseado nas equações teóricas do fluxo subterrâneo. Várias simplificações

são assumidas e as equações, em geral, são restritas a aqüíferos homogêneos uniformes e isotrópicos,

(Rorabaugh 1960 in Trainer & Watkins Jr. 1974). Aplicações em bacias heterogêneas e em escala

regional são mais questionáveis (Castany 1971, Trainer & Watkins Jr. 1974, Custodio & Llamas 1976,

Feitosa & Manoel Filho 1997, USAE 1999, Dewandel et al. 2003).


32

A integração da curva de recessão (1) corresponde ao volume total armazenado no aqüífero no

instante to, na ausência de recarga ou perdas. Este volume representa a reserva renovável ou reserva

reguladora do aqüífero a montante do ponto de medida de vazão (Knisel Jr. 1963, Hall 1968 in

Moldan & Cerný 1994, Castany 1971, Custodio & Llamas 1976, Cruz 1995, Smakhtin 2001). (t = [s] e

Q [m3/s]). Assim, tem-se:

∫∞

=to

t dtQV

∫∞

−

=to

t dteQV α

0

α

0QV =

Como α normalmente é expresso em dias-1 e Q em m3/s, é necessária a seguinte correção:

α

86400*0QV = (7)

A determinação da reserva reguladora é fundamental nas políticas de gerenciamento dos

recursos hídricos, uma vez que indica o volume que pode ser explotado do aqüífero sem afetar o

balanço hídrico do sistema, ou seja, sem comprometer sua sustentabilidade. De acordo com Rebouças

et al. (1994), a disponibilidade explotável pode ser estimada em 25 a 50% do volume das reservas

renováveis.

Além do volume de armazenamento, a difusividade (T/S) e, por conseguinte, os índices

transmissividade (T) e coeficiente de armazenamento (S) também podem ser teoricamente estimados a

partir do coeficiente de recessão (α) seguindo os fundamentos de Rorabaugh. Assumindo um

comportamento linear para a recessão, como expresso pela equação exponencial de Maillet (1), α será

função de (Trainer & Watkins Jr. 1974, Custodio & Llamas 1976, USAE 1999, Dewandel et al. 2003):

2

2

4 LS

kb

y

πα = (8)

onde : k = condutividade hidráulica

Sy = porosidade efetiva (aqüíferos livres) ou coeficiente de armazenamento (aqüíferos confinados ou semi-confinados)

b = espessura saturada

L = distância da drenagem ao divisor topográfico


33

Ou seja, segundo Rorabaugh (1960, 1964 in Trainer & Watkins Jr. 1974), a inclinação da

curva de recessão, após da estabilização do nível d’água subseqüente a uma recarga, é proporcional a

difusividade (T/S). Assim, a partir do conhecimento do coeficiente de recessão e das dimensões do

aqüífero (espessura e largura), pode-se calcular a transmissividade se o coeficiente de armazenamento

for conhecido. Como T é uma propriedade que varia muito mais do que S, é prática rotineira assumir

um valor para este parâmetro (valor tabelado) e calcular a transmissividade.

Segundo Trainer & Watkins Jr. (1974), o valor da transmissividade assim estimado se

aproxima mais dos valores obtidos por meio de testes de bombeamento para aqüíferos mais

homogêneos com perfis de intemperismo pouco espessos. Salientam ainda que, normalmente, os testes

de bombeamento são feitos apenas em poços produtivos, ou seja, onde se têm rochas mais permeáveis,

o que leva a valores superestimados da transmissividade média do aqüífero. Por tais razões, os dados

hidrogeológicos obtidos a partir da análise da recessão são muito promissores, uma vez que

representam a descarga do aqüífero para o rio em toda a bacia de drenagem. Além disso, trata-se de

uma técnica potencialmente útil, em especial em áreas onde os dados de poços são escassos. Embora

se trate de um valor médio e, portanto, inadequado para estimar produção de um poço em particular,

fornece a baixos custos uma estimativa regional das condições do aqüífero.

3.7 - FATORES QUE INTERFEREM NO REGIME HIDROLÓGICO /

HIDROGEOLÓGICO

Os principais fatores que interferem no regime hidrológico/hidrogeológico e que definem a

proporção do fluxo total que provém do fluxo de base estão relacionados ao clima e às características

físicas da bacia, como geologia, geomorfologia, regolito e até condições de uso e ocupação. A

identificação da representatividade de cada fator no balanço hidrológico final é dificultada pela

sobreposição e reciprocidade dos processos atuantes (Castany 1971, Mello et al. 1994, Moldan &

Cerny 1994, Chilton & Foster 1995, Tallaksen 1995, Lacey & Grayson 1998, Mwakalila et al. 2002).

3.7.1 – Clima

A vazão está intimamente relacionada com o balanço precipitação-evapotranspiração,

apresentando uma relação de proporcionalidade. A precipitação participa ainda da definição do

potencial hídrico ao contribuir na evolução do perfil do solo, que tende a ser mais espesso em regiões

mais úmidas (Chorley 1980, Lacey & Grayson 1998).


34

Lacey & Grayson (1998) citam rochas sedimentares similares, localizadas em regiões

distintas, com grandes diferenças na capacidade específica, que seriam explicadas em termos da

profundidade do saprolito: em áreas com altas taxas de precipitação propiciou-se um manto de

intemperismo mais profundo, responsável pela alta produtividade.

Outros índices climáticos, tais como temperatura e ventos, também participam do balanço

hidrológico, influenciando principalmente a evapotranspiração.

Em bacias onde se tem o predomínio de gnaisse no nordeste de Minas Gerais, Peixoto et al.

(1982) encontraram coeficientes de recessão médio de 0,003 a 0,009 d-1. Estes autores citam trabalhos

em região com rochas semelhantes, porém em clima semi-árido, cujo valor médio do coeficiente de

recessão é de 0,064 d-1.

3.7.2 – Geologia

A geologia tem uma função relevante na definição do regime hidrológico e hidrogeológico

(e.g Custodio & Llamas 1976, Fetter 1988, Moldan & Cerný 1994).

Diretamente, a influência da geologia reflete-se no fato da água ser armazenada nas rochas

podendo ser posteriormente liberada aos rios como fluxo de base. Conforme as propriedades da rocha,

esta poderá armazenar e transmitir com maior ou menor eficiência, definindo-se assim a

potencialidade do aqüífero. Além da litologia, aspectos estruturais também podem ser decisivos na

definição das condições de fluxo. Por exemplo, as fraturas exercem papel relevante em função de sua

abertura, freqüência e grau de conexão (e.g Fetter 1988, Mello et al. 1994, Chilton & Foster 1995).

Outra influência está na formação do solo: diferentes tipos de rochas, sob a ação do clima,

vegetação e outros, tendem a originar diferentes tipos e espessuras de solo, cujas características são

decisivas no processo de recarga e até mesmo no armazenamento e, conseqüentemente, na produção

de água na bacia (Chorley 1980, Lacey & Grayson 1998). Chilton & Foster (1995) verificaram, em

aqüífero cristalino localizado na África, que a espessura saturada do regolito é o principal fator

controlador na produção de poços. Pode-se dizer que, com o aumento da espessura do regolito há uma

tendência de aumento no fluxo de base.


35

Adicionalmente, as compartimentações do perfil de intemperismo apresentam comportamento

hidráulico diferenciado. Considerando a compartimentação proposta por Deere & Patton (1971) em

rocha sã, rocha alterada, saprolito (ou horizonte C) e horizontes A e B, tem-se um maior coeficiente de

armazenamento (S) e uma menor condutividade hidráulica (K) no regolito (que engloba horizontes

A,B e C em elúvios e colúvios) em comparação com a rocha alterada (Deere & Patton 1971, Kellett &

Bauman 1994, Chilton & Foster 1995). O regolito se comportaria, portanto, como um aquitardo.

Contudo, há exceções, como no manto de alteração de quartzitos, que por ser arenoso apresenta maior

capacidade de transmitir água (Peixoto et al. 1982). A rocha sã tende a apresentar menores valores de

k e S (Chilton & Foster 1995).

O fluxo superficial apresenta relação inversa com a permeabilidade, ou seja, para terrenos com

litologia pouco permeável a água tenderá a escoar superficialmente gerando altos valores para a

relação vazão (Q) / precipitação (P), que é o coeficiente de fluxo. Castany (1971) cita valores de Q/P

de 0,91 e 0,77 para bacias constituídas exclusivamente por basaltos e bacias em rochas graníticas e

basálticas, respectivamente. Tem-se ainda que, quanto menos permeável uma região, maior sua

densidade de drenagem, e assim a geologia acaba por definir, de forma indireta, o padrão de drenagem

(Castany 1971).

Em termos de fluxo de base, a importância da geologia é ainda maior, como atestam vários

trabalhos (Trainer & Watkins Jr. 1974, Lacey & Grayson 1998, Smakhtin 2001). Winter et al. (1998)

reportam bacias em terrenos arenosos e com cascalho (altamente permeáveis) onde 90% da vazão

média anual foi derivada de água subterrânea, e valores de apenas 14% para bacias com rochas siltosas

e argilosas. Granito e basalto são as rochas que tendem a produzir altos valores de fluxo de base

(Mwakalila et al. 2002), assim como riodacitos e algumas rochas sedimentares (Lacey & Grayson

1998). Em síntese, bacias em rochas altamente fraturadas e solo permeável profundo, terão maior

fluxo de base.

Segundo Lacey & Grayson (1998), o conjunto geologia-vegetação nativa constitui um fator

importante na determinação do fluxo de base, agindo como um parâmetro que representaria a história

climática e o comportamento hidrológico de rochas e solos. Para estes autores, alguns parâmetros

topográficos adimensionais (tais como o slope index e porcentagem da bacia constituída por planície

de inundação), o estágio de crescimento da vegetação e o tamanho da bacia (para bacias de até 100

km2) não apresentam correlação direta com o fluxo de base. Em relação às condições climáticas, estas

teriam maior efeito sobre o BFI em longo prazo, com a chuva favorecendo a formação de camadas de

solo espessas.


36

Mwakalila et al. (2002) mostraram que entre os índices físicos por eles analisados, os que

apresentam melhor correlação com o BFI são: geologia, clima (correlação positiva) e densidade de

drenagem (inversamente proporcional).

Gonçalves (2001) definiu coeficientes de recessão médios de 0,003 e 0,005 para aqüíferos

fissurais na região leste da zona da mata mineira e no extremo noroeste do Rio de Janeiro. O primeiro

valor, que indica alta capacidade de armazenamento, é justificado pelo autor pela presença mais

expressiva de aqüíferos granulares compostos pelos depósitos aluvionais e manto de intemperismo.

3.7.3 - Geomorfologia

As características geomorfológicas de uma bacia também interferem nas condições de fluxo. A

inclinação do terreno influencia o processo de infiltração e conseqüentemente na produção do fluxo de

base e do deflúvio total. Em termos locais, as taxas de infiltração são baixas em encostas íngremes,

com solos pouco desenvolvidos. Em áreas “baixas”, como nas várzeas, terraços fluviais e

concavidades, onde pode ocorrer o fenômeno do fluxo superficial por saturação (item 4.4), as

condições de infiltração também podem ser limitadas.

Para Lacey & Grayson (1998), nas áreas de relevo mais alto predomina a recarga, em

contraposição às áreas mais baixas, onde ocorre preferencialmente a descarga do lençol.

A relevância do relevo para o regime de fluxo é tradicionalmente avaliada por meio de

diversos índices morfométricos, entre os quais se destacam:

» H = relevo da bacia (ou amplitude altimétrica) – corresponde à diferença entre a maior e

a menor cota topográfica da bacia (e.g. Lacey & Grayson 1998).

» Slope index = H/√área – refere-se ao grau de inclinação da bacia, sendo um índice

adimensional (e.g. Lacey & Grayson 1998).

» Densidade de drenagem – razão entre comprimento total da rede de canais e área da

bacia.

» Largura média da bacia – obtida, neste trabalho, por meio da média de três larguras ao

longo da bacia.


37

» Kc = índice de compacidade ou índice de Gravelius - refere-se à forma da bacia que,

assim como seu sistema de drenagem, sofre grande influencia da geologia. É definido

pela relação entre o perímetro da bacia hidrográfica e o perímetro de um círculo de igual

área. Considerando P e A, respectivamente, o perímetro e a área da bacia, pode-se

calcular este índice diretamente pela fórmula (Garcez 1974, Custodio & Llamas 1976)

A

PKc

28,0≈ (9)

Bacias com menores valores de Kc (próximo a 1) são mais circulares e assim mais

susceptíveis a enchentes, uma vez que tendem a concentrar mais rapidamente o

escoamento superficial (considerando apenas o efeito do fator forma).

Alguns trabalhos procuraram estabelecer qual seria a influência destes índices na geração de

fluxo de base. Zecharias & Brutsaert (1988) apontam como os controles geomorfológicos mais

importantes da descarga da água subterrânea os índices: densidade de drenagem, inclinação média da

bacia e comprimento da drenagem perene. Do mesmo modo, Mwakalila et al. (2002) concluíram que a

densidade de drenagem mantém uma relação inversamente proporcional com o BFI. Este resultado é

previsível uma vez que, quanto maior a densidade de drenagem, mais impermeável é a bacia e mais

rapidamente a água escoará por ter mais oportunidade (caminhos) para chegar ao canal principal e

deixar a bacia. Conseqüentemente, a bacia apresentará altos valores de fluxo superficial em detrimento

ao fluxo de base. Já Lacey & Grayson (1998) estudaram a influência de três parâmetros topográficos

adimensionais no fluxo de base: comprimento total da rede de canais / √área da bacia, que é o

equivalente adimensional de densidade de drenagem; slope index; e a fração da bacia constituída por

planície de inundação. Dentro dos domínios homogêneos por eles estudados, não foram encontradas

tendências entre estes índices e o fluxo de base.

3.7.4 – Cobertura Vegetal

A vegetação interfere diretamente na quantidade do escoamento superficial, no processo de

infiltração e nas taxas de evapotranspiração. O papel benéfico das florestas para os recursos hídricos se

baseia principalmente no fato da cobertura vegetal proteger o solo, contribuindo para a infiltração. Por

outro lado, o aumento da vegetação e, conseqüentemente, da transpiração resulta na diminuição da

produção de água, fato que tem sido demonstrado em vários estudos, entre eles o de Bosch & Hewlett

(1982), que chegaram a esta conclusão a partir de uma revisão de 94 bacias experimentais. Este efeito

é importante particularmente nas áreas de contribuição variável (vide item 3.4.1), onde a vegetação

com raízes profundas consegue explorar água diretamente da frente saturada que se encontra próxima

à superfície e assim atinge sua capacidade máxima de transpiração (Valente & Gomes 2005).


38

A vegetação pode até mesmo promover o rebaixamento do lençol freático raso devido à

evapotranspiração (Schilling et al. 2004), cujas variações podem ainda provocar diminuição da vazão

em microbacias ao longo do dia (Valente & Gomes 2005). A evapotranspiração pode afetar as curvas

de recessão, que em geral decaem mais rapidamente no verão (estação de crescimento das plantas) que

no inverno (estação de dormência das plantas) (Langbein 1938, Federer 1973, Tallaksen 1995,

Wittenberg & Sivapalan 1999). A redução da cobertura vegetal provoca um aumento no deflúvio da

bacia dependendo principalmente da espécie vegetal, do clima e da área de desmatamento (Lima

1986).

3.7.5 - Uso e ocupação do solo

As condições de circulação d’água estão fortemente relacionadas com o uso e ocupação do

solo. Cabe ressaltar que bacias totalmente preservadas, livres de qualquer modificação, são raras uma

vez que a interferência antrópica é cada vez mais intensa no mundo todo.

A compactação do solo por estradas, caminhos e sobrepastoreio destroe os agregados do solo,

reduzindo substancialmente as taxas de infiltração. O desmatamento e as queimadas reduzem o teor de

matéria orgânica dos horizontes superficiais do solo e instabilizam seus agregados, formando crostas e

também reduzindo a infiltração (Custodio & Llamas 1976, Resende et al. 1995).

O mau uso e ocupação do solo, por vezes, é citado como causador da diminuição da vazão em

rios, mesmo em regiões de altos índices pluviométricos (e.g Ren et al. 2002).

Em relação aos processos erosivos, as voçorocas apresentam altos coeficientes de fluxo

(vazão/precipitação), em especial quando totalmente expostas, sem cobertura vegetal (Luk et al.

1997). Estas feições são responsáveis ainda pela liberação de significativo volume de sedimento que

causam assoreamento de drenagens a jusante e, ao atingirem o lençol freático, causam um cone de

depressão, rebaixando o lençol freático no seu entorno. Portanto, são potencialmente modificadoras do

regime hidrológico local.

3.8 – EVOLUÇÃO QUÍMICA DAS ÁGUAS EM BACIAS HIDROGRÁFICAS

A composição química inicial da água na fase terrestre do ciclo hidrológico é definida pela

água da chuva, que é influenciada por fatores atmosféricos, como aerossóis, poeira, poluição e gases.

Trata-se de água com baixas concentrações, em geral 20 vezes menor que a concentração da água nos

rios.


39

Ao se infiltrar, tem sua composição modificada em função dos minerais com os quais entrará

em contato e dos diversos processos atuantes como adsorção, precipitação, troca-iônica, oxi-redução e

até processos biológicos (Custodio & Llamas 1976, Hem 1985, Fetter 1988, Moldan e Cerný 1994,

Hounslow 1995, Leite 2001). É possível, inclusive, deduzir os minerais-fontes a partir da análise da

água, como esquematizado por Hounslow (1995).

A água de drenagens superficiais, por constituir-se em parte por fluxo subterrâneo (fluxo de

base), também terá uma assinatura química relacionada com o ambiente local, incluindo o cenário

geológico. A água que escoa superficialmente não interage com o substrato, mas aquela que se infiltra

no solo, em geral, permanece tempo suficiente para que ocorram reações, conferindo-lhe uma

configuração que poderá ser realçada por concentração devido à evaporação, pela mistura com águas

profundas ou pela presença de rochas que liberam elementos facilmente (Hem 1985). O parâmetro em

questão é o tempo de residência, que será tanto maior quanto maior o percurso e menor a

permeabilidade do meio. Assim, em geral, águas de infiltração recente são pouco mineralizadas e as

águas mais profundas (águas de circulação regional), contêm mais sais e tendem a ir se saturando

(Custodio & Llamas 1976). Pode-se, portanto, esperar que quanto maior a salinidade, mais profundo é

o fluxo em questão.

E, como o fluxo de base é a componente principal do deflúvio na época de seca (quando a

vazão é baixa), a concentração de sais em uma drenagem tenderá a ser inversamente proporcional à

vazão. Contudo, é comum o acúmulo de elementos no perfil de solo durante a estação seca, que são

lavados com as primeiras chuvas pelo efeito “pistão”, provocando altas concentrações nas primeiras

enchentes. Com a continuidade da estação chuvosa, há uma tendência de diluição progressiva. Via de

regra, se a composição e concentração química da água de um rio varia significativamente com a

vazão, a principal contribuição é superficial. Mas se a composição mantém um determinado padrão

para valores extremos de deflúvio, o aporte principal é o escoamento subterrâneo profundo (Custodio

& Llamas 1976). A distinção entre a contribuição química dos fluxos de base e superficial não é

simples, considerando principalmente que estes variam com o tempo (Hem 1985).

Os principais íons presentes na maioria das águas naturais são Na+, K+, Ca2+, Mg2+, SO42-,

HCO3-, e Cl-. São denominados íons fundamentais (ou íons maiores), perfazendo quase sempre a

totalidade dos constituintes da água (Custodio & Llamas 1976, Hem 1985, Fetter 1988).


40

A composição química da água natural está, de fato, fortemente relacionada com meio

litológico no qual circula. Ressalta-se ainda que pequenas particularidades, como veios, podem ser

desproporcionalmente importantes nos processos geoquímicos. Mas nesta inter-relação intervêm

diversos outros fatores (Custodio & Llamas 1976, Hem 1985, Moldan & Cerný 1994). Além da

composição da rocha em si, têm-se o tamanho e arranjo dos cristais, a porosidade e o grau de

fraturamento que definem a área de contato, ou seja, a área exposta ao ataque químico. As condições

físico-químicas do meio, como pressão, temperatura, pH e Eh, e até condições biológicas controlam

certas reações e, assim, interferem diretamente na assinatura química de determinada água. A própria

composição da chuva em si é variável tanto espacialmente quanto temporalmente (Hem 1985). Outro

fator importante é o clima, uma vez que os processos intempéricos que liberam íons são fortemente

influenciados pela temperatura e precipitação. Freqüentemente são citadas variações na salinidade da

água em anos com diferentes taxas de pluviosidade (Custodio & Llamas 1976, Hem 1985, Bertachini

1988). A água da chuva propicia a renovação dos elementos ao solubilizar e carrear os produtos, e a

evaporação contribui para o aumento da concentração iônica. Assim, deve-se considerar as diferenças

no produto e na taxa de intemperismo de litologias similares expostas às condições climáticas

distintas. Há ainda fatores que influenciam indiretamente a qualidade da água, como o relevo, uma vez

que em áreas mais planas a circulação é mais lenta, permitindo maior tempo de contato entre água e

rocha (Custodio & Llamas 1976). A cobertura vegetal também interfere pela constante troca de

nutrientes entre plantas, solo e água (Moldan & Cerný 1994, Lima & Zakia 2000), embora esta

interferência seja mais pronunciada nos fluxos de chuva (Leite 2001).

Considerando a intensa utilização dos recursos naturais pelo homem, pode-se também definir

como um modificador da química da água as formas de uso e ocupação do solo, causando inclusive a

poluição (e.g. Moldan & Cerný 1994).

CAPÍTULO 4

METODOLOGIA

As etapas desenvolvidas ao longo do trabalho estão sintetizadas no fluxograma metodológico

(figura 4.1) e descritas a seguir:

4.1 - ETAPA 1: AQUISIÇÃO DOS DADOS BÁSICOS

A parte inicial do trabalho consistiu no levantamento e compilação de bibliografia relacionada

com o tema, em especial as referentes à: técnicas de medição de vazão em pequenas drenagens;

métodos de determinação de coeficientes de recessão em hidrogramas e de determinação indireta da

transmissividade e do coeficiente de armazenamento; quantificação do fluxo de base;

hidrogeoquímica; potencial hidrológico/hidrogeológico de bacias; hidrogeologia do Complexo

Metamórfico Bação. Embora esta tarefa tenha tido maior ênfase na fase inicial, durante todo o trabalho

recorreu-se às informações técnicas à medida que surgia necessidade.

O acervo cartográfico/fotográfico utilizado constou de:

• mapas topográficos nas escalas de 1/50.000 e 1/25.000 (SGE /IGA – 1981)

• fotografias aéreas na escala de 1/30.000 (CEMIG – 1986) e fotografias aéreas coloridas

nas escalas 1/15.000 (NEPUT - 2003)

• ortofotos na escala de 1/10.000 (CEMIG – 1986)

• mapa geológico nas escala de 1/25.000 (USGS/DNPM – 1969)

• mapa geológico nas escalas de 1/100.000 (Projeto Rio das Velhas, DNPM/CPRM – 1996)

• mapas geológicos na escala 1/10.000, produzidos durante o Trabalho de Graduação (TG)

de alunos da Engenharia Geológica da UFOP. Estes foram posteriormente integrados e

utilizados na pré-seleção de microbacias de drenagem.


42

Figura 4.1 – Fluxograma metodológico do desenvolvimento da pesquisa.

METODOLOGIA

DEFINIÇÃO DAS BACIAS PARA ESTUDO

Pré-seleção de microbacias na região do CMB, com

características definidas

Levantamento de bacias na região do Quadrilátero Ferrífero com dados

hidrológicos históricos

Verificação da viabilidade de instrumentação

Análise da geologia das bacias levantadas

Seleção de 6 bacias

AQUISIÇÃO DE DADOS BÁSICOS

Levantamento e compilação bibliográfica

Aquisição de mapas, fotos aéreas e ortofotos. Integração do mapa geológico do CMB a

partir dos mapas do TG.

Dados hidrológicos

Seleção de 10 microbacias diferenciáveis em termos de geologia, geomorfologia e uso e ocupação do solo.

Caracterização física de detalhe

de cada microbacia, com elaboração dos

respectivos mapas.

TRATAMENTO DOS DADOS Elaboração de hietograma e

hidrogramas Dados hidroquímicos

INTEGRAÇÃO/ INTERPRETAÇÃO DOS

DADOS E CONCLUSÕES

Verificação da influência dos fatores analisados no

comportamento hidrológico/hidrogeológico

Determinação de parâmetros hidrogeológicos: vazão

específica, coeficiente de recessão, fluxo de base, BFI

Monitoramento de vazão e pluviosidade das microbacias.

Determinação in situ: pH, Eh, TDS, T e CE. Determinação dos elementos químicos em

laboratório

Calibração pelo método

volumétrico

Verificação de tendências e determinação de razões iônicas. Verificação de

relação entre hidroquímica, geologia e condições do

fluxo

Determinação indireta de índices hidrogeológicos

Aplicação de metodologias

“matching

strip” “correlação” e

“smoothed

mínima”

OBTENÇÃO DOS DADOS

MONITORAMENTO DOS DADOS NAS MICROBACIAS

Levantamento de séries fluviométricas no banco de dados da ANA, COPASA,

CEMIG, IGAM

Instrumentação das microbacias: construção e instalação de vertedores e

pluviômetros

Dados hidroquímicos

Cruzamento de dados


43

4.2 - ETAPA 2: SELEÇÃO DAS BACIAS E MICROBACIAS

Para definir as microbacias a serem instrumentadas, primeiramente procedeu-se uma pré-

seleção. Fez-se o cruzamento de mapas geológico, geomorfológico e de focos erosivos e, ainda,

fotointerpretações e análises de ortofotos, individualizando-se microbacias com potencial frente ao

objetivo proposto. Ou seja, foram pré-selecionadas várias microbacias com características físicas

aproximadamente homogêneas e diferenciáveis entre si pela geologia, geomorfologia ou estado de

preservação (em especial pela presença de voçorocas). A principal dificuldade inicialmente prevista

seria a demarcação de bacias com uma só litologia ou característica geomorfológica, mas frente à

escala de trabalho adotada, foi possível um grande controle sobre esta questão. Em etapa subseqüente

foram feitas campanhas de campo para reconhecimento das microbacias e verificação da viabilidade

de instrumentação das drenagens. Grande parte das microbacias não apresentou condições adequadas

para o monitoramento. Esta questão será discutida em detalhe no capítulo 5, onde serão apresentados

os critérios considerados na escolha definitiva da área de estudo.

Nas microbacias selecionadas fez-se uma caracterização detalhada em termos de seus atributos

físicos e condições ambientais. Especificamente nesta caracterização final, usaram-se as seguintes

fontes de pesquisa, além de trabalhos de campo.

• O levantamento das unidades geológicas de cada microbacia baseou-se no mapa

originado da integração dos mapas geológicos na escala 1/10.000.

• A caracterização geomorfológica baseou-se no trabalho de Bacellar (2000),

realizado na Bacia do Rio Maracujá, que engloba todas as microbacias estudadas.

Adicionalmente, fez-se uma análise individual de cada microbacias, coletando-se

nos mapas topográficos, dados e índices morfométricos.

• No levantamento de microbacias na região que continham voçorocas foi utilizado

o “Mapa de focos erosivos no Complexo Metamórfico Bação” (Costa & Sobreira

2001).

• As condições de uso e ocupação do solo foram definidas com base em fotografias

aéreas coloridas (escala 1/15.000 – NEPUT 2003).

Foram levantadas também bacias de drenagem com séries históricas de dados hidrológicos,

localizadas no Quadrilátero Ferrífero, preferencialmente próximas ao Complexo Metamórfico Bação.

Seguindo estes quesitos, foram selecionadas 19 bacias de drenagem. Na próxima etapa foi feita a

caracterização geológica preliminar destas com base no mapa geológico do Projeto Rio das Velhas

(CPRM/DNPM 1996) e no mapa Dorr (1969) e selecionadas aquelas com características litológicas


44

menos variável possível. Nesta seleção, evitou-se também, na medida do possível, as bacias que

possuíam lagos ou represas detectáveis na escala trabalhada. Assim definiram-se seis bacias de

drenagem.

4.3 – ETAPA 3 - OBTENÇÃO DE DADOS DAS BACIAS

4.3.1 – Instrumentação das microbacias

As microbacias foram instrumentadas para obtenção dos dados de vazão e pluviosidade a

partir de vertedores e pluviômetros, respectivamente. Informações técnicas adicionais encontram-se no

anexo 1.

4.3.1.1 - Dados de chuva

Foi instalado, por aproximadamente 1 mês, um pluviógrafo na microbacia B5, porém,

infelizmente, não se conseguiu obter resultados confiáveis devido a problemas operacionais. Contudo,

frente aos objetivos propostos e levando-se em conta ainda o custo de um pluviômetro e um

pluviógrafo, concluiu-se que medidas a partir de pluviômetros seriam satisfatórias, uma vez que se

utilizariam dados diários de vazão e precipitação.

Foi instalado um pluviômetro em cada microbacia, contabilizando-se um total de 8 aparelhos.

Como as microbacias B3 e B3.1, assim como as B8 e B8.1, são contíguas, nestas utilizou-se apenas

um aparelho.

Os pluviômetros foram construídos utilizando-se material reciclável de baixo custo: uma haste

de madeira, uma garrafa pet e arames. Na parte superior da haste, fixada verticalmente no solo,

acoplou-se uma pequena base de madeira onde se apoiou a garrafa pet, amarrada com arame de forma

que pudesse ser retirada para efetuar a medida do volume acumulado por meio de uma proveta. As

hastes usadas neste trabalho têm 2m de altura, sendo que 0,5m foi cravado no solo e, assim, o

recipiente de captação acoplado ficou a cerca de 1,5m do chão (Figura 4.2). A garrafa pet foi cortada

em sua parte superior, constituindo assim um recipiente cilíndrico com abertura de diâmetro igual a

98,6 mm, correspondendo a uma área de captação de 76,32 cm2. A fim de diminuir a evaporação da

água captada e dificultar a queda de folhas, acoplou-se a própria parte superior da garrafa cortada

(parte afunilada) invertida sobre a parte cilíndrica, sem alterar o diâmetro da área de captação.


45

Vale ressaltar que na instalação dos pluviômetros foi certificado que nenhuma das

características físicas do meio (como obstáculos, árvores etc) interferia na trajetória das gotas de chuva

e, conseqüentemente, no seu registro. Para tal, o aparelho foi instalado a uma distância pelo menos

duas vezes a altura dos obstáculos presentes e a uma altura de cerca de 1,5m do solo para evitar os

respingos, conforme recomendações técnicas (Garcez 1974).

Figura 4.2 –Pluviômetros instalados nas microbacias B3 e B4 (Fotografado em maio/2003).

Os pluviômetros foram todos construídos seguindo os mesmos princípios, ou seja, de forma

padronizada. Assim, erros eventualmente existentes seriam comuns a todos, problema não

significativo, já que o principal interesse é comparar valores e não analisar sistematicamente a chuva.

4.3.1.2 - Dados de vazão

As dez microbacias instrumentadas possuem áreas relativamente pequenas (faixa de 1km2),

com deflúvios da ordem de menos de 1L/s até valores máximos de aproximadamente 70L/s. Como

seria conveniente obter dados diários de vazão, considerando-se as limitações e vantagens de cada

método (Neves 1982, Netto & Alvarez 1988, Porto 2001) (Anexo 1), conclui-se que o uso de

vertedores seria o mais adequado, uma vez que fornecem dados confiáveis para o intervalo de vazões

esperadas, além de apresentar baixo custo (Figura 4.3). Tem-se ainda que a leitura em campo é muito

simples, consistindo em tomar a altura da lâmina d’água (h) em uma régua, o que poderia ser feito

com facilidade por monitores.


46

Para garantir a credibilidade dos dados, fizeram-se medidas pelo método volumétrico (vide

anexo 1 e Figura 4.4-A) ao longo do ano hidrológico, que possibilitaram a calibração dos dados (item

6.1.2).

Na maioria das microbacias, o vertedor foi instalado à montante do exutório na tentativa de

locar um ponto na drenagem que melhor atendesse as condições para sua instalação, em especial os

quesitos 2 e 5 , listados no anexo 1 (página 134).

Os vertedores usados neste trabalho são portáteis, construídos com chapas de aço galvanizado

de 4 a 6 mm de espessura, seguindo o modelo sugerido pelo USGS – United States Geological Survey

- (Figura 4.3) (Rantz 1982). A sua instalação é simples, sendo a chapa cravada diretamente nas

margens do canal, tendo para isso bordas laterais e inferiores prolongadas. Estas bordas foram afinadas

para facilitar a penetração no solo e na soleira foi feito um chanfro de 45º para facilitar a queda livre

da lâmina d’água. O volume do fluxo, por ser relativamente pequeno, foi insuficiente para causar

deformações nas chapas. Conforme as condições específicas de cada microbacia, em particular a

amplitude da vazão prevista, definiu-se o tipo e o dimensionamento de cada vertedor (Tabela 4.1),

cujos croquis encontram-se no anexo 2. Todos são de parede delgada, com contração lateral e lâmina

livre (Anexo 1).

Considerando que a lâmina d’água sofre um processo de contração vertical ao passar pelo

vertedor, a medida da carga hidráulica (h) deve ser tomada à montante da estrutura (Neves 1982,

Delmée 1983, Netto & Alvarez 1988, Porto 2001) (Anexo 1). Porém, diferentemente do normalmente

recomendado, nos vertedores instalados nas microbacias, as medidas da carga hidráulica foram

tomadas a partir de uma régua fixada na parte montante da própria chapa do vertedor, assim como nos

vertedores portáteis sugeridos pelo USGS (Rantz 1982) (Figura 4.4 - B). Nestas situações, pode-se

recorrer à fórmulas de ajuste como as propostas por Daker (1987), que fornecem valores de carga

corrigidos (H) a partir de valores tomados na placa do vertedor (h) (anexo 1). De qualquer maneira,

todos os valores de vazões foram calibrados, o que os torna confiáveis.

Inicialmente, a vazão da drenagem da microbacia B8 foi superestimada e o vertedor projetado

foi do tipo retangular. Neste, a carga hidráulica foi inferior ao limite mínimo estabelecido em normas

técnicas e o vertedor foi então adaptado para o tipo triangular. Na microbacia erodida B8.1, a grande

quantidade de sedimento proveniente da voçoroca, em especial nos eventos de chuva intensos,

arrancou a placa de metal algumas vezes. Esta foi recolocada o mais breve possível, porém sempre

resultando em períodos desprovidos de medida.


47

1 1

2 2

3

Figura 4.3 –Vertedores portáteis instalados nas microbacias: 1 = vertedor retangular na microbacia B1; 2 = vertedor trapezoidal Cipoletii na microbacia B3; e 3 = vertedor triangular na microbacia B2 (Fotografados em abril e maio/2003).


48

Tabela 4.1: Tipos de vertedores empregados nas microbacias

Microbacia Tipo de vertedor

B1 - Cór. Soledade (canal principal) trapezoidal-Cipoletti

B1.1 - Cór. Soledade (desvio) retangular

B2 - Barrero triangular (ângulo de abertura: 90º) *

B3 - Cór. Maracujá com voçoroca trapezoidal Cipoletti

B3.1 - Cór. Maracujá sem voçoroca trapezoidal Cipoletti

B4 - Cór. do Canal trapezoidal Cipoletti

B5 - CDB triangular (ângulo de abertura: 90º) **

B6 - Cór. Peixoto trapezoidal Cipoletti

B8 - Sg Minas - sem voçoroca triangular (ângulo de abertura: 60º)

B8.1 - Sg Minas - com voçoroca triangular (ângulo de abertura: 90º) **

* dimensões do modelo “pequeno” sugerido pela USGS (Rantz 1982) ** dimensões do modelo “grande” sugerido pela USGS (Rantz 1982)

Régua linimétrica

fixada na parte montante

do vertedor

BA

Figura 4.4 - A = Método volumétrico para determinação da vazão – microbacia B3. B = Régua para leitura da carga hidráulica fixada no próprio vertedor – microbacia B3 (Fotografados em setembro/2003).

4.3.2 - Levantamento dos dados das bacias com séries hidrológicas históricas

As vazões das bacias com séries hidrológicas históricas foram levantadas no banco de dados

da Agencia Nacional de Águas (ANA 2004) e, exclusivamente na bacia 41180000, obtidos na

publicação “Deflúvios Superficiais no Estado de Minas Gerais” (Cadastro Hidrosistemas) da

COPASA (1993), que continha a série fluviométrica mais extensa.


49

Os dados das bacias do Alto rio das Velhas e rio Maracujá foram adquiridos diretamente nas

empresas responsáveis pelo monitoramento, CEMIG-IGAM, que fazem as medições diárias desde

março de 2000.

4.4 - ETAPA 4: MONITORAMENTO DOS DADOS NAS MICROBACIAS

4.4.1 - Dados hidrológicos

A princípio, o monitoramento das microbacias foi proposto para ser efetuado simultaneamente

por um ano hidrológico. Porém, devido às dificuldades encontradas na seleção definitiva das áreas

(item 5.1.1), a instrumentação dos vertedores foi sendo implementada e o monitoramento iniciado à

medida que se conseguia selecionar cada microbacia. Essa seqüência de instrumentação foi utilizada

na nomeação das microbacias, de B1 até B8.1. As primeiras microbacias tiveram o monitoramento

iniciado em abril de 2003 e as últimas em julho do mesmo ano, mas todas monitoradas por um ano

hidrológico.

Os dados foram tomados por monitores (pessoas residentes próximo ao local) devidamente

treinados para medir o volume precipitado (v [mL]) e a carga hidráulica no vertedor (h [cm]). Foram

feitas visitas ao campo, inicialmente com maior freqüência, para conferir os dados e verificar a

assiduidade dos monitores.

No período de estiagem, as leituras da vazão nos vertedores foram tomadas duas vezes ao dia:

de manhã (por volta de 7:00h) e à tarde (aproximadamente 17:00h), com exceção das microbacias B5,

B8 e B8.1, que foram monitoradas apenas uma vez ao dia devido à restrição de disponibilidade por

parte dos monitores. Na estação chuvosa (dez/2003 a mar/2004) foram tomadas de 3 a 4

(eventualmente 2) medidas diárias em todas microbacias, com exceção para microbacia B5, onde foi

possível tomar 2 medidas diárias apenas nos meses de dezembro/2003 e janeiro/2004.

A pluviosidade foi medida diariamente sempre às 7:00h.

Os dados de pluviosidade e vazão foram anotados em planilhas específicas (anexo 3). No fim

de cada mês estas eram recolhidas e os valores transcritos para planilha Excel, eliminando-se erros

grosseiros de leitura para então serem trabalhados.


50

4.4.2 - Dados hidrogeoquímicos

O estudo hidrogeoquímico foi realizado como suporte na investigação do comportamento

hidrogeológico das microbacias de drenagem. Foram feitas oito campanhas de coleta, algumas

durante o período seco, quando o fluxo era mantido fundamentalmente por fonte subterrânea,

e outras no período das chuvas.

Utilizando-se do multiparâmetro portátil (Ultrameter - Myron L Company, modelo 6P), foram

tomadas medidas in situ de pH, Eh, condutividade elétrica (CE), sólidos totais dissolvidos (STD ou

TDS) e temperatura (Figura 4.5). Coletou-se 1L da água para análise em laboratório seguindo técnicas

padrões de amostragem, essencialmente fazendo-se ambiente no frasco e coletando-se água no meio

do canal no sentido contrário ao fluxo, atentando sempre para não deixar bolhas de ar no recipiente

(APHA/AWWA/ WPCF 1992).

Figura 4.5 – Multiparâmetro utilizado em campo para determinação dos parâmetros: T, CE, STD, Eh e pH –

microbacia B6 (Fotografia novembro/2003).

No laboratório as amostras foram filtradas a vácuo utilizando membrana de 0,45µm. Para

análise de metais, as mesmas foram acidificadas com ácido nítrico concentrado em pH menor que 2 e

preservada a 4ºC (APHA/AWWA/ WPCF 1992). As análises foram todas realizadas no Laboratório de

Geoquímica Ambiental (LGqA) do DEGEO/UFOP.

A técnica utilizada para determinação dos metais foi a de Espectrometria de Emissão Atômica

com Fonte Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-OES), marca SPECTRO/Modelo Cirus CCD. Os

procedimentos para a determinação dos principais ânions (sulfato, cloreto e alcalinidade) descritos em

POPs (Procedimento Operacional Padrão) seguem os princípios do “Standard Methods for the

Examination of Water and Wastewater” (APHA/AWWA/WPCF 1992). Na determinação da

alcalinidade, utilizou-se o Método Titulométrico, que permite detectar as espécies (OH-, HCO3-, CO3

2-


51

ou CO2) responsáveis pela mesma. O teor de cloreto foi determinado a partir do método de MÖHR

(titulação) e o sulfato pelo método Turbidimétrico (Figura 4.6).

A B C

Figura 4.6 – Determinação de A = alcalinidade; B = cloreto ; C = sulfato (Laboratório de Geoquímica Ambiental – LGqA – DEGEO/UFOP; novembro/2003).

Os resultados das análises foram verificados em relação a possíveis erros por meio do balanço

iônico (equação 10) e de relações típicas para águas naturais, considerando apenas os elementos

fundamentais. O balanço iônico é baseado no fato de que toda solução deve ser eletricamente neutra,

ou seja, a soma dos cátions (∑C) deve ser igual a soma dos ânions (∑A), em meq/L. Na prática,

ocorrem pequenas diferenças devido a erros acumulados e presença de íons menores (Custodio &

Llamas 1976). O limite de aceitabilidade do erro varia conforme a concentração iônica total e a

condutividade. De fato, a solução apresenta baixa condutividade quando possui baixa concentração

iônica, o que dificulta a detecção dos íons, e assim justifica erros maiores (Hem 1985, Hounslow

1995). Neste trabalho, utilizou-se a fórmula sugerida por Custodio & Llamas (1976), que estabelece

limites de aceitabilidade em função da condutividade:

100*)(5,0

)((%)

∑ ∑

∑ ∑+

−

=

AC

ACErro (10)

Tabela 4.2 – Erro admissível no balanço iônico, segundo Custodio & Llamas (1976)

Condutividade µS/cm 50 200 500 2000 >2000

Erro admissível (%) 30 10 8 4 4

Altos valores de erro podem ser devidos a: erro analítico ou de cálculo; presença de íons não

considerados no cálculo; águas pouco mineralizadas, ou mesmo, resultados não usuais (Hounslow

1995, Feitosa & Manoel Filho1997).


52

4.5 - ETAPA 5: TRATAMENTO DOS DADOS

A partir dos dados de precipitação e vazão já tratados, foram elaborados hietogramas e

hidrogramas para todas as bacias e microbacias e definidos vários índices.

Para as bacias com dados hidrológicos históricos, o coeficiente de recessão e o fluxo de base

foram determinados em hidrogramas semi-logaritmicos anuais, utilizando-se da equação de Barnes

(Custodio & Llamas 1976).

Os dados de vazão das microbacias foram trabalhados para obtenção do coeficiente de

recessão utilizando-se duas técnicas pouco adotadas em âmbito nacional, mas amplamente empregada

internacionalmente. Trata-se do “matching strip” e “correlation method” que permitem que a curva de

recessão seja obtida a partir de dados não tão extensos de vazão (Langbein 1938, Snyder 1939, Knisel

Jr. 1963, Nathan & McMahon 1990, Tallaksen 1995, Smakhtin 2001). A separação do fluxo de base

em hidrogramas das microbacias foi baseada na técnica smoothed minima (Nathan & McMahon 1990,

Wahl & Wahl 1995). Estas técnicas foram aplicadas também nas duas bacias com dados hidrológicos

históricos, Alto rio das Velhas e Maracujá.

A partir do fluxo de base definido em todas as bacias analisadas, determinou-se o índice de

fluxo de base (Baseflow index – BFI) e o fluxo de base específico (FBE).

Os valores de transmissividade foram obtidos indiretamente a partir do coeficiente de

recessão, seguindo metodologia sugerida por Trainer & Watkins Jr. (1974) e Dewandel et al. (2003).

Com os dados hidroquímicos, foram estabelecidas razões iônicas e construídos diagramas

visando a verificação de tendências. O comportamento hidroquímico de cada microbacia foi então

analisado considerando a geologia local e as condições de fluxo, em especial do fluxo de base.

Buscou-se também verificar a existência de relação entre a assinatura química e aumento da vazão no

período de chuvas.

4.6 - ETAPA 6: INTEGRAÇÃO/INTERPRETAÇÃO DOS DADOS E CONCLUSÕES

A partir do conhecimento das condições do fluxo das bacias e microbacias, promoveu-se a

análise comparativa entre as mesmas visando o estabelecimento da influência dos fatores analisados.

Entre as microbacias, pôde-se fazer o cruzamento das informações hidrológicas, hidrogeológicas e

hidroquímicas com suas propriedades geológicas, geomorfológicas e de uso e ocupação do solo, em

particular quanto à ocorrência de voçorocas. O efeito destas feições erosivas no comportamento

hídrico foi verificado pela comparação dos resultados obtidos do monitoramento das duas microbacias


53

conjugadas e semelhantes que se diferenciam apenas pela presença do fenômeno erosivo. Na análise

da influência da geologia no regime hídrico foram utilizadas as microbacias e também as bacias

maiores com períodos de monitoramento mais extensos.


54

CAPÍTULO 5

CARACTERIZAÇÃO DAS BACIAS DE DRENAGEM

Em acordo com os objetivos do trabalho foram definidos dois grupos de bacias de drenagem

para estudo:

» Microbacias instrumentadas e monitoradas durante esta pesquisa.

» Bacias de drenagem maiores com dados fluviométricos históricos.

5.1 – MICROBACIAS INSTRUMENTADAS

5.1.1 - Seleção das microbacias para monitoramento

As microbacias foram escolhidas em uma área que abrange o Complexo Metamórfico Bação e

adjacências. Os fatores avaliados na seleção estão entre aqueles considerados essenciais no

comportamento hídrico de uma bacia de drenagem: geologia, geomorfologia e o grau de degradação,

incluindo neste, processos erosivos e cobertura vegetal (Castany 1971, Custodio & Llamas 1976,

Fetter 1988, Moldan & Cerný 1994, Bacellar 2000, Lima & Zakia 2000).

Conforme exposto no capítulo 4, várias microbacias foram pré-selecionadas conforme

possuíssem particularidades condizentes com o objetivo do trabalho. Estas foram então analisadas para

averiguar se as condições eram adequadas para o monitoramento. Além de quesitos operacionais, foi

observado o grau de influência antrópica, evitando-se bacias muito perturbadas pelo homem, uma vez

que se busca o reflexo de condições naturais nos processos hidrológicos. Como exceção,

propositalmente foram escolhidas duas microbacias com voçoroca (B8.1 e B3). Neste sentido, as

principais questões observadas foram:

• A não-regularização da drenagem ou qualquer outro tipo de alteração artificial que

pudesse modificar o comportamento natural do fluxo. Para que os dados de vazão possam ser

usados como índices das condições hidrogeológicas locais, é necessário que estes sejam

conseqüências apenas de fatores naturais. Um canal que possui uma barragem, por exemplo,

apresentará um hidrograma de forma típica em conseqüência da regularização (Pinto et al.

1976).


56

• Microbacias com retiradas consideráveis de água, seja por poços tubulares ou por

captação diretamente no canal, também foram evitadas, considerando que na escala de

trabalho estas abstrações poderiam causar apreciáveis variações no deflúvio. Uma prática

relativamente comum na região é o desvio artificial dos canais. Os produtores rurais desviam

parte da água dos córregos, que passam a fluir por gravidade em canais artificialmente

construídos até desaguar em açudes ou rodas d’água de moinho. Tal alteração também é

indesejada frente à proposta do estudo.

• Em algumas microbacias pré-selecionadas foi constatada a prática de drenagem das

áreas de várzea: são escavados canais para drenar a área pantanosa e adequá-la para plantio

agrícola. Este tipo de interferência modifica a interação natural entre a água subterrânea, a

água da várzea (armazenada nas margens, planície de inundação e pântanos) e a água do rio,

podendo causar alterações no regime hídrico local (Winter et al. 1998). Um exemplo é a

redução da possibilidade do fluxo superficial de saturação (item 3.4.1), que ocorre

preferencialmente nas partes baixas, devido à subida do lençol freático na época das chuvas.

Pode ainda haver conseqüências em relação à dinâmica hidroquímica local (Hewlett &

Hibbert 1967 in Moldan & Cerný 1994).

• Algumas microbacias estavam localizadas próximas a povoados e sofriam os mais

diversos tipos de interferências, desde captações até impermeabilizações de áreas

consideráveis. São denominadas bacias urbanas e também não são indicadas para o estudo

proposto.

• E ainda, uma vez que se pretendia usar vertedores portáteis para determinar a vazão,

entre outras condições (vide anexo 1), era desejável que o canal: 1) tivesse paredes

relativamente altas, permitindo a instalação da placa e a formação do remanso à montante; e

2) possuísse trecho retilíneo para instalação do vertedor. Os córregos de algumas

microbacias pré-selecionadas encontravam-se intensamente assoreados e o canal nem sempre

era bem definido, não apresentando assim condições de monitoramento.

• Houve ainda outras dificuldades, como a não autorização do proprietário do terreno para

o monitoramento ou ausência de pessoas que morassem nas proximidades e se dispusessem a

monitorar.

Assim, várias microbacias pré-selecionadas não puderam ser monitoradas e, a princípio,

somente 10 foram instrumentadas. Cada microbacia recebeu uma numeração conforme foi sendo

definida (B1, B2, B3, B3.1, B4, B5, B6, B7, B8 e B8.1) e, para facilitar a identificação, cada uma foi

designada com nomes da drenagem local principal ou do povoado mais próximo (tabela 5.1).


57

O monitoramento da microbacia B7 teve que ser interrompido logo após iniciado o

monitoramento. Localizada nas margens do Córrego Holanda, constitui-se em sua maior parte por uma

voçoroca de porte considerável e em avançado estágio de evolução. Inicialmente, nesta microbacia foi

instalado um vertedor, e embora este instrumento não fosse o mais adequado para medições em canais

com grandes aportes de sedimentos (Custodio & LLamas 1976, Rantz 1982), esperava-se que alguns

ajustes viabilizassem o seu uso, como as alças fixas no vertedor para facilitar a limpeza periódica do

material assoreado (ABNT 1995) (Figura 5.1). Porém, ainda assim, o volume de sedimento carreado

após picos de chuva foi tal que chegou a arrancar várias vezes e amassar a placa de metal, tornando

impraticáveis as medições com um mínimo de acurácia. Decidiu-se então parar o monitoramento nesta

microbacia, considerando que o objetivo geral do trabalho não seria prejudicado, uma vez que se tem

outra microbacia com características semelhantes (microbacia B3, em região de gnaisse, com

voçoroca).

A B

Figura 5.1 – A = Vertedor instalado na microbacia B7, constituída em grande parte por uma voçoroca. Notar a expressiva quantidade de sedimento em suspensão e assoreamento à montante do vertedor. B = Canal da microbacia B7, assoreado em conseqüência da voçoroca. (Fotografado em outubro/2003).

As nove microbacias então definidas para o estudo foram detalhadamente caracterizadas,

(resumo na tabela 5.1).

A microbacia B1 possui uma peculiaridade. Seu córrego principal teve uma parcela do fluxo

desviada, e assim, a partir de certo ponto a água flui por dois canais aproximadamente paralelos,

dentro da mesma microbacia. Segundo moradores, este desvio foi feito há décadas. Como discutido no

início deste item, tal interferência pode alterar características hidrológicas locais. Porém, como nesta

microbacia o desvio é antigo e ocorre em um trecho relativamente pequeno quando comparado com o

tamanho da bacia, acredita-se que já se tenha estabelecido condições permanentes quanto ao fluxo

subterrâneo e assim decidiu-se monitorá-la, julgando não haver interferências significativas nos

resultados. Exclusivamente neste caso foi necessária a instalação de dois vertedores. Assim, o deflúvio

desta microbacia foi obtido a partir da soma da vazão medida nos dois vertedores. Por vezes o canal

principal é referido como B1 e o desvio como B1.1.


58

Em relação às microbacias conjugadas B3 e B3.1, é importante destacar que são contíguas e

independentes entre si, correspondendo a duas drenagens distintas. Possuem características muito

semelhantes, se diferenciando pela presença da feição erosiva. A microbacia B3 constitui-se em

grande parte (cerca de 40%) por uma voçoroca com dígitos bem desenvolvidos, responsáveis por

contínua produção de sedimentos, embora apresente alguns setores mais estáveis, inclusive com a

regeneração parcial da vegetação. Por outro lado, a microbacia B3.1 está totalmente livre de erosão em

canais, possuindo cerca de 60% em área de mata preservada. Desta forma, estas microbacias foram

monitoradas na expectativa de se detectar eventual comportamento hidrológico anômalo que seria

conseqüência direta da presença de feição erosiva, assim como quantificar o grau de influência desta

variável. Algo semelhante ocorre na microbacia B8.1, que se constitui em grande parte por uma

voçoroca, e na B8, que se encontra livre de processos de erosão acanalada (Figura 5.2) (Costa &

Bacellar 2005).

Tabela 5.1 – Síntese das características das microbacias monitoradas.

Microbacias Referência Área

(Km2) Geologia

predominante

Domínio Geomorfo-

lógico Erosão

Classe de degradação

Início do monitora-

mento

B 1 Cór.

Soledade 1,023 Gnaisse 2

sem voçoroca

preservada abr/03

B 2 Barrero 0,098 Gnaisse 2 sem

voçoroca preservada abr/03

B 3 Cór.

Maracujá 0,399

Gnaisse e granito

1B com

voçoroca muito

degradada mai/03

B 3.1 Cór.

Maracujá 0,146

Gnaisse e granito

1 B sem

voçoroca preservada mai/03

B 4 Cór. do Canal

0,861 Gnaisse 1B e 2 sem

voçoroca pouco

degradada mai/03

B 5 CDB 0,271 Gnaisse e

granito 3

sem voçoroca

preservada mai/03

B 6 Cór.

Peixoto 0,915

Gnaisse e outras

3 sem

voçoroca preservada mai/03

B 8 Sg Minas 0,178 Xistos e filitos

4A sem

voçoroca pouco

degradada jul/03

B 8.1 Sg Minas 0,091 Xistos e filitos

4A com

voçoroca muito

degradada jul/03


59

Figura 5.2 – Microbacia B8: sem processo erosivo atual instalado; Microbacia B8.1: com destaque para a

voçoroca presente (Fotografia de outubro/2003).

As nove microbacias instrumentadas localizam-se na bacia do rio Maracujá (BRM), entre os

meridianos 43º 37’ 30’’ e 44º 45’ 00’’ W e os paralelos 20º 14’ 30’’ e 20º 25’ 30’’ E (Figura 5.3),

estando distribuídas em uma região compreendida entre Ouro Preto e Itabirito, especificamente nos

distritos de Cachoeira do Campo, Amarantina e Glaura, integrantes do primeiro município. O acesso

se dá por vias secundárias a partir da rodovia BR356 (OP à Br040), desde as proximidades do Centro

Dom Bosco, em Cachoeira do Campo, até o trevo de acesso à mina de Capanema (CVRD). A região

possui razoável número de estradas vicinais que levam às áreas das microbacias. A tabela 5.2 contém a

localização precisa de cada microbacia, indicando o posicionamento em relação à rede de drenagem

local (rio Maracujá), assim como a identificação por coordenadas UTM dos locais de instalação do

vertedor. Por razões logísticas (conforme exposto no capítulo 4), na maioria das microbacias o

vertedor foi instalado à montante do exutório.


60

Mar acujá

C analdo

Córrego

B 3

0 2000m

Bacia do Alto rio das Velhas

Brasil

Rio S

ão F

ranc

isco

MG

Microbacias

DrenagensBacia do rio Maracujá

B 3.1

B 6

B 4

B 2

B 5

B1

B 8.1

B 8

B 7

Figura 5.3 – Localização das microbacias monitoradas

Tabela 5.2 – Localização das microbacias e dos pontos de instalação dos respectivos vertedores.

Micro bacia

Drenagem principal/Localização Ponto de instalação do vertedor (coordenadas UTM)

B1 Córrego Soledade: afluente esquerdo do Rio Maracujá, entre o córrego Holanda e rio da Prata. Porção central da BRM.

Vertedores do desvio e do canal principal próximos a UTM 7751240N – 636230E

B2 Sua drenagem deságua no rio da Prata, próximo à confluência deste com o Rio Maracujá. Localiza-se imediatamente a noroeste da microbacia B1, no povoado de Barreiro.

UTM 7751402N – 635396E

B3

B3.1

As drenagens destas duas microbacias se juntam para formar o último afluente esquerdo do Córrego Maracujá antes deste desaguar no rio Maracujá, na porção norte da bacia homônima

Vertedores imediatamente à montante da confluência destas duas drenagens: UTM 7757000N – 635540E

B4 É drenada pelo Córrego do Canal, tributário do Córrego dos Padres que deságua no rio Maracujá na porção nordeste da BRM.

UTM 7756748N – 639914E

B5 Afluente do rio Maracujá na parte sudeste da bacia. Está localizada nos terrenos do Centro Dom Bosco (CDB), no distrito de Cachoeira do Campo.

UTM 7746899N – 641472E

B6 Córrego do Peixoto, tributário direito do Rio Maracujá, na porção centro-leste da bacia homônima.

UTM 7752000N – 638734E

B8

B8.1

As microbacias B8 e B8.1 localizam-se na porção sul da BRM. São bacias contíguas, com drenagens independentes, que deságuam diretamente no rio Maracujá.

UTM 7744672N – 639438E


61

5.2 – BACIAS COM SÉRIES HISTÓRICAS

Quatro bacias com dados hidrológicos históricos (4115000, 41180000, 56631000 e 56632000)

possuem de 17 a 50 anos de monitoramento e áreas que variam de 31 a 302 km2 (tabela 5.3). Todas

pertencem ao Quadrilátero Ferrífero, estando duas na bacia do Alto rio das Velhas e duas na bacia do

rio Doce.

Adicionalmente, mais duas bacias com menos tempo de monitoramento foram selecionadas: a

bacia Alto rio das Velhas (41152000 - Fazenda Vertentes) e bacia do rio Maracujá (41163000 -

Fazenda Maracujá). Essas são monitoradas por uma parceria entre a CEMIG e o IGAM desde 2000, e

foram as únicas visitadas e com dados fornecidos diretamente pelas instituições responsáveis. São

bacias contíguas, situadas na cabeceira do Alto rio das Velhas (Figura 5.4). Cabe salientar que a bacia

referida como bacia do rio Maracujá não compreende a bacia inteira, uma vez que a estação de

monitoramento (linímetro) está localizada à montante de sua confluência com o rio das Velhas, como

pode ser facilmente observado na figura 5.4. Na Fazenda Maracujá está instalado um pluviógrafo,

cujos dados também foram analisados. O acesso a estas bacias se dá, partindo de Ouro Preto no

sentido Itabirito, pela rodovia BR356, até o trevo de acesso à mina de Capanema, a partir do qual

segue até as fazendas referidas.

Bacia do Alto rio das Velhas

Rio S

ão F

ranc

isco

MG

Bacia do rio Maracujá

Baciado Alto rio das Velhas(Faz. Vertentes)

A = Estação fluviométrica Fazenda Vertentes

B = Estação pluvio-fluviométrica Fazenda Maracujá

A

B

0 6 km

N

Figura 5.4 – Localização das duas bacias monitoradas pela parceria CEMIG/IGAM no rio das Velhas.


62

Tabela 5.3 – Localização, período de monitoramento e área das bacias com dados históricos.

Código Monitoramento Fonte

ANA COPASA Rio

Bacia Hidro-gráfica

Localização da estação Período total

(anos)

Área (km2)

41150000 -- rio Funil 20º 18’ 19’’ 43º 36’ 59’’

1956 a 1993

37 173,0

41180000 40 rio Itabira rio

das

Vel

has

20º 19’ 00’’ 43º 47’ 00’’

1939 a 1989

50 302,0

56631000 -- rio Conceição 20º 07’ 00’’ 43º 36’ 00’’

1938 a 1957

19 194,0

AN

A /

CO

PA

SA

56632000 ribeirão Caraça

rio

Doc

e

20º 05’ 00’’ 43º 29’ 00’’

1938 a 1955

17 31,0

41163000 -- rio Maracujá 20º 15’ 46’’ 43º 41’ 51’’

Desde 2000

3 116,4

CE

MIG

/

IGA

M

41152000 -- Alto rio das Velhas

rio

das

Vel

has

20º 14’ 26’’ 43º 40’ 56’’

Desde 2000

3 312,7

5.3 - GEOLOGIA

5.3.1 - Microbacias monitoradas

O levantamento das unidades geológicas das microbacias foi baseado em mapas na escala

1/10.000, o que permitiu uma caracterização de detalhe. Considerou-se, assim, conveniente descrever

aqui as unidades presentes, que por vezes constituem subdivisões de unidades maiores, como os

diversos gnaisses constituintes do CMB. As unidades estratigráficas do QF estão devidamente

descritas no capítulo 2. Sete microbacias estudadas estão localizadas no CMB e duas imediatamente

ao sul, nas rochas do Sg. Minas (cabeceira da BRM). As litologias encontradas em cada microbacia

(tabela 5.4 e Figura 5.5) estão descritas a seguir.

5.3.1.1 - Unidade Gnáissica

É a mais abundante na área de interesse, ou seja, no CMB. A partir dos mapeamentos em

escala 1/10.000, foi possível delimitar variações de gnaisse, com base em diferenças discretas (Ferreira

1999, Franco 1999, Martins 1999, Martins 2001), sendo encontrados nas microbacias os gnaisses:

Amarantina, Praia e Funil. Em comum, todos apresentam evidências de eventos metamórficos e

deformacionais, com presença de falhas e dobramentos e a ocorrência de veios de quartzo e

pegmatitos. A direção da foliação gnáissica varia predominantemente entre NE-SW, NS e NW-SE.

Em geral, possuem fraturas, às vezes em alta densidade. Mineralogicamente são também muito

semelhantes, possuindo os mesmos minerais essenciais: quartzo, plagioclásio e microclina.


63

Freqüentemente apresentam biotita, moscovita, granada, zircão, titanita, apatita, opacos, sericita e

epidoto. A composição varia de granítica a granodiorítica e a granulometria comumente de fina a

média. O gnaisse Funil se diferencia do Amarantina pela maior heterogeneidade, pela presença de

foliação NS menos marcante e composição mais félsica. Provavelmente as diferenças existentes não

são representativas a ponto de justificar variações pronunciadas no comportamento hidrogeológico e

hidroquímico entre um gnaisse e outro.

5.3.1.2 - Unidade Máfica Intrusiva - Anfibolitos

São rochas esverdeadas, com forte foliação e fino bandamento e, em geral, bastante alteradas,

gerando um solo avermelhado. Os minerais essenciais são: anfibólio, plagioclásio e quartzo.

Encontram-se ainda: epidoto, opacos, granada, zircão e leucoxênio. A única ocorrência desta unidade

na área estudada foi um dique de direção NNW na microbacia B6 (Franco 1999).

5.3.1.3 - Grupo Nova Lima (SgRV) - Quartzo-mica xistos

Na área que engloba a microbacia B6 (Córrego dos Peixotos) ocorre uma lente de xisto de

direção NW-SE, sendo possível distinguir biotita-quartzo xistos e cuminngtonita-granada-quartzo

xistos. Franco (1999) interpreta tais rochas como remanescentes do SgRV.

5.3.1.4 – Unidade ultramáfica/metaultramáfica

Corresponde a esteatitos (talco, anfibólio, clorita, carbonato e opacos) e serpentinitos

(serpentina, anfibólio, clorita, talco e opacos). Igualmente as duas unidades descritas acima, na área

estudada, estas rochas somente ocorrem como uma lente de direção NNW na microbacia B6 (Franco

1999).

5.3.1.5 – Unidade Granitóide

Os granitos são interpretados como as rochas mais recentes, intrusivas nos gnaisses. Nos

domínios das microbacias distinguem-se as variedades Granito Casa Branca, Granito a Duas Micas e

Granito Glaura, embora sejam relativamente semelhantes. Todos apresentam granulometria fina a

grossa. Possuem, em geral, a mesma mineralogia com presença de quartzo, feldspato, biotita e

moscovita. No Granito Glaura distingue-se ainda o ortopiroxênio e no Granito Casa Branca há

ocorrências de porções pegmatíticas ricas em feldspatos e turmalina. Por vezes estes granitos

apresentam porções com discreta foliação (Ferreira 1999, Franco 1999).


64

5.3.1.6 – Sg Minas - Grupo Piracicaba (indiviso)

Esta unidade, nos limites das microbacias B8 e B8.1, é representada por xistos que

transicionam a filitos. São normalmente compactos, mas por vezes apresentam-se friáveis.

Correspondem a cloritóide-clorita xisto, sericita xisto, filito e quartzo xisto, com níveis ricos em

cristais bem formados de magnetita. A paragênese principal é representada por sericita, clorita (com

composição magnesiana a ferro-magnesiana), quartzo e cloritóide. A xistosidade apresenta direções

em torno de NE-SW (Martins 2001).

Tabela 5.4 – Litologias das microbacias

Microbacias Litologias (%)

B 1 Gnaisse Amarantina

Gnaisse Funil 51 49

B 2 Gnaisse Amarantina 100

B 3 Gnaisse Praia

Granito Glaura 70 30

B 3.1 Gnaisse Praia

Granito Glaura 60 40

B 4 Gnaisse Praia Gnaisse Funil

Gnaisse Funil - leucocrática

64 30 6

B 5 Gnaisse Funil

Granito a duas micas 55 45

B 6

Gnaisse Praia Gnaisse Funil

Anfibolito Quartzo mica-xisto

Granito Casa Branca Metaultramáfica

49 3

20 13 8 7

B 8 G. Piracicaba - indiviso

Fm. Moeda Fm. Cauê

87 3

10

B 8.1 G. Piracicaba - indiviso 100


65

Córrego

Maracujá

Maracujá

Granito Glaura

Granito Vale do Tropeiro

Granito a duas micas

Grupo Nova Lima

Sg Minas (indiviso)

Gnaisse Amarantina

Gnaisse Funil

Drenagem

Microbacia de drenagem

0 500 1000m

Legenda

Granito Casa Branca

Gnaisse Praia

Gnaisse Funil - Porção Leucrocrática

Quartzo Mica xisto

Anfibolito

Ultramáfica/Metaultramáfica

Complexo Metamórfico Bação(indiviso)

Fm Cauê - Gr. Itabira

Fm Moeda - Gr. Caraça

Gr. Piracicaba (indiviso)

Com

ple

xoM

eta

mórf

ico

Baç

ão

Sg

Rio

das

Velh

as

Sg

Min

as

do

Córrego

do

Café

CórregoCanal

77

56

.000

636.000

636.000

635.000

77

57.0

00

635.000

77

50.0

00

77

51

.00

0

635.000

641.000 642.000

641.000

639.000

775

7.0

00

77

56.0

00

638.000 640.000

77

53

.000

77

52.0

00

639.000 640.000

77

44.0

00

77

45

.000

77

47

.00

07

74

6.0

00

Figura 5.5 - Mapa geológico correspondente a cada microbacia. (Modificado de Ferreira 1999, Franco 1999, Martins 1999, Martins 2001)

5.3.2 – Bacias com séries hidrológicas históricas

Estas bacias tiveram suas unidades geológicas levantadas no mapa “Projeto Rio das Velhas”

na escala 1:100.000 (DNPM/CPRM 1996) e no mapa geológico Dorr (1969) e, portanto, de caráter

regional, englobando as consagradas unidades estratigráficas do Quadrilátero Ferrífero (descritas no

capítulo 2) As unidades presentes em cada bacia e sua respectiva porcentagem aproximada encontram-

se na tabela 5.5.


66

Tabela 5.5 – Litologia das bacias com dados hidrológicos históricos

Código Estação Geologia

ANA COPASA Rio

41150000 rio Funil

50% G. Piracicaba 25% CMB 15% Fm Cauê e Fm Moeda 10% G. Nova Lima

41180000 40 rio Itabira

45% G. Piracicaba 45% CMB 5% Fm Cauê e Fm Moeda 5% G. Nova Lima

56631000 rio Conceição

35% Fm Moeda 25% G. Nova Lima 20% G. Maquiné 20% Fm Cauê

56632000 Ribeirão Caraça 95% quartzito - G Caraça 5% Diques máficos

41163000 CEMIG / IGAM

rio Maracujá 90% CMB 9% G. Piracicaba 1% G. Nova Lima

41152000 CEMIG / IGAM

Alto rio das Velhas

50% G. Nova Lima 15% CMB 15% G.Piracicaba 15% G. Maquiné 5% Fm Cauê e Fm Moeda

5.4 – GEOMORFOLOGIA DAS MICROBACIAS

Conforme descrito no capítulo 2, Bacellar (2000) distinguiu quatro domínios geomorfológicos

na Bacia do rio Maracujá: domínio 1 com relevo suave; domínio 3 com maiores desnivelamentos;

domínio 2 com características intermediárias entre os domínios 1 e 3; e domínio 4 com relevo típico

das supracrustais. A figura 5.6 apresenta a localização de cada microbacia no contexto destes

domínios. As microbacias B1 e B2 pertencem ao domínio geomorfológico 2; As microbacias B3 e

B3.1 estão no domínio 1. A microbacia B4 se encaixa em dois domínios: 1 e 2; O domínio

geomorfológico 3 abrange as microbacias B5 e B6; e as microbacias B8 e B8.1 correspondem ao

domínio 4. Ou seja, as microbacias localizadas em áreas de relevo mais abrupto são B5, B6, B8 e

B8.1; com relevo mais suave, têm-se as B3 e B3.1; e em um estágio intermediário, destacam-se as B4,

B1 e B2 (tabela 5.6).


67

2

2 3

1A

3

4A

1B2

2

LEGENDA

0 2 km

1B

3

3

2

2

N

B 8

B 8.1

1400

731

m

B 5

B 6

B 4

1312 m

B 3.1

B 3

2160

m

B 2

B 1

Figura 5.6– Mapa de Domínios Geomorfológicos da Bacia do rio Maracujá com a localização das microbacias estudadas (Modificado de Bacellar 2000).

Partindo-se para o reconhecimento geomorfológico de detalhe de cada microbacia, foram

determinados alguns índices morfométricos trabalhando-se em uma escala maior. Foram utilizados

mapas topográficos na escala 1/25.000 e, complementarmente, fotografia aéreas na escala 1/30.000.

Entre os índices discutidos no capítulo 3, encontram-se na tabela 5.6 aqueles possíveis de serem

determinados para as microbacias.

A área, o perímetro e a largura média da bacia foram obtidos por meio de recursos do software

Auto-CAD, a partir do arquivo digital dos mapas topográficos (1/25.000) das microbacias. A largura

média da bacia corresponde à média de três larguras ao longo de cada microbacia.


68

Os valores do slope index (H/νA) (vide item 3.7.3) são condizentes com os domínios

geomorfológicos proposto por Bacellar (2000). Ou seja, os maiores valores (maiores

desnivelamentos), correspondem às microbacias localizadas nos domínios D3 e D4, onde o relevo é

mais íngreme. Da mesma foram, as microbacias do domínio 1B (relevo mais suave) apresentaram os

menores índices. A microbacia B2, porém, apresenta valor do slope index acima do esperado, uma vez

que pertence ao domínio geomorfológico 2, fato que pode ser explicado pela diferença na escala de

trabalho.

Em termos do índice de compacidade (Kc), as microbacias apresentam valores relativamente

baixos, o que denota uma tendência a formas mais circulares (tabela 5.6). As microbacias mais

alongadas são, em ordem decrescente, as B8.1, B1 e B8.

Tabela 5.6 - Índices morfométricos das microbacias.

Micro bacias

Domínio Geomor- fológico

A Área (km2)

P Perímetro

(Km)

Largura média

(m)

cota mínima

(m)

cota máxima

(m)

H* (relevo

da bacia)

slope

index = H/√A

Kc = 0,28 P/√A

B1 2 1,023 4,469 615 960 1120 160 158,19 1,237

B2 2 0,098 1,211 250 950 1050 100 319,44 1,083

B3 1B 0,399 2,607 500 930 1030 100 158,31 1,156

B3.1 1B 0,146 1,415 370 930 990 60 157,03 1,037

B4 1B e 2 0,861 3,764 747 960 1090 130 140,10 1,136

B5 3 0,271 2,075 440 1090 1330 240 461,03 1,116

B6 3 0,915 3,883 732 960 1200 240 250,90 1,137

B8 4A 0,178 1,781 327 1150 1290 140 331,83 1,182

B8.1 4A 0,091 1,383 207 1150 1240 90 298,35 1,284

* H = diferença entre maior e menor elevação topográfica

5.5 - USO E OCUPAÇÃO DO SOLO NAS MICROBACIAS

O levantamento aéreo utilizado nesta caracterização foi realizado em 2003 (escala 1/15.000 -

NEPUT), permitindo definir a situação recente das áreas. Cabe ressaltar que, desde o começo do

estudo, tinha-se um controle sobre a situação de cada bacia, inclusive sendo este um critério na seleção

das mesmas.

A partir da fotointerpretação, definiram-se como principais formas de uso e ocupação do solo:

área de pastagem; área de pastagem degradada (com solos compactados e por vezes com ocorrência de

erosão laminar); área de plantação agrícola; mata preservada; mata degradada e capoeiras; mata ciliar;

áreas com voçorocas e áreas com voçorocas estabilizadas (tabela 5.7).


69

Como já discutido, em duas microbacias monitoradas, B3 e B8.1, tem-se a presença de

voçoroca ocupando, respectivamente, 38% e 42% de suas áreas. Nestas feições, observam-se

processos erosivos ativos, com taludes se instabilizando não só por erosão hídrica, mas também por

movimentos de massa, tais como escorregamentos rotacionais e queda de taludes, o que causa

liberação de grandes quantidades de sedimento, em especial nos eventos de chuva.

Com base nas formas de uso e ocupação do solo, foi possível definir o estado de preservação

de cada microbacia, utilizando-se os termos: preservada, pouco degradada e muito degradada. Nas

áreas preservadas tem-se o predomínio de matas em relação às áreas de pastagem e, as vezes, indícios

de erosão já controlada. Em áreas pouco degradas já se tem o predomínio de pastagem em relação às

matas. As áreas muito degradadas correspondem àquelas com voçoroca e por vezes pastagem

degradada. Na figura 5.7 tem-se a representação gráfica das condições de cada microbacia

Tabela 5.7 - Uso e ocupação do solo das microbacias

Uso e ocupação do solo (%)

Micro bacias

Mata preser-vada

Mata degradada

e capoeiras

Mata ciliar

Área de

Planta-ção

Área de pastagem

Área de pastagem degradada

Voçoroca Voçoroca

estabilizada CLASSE DE

DEGRADAÇÃO

B 1 61 -- -- 1 36 -- -- 2 preservada

B 2 85 -- -- -- 15 -- -- -- preservada

B 3 com

7 -- -- 5 15 35 38 -- muito degradada

B 3.1 sem

57 -- -- -- 43 -- -- -- preservada

B 4 22 13 -- 5 60 -- -- -- pouco degradada

B 5 47 -- 11 -- 42 -- -- -- preservada

B 6 49 26 -- 1 24 -- -- - preservada

B 8 -- 20 -- 78 -- -- 2 pouco degradada

B 8.1 com

10 -- -- -- 48 -- 42 -- muito degradada


70

B 3

38%

35%

15% 5%7%

B 8

2%

78%

20%

B 8.142%

48%

10%

B 2

15%

85%

B 1

2%

36%1%

61%

B 3.1

43%

57%

B 460%

5%

13%22%

B 5

42%11 %

47%

B 6

24%

1%26%

49%

Legenda

mata preservada

mata degradada

mata ciliar

plantação

pastagem degradada voçoroca

voçoroca estabilizada

pastagem

Microbacias Preservadas

Microbacias PoucoDegradadas

Microbacias MuitoDegradadas

Figura 5.7 - Representação gráfica das formas de uso e ocupação do solo em cada microbacia.

CAPÍTULO 6

APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

Neste capítulo são apresentados, já devidamente tratados, os dados do monitoramento

fluviométrico, pluviométrico e hidroquímico das microbacias obtidos durante este trabalho, assim

como os dados fluviométricos das bacias maiores levantados nos banco de dados da ANA (2004) e

COPASA (1993).

6.1 – REGIME PLUVIOMÉTRICO E FLUVIOMÉTRICO DAS MICROBACIAS

6.1.1 – Dados pluviométricos

A média pluviométrica anual considerando todas microbacias com seus respectivos períodos

de monitoramento (a saber: para as microbacias B1 a B6: 29/05/03 a 28/05/04; e para as B8 e B8.1:

31/07/03 a 30/07/04) foi de 1354mm. Trata-se, portanto, de uma média coerente com a média

pluviométrica histórica da região do CMB, podendo-se considerar o ano monitorado com pluviosidade

ligeiramente mais elevada que a registrada de 2000 a 2002 para a Bacia do rio Maracujá, embora

menor que a média registrada no início do século XX (item 2.3).

A partir do hietograma com a altura pluviométrica mensal em cada microbacia (Figura 6.1),

observa-se um regime de chuvas semelhante, o que era esperável, haja vista estarem localizadas nas

proximidades. Assim, o período de chuvas foi de novembro a abril e o de estiagem de maio a outubro.

0

70

140

210

280

350

420

mai /03

j un/ 0

3

j ul/03

ag

o/ 0

3

set/03

ou

t/03

no

v/03

de

z/03

jan/ 0

4

fev/

04

mar /

04

ab

r /0

4

mai/04

jun/ 0

4

j ul/04

tota

l pre

cip

itad

o n

o m

ês (

mm

)

B1

B2

B3

B4

B5

B6

B8

Figura 6.1 – Hietograma com a precipitação mensal de cada microbacia. Ressalta-se que apenas após julho/03 todas microbacias estavam instrumentadas; e que nos meses de junho/04 e julho/04 apenas o pluviômetro na microbacia B8 foi monitorado.


72

Considerando as médias diárias de precipitação (Figura 6.2) observa-se que, embora

sutilmente, o maior e menor índice pluviométrico correspondem, respectivamente, aos pluviômetros

instalados na B8 e B2. Tem-se, portanto, que as microbacias B8 e B8.1 apresentam os maiores índices

pluviométricos, o que se justifica pela sua localização em domínio regionalmente mais elevado

(supracrustais). Porém, segundo as médias pluviométricas históricas registradas para este domínio

(item 2.3), era esperado uma pluviometria ainda maior. Uma provável explicação é a proximidade

destas microbacias com o Complexo Metamórfico Bação, estando, assim, ainda sob influência do

regime pluviométrico das demais microbacias.

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B8

Microbacias

Pre

cip

itação m

édia

diá

ria

(mm

)

Figura 6.2 – Hietograma com a precipitação média diária das microbacias

Considerando a similaridade entre índices pluviométricos das microbacias, apresenta-se na

figura 6.3 o hietograma diário com a média de todas as microbacias.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

12

/4/0

3

2/5

/03

22

/5/0

3

11

/6/0

3

1/7

/03

21

/7/0

3

10

/8/0

3

30

/8/0

3

19

/9/0

3

9/1

0/0

3

29

/10

/03

18

/11

/03

8/1

2/0

3

28

/12

/03

17

/1/0

4

6/2

/04

26

/2/0

4

17

/3/0

4

6/4

/04

26

/4/0

4

16

/5/0

4

5/6

/04

25

/6/0

4

15

/7/0

4

P (

mm

)

Precipitação diária média para todasmicrobacias

Figura 6.3 – Hietograma diário considerando a média de todas as microbacias


73

6.1.2 – Dados Fluviométricos

As vazões obtidas pelo vertedor e pelo método volumétrico foram comparadas em todas as

microbacias e os valores exibiram ótimas correlações (tabela 6.1). Como exemplo, apresenta-se na

figura 6.4 os dados de vazão da microbacia B5 obtidos pelos dois métodos, assim como o respectivo

gráfico de correlação.

Considerando que o método volumétrico apresenta maior acurácia para pequenas vazões

(Rantz 1982), os dados obtidos pelo vertedor foram então corrigidos segundo as equações de

correlação obtidas (Tabela 6.1).

Tabela 6.1 – Equação de correlação entre as vazões obtidas pelo vertedor e método volumétrico

Microbacia Equação de correlação R2

B1 Y = 1,0983x - 0,539 0,9711

B1.1 Y = 1,1377x - 0,2097 0,9555

B2 Y = 0,8546x + 0,0068 0,9824

B3 Y = 1,7385x - 0,9249 0,9577

B3.1 Y = 1,2134x - 0,2555 0,9206

B4 Y = 1,0184x + 0,7776 0,9606

B5 Y = 1,0719x - 0,0614 0,9956

B6 Y = 1,1x - 0,3749 0,9982

B8 Y = 1,1828x + 0,2789 0,9990

B8.1 Y = 1,097x - 0,0296 0,9946

Q (L/s) B5 - CDB

y = 1,0719x - 0,0614R2 = 0,9956

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Q (vertedor)

Q(m

et.v

olum

étri

co)

DataMétodo

Volumétrico Vertedor

11/6/2003 0,907 0,889

8/7/2003 0,743 0,730

30/7/2003 0,724 0,730

28/8/2003 0,991 0,976

30/9/2003 0,608 0,622

31/10/2003 0,427 0,465

30/11/2003 1,660 1,663

27/1/2004 1,315 1,319

2/3/2004 2,058 1,919

Q (L/s)

Figura 6.4 – Correlação entre os dados de vazão obtidos pelo vertedor e pelo método volumétrico para a microbacia B5.


74

Como discutido no capítulo 4, a altura d’água (carga) foi tomada na própria placa do vertedor,

o que não é recomendável, dada a contração do filete d’água ao passar pela estrutura (anexo 1). Por tal

razão, normalmente recomenda-se medir a carga a uma certa distância à montante da placa ou então

fazer a correção como a proposta por Daker (1987), que leva em consideração a contração da lâmina.

A princípio, pretendia-se fazer tal correção, mas a partir da comparação com resultados do método

volumétrico, verificou-se que os valores de vazão calculados a partir de h (altura d’água tomada na

placa) foram mais coerentes que os valores obtidos com uso da carga corrigida (H). Uma explicação

para este comportamento é que as vazões nas microbacias são relativamente pequenas e a régua foi

colada mais próxima à margem do canal, em uma posição menos atingida pela contração.

Para os vertedores triangulares foi verificada ainda qual fórmula, dentre aquelas citadas na

literatura (anexo 1), fornecia valores de vazão mais próximos dos valores obtidos pelo método

volumétrico, tendo-se então optado pela fórmula de Gourley e Crimp (Custodio & Llamas 1976,

Neves 1982, Netto & Alvarez 1988, Porto 2001).

Em alguns dias não foram feitas medições por parte dos monitores e, em outros, valores

discrepantes foram descartados, existindo, portanto, lacunas na seqüência dos dados fluviométricos.

Ocorreram situações em que a altura da lâmina d’água no vertedor foi inferior ao limite mínimo e

outras em que o volume de água ultrapassou a estrutura (transbordamento), casos em que também não

se obteve o valor da vazão.

As vazões, devidamente tratadas e calibradas pelo método volumétrico foram então lançadas

em hidrogramas. Foi possível verificar que as vazões tendiam a diminuir ao longo do dia, com os

menores valores registrados no fim da tarde. São variações discretas, graficamente melhor visualizadas

na microbacia B4 (Figura 6.5).

B4 - Córrego do Canal

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

29/4/2003 18/6/2003 7/8/2003 26/9/2003 15/11/2003 4/1/2004 23/2/2004 13/4/2004 2/6/2004

Vazão (

m3/s

/km

2)

07:00h

11:00h

15:00h

17:00h

Figura 6.5 – Variação da vazão ao longo do dia na microbacia B4. A escala na ordenada foi limitada para facilitar a visualização das variações da vazão ao longo do dia e, assim, os picos do hidrograma foram omitidos.


75

Foram calculadas médias diárias de vazão, utilizadas na separação do fluxo de base e

determinação de índices, tais como: coeficiente de recessão, fluxo de base específico e BFI. Na figura

6.6 têm-se os hidrogramas de todas microbacias construídos a partir da vazão específica diária, ou

seja, a vazão diária pela área da microbacia. Notar que a escala do eixo das ordenadas (vazão) é igual

para todas microbacias visando facilitar a comparação entre as mesmas.


76

Microbacia B1 - Cór. Soledade

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

4-a

br-0

3

29

-ab

r-03

24

-mai-0

3

18

-jun-0

3

13

-jul-0

3

7-a

go

-03

1-s

et-0

3

26

-set-0

3

21

-ou

t-03

15

-no

v-03

10

-de

z-03

4-ja

n-0

4

29

-jan-0

4

23

-fev-0

4

19

-mar-0

4

13

-ab

r-04

8-m

ai-0

4

2-ju

n-0

4

m3/s

/Km

2

Microbacia B 3.1 - C.Maracujá sem voçoroca

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,1229

-ab

r-03

24

-mai-0

3

18

-jun-0

3

13

-jul-0

3

7-a

go

-03

1-s

et-0

3

26

-set-0

3

21

-ou

t-03

15

-no

v-0

3

10

-de

z-0

3

4-ja

n-0

4

29

-jan-0

4

23

-fev-0

4

19

-mar-0

4

13

-ab

r-04

8-m

ai-0

4

2-ju

n-0

4

m3/s

/km

2

Microbacia B2 - Barrero

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

1-a

br-0

3

26

-ab

r-03

21

-mai-0

3

15

-jun-0

3

10

-jul-0

3

4-a

go

-03

29

-ag

o-0

3

23

-set-0

3

18

-ou

t-03

12

-no

v-03

7-d

ez-0

3

1-ja

n-0

4

26

-jan-0

4

20

-fev-0

4

16

-mar-0

4

10

-ab

r-04

5-m

ai-0

4

30

-mai-0

4

m3 /s

/Km

2

Microbacia B3 - C.Maracujá com voçoroca

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

29

-abr-0

3

24

-ma

i-03

18

-jun

-03

13

-jul-0

3

7-a

go-0

3

1-se

t-03

26

-set-0

3

21

-out-0

3

15

-nov-0

3

10

-dez-0

3

4-ja

n-0

4

29

-jan

-04

23

-fev-0

4

19

-ma

r-04

13

-abr-0

4

8-m

ai-0

4

2-ju

n-0

4

m3/s

/km

2

Microbacia B4 - Cor. do Canal

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

1-m

ai-0

3

26

-ma

i-03

20

-jun

-03

15

-jul-0

3

9-a

go-0

3

3-s

et-0

3

28

-se

t-03

23

-out-0

3

17

-nov-0

3

12

-dez-0

3

6-ja

n-0

4

31

-jan

-04

25

-fev-0

4

21

-ma

r-04

15

-abr-0

4

10

-ma

i-04

4-ju

n-0

4

m3/s

/km

2

Microbacia B 5 - CDB

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

9-m

ai-0

3

3-ju

n-0

3

28-ju

n-0

3

23-ju

l-03

17-a

go-0

3

11-s

et-0

3

6-o

ut-0

3

31-o

ut-0

3

25-n

ov-0

3

20-d

ez-0

3

14-ja

n-0

4

8-fe

v-04

4-m

ar-0

4

29-m

ar-0

4

23-a

br-0

4

18-m

ai-0

4

12-ju

n-0

4

m3/s

/km

2

Microbacia B6 - Cór. Peixoto

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

8-ju

n-0

3

3-ju

l-03

28

-jul-0

3

22

-ago

-03

16

-set-0

3

11

-out-0

3

5-n

ov-0

3

30

-nov-0

3

25

-dez-0

3

19

-jan

-04

13

-fev-0

4

9-m

ar-0

4

3-a

br-0

4

28

-abr-0

4

23

-ma

i-04

m3/s

/km

2

Microbacia B8 - Sg.Minas sem voçoroca

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

23

-jul-0

3

17

-ag

o-0

3

11

-se

t-03

6-o

ut-0

3

31

-ou

t-03

25

-no

v-0

3

20

-de

z-0

3

14

-jan

-04

8-fe

v-0

4

4-m

ar-0

4

29

-ma

r-04

23

-ab

r-04

18

-ma

i-04

12

-jun

-04

7-ju

l-04

1-a

go

-04

m3 /s

/km

2

Microbacia B8.1 - Sg.Minas com voçoroca

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

23

-jul-0

3

17

-ag

o-0

3

11

-se

t-03

6-o

ut-0

3

31

-ou

t-03

25

-no

v-0

3

20

-de

z-0

3

14

-jan

-04

8-fe

v-0

4

4-m

ar-0

4

29

-ma

r-04

23

-ab

r-04

18

-ma

i-04

12

-jun

-04

7-ju

l-04

1-a

go

-04

m3/s

/km

2

Figura 6.6 – Hidrogramas das microbacias com vazão específica diária


77

6.2 – REGIME FLUVIOMÉTRICO DAS BACIAS COM DADOS HIDROLÓGICOS

HISTÓRICOS

Os dados fluviométricos diários das bacias foram transformados em médias mensais de todos

os anos de monitoramento, a partir dos quais geraram-se os hidrogramas expostos na Figura 6.7.

Bacia 56632000 out/38 a set/55

0,0

1,5

3,0

4,5

6,0out

nov

dez

jan

fev

ma

abr

mai

jun jul

ago

set

m3/s

Bacia 41150000 - out/56 a set/93

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

out

nov

dez

jan

fev

ma

abr

mai

jun jul

ago

set

m3/s

Bacia 41180000 - out/39 a set/89

0,0

4,0

8,0

12,0

16,0

out

nov

dez

jan

fev

mar

abr

mai

jun jul

ago

set

m3/s

Bacia 56631000 - out/39 a set/57

0,0

4,0

8,0

12,0

16,0

out

nov

dez

jan

fev

ma

abr

mai

jun jul

ago

set

m3/s

Rio Funil Rio Itabira

Rio Conceição Ribeirão Caraça

Figura 6.7 – Hidrogramas com médias mensais das bacias com dados hidrológicos históricos

Para as bacias do rio Maracujá (41163000) e Alto rio das Velhas (41152000), foram

construídos hidrogramas com médias mensais (Figura 6.8) para o período de três anos de

monitoramento, além dos hidrogramas com vazões diárias (Figuras 6.9).

Rio Maracujá - out/00 a set/03

0

2

4

6

8

10

ou

t

no

v

de

z

jan

fev

ma

r

ab

r

ma

i

jun

jul

ag

o

se

t

m3/s

Alto rio das Velhas - out/00 a set/03

0

3

6

9

12

15

ou

t

no

v

de

z

jan

fev

ma

r

ab

r

ma

i

jun

jul

ag

o

se

t

m3/s

Figura 6.8 – Hidrogramas com médias mensais do rio Maracujá (41163000) e Alto rio das Velhas (41152000).


78


0

7

14

21

28

351-

out-

00

10-d

ez-0

0

18-f

ev-0

1

29-a

br-0

1

8-ju

l-01

16-s

et-0

1

25-n

ov-0

1

3-fe

v-02

14-a

br-0

2

23-j

un-0

2

1-se

t-02

10-n

ov-0

2

19-j

an-0

3

30-m

ar-0

3

8-ju

n-03

17-a

go-0

3

m3/s

Bacia Alto rio das Velhas

0

20

40

60

80

100

1-ou

t-00

10-d

ez-0

0

18-f

ev-0

1

29-a

br-0

1

8-ju

l-01

16-s

et-0

1

25-n

ov-0

1

3-fe

v-02

14-a

br-0

2

23-j

un-0

2

1-se

t-02

10-n

ov-0

2

19-j

an-0

3

30-m

ar-0

3

8-ju

n-03

17-a

go-0

3

m3/s

Figura 6.9 – Hidrogramas com vazões diárias do rio Maracujá (41163000) e Alto rio das Velhas (41152000)

6.3 – SEPARAÇÃO DE HIDROGRAMAS E QUANTIFICAÇÃO DO FLUXO DE

BASE

6.3.1 – Microbacias

Neste trabalho, a separação dos fluxos nas nove microbacias seguiu os princípios da técnica

smoothed mínima (item 3.5.2). Usaram-se os recursos dos programas Excel, Origin e Corel Draw, que

possibilitou de certa forma uma automatização dos cálculos. Os dados foram dispostos em planilha e

tratados da seguinte forma:

Coluna 1: data (dia/mês/ano)

Coluna 2: seqüência das vazões médias diárias (m3/s)

Coluna 3: menor vazão em um intervalo de 5 dias consecutivos

Coluna 4: 90% do valor encontrado na coluna 3.


79

Se o valor assim encontrado na coluna 4 fosse menor que a vazão mínima imediatamente anterior e a

posterior (coluna 3), tratava-se de um ponto crítico (turning point), e então, o valor original (ou seja,

os 100%) era repetido na coluna 5. As vazões mínimas que não apresentaram esta relação foram

descartadas. A título de exemplo, são apresentados os cálculos para os primeiros dias de

monitoramento da microbacia B4 (Tabela 6.2). A área sob a linha que une os pontos críticos define a

porção correspondente ao fluxo de base (Figuras 6.10). Embora seja algo arbitrária, assim como o

método de Barnes, esta separação permite comparar o comportamento de bacias.

Tabela 6.2 – Cálculos referentes à técnica Smoothed minima para os primeiros dias da microbacia B4

DIA Q diária (m3/s)

Q mínima em 5 dias

90% Q mínima em 5 dias

Turning

point

Fluxo de base

1/mai/03 0,008954 2/mai/03 0,008874 3/mai/03 0,010530 0,008874 0,007987 4/mai/03 0,008954 5/mai/03 0,008954 6/mai/03 0,009198 7/mai/03 0,010530 8/mai/03 0,009512 0,008954 0,008059 0,008954 0,008954 9/mai/03 0,008954 0,008954

10/mai/03 0,008954 0,008954 11/mai/03 0,008954 0,008954 12/mai/03 0,008954 0,008954 13/mai/03 0,008954 0,008954 0,008059 0,008954 0,008954 14/mai/03 0,008954 0,008938 15/mai/03 0,008954 0,008922 16/mai/03 0,008954 0,008906 17/mai/03 0,008874 0,008890 18/mai/03 0,008874 0,008874 0,007987 0,008874 0,008874

Estes procedimentos permitiram ainda extrair outras informações relacionadas à hidrogeologia

das microbacias. Partindo do princípio que entre dois turning points a vazão aumenta ou diminui

linearmente (Nathan & McMahon 1990, Wahl & Wahl 1995), os valores dos dias intermediários

foram calculados proporcionalmente, obtendo-se assim a coluna 6 com a seqüência numérica dos

fluxos de base em cada dia monitorado (excluindo apenas os primeiros e últimos dias por não

possuírem os valores anteriores e posteriores, respectivamente, para serem comparados). Dividindo-se

o fluxo de base médio pelo fluxo total médio obteve-se o índice BFI. Observa-se que os valores do

fluxo de base diário obtidos por este procedimento em algumas vezes é maior que o fluxo total (por

exemplo, na microbacia B4 o fluxo de base do dia 17/05/03 foi de 0,008890m3/s sendo que a vazão

total é 0,008874 m3/s - linha 21 da tabela 6.2), situação não real, já que o fluxo de base sempre é

menor que o fluxo total. Este é um problema inerente ao método, comentado inclusive na literatura (no

programa Hysep do USGS, por exemplo).


80

Vazão específica

Fluxo de base específico

Figura 6.10 – Hidrogramas com a separação do fluxo de base por meio da técnica smoothed minima para o período completo de monitoramento de cada microbacia. Notar que o valor máximo na ordenada foi limitado em 0,05m3/s/km2 para melhor visualização do fluxo de base e comparação entre as microbacias.


81

É importante destacar que as vazões foram medidas 1, 2 ou, eventualmente, 3 vezes ao dia. E

por vezes alguns picos de vazão (enchentes) não foram registrados, seja por ter ocorrido em horário

diferente ao da leitura, seja por ter sido maior que a capacidade do vertedor. No segundo caso, foram

adotados os valores máximos do vertedor. Assim, os BFI’s diários calculados são estimativas e

certamente correspondem a valores superiores ao BFI’s reais, uma vez que alguns valores máximos de

vazão não foram registrados.

O BFI é uma relação entre o fluxo de base e a vazão total num ano hidrológico. Quando se

pretende comparar bacias, o ideal é comparar BFIs calculados para igual período do ano, pois este

índice obviamente varia ao longo das estações. Porém, o período de monitoramento não foi o mesmo

nas microbacias (Tabela 5.2), dificultando eventuais comparações. Assim, para as microbacias B1 a

B6 o BFI foi calculado a partir de 15/maio/2003 até 14/maio/2004 e para a B8 e B8.1 de 25/07/03 a

24/07/04, completando sempre um ano hidrológico. A título de comparação, também foram feitos

cálculos de BFI para um período menor que um ano (25/07/03 a 30/05/04) para todas as microbacias

(Tabela 6.3). Nota-se que os valores de BFI assim calculados não diferiram muitos dos calculados para

um ano hidrológico. Assim, como as variações só ocorrem na segunda casa decimal, os dados obtidos

do período de 25/07/03 a 30/05/04 foram considerados adequados e utilizados para futuras correlações

com outros índices.

Tabela 6.3 – BFI das microbacias calculado por meio da técnica smoothed mínima

BFI Micro bacias 15/maio/03 a

14/maio/04 25/julho/03 a 24/julho/04

25/julho/03 a 30/maio/04

B1 0,6624 --- 0,6360

B2 0,4083 --- 0,3552

B3 0,5787 --- 0,4975

B3.1 0,7240 --- 0,6740

B4 0,9068 --- 0,8927

B5 0,6359 --- 0,5880

B6 0,6248 --- 0,6023

B8 --- 0,6902 0,6663

B8.1 --- 0,1732 0,1396

A partir destes dados foi calculado também o fluxo de base específico (FBE) anual,

considerando o período de maio/03 a maio/04 para as microbacias B1 a B6 e julho/03 a julho/04 para a

B8 e B8.1. (Tabela 6.4)


82

Tabela 6.4 – Fluxo de base específico (FBE) anual das microbacias

Micro bacias

FBE anual (m3/km2)

B1 112.068,22

B2 20.986,54

B3 174.370,59

B3.1 349.889,74

B4 311.848,1

B5 100.370,5

B6 114.396,9

B8 181.338,54

B8.1 68.948,09

6.3.2 – Bacias com dados hidrológicos históricos

A separação do fluxo de base das bacias com dados hidrológicos históricos seguiu a

metodologia de Barnes (Custodio & Llamas 1976). A seguir, apresenta-se os gráficos com a separação

do fluxo de base e os cálculos simplificados do BFI e FBE (Figura 6.11 e Figura 6.12).


83

41150000 56/57 até 92/93

1,83

2,46

3,14

4,31

5,406,17

4,77

3,13

2,17

1,60

1,771,96

2,152,35

2,552,602,502,35

2,15

2,001,85

1,0

10,0

out nov dez jan fev mar abr mai jun jul ago set

m3/s

41180000 39/40 até 88/89

7,67

5,65

10,9012,50 11,69

9,82

7,646,16 5,62 5,19 4,86 4,92

5,30 5,70 5,85 6,10 6,40 6,70 6,60

4,40

1,0

10,0

100,0


m3/s

56631000 - 38/39 até 56/57

4,814,805,055,496,04

7,58

9,94

5,79

8,11

13,21 12,2610,55

4,80 5,10 5,30 5,50 5,70 5,90 5,90 5,70

4,70

1,0

10,0

100,0


m3/s

Fluxo total

Fluxo superficial

Fluxo de base

Q superficial = 101.761.920 Q base = 66.951.360 anoBFI = 0,658FBE = 387.002,08 ao ano

m /ano 3

m /

m /Km

3

3 2

Q superficial = 239.967.360 Q base = 178.511.040 BFI = 0,744FBE = 591.096,16 ao ano

m /ano 3

m /ano

m /Km

3

3 2


m /ano 3

m /ano

m /Km

3

3 2

Fluxo total

Fluxo total

Fluxo superficial

Fluxo superficial

Fluxo de base

Fluxo de base

Rio Funil

Rio Itabira

Rio Conceição

Figura 6.11 – Hidrogramas das bacias com dados hidrológicos históricos (41150000, 41180000 e 56631000) com a separação do fluxo de base pelo método de Barnes


84

56632000 38/39 até 54/55

0,280,25

0,320,41

0,53

1,19

2,603,17

4,485,35

2,47

0,82

0,20

0,690,590,52

0,450,40

0,350,31

0,1

1,0

10,0


m3/s


m /ano 3

m /ano

m /Km

3

3 2

Fluxo total

Fluxo superficial

Fluxo de base

41152000 - RV 00/01 até 02/03

5,00

9,56 9,56

12,80

6,94

4,62

3,382,87

2,402,17 2,07 2,18

2,42,8

3,3 3,7 3,73,4 3,0

2,7

1,95 1,9

1,0

10,0

100,0


m3/s

41163000 - R Maracujá 00/01 até 02/03

0,54

1,51

3,39

5,35

2,28

1,73

1,12

0,84

0,620,51 0,44

0,73

0,540,64

0,770,93

1,1 1,10,9

0,75

0,470,42

0,1

1,0

10,0


m3/s


m /ano 3

m /ano

m /Km

3

3 2Fluxo total

Fluxo superficial

Fluxo de base

Rio Maracujá

Alto rio das Velhas

Ribeirão Caraça

Figura 6.12 – Hidrogramas das bacias com dados hidrológicos históricos (56632000, 41152000, 41163000) com a separação do fluxo de base pelo método de Barnes


85

Os resultados do FBI e FBE para todas as bacias encontram-se na tabela 6.6.

Exclusivamente nas bacias Alto rio das Velhas e Maracujá (CEMIG/IGAM), a técnica

smoothed minima também foi aplicada para separar hidrogramas (Figura 6.13). Analogamente às

microbacias, determinou-se o BFI e o FBE anual de cada, agora considerando o período de out/00 a

set/03 (Tabela 6.5)

Bacia Alto rio das Velhas

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

22

/08

/00

21

/10

/00

20

/12

/00

18

/02

/01

19

/04

/01

18

/06

/01

17

/08

/01

16

/10

/01

15

/12

/01

13

/02

/02

14

/04

/02

13

/06

/02

12

/08

/02

11

/10

/02

10

/12

/02

08

/02

/03

09

/04

/03

08

/06

/03

07

/08

/03

m3/s

/km

2

vazão específica

fluxo de base

específico


0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

22

/08/0

0

21

/10/0

0

20

/12/0

0

18

/02/0

1

19

/04/0

1

18

/06/0

1

17

/08/0

1

16

/10/0

1

15

/12/0

1

13

/02/0

2

14

/04/0

2

13

/06/0

2

12

/08/0

2

11

/10/0

2

10

/12/0

2

08

/02/0

3

09

/04/0

3

08

/06/0

3

07

/08/0

3

m3/s

/km

2

vazão específica

fluxo de baseespecífico

Figura 6.13 – Hidrogramas com a separação do fluxo de base por meio da técnica smoothed minima das bacias Alto rio das Velhas e Maracujá (CEMIG/IGAM). Notar que o valor máximo na ordenado foi limitado em 0,05 para melhor visualização do fluxo de base e comparação das bacias.


86

Tabela 6.5 - BFI’s e FBE’s anuais das bacias com dados hidrológicos históricos.

BFI FBE anual (m3/Km2)

Bacia

Código/Rio

Período

considerado método de

Barnes

técnica

smoothed

minima

método de

Barnes

técnica

smoothed

minima

41150000 rio Funil Out/1956 a set/1993 0,658 -- 387.002,08 --

41180000 rio Itabira Out/1939 a set/1989 0,744 -- 591.096,16 --

56631000 rio Conceição Out/1938 a set/1957 0,683 -- 854.291,13 --

56632000 rib. Caraça Out/1938 a set/1955 0,229 -- 419.736,77 --

41152000 Alto rio das Velhas Out/2000 a set/2003 0,5258 0,6893 277.030,41 327.790,7

41163000 rio Maracujá Out/2000 a set/2003 0,4593 0,5762 194.862,10 248.559,9

6.4 - COEFICIENTE DE RECESSÃO (α)

Os coeficientes de recessão foram determinados por meio do método Barnes e das técnicas

matching strip e correlação, discutidos no capítulo 3. Nas microbacias, o método de Barnes não foi

aplicado, uma vez que este é indicado para períodos maiores de monitoramento, de forma a utilizar a

vazão média de vários anos. Em contrapartida, as bacias de códigos 41150000, 41180000, 56631000 e

56632000, com período monitoramento mais extensos tiveram seus coeficientes de recessão

determinados apenas pelo método Barnes. Por fim, as três técnicas foram utilizadas simultaneamente

nos dados das bacias Alto rio das Velhas (41152000) e rio Maracujá (41163000) (CEMIG/IGAM), o

que permitiu inclusive a comparação das técnicas.

6.4.1 – Microbacias

6.4.1.1 - Matching Strip

Foram construídos gráficos, em escala semilogarítmica, da vazão diária (m3/s) versus tempo

(dias), nos quais os períodos de recessão foram individualizados e destacados. A recessão representa a

parte do hidrograma em o que o fluxo é teoricamente mantido exclusivamente por contribuição

subterrânea, sendo identificada pelos trechos lineares neste tipo de hidrograma. Na próxima etapa,

todas recessões foram movimentadas horizontalmente, buscando ajustá-las da melhor forma possível,

estabelecendo-se, assim, a curva de recessão mestra (CRM) (item 3.5.3). Ressalta-se que este

procedimento foi repetido algumas vezes por pessoas diferentes no intuito de tornar o resultado o mais

impessoal possível.


87

Para as microbacias B3.1, B4, B5 e B6 os períodos de recessão foram facilmente identificados,

ao passo que para as microbacias B1, B2 e B3 houve uma maior dificuldade na definição dos mesmos

e, consequentemente, da CRM.

A partir da curva de recessão mestra definida, determinou-se o coeficiente de recessão baseado

na equação exponencial da recessão (Equação de Maillet), conforme detalhado no capítulo 3.

Como exemplo, têm-se a seguir o gráfico e os cálculos para a microbacia bacia B8 (Figura 6.14):

0,1000

0,0010

0,0001

0,0100

27

/08

/03

17

/08

/03

28/0

7/0

3

25/1

2/0

3

m3/s

25/1

1/0

3

10

/12

/03

26

/10

/03

10

/11/0

3

11/1

0/0

3

26/0

9/0

3

11/0

9/0

3


Microbacia B8

Recessõesindividualizadas no hidrograma

Figura 6.14 - Método Matching Strip aplicado à microbacia B8

Qo = 0,01 m3/s

Qt = 0,003 m3/s t

QtQo

∆

−=

4343,0

loglogα

t = 01/set/03 a 12/nov/03 ∆t = 72 dias 001672,0=α

A média de quatro valores de α (0,01672, 0,01387, 0,01078 e 0,01340) determinados por

diferentes operadores forneceu α = 0,0136.

6.4.1.2 - Correlação

A partir dos valores diários de vazão, foram destacadas as seqüências em que o deflúvio

decresce com o tempo, caracterizando pequenas recessões com as quais foram construídos gráficos

utilizando-se o intervalo de atraso n=2. Ou seja, as vazões de um dia foram lançadas na ordenada

contra a vazão de dois dias antes na abscissa. A partir do envelopamento das curvas geradas, definiu-

se a curva de recessão mestra (CRM). Em seqüência, determinou-se sua inclinação (k) no ponto

correspondente a dois terços da vazão média diária (Nathan & McMahon 1990), o que permitiu de

certa forma um padronização nas medições. A constante k foi então determinado por meio da fórmula:


88

t

tn

n

Q

Qk

/1

=

−

(5)

sendo k = e-α , então: 4343,0

log K−=α (6)

Este procedimento foi repetido por pelo menos três pessoas visando um resultado impessoal.

As seqüências de vazão disponíveis das microbacias são pequenas e assim foi possível aplicar

o método da correlação apenas com intervalos de atraso igual a 2 (Qn-2). Intervalos maiores, por

exemplo t = 5 (Qn-5), exigiriam seqüências de vazão decrescentes consecutivas (recessões aparentes)

de pelo menos 7 valores para poder definir a curva de recessão mestra.

O gráfico obtido para a microbacia B8, assim como os cálculos desenvolvidos, são

apresentados a seguir, a título de exemplo (Figura 6.15):

0,0000

0,0006

0,0012

0,0018

0,0024

0,00300,0

00

0

0,0

00

8

0,0

01

6

0,0

02

4

0,0

03

2

0,0

04

0

0,0

04

8

0,0

05

6

0,0

06

4

0,0

07

2

0,0

08

0

Q n-2

Qn


Figura 6.15 – Método Correlação aplicado à microbacia B8.

Com base no gráfico, tem-se:

9737,020

=

∆

∆==

−x

y

Q

Q

Q

Q

n

n

9867,02

1

=

=

Qo

QK ⇒ α = 0,01332

Considerando os valores obtidos pela repetição do procedimento, obtém-se o valor médio para o coeficiente de recessão de 0,02079.

Microbacia B8


89

Houve uma certa subjetividade neste método, uma vez que os pequenos intervalos de recessão

identificados, por vezes, não foram suficientes para estabelecer uma curva de recessão mestra de

forma unívoca. Adicionalmente, pequenas variações na inclinação da curva de envelopamento

(CRM), causam consideráveis variações no coeficiente de recessão. Por exemplo, uma sutil

variação de 0,01 na inclinação representa uma variação de 0,005 no coeficiente de recessão, que é

significativa, considerando-se o pequeno intervalo comumente encontrado para este índice (tabela

6.6). Por várias vezes, a variação da inclinação entre as possíveis retas de envelopamento (CRM) foi

de mais 0,05, em especial para as microbacias B6, B5 e B2. Esta dificuldade na determinação exata da

CRM é citada também por outros autores, como Nathan & McMahon (1990).

Tabela 6.6 – Exemplos de α calculados a partir de curvas com sutil diferença na inclinação

Inclinação da CRM (∆y/∆x)

K = (∆y/∆x)1/2 α = - log K

0,4343

0,970 0,9849 0,01523

0,980 0,9899 0,01010

0,990 0,9950 0,00502

Diante desta dificuldade, optou-se neste trabalho por não utilizar os coeficientes determinados

pelo método de Correlação nas discussões a respeito do potencial hídrico das microbacias. Porém, não

se tem o propósito de questionar o método ou sua aplicação, apenas considera-se que o período de

monitoramento foi insuficiente para se chegar em um resultado confiável por meio dos procedimentos

(rotina) adotados e com os recursos disponíveis.

Os resultados obtidos com as técnicas matching strip e correlação encontram-se na tabela 6.7

Tabela 6.7 – Coeficiente de recessão das microbacias obtidos pelos Métodos Matching Strip e Correlação

Coeficiente de recessão (α )

Microbacia Matching Strip Correlação (t=2)

B1 0,00727 0,01491

B2 0,01191 0,04002

B3 0,01401 0,01818

B3.1 0,00432 0,01490

B4 0,00334 0,00918

B5 0,01050 0,03031

B6 0,00749 0,02700

B8 0,01360 0,02079

B8.1 0,04100 0,04800


90

6.4.2 – Bacias com dados fluviométricos históricos

6.4.2.1 - Matching Strip e Correlação

Entre as bacias com dados fluviométricos históricos, as técnicas Matching Strip e Correlação

foram aplicadas apenas nas bacias do Alto rio das Velhas e rio Maracujá, no intervalo de vazões de

set/2000 a ago/2003 (Figura 6.16 e Figura 6.17; Tabela 6.9).

Figura 6.16 – Técnica Matching Strip aplicada às bacias Alto rio das Velhas e rio Maracujá.

Bacia Alto rio das Velhas - set/00 a ago/03

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Q (n - 2) - m3/s

Q(n

)-

m3/s

Bacia do rio Maracujá - set/00 a ago/03

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

Q (n - 2) - m3/s

Q(n

)-

m3/s

Curva de recessão mestra (CRM)

Curva de recessão mestra (CRM)

Figura 6.17 – Técnica Correlação aplicada às bacias Alto rio das Velhas e rio Maracujá


91

Vale ressaltar que nestas bacias tem-se um maior tempo de monitoramento, e assim foi

possível usar também o intervalo de atraso n = 5 (Qn-5) (tabela 6.9). Intervalos maiores permitem uma

melhor discriminação das constantes de recessão quando a inclinação da reta encontra-se entre 43,5º e

45º, que praticamente coincide com os valores mais freqüentes das recessões de fluxo de base, que é

de 0,93 a 0,995 (ou seja 42,9º a 44,85º) (Nathan & McMahon 1990). E de fato, para este intervalo de

atraso, a CRM foi mais facilmente definida e forneceu resultados mais semelhantes aos obtidos pelo

método de Barnes (Tabela 6.9).

6.4.2.2 - Método de Barnes

Este método foi aplicado a todas bacias com séries fluviométricas históricas. A partir de

hidrogramas de descargas médias mensais, definiu-se a curva de recessão e, então, o coeficiente de

recessão seguindo os fundamentos da equação exponencial da recessão (Fórmula de Maillet) (Tabela

6.8).

Como exemplo, segue os cálculos para a bacia do rio Funil - 41150000 (vide Figura 6.11):

t

QtQo

∆

−=

4343,0

loglogα

604343,0

77,1log15,2log

×

−=α

α = 0,00324

Tabela 6.8: Coeficientes de recessão das bacias com dados hidrológicos históricos.

α (pelo Correlation) Estação Bacia α (pelo Método

de Barnes) t = 2 t = 5

α (pelo

Matching Strip)

41150000 Bacia do rio Funil 0,00324 -- -- --

41180000 Bacia do rio Itabira 0,00260 -- -- --

56631000 Bacia do rio Conceição 0,00169 -- -- --

56632000 Bacia do rib. Caraça 0,00830 -- -- --

41152000 Bacia Alto rio das Velhas 0,00336 0,00931 0,00636 0,00412

41163000 Bacia do rio Maracujá 0,00650 0,01076 0,00714 0,00753

* O período considerado para cada bacia encontra-se na tabela 6.6.


92

Comparando-se os coeficientes de recessão das bacias Alto rio das Velhas e rio Maracujá

(CEMIG/IGAM) obtidos por meio das três técnicas e considerando que o Método de Barnes é o mais

reproduzível por trabalhar com médias mensais e, ainda, o mais convencional, observa-se que os

valores mais discrepantes referem-se aos obtidos pelo método da Correlação com intervalo de atraso

igual a 2.

6.5 – ANÁLISES HIDROQUÍMICAS

6.5.1 - Controle de qualidade dos resultados das análises hidroquímicas

Antes de serem interpretados, os resultados das análises hidroquímicas passaram por

averiguação de eventuais inconsistências por meio do balanço iônico e algumas relações típicas de

águas naturais (item 4.4.2) (Hem 1985, Moldan & Cerný 1994, Hounslow 1995).

Durante o período de monitoramento, em todas as microbacias (exceto na B2), o valor da

condutividade elétrica foi, em média, menor que 50 µS. Como as concentrações iônicas também foram

pequenas, variando entre 0,2 e 1 meq/L, erros de balanço iônico maiores são admissíveis (tabela 4.2).

Para as microbacias B1, B3, B4, B5 e B6 os erros variaram de 8 a 59%, com média de 32,7% (anexo

4). Na microbacia B2, registraram-se os maiores valores de condutividade e o erro calculado variou de

1 a 20%, havendo um erro extremo de 39%, em dez-03/jan-04, que provavelmente está relacionado

com o fato do Eh neste período ter sido abaixo da média, o que eventualmente facilitou a solubilização

de algum elemento traço.

Observa-se (anexo 4) que os maiores erros no balanço de cargas ocorrem nas microbacia B3.1

(em média 73%), B8 e B8.1 (em média 140%). Estes erros são, inclusive, sistemáticos, repetindo-se

em todos os meses analisados, o que descarta a possibilidade de problemas na transcrição de

resultados ou de cálculos. Erros analíticos também são improváveis, uma vez que foram usados os

mesmos procedimentos para todas as análises. Provavelmente, nestas amostras ocorrem quantidades

significativas (ou anormais) de outros elementos não considerados no balanço (Custodio & Llamas

1976, Hounslow 1995). Cabe lembrar ainda, que os valores da condutividade elétrica e concentração

iônica são consideravelmente baixos (cátions na ordem centesimal e anions na ordem decimal),

tratando-se, portanto, de águas pouco mineralizadas, o que dificulta em muito a determinação iônica.

No caso das duas microbacias em rochas do Supergrupo Minas (B8 e B8.1), os valores dos cátions

considerados no balanço (Ca, Na, K, Mg) são extremamente baixos, em detrimento a outros, como Li,

Mn e Fe. Portanto não significa necessariamente que os resultados estejam errados e, assim, nenhuma

análise foi descartada.


93

Com vistas a analisar a qualidade dos dados, foram verificadas também algumas relações

comumente encontradas para as águas naturais (Hem 1985, Hounslow 1995):

1 - Na >> K - Estes elementos são originados principalmente do intemperismo de feldspatos e micas.

O sódio em geral predomina porque o potássio é mais facilmente removido da solução por argilo-

minerais e plantas (Hounslow 1995). A microbacia B8.1 e, por vezes, a B8 foram as únicas que não

apresentaram esta relação (às vezes Na<K ou Na~K). Os valores encontrados para estes elementos, e

também para o Mg e Ca, foram extremamente baixos. Provavelmente o baixo conteúdo de sódio

destas microbacias se deve, em parte, ao maior conteúdo de lítio, que apresenta comportamento

geoquímico semelhante, porém é mais móvel e freqüente em minerais de pegmatitos comuns na

região.

2 - Ca ≥ Mg – Somente na microbacia B6 esta relação não foi observada. Segundo Hounslow (1995),

esta relação não é verificada particularmente em aqüíferos de rochas máficas ou ultramáficas (tal como

serpentinito), em virtude da dissolução de minerais ferromagnesianos. E de fato, a microbacia B6 é a

única estruturada sobre rochas entre as quais ultramáficas.

6.5.2 – Conteúdo iônico das águas das microbacias

A partir das informações do conteúdo iônico e dos parâmetros físico-químicos das microbacias

e suas respectivas variações ao longo do período amostrado (Anexo 5), pode-se observar algumas

tendências:

Em todas as amostras, o pH foi menor que 8,3 e maior que 4,5 (em média pH = 6,9) e,

portanto, a alcalinidade presente se deve ao bicarbonato (HCO3-), conforme as reações abaixo (Sawyer

et al. 1994, Hem 1985):

- conversão do carbonato em bicarbonato (CO3-2 + H+ = HCO3

-) pH = 8,3

- conversão do bicarbonato em ácido carbônico (HCO3- + H+ = H2CO3) pH = 4,5

Os valores de alcalinidade foram aproximadamente homogêneos, com média de 19,5 mg/L

CaCO3-. Uma exceção é microbacia B2, que apresentou variações mais bruscas ao longo do ano e uma

média maior: 57,4 mg/L de CaCO3- (Figura 6.18). O solo nesta microbacia é hidromórfico, com

presença abundante de matéria orgânica nos horizontes superficiais que ao ser oxidada libera CO2, o

que pode justificar os altos valores encontrados.


94

Alcalinidade (CHCO3-)

0

20

40

60

80

100

mai/03 jun/03 jul/03 ago/03 set

out/03

nov/03 dez/03

jan/04

fev/mar/

abr04

mês referente

mg/L

B1

B 2

B 3

B 3.1

B 4

B 5

B 6

B 8

B 8.1

Figura 6.18 – Teor de alcalinidade ao longo do ano nas microbacias

O teor de sulfato apresentou-se, em geral, abaixo do limite de quantificação do método

(<L.Q.), sendo registrado valores apenas na microbacia B8 nos meses de maio e junho (1,29 e 2,29

mg/L, respectivamente) e na B2 referente aos meses de dez/03 e jan/04 (7,26 mg/L). Este alto valor na

B2 provavelmente está relacionado com o ambiente redutor registrado neste período (menor valor de

registrado: Eh = -58), favorável à disponibilização de elementos

O teor de cloreto não apresentou variações significativas ente as microbacias, estando entre 1,5

e 4,5mg/L. Contudo, observa-se uma sutil variação deste ânion com as chuvas (figura 6.19).

Cloreto (CCl-)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0


out/03

nov/03 dez/03

jan/04

fev/mar/

abr04

mês referente

mg/L

B1

B 2

B 3

B 3.1

B 4

B 5

B 6

B 8

B 8.1

Figura 6.19 – Teor de cloreto ao longo do ano nas microbacias


95

Em geral, as concentrações dos cátions foram consideravelmente baixas e não houve variações

significativas ao longo do período considerado. A figura 6.20 mostra o comportamento dos cátions

fundamentais (Na+, Ca2+, K+ e Mg2+) e, como se pode observar, apenas para a microbacia B2 têm-se

valores mais variáveis. Como já discutido, esta microbacia apresenta comportamento hidroquímico

diferenciado, correspondendo à drenagem mais salinizada entre as analisadas.

Na + Ca + K + Mg

0

5

10

15

20

25

30


out/03

nov/03 dez/03

jan/04

fev mar

abr/04

mês referente

mg/L

B 1

B 2

B 3

B 3.1

B 4

B 5

B 6

B 8

B 8.1

Figura 6.20 – Variação dos cátions fundamentais ao longo do ano nas microbacias

Considerando a média dos elementos fundamentais (Na+, Ca2+, K+, Mg2+, HCO3-, SO4

2-, Cl-) e

ainda Si, Fe, Mn, tem-se a seguinte ordem decrescente em termos de concentração iônica: B2 >> B6 >

B1 > B5 > B4 ~ B3 > B3.1 > B8 > B8.1 (Figura 6.21), a qual, previsivelmente, coincide com a ordem

estabelecida com base nos índices STD e CE.

Concentração média (Na, Ca, K, Mg, Si, Fe, Mn, HCO3-, SO4

- -, Cl

-)

1,00

3,00

5,00

7,00

9,00

11,00

13,00

15,00


out/03

nov/03 dez03 /

jan04

fev mar

abr/04

mg

/L

B1

B-2

B-3

B-3.1

B-4

B-5

B-6

B-8

B-8.1

Figura 6.21 – Variação na concentração iônica média entre as microbacias


96

Em termos de potencial de oxidação, todas as microbacias apresentaram Eh positivo (meio

oxidante), exceto a B2, com alguns períodos com Eh negativo. Nesta microbacia, o ambiente redutor

se justifica pela presença do solo hidromórfico, rico em matéria orgânica, onde há consumo de O2 para

estabilização (degradação) da matéria orgânica com posterior liberação de CO2 (Anexo V).

Nas microbacias têm-se valores baixos de sólidos totais dissolvidos - STD - (em média

25,11mg/L), sendo os menores valores encontrados nas microbacias B8.1 e B8, cujas médias são,

respectivamente, 7,99 e 10,34 mg/L. Os maiores valores de STD foram encontrados para a microbacia

B2 (em média 75,3 mg/L), provavelmente devido ao ambiente redutor que favorece a solubilização de

alguns metais (Hem 1985).

As mesmas tendências de STD são observadas para a condutividade elétrica - CE - , fato

previsível, uma vez que a CE = f(STD). O maior valor médio foi encontrado para a microbacia B2

(114,2 µS) e o menor para a microbacia B8.1 (12,3 5µS).

O pH variou de 6,4 a 7,6 e a temperatura apresentou uma média de 18,5º, considerando todas

as microbacias no período monitorado (Anexo V).

6.5.3 - Diagrama de Piper

A partir dos íons fundamentais, procedeu-se à classificação das águas das microbacias

conforme a fácies hidroquímica por meio do Diagrama de Piper (Custodio & Llamas 1976, Fetter

1988, Hounslow 1995), utilizando-se dos recursos do programa “Aquachem” (Figura 6.22).

Em comum, todas são do tipo bicarbonatada, sendo:

- B8 e B8.1: cálcica, sódica ou mista;

- B6: cálcica ou magnesiana;

- e demais (B1, B2, B3, B3.1. B4 e B5): sódicas.

Embora o Diagrama de Piper seja comumente utilizado na classificação de águas subterrâneas,

sua aplicação nas microbacias é uma tentativa de verificar variações. Deve-se considerar ainda que a

água subterrânea (fluxo de base) está inclusa no fluxo superficial total, como já comprovado.


97

1

75

4

11

6

2

98

10

3

89 - Bicarbonatada10 - Sulfatada

11 - Cloretada

8 - Mista

5 - Cálcica

6 - Magnesiana

7 - Sódica2 - Bicarbonatada cálcica e/ou magnesiana

1 - Cloro- sulfatada cálcica ou magnesiana

4 - Bicarbonatada sódica

3 - Cloro sulfatada sódica

Figura 6.22 – Diagrama de Piper com a classificação das águas das microbacias


98

CAPÍTULO 7

DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

7.1 - PADRÃO DE FLUXO DAS MICROBACIAS

Em microbacias os fluxos hídricos subterrâneos profundos nem sempre se manifestam, dado

que se tratam de bacias pequenas, de primeira ou segunda ordem. Todavia, para as microbacias

estudadas, a perenidade dos canais e a assinatura hidroquímica em conformidade com a geologia

(conforme discutido a frente) denotam conexão hidráulica do meio superficial com aqüíferos locais

não confinados. Nestas condições, os índices determinados a partir do fluxo superficial refletem

características deste aqüífero, podendo ser utilizados para investigar a potencialidade hidrogeológica

de cada microbacia (Castany 1971, Trainer & Watkins Jr. 1974, Custodio & Llamas 1976, Feitosa &

Manoel Filho1997, USAE 1999).

Os coeficientes de recessão das microbacias apresentam a seguinte ordem decrescente

(considerando os índices obtidos pela técnica Matching Strip, como justificado no capítulo anterior):

B8.1 (α = 0,041) > B3 (α = 0,01401) > B8 (α = 0,0136) > B2 (α = 0,01191) > B5 (α = 0,01050) > B6

(α = 0,00749) > B1 (α = 0,00727) > B3.1 (α = 0,00432) > B4 (α = 0,003344).

Observa-se que nas microbacias B8.1, B3, B8, B2 e B5 encontram-se os maiores coeficientes

de recessão, o que indica que nestas a água subterrânea drena em um menor intervalo tempo. Ao

contrário, nas microbacias com coeficientes pequenos (B4, B3.1, B1, B6), a vazão decai a uma taxa

menos acelerada, sendo mantida pelo fluxo armazenado no aqüífero na ocasião da recarga (fluxo de

base). Assim, quanto menor o coeficiente de recessão, melhor a capacidade de manutenção das vazões

dos rios, pois o fluxo de base se manterá por mais tempo, com maiores volumes. Isto só é possível

graças a uma alta capacidade de armazenamento e baixa transmissividade. De fato, o coeficiente de

recessão (α ) é diretamente proporcional à transmissividade (T) ou coeficiente de permeabilidade (K) e

inversamente proporcional ao coeficiente de armazenamento (S) ou porosidade efetiva (Sy) (Custodio

& Llamas 1976, Cruz 1995, Feitosa & Manoel Filho 1997, Dewandel et al. 2003). Portanto, a ordem

das microbacias acima seria crescente em relação à potencialidade de armazenamento dos aqüíferos.

O BFI é também um índice que fornece indícios sobre as condições dos fluxos subterrâneos,

sendo maior em bacias com melhores condições de armazenamento, tendendo a ser, portanto,


100

inversamente proporcional ao coeficiente de recessão. Embora os BFI’s determinados para as

microbacias sejam superestimados (como justificado no item 6.3.1), os valores apresentam esta

tendência (Figura 7.1).

Da mesma forma pode-se aventar uma proporcionalidade entre FBE e o volume armazenado

de uma bacia, e assim uma relação inversa com o coeficiente de recessão. No entanto, esta correlação

não ficou clara com os dados das microbacias (Figura 7.2).

Vale ressaltar que os valores de FBE e BFI das microbacias não são exatos, uma vez que não

foi possível obter dados de vazão máxima (quando o volume de água ultrapassava o vertedor) e

mesmo eventuais dados de vazão mínima (quando o volume de água estava abaixo do recomendado

para medições com vertedor). São, portanto, dados que devem ser usados com precaução, embora

permitam uma avaliação das condições dos aqüíferos das microbacias.

BFI x αMicrobacias monitoradas

R2 = 0,7257

0,0

0,4

0,8

1,2

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04

coeficiente de recessão (α)

BF

I B1

B2

B4

B3.1

B3B6 B5

B8.1

B8

Figura 7.1 – Gráfico evidenciando a correlação inversa entre o coeficiente de recessão e o BFI.

FBE x αMicrobacias monitoradas

0

120.000

240.000

360.000

480.000

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04

coeficiente de recessão (α)

FB

Em

édio

anual

B4

B1 B5

B8

B3.1

B6

B2

B3

B8.1

Figura 7.2 – Gráfico do coeficiente de recessão em relação ao FBE.


101

Apesar das ressalvas, os índices acima discutidos evidenciam que as microbacias com maior

potencial em termos de armazenamento de água e produção de fluxo de base são as B4 e B3.1 e a

piores são B8.1, B3, B8 e B2. Com caráter mediano, têm-se as microbacias B1, B6 e B5.

Pela análise dos hidrogramas observa-se uma elevação generalizada no fluxo de base no fim

de fevereiro/2004, sugerindo que neste período ocorreu o ápice da recarga do aqüífero em todas as

microbacias (Figura 7.3), ou seja, quatro meses após início da estação chuvosa. Em contrapartida, na

microbacia B8.1 esse fenômeno ocorreu apenas em abril/2004, sugerindo uma recarga mais lenta,

reflexo provável da presença da voçoroca.

Ainda em relação aos níveis do fluxo de base específico, nota-se que este é nitidamente

menor na microbacia B2, na qual, inclusive, a elevação é muito sutil, o que sugere uma infiltração

(recarga) pequena.

Subida generalizada no fluxo de base

Pico

atrasado

na B8.1

Fl u

xo d

e ba

se e

spec

ífi c

o da

s m

icro

b aci

as

-

(m

/s/k

m)

32

5/5/

2003

4/6/

2003

4/7/

2003

3/8/

2003

2/9/

2003

2/10

/200

3

1/11

/200

3

1/12

/200

3

31/1

2/20

03

30/1

/200

4

29/2

/200

4

30/3

/200

4

29/4

/200

4

29/5

/200

4

28/6

/200

4

0,00

0,01

0,02

A

B8.1

0,00

0,01

0,02

B8

0,00

0,01

0,02

B6

0,00

0,01

0,02

B5

0,00

0,01

0,02

B4

0,00

0,01

0,02

B3.1

0,00

0,01

0,02

B3

0,00

0,01

0,02

B2

0,00

0,01

0,02

B1

Figura 7.3 – Fluxo de base específico das microbacias, com destaque para as respostas de recarga dos aqüíferos


102

As variações da vazão observadas ao longo do dia (figura 6.5) podem ser atribuídas às

variações da evapotranspiração. A queda na vazão à tarde pode ser assim justificada pela maior

evapotranspiração no período da tarde, fenômeno já relatado por outros autores (Valente & Gomes

2005).

7.1.1 – Padrão hidroquímico das microbacias

A assinatura química das microbacias foi correlacionada com as características físicas e com o

deflúvio.

7.1.1.1 - Análise das assinaturas hidroquímicas e as litologias

Procedeu-se uma análise comparativa entre os minerais característicos de cada unidade

litológica e a concentração dos principais elementos químicos nas águas das microbacias, levando-se

em consideração a mobilidade de cada elemento. Esta mobilidade justifica o fato de que elementos

químicos comuns nas rochas nem sempre coincidem com os mais abundantes nas águas. Baseando-se

nas informações de Hem (1985) e Custodio & Llamas (1976) e utilizando-se os valores médios das

análises químicas, foi possível verificar que:

- As microbacias B1, B2, B3, B3.1, B4, B5 e B6 apresentam maiores concentrações de Ca, Na

(cujas fontes potenciais são os plagioclásios) e K (proveniente do microclínio e outros, como a

moscovita). Isto se justifica pelo fato de estarem estruturadas em unidades ricas em silicatos, em

particular feldspatos. Assim, outro elemento também comum nas águas destas microbacias é a Si. Já

nas microbacias B8 e B8.1, tem-se baixos teores destes elementos, provavelmente devido à litologia

local, com menos minerais fontes, em especial feldspatos.

- O Mg foi encontrado em todas nas microbacias, com destaque para B6, com maiores valores.

As fontes potenciais deste elemento nas microbacias são biotita, clorita, piroxênios e anfibólio. Estes

minerais são encontrados em todas as microbacias e na B6, além destes, têm-se ainda talco, serpentina

e estaurolita, que corrobora o maior teor encontrado.

- O Li e Mn foram encontrados em quantidades moderadas, exceto na B8.1, que apresentou

altas concentrações. Estes dois elementos apresentam-se altamente correlacionáveis (0,82) sugerindo

uma fonte comum, que pode ser a turmalina (Gaines et al. 1997), mineral freqüente na região desta

microbacia.

- O Fe também foi encontrado em todas microbacias, provavelmente proveniente de anfibólio,

piroxênio, biotita e clorita. Foram observados valores maiores nas microbacias B2 e B8. A alta

concentração na B8 é provável conseqüência das rochas itabiríticas da Formação Cauê, localizadas em

sua cabeceira. Na microbacia contígua B8.1 esta formação não aparece e, de fato, tem-se um menor


103

conteúdo de Fe. A microbacia B2 não possui outros minerais que justifiquem uma concentração maior

quando comparada com bacias de geologia semelhante, como a B1. Ou seja, a fonte litogênica é a

mesma: biotita e anfibólio. Uma explicação para altos teores de Fe seria o ambiente de exfiltração: a

solubilidade do Fe na água é fortemente dependente do Eh, pH (diagrama pH x Eh) e da ação

biológica e a B2 é a única microbacia com ambiente redutor. Nestas condições, o ferro se encontra no

estado ferroso (Fe++), que é solúvel. Nas demais bacias, em ambiente menos redutor, predomina o

ferro férrico, que se precipita normalmente como hidróxido. Assim, tem-se uma maior quantidade de

Fe disponível na água da microbacia B2. No canal da B2 observa-se, ainda, quantidade considerável

de particulados com aspecto gelatinoso e cor marrom ferrugem, que representam ferro no estado

coloidal.

Como salientado anteriormente, a composição química da água que circula em determinada

unidade geológica é influenciada por vários fatores, alguns particulares de cada região, e daí não

existir uma relação unívoca entre geologia e composição da água. Mas pode-se, desconsiderando

situações extremas, estabelecer relações, tendências em comum, por exemplo por meio de razões

iônicas. Considerando a composição média de cada microbacia e seguindo as relações entre razões

iônicas (tabela 7.1) e litologias expostas por Custodio & Llamas (1976), foi possível verificar que:

1) rK/rNa – Em águas doces esta razão está freqüentemente entre 0,004 e 0,3, havendo uma tendência

de diminuição com o aumento da salinidade (Hem 1985), a qual foi observada para as microbacias

(Figura 7.4). Exclusivamente da microbacias B8.1, esta razão é maior que 1. Porém, esta microbacia

apresenta altas quantidades de lítio que pode estar substituindo parcialmente o sódio e, assim,

interferindo no valor desta razão. Seria necessária uma investigação mais pontual para interpretações

deste alto valor.

Figura 7.4 - Relação inversa entre a concentração dos íons principais e a razão rK/rNa para os dados das

microbacias.

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

0,00 0,50 1,00 1,50

rK/rNa

Concentr

ação d

os ions

fundam

enta

is

B1

B2

B3

B3.1

B4

B5

B6

B8

B8.1


104

2) rNa/rCa – Nas microbacias onde predominam granitos e gnaisses (B1 a B6), os valores médios para

esta razão estão entre 1,0 e 5,1. Intervalos de valores semelhantes (0,7 – 5,0) são citados por Scudino

(2002) para este tipo de terreno. Para as microbacias B8 e B8.1, estruturadas sobre xistos e filitos do

Supergrupo Minas, os valores foram menores: média de 0,6 e 0,3, respectivamente. Esses valores são

similares aos encontrados pelo autor supracitado para as rochas do Grupo Nova Lima (0,1 – 0,7),

onde também predominam xistos e filitos.

3) rMg/rCa – Todas microbacias apresentaram valores médios entre 0,3 e 1,0, dentro dos limites

comuns para águas continentais (entre 0,3 e 1,5, segundo Custodio & Llamas 1976). A B6 apresenta

um valor mais elevado (em média 1,45), justificado pelas fontes adicionais litogênicas de Mg, como

explicado anteriormente.

Tabela 7.1 – Razões iônicas médias definidas para as microbacias

Razões Iônicas médias

rK / rNa rNa / rCa rMg / rCa

B1 0,20 1,84 0,66

B2 0,11 1,04 0,29

B3 0,42 1,64 0,84

B3.1 0,31 5,10 0,50

B4 0,25 3,13 0,35

B5 0,19 2,61 0,81

B6 0,10 1,38 1,45

B8 0,41 0,59 0,62

B8.1 1,16 0,33 0,76

É clara, portanto, a existência de relação entre litologia e hidroquímica nas microbacias. Isto

evidencia uma interação das águas superficiais com o substrato e uma participação da água

subterrânea na composição do fluxo total. Assim, esta apresenta uma assinatura química característica,

compatível com o meio, salvo a B2 com comportamento anômalo, provável reflexo de condições

superficiais locais.


105

7.1.1.2 – Análise das assinaturas hidroquímicas e a vazão

Foi analisada para cada microbacia a existência de relação entre vazão, precipitação e a

concentração química média dos íons fundamentais (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42- HCO3

-) e ainda

Si, Mn e Fe. Porém, não foi possível detectar tendências consistentes (que se repitam conforme o

aumento ou diminuição da vazão), uma vez que as concentrações apresentaram comportamentos

irregulares frente aos eventos de chuva ao longo do ano. Contudo, esta falta de correlação pode ser

devido simplesmente ao fato da coleta não ter sido sistemática. Conclusões mais precisas a este

respeito exigem dados contínuos de monitoramento hidroquímico, da chuva e da vazão.

Porém, quando se compara as microbacias, observa-se que entre aquelas estruturadas em

granito-gnaisses, a microbacia B2 apresenta as maiores oscilações na concentração durante o ano

(desvio padrão = 2,43), variando proporcionalmente à vazão (Figura 7.5). Essa variação sugere que a

principal componente do fluxo é superficial. Em outro extremo, nas microbacias B3.1 e B4, as

concentrações químicas oscilam menos ao longo do ano (desvio padrão 0,28 e 0,29, respectivamente),

tendendo a certo patamar, mesmo com variação no deflúvio, sugerindo uma maior contribuição

subterrânea (Custodio & Llamas 1976). Entre as microbacias do Supergrupo Minas, observa-se

maiores oscilações na concentração na B8.1 (desvio padrão = 0,44). Esta microbacia, assim como a B3

(desvio padrão = 0,34) é caracterizada pela presença de voçoroca e a variação mais realçada que nas

respectivas microbacias vizinhas (B3.1 e B8, com desvio padrão 0,28 e 0,37, respectivamente) sugere

uma menor contribuição subterrânea (Figura 7.5).


106

B1

0,0

6,0

12,0

18,0

24,0

30,0

abr-

03

mai-03

jul-03

set-

03

out-

03

dez-0

3

fev-0

4

mar-

04

mai-04

L/s

1,0

2,5

4,0

5,5

7,0

mg/L

B2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

abr-

03

mai-03

jul-03

ago-0

3

out-

03

dez-0

3

jan-0

4

mar-

04

mai-04

L/s

7,0

9,0

11,0

13,0

15,0

mg/L

B3

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

mai-03

jun-0

3

ago-0

3

set-

03

nov-0

3

jan-0

4

fev-0

4

abr-

04

L/s

1,0

2,5

4,0

5,5

7,0

mg/L

B3.1

0,0

3,0

6,0

9,0

12,0

mai-03

jun-0

3

ago-0

3

set-

03

nov-0

3

jan-0

4

fev-0

4

abr-

04

L/s

1,0

2,5

4,0

5,5

7,0

mg/L

B4

0,0

6,0

12,0

18,0

24,0

mai-03

jun-0

3

ago-0

3

set-

03

nov-0

3

jan-0

4

fev-0

4

abr-

04

L/s

1,0

2,5

4,0

5,5

7,0

mg/L

B5

0,0

2,5

5,0

7,5

10,0

mai-03

jun-0

3

ago-0

3

set-

03

nov-0

3

jan-0

4

fev-0

4

abr-

04

L/s

1,0

2,5

4,0

5,5

7,0

mg/L

B6

0,0

6,0

12,0

18,0

24,0

jun-0

3

ago-0

3

set-

03

nov-0

3

dez-0

3

fev-0

4

abr-

04

mai-04

L/s

1,0

2,5

4,0

5,5

7,0

mg/L

B8

0,0

2,5

5,0

7,5

10,0

jul-03

set-

03

nov-0

3

dez-0

3

fev-0

4

mar-

04

mai-04

L/s

1,0

2,5

4,0

5,5

7,0

mg/L

B8.1

0,0

5,0

10,0

15,0

jul-03

set-

03

nov-0

3

dez-0

3

fev-0

4

mar-

04

mai-04

L/s

1,0

2,5

4,0

5,5

7,0

mg

/L

Vazão média diária

Concentração iônica média

(Na , K , Ca , Mg , Si,

Fe, Mn, Cl , SO HCO )

+ + 2+ 2+

- 2- -

4 3

Figura 7.5 – Variação da concentração química ao longo do ano com a vazão.


107

Em termos de comportamento hidroquímico, conforme exposto, há certa similaridade na

composição das águas das microbacias estruturadas em terrenos granito-gnáissicos, que por sua vez

diferem das microbacias em xistos e filitos do Supergrupo Minas. As águas superficiais das

microbacias apresentam assinaturas hidroquímicas que refletem o ambiente geológico local e que

comprovam a interação destas com as águas subterrâneas e o substrato, com ressalvas para a

microbacia B2, discutida a seguir. São águas que, em geral, apresentam baixos valores de CE, STD e

concentrações iônicas. Nas áreas estudadas, prevalecem condições tropicais úmidas, onde a

temperatura alta favorece o intemperismo mas a alta pluviosidade permite a renovação das águas, o

que em parte, justifica a baixa salinidade das águas. Além disso, no Complexo Metamórfico Bação

predominam latossolos (Bacellar 2000), que são solos muito desenvolvidos, lixiviados e quimicamente

estáveis (ricos em minerais residuais pouco alteráveis, como quartzo e oxi-hidróxidos de Fe), o que

reduz a disponibilidade de elementos químicos em solução (Hem 1985, Resende et al. 1995).

Adicionalmente, esses baixos valores até no período de estiagem (quando o fluxo é mantido

por fontes subterrâneas) são também indícios de que as microbacias recebem fluxos

subsuperficiais ou subterrâneos com baixo tempo de residência, o que é esperado para bacias

de primeira a segunda ordem.

A microbacia B2 apresentou o comportamento mais anômalo, com maiores concentrações

iônicas, STD e CE, além de variações mais bruscas ao longo do ano hidrológico. Também apresentou

ambiente por vezes redutor, provável conseqüência das condições superficiais locais: área de várzea

com solo hidromórfico (rico em matéria orgânica, que consome O2 em processo de estabilização) em

considerável proporção da bacia. O meio redutor facilita a mobilidade dos metais, o que contribui para

as maiores concentrações iônicas. Este ambiente confere à água características singulares que são

reflexos apenas das condições superficiais e não do meio subterrâneo. A maior oscilação na

concentração química com os eventos de chuva reforça a hipótese de predomínio de fluxo superficial

em detrimento do fluxo subterrâneo nesta microbacia. De fato, a B2 apresenta FBE e BFI

consideravelmente baixos. O comportamento hidroquímico da B2 é, portanto, nitidamente diferente de

microbacias com geologia e grau de degradação semelhantes, como a B1.

O cruzamento dos dados hidroquímicos com o regime de fluxo das microbacias não mostrou

nenhuma tendência evidente. Era prevista uma correlação positiva entre a concentração iônica e o

índice BFI, uma vez que, quanto maior BFI, maior contribuição subterrânea, que apresentaria maior

concentração iônica, o que não foi confirmado (Figura 7.6). Porém, deve-se ressaltar que as vazões

foram monitoradas diariamente, enquanto a amostragem química ocorreu em intervalos de tempo

maiores, variando de 1 a 2 meses. A não correlação observada pode ser conseqüência desta

disparidade na freqüência de coleta dos dados.


108

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0

Concentração iônica média (mg/L)

BF

IB6B5

B3

B1B3.1B4

B2

B8.1

B8

Figura 7.6 – Não correlação encontrada entre o BFI e a concentração iônica média no período monitorado considerando os íons fundamentais e os íons Si , Fe e Mn.

Como discutido, as concentrações iônicas das microbacias B3.1 e B4 apresentam as menores

variações em diferentes estágios de vazão, mantendo-se uma certa constância, o que indica uma

contribuição subterrânea mais importante (Figura 7.5). De fato, conforme interpretações a partir dos

índices coeficiente de recessão, BFI e BFE, estas microbacias apresentam armazenamento e produção

de fluxo de base significativos.

7.2 - PADRÃO DE FLUXO DAS BACIAS COM DADOS HIDROLÓGICOS

HISTÓRICOS

Assim como nas microbacias, aspectos da potencialidade hidrogeológica das bacias com dados

hidrológicos históricos foram interpretados a partir dos coeficientes de recessão (α) e,

secundariamente, dos índices BFI e FBE. Deve-se considerar que nestas não se tem controle efetivo

sobre as condições encontradas à montante, como barragens, retiradas d’água e outras, que podem

interferir na vazão e, conseqüentemente, nos índices hidrogeológicos calculados. Ressalta-se ainda

que, entre as características definidas para as microbacias (geologia, geomorfologia e uso e ocupação

do solo), nas bacias maiores tem-se conhecimento apenas da geologia, que inclusive apresenta-se

relativamente heterogênea, com várias unidades litológicas.

A bacia 56631000 apresenta o menor coeficiente de recessão, seguida pela 41180000,

41150000 e 41152000, cujos valores variaram em torno de 0,002 e 0,003 dia-1. Analogamente à

discussão para as microbacias, atribui-se a estas bacias um maior armazenamento e maior capacidade

de manter a vazão por períodos mais extensos. Em outro extremo, com menor potencial, têm-se as

bacias 566320000 e 41163000. Cabe mencionar que nesta comparação foram utilizados os índices

obtidos pelo método de Barnes para todas as bacias.


109

Em termos de BFI, a classificação das bacias segue a mesma ordem obtida pela análise do

coeficiente de recessão (o que apenas valida os dados já que teoricamente estes índices são mesmo

correlacionáveis).

7.3 - DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS HIDRODINÂMICOS

Os parâmetros hidrodinâmicos das microbacias foram determinados indiretamente,

assumindo-se que os respectivos aqüíferos obedecem às condições estabelecidas por Maillet e

Rorabaugh (item 3.6), que resultam na equação:

2

2

4SyL

Kbπα = (8)

Assim, procedeu-se uma estimativa da difusividade (transmissividade (T) / coeficiente de

armazenamento (S) ou porosidade efetiva (Sy)) média dos aqüíferos das microbacias (Tabela 7.1).

Sendo KbT = , tem-se:

2

24

π

αL

Sy

T= (9)

Considerando que S varia em um intervalo mais limitado que a transmissividade, adotou-se

valores freqüentemente citados na literatura para este parâmetro, estimando assim a transmissividade

das microbacias. Em aqüíferos livres, o coeficiente de armazenamento (ou, mais precisamente, a

porosidade efetiva) varia entre 0,3 e 0,01, sendo que para aqüíferos confinado os valores são menores,

da ordem de 0,001 e 0,0001 (ou mesmo 0,00001) (Freeze & Cherry 1979). Pode-se supor no caso das

microbacias uma maior efetividade de aqüíferos livres, pela representativa relativa do regolito. Diante

deste pressuposto atribuiu-se valores máximos e mínimos de S obtendo-se assim estimativas máximas

e mínimas de T (Tabela 7.2).

.


110

Tabela 7.2 – Valores estimados de difusividade e transmissividade

Difusividade Valores mínimos Valores máximos

Bacias L (m)


(pelo matching

strip) T/S S T =m2/dia S T =m2/dia

B1 615 0,00727 278,60 0,01 2,79 0,1 27,86

B2 250 0,01191 75,42 0,01 0,75 0,1 7,54

B3 500 0,01401 354,88 0,01 3,55 0,1 35,49

B3.1 370 0,00432 59,92 0,01 0,60 0,1 5,99

B4 747 0,00334 188,84 0,01 1,89 0,1 18,88

B5 440 0,0105 205,97 0,01 2,06 0,1 20,60

B6 732 0,00749 406,63 0,01 4,07 0,1 40,66

B8 327 0,0136 147,34 0,01 1,47 0,1 14,73

B8.1 207 0,041 178,00 0,01 1,78 0,1 17,80

Os intervalos do coeficiente de armazenamento disponíveis na literatura e utilizados nos

cálculos da transmissividade das microbacias não correspondem a aqüíferos com características iguais

aos das microbacias. Porém, foram utilizados uma vez que não se têm valores mais reais. Os valores

da transmissividade encontrados devem, portanto, ser analisados com ressalvas.

Silva et al. (1994) citam transmissividade de 25m2/dia na região do CMB. Assim, no caso das

microbacias B1 a B6 onde predominam granitos e gnaisses do CMB, tem-se que a transmissividade

estimada indiretamente é coerente com o valor encontrado para a região.

É importante destacar ainda que os valores de transmissividade calculados desta forma, ou

seja, a partir do conhecimento das taxas de recessão do fluxo de base, tendem a ser menores que os

estipulados por testes de bombeamento (item 3.6).


111

7.4 – CONDICIONANTES DO REGIME HIDROLÓGICO

Cada bacia está sujeita a processos hidrológicos/hidrogeológicos distintos em função das

peculiaridades do meio, como discutido no capítulo 3.

Seguindo este princípio, as respostas hidrológicas de cada microbacia foram comparadas

frente aos diferentes contextos físicos e ambientais, como proposto no início deste trabalho, buscando-

se estabelecer a influência dos condicionantes geológicos, geomorfológicos e de uso e ocupação do

solo na potencialidade hídrica das microbacias, para as quais tem-se um conhecimento efetivo sobre as

condições do meio físico. Para as bacias com dados históricos foi avaliada principalmente a

influências da geologia, uma vez que não se tem controle sobre as demais características.

O termo “potencial hídrico” utilizado neste trabalho refere-se ao potencial de produção de

água da bacia hidrográfica, ou seja, denota-se como bacia de alto potencial hídrico aquela que

apresenta altas taxas de fluxo de base e, conseqüentemente, conseguem manter por longo tempo uma

vazão razoável mesmo em épocas de estiagem.

Destaca-se ainda que nas bacias do rio Maracujá e Alto rio das Velhas foi possível aplicar

métodos diferentes de determinação do BFI e FBE. Por comparação, constata-se que o método de

Barnes fornece valores menores que a técnica smoothed minima (item 6.3.2). Isto se justifica pelos

próprios princípios dos métodos, já que no smoothed minima pequenas variações na vazão são

consideradas e, assim, no gráfico de separação de hidrogramas, a linha correspondente ao fluxo de

base é oscilante (mais irregular). Já no método de Barnes têm-se médias anuais e a linha de separação

dos fluxos é mais regular. Raciocínio semelhante justifica os maiores valores de coeficiente de

recessão obtidos pelo matching strip em relação àqueles obtidos pelo método de Barnes (item 6.4.1),

já que no primeiro caso todas as pequenas variações da taxa de recessão são consideradas e no

segundo tem-se uma recessão média do fluxo de base. Assim, na comparação entre as bacias deve-se

sempre utilizar os resultados do mesmo método. Mas é importante ressaltar que as tendências vão se

manter, pois uma bacia terá maior fluxo de base que outra independente do método.


112

Cabe ressaltar que o coeficiente de recessão, assim como os índices BFI e FBE variam

anualmente, devido às variações na precipitação e às diferentes condições de armazenamento da bacia

em períodos anteriores. Porém, quando se analisam várias bacias em um mesmo intervalo de tempo,

as variações entre os índices são mais influenciadas pelas diferenças físicas do meio (é o caso das

microbacias). De fato, sob mesma condição climática, microbacias apresentaram taxas de produção de

água distintas, o que denota a influência de parâmetros físicos no potencial hídrico.

7.4.1 - Condicionantes Geológicos

A análise do coeficiente de recessão e do BFI nos gráficos abaixo evidenciam

agrupamentos de bacias que podem ser classificados como alto, médio, baixo e, especificamente para a

microbacia B8.1, muito baixo potencial hídrico (Figura 7.7).

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04

Coef. de recessão (pelo método de Barnes)

BF

I(p

elo

mé

tod

od

eB

arn

es)

41150000

41180000

56631000

56632000

41152000

41163000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04

Coef. de recessão (pelo matching strip )

BF

I(p

ela

técn

ica

sm

oo

the

dm

inim

a)

B1

B2

B3

B3.1

B4

B5

B6

B8

B8.1

41152000

41163000

Alto

Médio

Potencial hídrico

Baixo

Muito baixo

Potencial hídricoAlto

Médio

A

B

Figura 7.7 – Coeficiente de recessão versus BFI para todas bacias analisadas. A = obtidos pelos métodos Matching Strip e Smoothed minima; B = obtidos pelo método de Barnes


113

Quando se faz a comparação apenas entre as microbacias, observa-se que os coeficientes de

recessão daquelas com predomínio de granito-gnaisse (B1 a B6) são menores que nas microbacias do

Supergrupo Minas (B8 e B8.1), desconsiderando a B3, que possui o diferencial da presença da

voçoroca, a ser discutido à frente. Isto sugere que o primeiro grupo constitui litologia com maior

potencial hídrico. De fato, os xistos e filitos no QF constituem aqüíferos de muito baixo potencial,

como constato em outros trabalhos (Silva et al. 1994, Cruz 1995, Golder Associates 2001) (item 2.4) e

na área estudada provavelmente são pouco fraturados.

Além das rochas em si, outro aspecto a ser considerado é o regolito, que pode se comportar

como um meio de transmissão de água para meio fissural e/ou como meio aqüífero granular e

contribuir para a manutenção do fluxo de base. Os granitos-gnaisses em geral apresentam baixa

porosidade primária, mas dão origem a perfis de intemperismo predominantemente areno-siltosos ou

silto-arenosos que atingem grande espessura. No CMB o manto de intemperismo é geralmente bem

desenvolvido, chegando a mais de 50m onde o relevo é mais plano (Sobreira 1998, Bacellar 2000)

(item 2.3). O regolito espesso configura um aqüífero granular raso com boas condições de

armazenamento e, embora apresentem baixa condutividade, são decisivos na recarga do aqüífero

fissural subjacente, com más condições de armazenamento (Deere & Patton 1971), e assim contribuem

para a definição do potencial hídrico das microbacias citadas. Nas microbacias do Sg Minas o solo é

menos desenvolvido e mais delgado e, assim, sua contribuição como aqüífero superficial é limitada.

Neste sentido, pode-se afirmar que microbacias estruturadas em granito-gnaisse com perfil de

intemperismo espesso apresentam maior potencial hídrico que microbacias em xistos e filitos do G.

Piracicaba (indiviso) com perfil de intemperismo delgado.

Estas interpretações corroboram as observações de Chilton & Foster (1995) e Gonçalves

(2001) (item 3.7.3). Segundo estes autores, em regiões de clima úmido, a presença do regolito espesso

é fator decisivo em termos de armazenamento do aqüífero, processo de recarga de zonas subjancentes

e capacidade de explotação (produção de poços locais).

Outro fator que pode estar influenciando no potencial hídrico é o grau de fraturamento, assim

como zonas de cisalhamento, porém, esse fator especificamente não foi investigado.

Destaca-se que as diferenças na litologia da microbacia B6 em relação às demais microbacias

do CMB (a saber, presença de anfibolito, xisto e metaultramáfica em 40% da microbacia – tabela 5.4)

não se refletiram nos índices BFI e coeficiente de recessão. Aventa-se que outras características da

microbacia exerçam influência mais efetiva, capaz de suprimir o efeito deste diferencial e/ou que as

rochas em questão sejam apenas lascas tectônicas no gnaisse e, assim, não interfeririam nas condições

dos fluxos hídricos subterrâneos. Seria necessário um estudo mais detalhado nesta área para

definitivamente comprovar alguma hipótese.


114

Entre as microbacias estruturadas em embasamento cristalino, duas se destacam pelo baixo

potencial hídrico: a B3, que será discutida a seguir, e a B2, que se caracterizam pelos maiores

coeficientes de recessão e menores BFI’s deste grupo. A microbacia B2 apresenta um comportamento

anômalo, refletido tanto nos índices hídricos quanto na assinatura hidroquímica (item 7.1.1). A

contribuição do fluxo de base para esta drenagem é muito baixa em detrimento ao fluxo superficial,

como também demonstrado pelos menores valores do FBE e BFI e corroborado pelas interpretações a

partir da oscilação da concentração química de suas águas ao longo do ano. Exclusivamente nesta

bacia, tem-se uma significativa área de várzea com grande quantidade de argilas orgânicas (solos

hidromórficos), com baixa taxa de infiltração (recarga reduzida) e, conseqüentemente, um escoamento

superficial alto. Nesta microbacia foi observado ainda que a nascente encontra-se parcialmente

degradada pelo pisoteio de gado, agravando assim as condições de infiltração local. O ambiente rico

em matéria orgânica confere condições redutoras ao meio e conseqüente disponibilização de mais

elementos na água, o que a torna quimicamente distinta das demais microbacias analisadas no CMB.

Como já salientado, neste caso o comportamento químico diagnosticado reflete condições

hidroquímicas superficiais. Há de se considerar também que a B2, embora regionalmente pertença ao

domínio geomorfológico 2, possui um slope index consideravelmente alto (tabela 5.6). Como

demonstrado à frente, no caso das microbacias, este índice apresenta relação inversa com as taxas de

fluxo de base. Assim o alto valor do slope index também contribui para altas taxas de escoamento

superficial e justifica, em parte, o alto coeficiente de recessão.

A influência da geologia no comportamento hídrico das bacias com séries hidrológicas

históricas a partir da comparação dos índices hídricos não pôde ser claramente definida. A diversidade

litológica encontrada é um fator que provavelmente dificultou o estabelecimento de uma relação clara,

já que dentre as seis bacias analisadas, apenas as de código 41163000 (rio Maracujá) e 56632000

(ribeirão Caraça) apresentam uma unidade dominante, ou seja, são constituídas, respectivamente, de

90% de rochas do CMB e 95% de quartzito. Outro fator que provavelmente está influenciando o

comportamento hídrico das bacias é a proximidade destas com megaestruturas do QF. Especificamente

as bacias 41180000 (rio Itabira), 41150000 (rio Funil) e 41152000 (Alto rio das Velhas) estruturam-se

parcialmente em flanco do Sinclinal Dom Bosco, sendo que a última também corresponde à parte do

Anticlinal de Mariana. Por sua vez, a bacia 566310000 (rio Conceição) pode estar sob influência do

Sinclinal Gandarela. Parâmetros geomorfológicos e de uso e ocupação do solo, não analisados para

estas bacias, também podem estar influenciando significativamente o comportamento hídricos do

sistema. Conquanto essas ressalvas, observa-se um coeficiente de recessão relativamente alto (α =

0,0083) para a bacia 56632000 estruturada 95% em quartzito do G. Caraça, sugerindo alta

transmissividade e baixo coeficiente de armazenamento, típico de aqüífero fraturado. Tal interpretação

confere com os dados citados por Silva et al. (1994), que atribuem aos quartzitos do G. Caraça baixos

valores de S (0,1 – 0,002) e valores de T de até 864 m2/dia, reflexo dos fraturamentos (item 2.4.4).


115

7.4.2 - CONDICIONANTES GEOMORFOLÓGICOS

Para avaliar o condicionamento da geomorfologia, foram consideradas as microbacias com a

mesma litologia e grau de preservação semelhante (preservadas e pouco degradadas, tabela 5.7). Entre

os índices geomorfológicos disponíveis (tabela 5.6) foram utilizados os parâmetros slope index e Kc,

uma vez que o índice “domínio geomorfológico” representa uma compartimentação geomorfológica

de escala regional e o slope index apresenta a vantagem de ser adimensional (ou seja, independente da

escala), além de ser um índice em escala local.

No gráfico de coeficiente de recessão versus BFI (Figuras 7.1 e 7.7), observam-se

agrupamentos distintos entre as microbacias onde predominam rochas granito-gnáissicas e que foram

classificadas como preservadas e pouco degradadas, a saber: B1, B2, B3.1, B4, B5 e B6. Trata-se de

bacias semelhantes em termos de geologia e uso e ocupação do solo, mas que se diferenciam por

características geomorfológicas, que podem estar contribuindo para a diferenciação observada no

comportamento hidrológico. Em especial, quando se analisa em termos do slope index, que é uma

medida do grau de inclinação da bacia, tem-se que as bacias com menor coeficiente de recessão e

maior BFI correspondem às bacias menos íngremes (Figura 7.8). Isto sugere que bacias com relevo

mais suave (menor slope index) são potencialmente melhores em termos de armazenamento de água e

produção do fluxo de base que bacias de relevo mais inclinado. Inclusive para a B2, analisada à parte

dada suas particularidades, esta tendência é observada, uma vez que se trata de uma microbacia com

alto coeficiente de recessão, baixo fluxo de base e slope index alto. Deve-se considerar ainda que no

CMB as áreas mais planas apresentam cobertura mais espessa, o que também favorece as condições

hídricas da bacia, como discutido anteriormente.

0

100

200

300

400

500

0,000 0,003 0,006 0,009 0,012 0,015


slo

pe

index

Potencial hídrico

AltoMédio

Baixo

B2

B1

B6

B5

B3.1

B4

Figura 7.8 – Gráfico de cruzamento entre Slope index e coeficiente de recessão de microbacias com características geológicas e de uso e ocupação do solo semelhante


116

Outro parâmetro geomorfológico característico entre as microbacias é o índice de

compacidade (Kc). Porém não foi observada nenhuma relação evidente entre este e parâmetros

hidrológicos (Figura 7.9).

B1

B2

B3.1

B4B5

B6

0,9

1

1,1

1,2

1,3

0,000 0,003 0,006 0,009 0,012 0,015

coeficiente de recessão

indic

e d

e c

om

pacid

ade -

Kc

Figura 7.9 - Gráfico do Índice de compacidade x coeficiente de recessão de microbacias com características geológicas e de uso e ocupação do solo semelhante

7.4.3 - CONDICIONANTES ANTRÓPICOS

Os condicionantes antrópicos estão relacionados com os tipos de uso e ocupação do solo,

utilizados neste trabalho para classificar as microbacias quanto ao grau de preservação (item 5.5).

A influência em relação às formas de uso e ocupação do solo não foi claramente identificada

quando se fez o cruzamento com os índices hídricos. Especificamente, o cruzamento do coeficiente de

recessão com o total de matas e total de pastagem não evidenciou nenhuma tendência significativa

(Figura 7.10). Deve-se considerar que a definição das condições dos fluxos hídricos envolve uma

relação complexa entre vários fatores. Assim, pode-se supor que a influência do uso e ocupação esteja

suprimida pelas outras características das microbacias ou ainda que as diferenças de uso e ocupação

não sejam tão marcantes entre as microbacias a ponto de apresentarem reflexo diferencial no

comportamento hídrico destas. De fato, todas apresentam tipos de uso e ocupação do solo com

proporções relativamente parecidas, exceto as microbacias B3 e B8.1 nitidamente distintas pela

presença da voçoroca, cuja influência é então discutida a seguir (com base nas microbacias

conjugadas). Adicionalmente, ressalta-se que as delimitação dos tipos de uso e ocupação do solo neste

trabalho não foi de detalhe, o que seria conveniente para uma interpretação mais definitiva.

Embora não tenha sido objeto de investigação desta pesquisa, vale destacar que o efeito

temporal da influência antrópica sobre os recursos hídricos é mais evidente e conhecido. Por exemplo,


117

a diminuição da vazão em rios, em especial do fluxo de base, sem a diminuição da chuva, ao longo do

tempo pode ser atribuída ao mau uso do solo.

0

20

40

60

80

100

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05


tota

lem

%d

em

ata

s

B 1

B 2

B 3

B 3.1

B 4

B 5

B 6

B 8

B 8.10

20

40

60

80

100

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05


tota

lem

%de

pa

sta

ge

m

B 1

B 2

B 3

B 3.1

B 4

B 5

B 6

B 8

B 8.1

Figura 7.10 – Correlação entre o coeficiente de recessão e a porcentagem de mata e pastagem nas microbacias

7.4.3.1 – Influência da voçoroca na dinâmica hidrológica/hidrogeológica de

microbacias

Os maiores coeficientes de recessão correspondem às microbacias B8.1 e B3, indicando que a

vazão decai a uma taxa mais rápida e que o armazenamento é pequeno. As respectivas microbacias

conjugadas (B8 e B3.1), por sua vez, apresentam coeficientes de recessão nitidamente inferiores. As

microbacias B8.1 e B3 apresentam ainda BFI’s menores, evidenciando um fluxo de base pequeno em

detrimento ao escoamento superficial (Figura 7.11).

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

0,00 0,02 0,03 0,05

coeficiente de recessão

BF

I

B3 comvoçoroca

B3.1 semvoçoroca

B8 semvoçoroca

B8.1 comvoçoroca

CM

BS g

Min

as

Figura 7.11 – Variação no coeficiente de recessão e BFI em conseqüência da presença de voçoroca


118

Na microbacia B8.1 ocorrem grandes picos de enchentes, que se esgotam rapidamente,

chegando a drenagem a secar em épocas de estiagem prolongada. Estes picos na vazão por vezes são

destrutivos e provocam erosão nas margens do canal que, conseqüentemente, possui uma largura

desproporcionalmente grande (Figura 7.12). Na B3, os picos de vazão também provocam erosão à

jusante. Em contrapartida, nas microbacias B8 e B3.1 (sem voçoroca) a água de chuva consegue se

infiltrar e, conseqüentemente, os picos de vazão são menores. A água armazenada é, então, liberada

gradativamente na época de estiagem como fluxo de base, caracterizando, portanto, um regime

hidrológico previsível em equilíbrio.

Microbacia B8.1

Microbacia B8

Voçoroca

Figura 7.12 – Microbacias B8 e B8.1 com nítida diferença na morfologia dos respectivos canais

Tem-se, portanto, um comportamento hídrico nitidamente diferenciado entre as microbacias

B8 e B8.1, e entre as microbacias B3 e B3.1. Atribui-se à voçoroca este comportamento diferenciado,

uma vez que os demais parâmetros analisados (geologia e geomorfologia) podem ser considerados

semelhantes. De fato, as microbacias B8 e B8.1 apresentam slope index semelhantes (331,8 e 298,3,

respectivamente), se situam no domínio geomorfológico 4 definido por Bacellar (2000) (item 5.4) e

estão estruturadas predominantemente sobre xistos e filitos do Grupo Piracicaba (Sg Minas). Por sua

vez, as microbacias B3 e B3.1 são constituídas de mesma geologia (granito e gnaisses) e possuem

geomorfologia semelhante, estando no mesmo domínio geomorfológico (domínio 1B) e com slope

index parecidos (158,3 e 157,03, respectivamente).

Nas microbacias adjacentes sem voçoroca, o lençol freático encontra-se no regolito (Bacellar

2000), que, por analogia à outras áreas com rochas metamórficas, tende a apresentar um coeficiente de

armazenamento alto e baixa transmissividade (Deere & Patton 1971), justificando os coeficientes de


119

recessão menores. Nas voçorocas e no seu entorno ocorre o rebaixamento do lençol freático até a

rocha alterada subjacente ao ser removida grande parte do regolito. Na rocha alterada tem-se um baixo

armazenamento mas a condutividade, em geral, é maior (Deere & Patton 1971), definindo para estas

áreas erodidas um coeficiente de recessão maior. A própria remoção de horizontes superficiais e,

conseqüentemente, de parte considerável do aqüífero granular, resulta em menores condições de

armazenamento (Figura 7.13).

Rocha alterada< S> K

Regolito> S< K

A B

L F

L F

* L F = Lençol freático

Figura 7.13 – Perfil esquemático A = microbacia B8, com o lençol freático no regolito; e B = microbacia B8.1, com o lençol rebaixado para a rocha alterada.

Adicionalmente, nas microbacias com voçoroca, o escoamento superficial é significativo

sugerindo taxas de infiltração limitadas, o que pode ser justificado pela redução do percentual de área

com regolito e aumento de afloramento de rocha alterada, e mesmo rocha sã, no fundo da voçoroca.

Nestas condições, não é armazenada água suficiente na microbacia para posteriormente sustentar o

fluxo de base. Portanto, define-se um cenário onde a capacidade de armazenamento já é baixa,

acentuado pela dificuldade de infiltração.

As microbacias B8 e B8.1 foram ainda analisadas em termos de vazão total (fluxo de base +

fluxo superficial) e constatou-se que a vazão específica média anual é 64% maior na B8.1, mesmo sob

iguais alturas pluviométricas. Assim, na microbacia com voçoroca (B8.1) a produção total de água é

maior, porém o fluxo de base específico é menor (tabela 6.3). Isto indica que na B8 há infiltração mais

eficiente capaz de abastecer o aqüífero, enquanto na B8.1 a água se infiltra em menor quantidade,

predominando o escoamento superficial, fato confirmado pelo baixo BFI.

E, como discutido no item 7.1, na microbacia B8.1 a recarga é mais lenta, o que pode ser

atribuído a mais uma conseqüência de voçoroca.


120

Frente às análises e cruzamento dos dados, é evidente o impacto das voçorocas no regime

hidrológico. Os fluxos de cheia são maiores causando enchentes, perda de solo etc, e a água não

infiltra, diminuindo o armazenamento e as condições de recarga e, conseqüentemente, tendendo a

diminuir o fluxo de base. Adicionalmente, tem-se a perda considerável de regolito, ou seja, de parte do

aqüífero superficial poroso. Enchentes severas e vazões cada vez menores no período de estiagem, um

cenário que tem sido descrito no mundo todo com cada vez mais freqüência (e.g. Chen et al. 2001).

A diminuição do fluxo de base apresenta impactos potenciais graves: aumenta sedimentação

mudando a morfologia do canal e mesmo aumentando a poluição; afeta a distribuição e abundância da

biota; e a própria diminuição da disponibilidade de água para humanidade. Os impactos antrópicos

sobre fluxo de base não estão totalmente entendidos e quantificados, dado que cada combinação de

processos naturais e impactos antrópicos tem um efeito diferente sobre o fluxo de base.

Outro aspecto a ser considerado é que as voçorocas provocam o rebaixamento do lençol

freático em suas adjacências definindo o cone de depressão com inevitáveis efeitos sobre o fluxo de

base. Este processo de pode ser comparado com o que acontece artificialmente com o nível d’água nas

cavas das minerações.

CAPÍTULO 8

CONCLUSÕES

No monitoramento dos dados hidrológicos, os vertedores portáteis sugeridos pelo USGS

(Rantz 1982) mostraram-se altamente confiáveis na determinação de pequenas vazões nas microbacias

e de grande praticidade. Os pluviômetros alternativos também apresentaram ótimos resultados.

As condições dos fluxos hídricos subterrâneos foram estabelecidas indiretamente por meio de

informações hidrológicas e hidroquímicas. Em especial, a análise da curva de recessão forneceu

elementos importantes sobre as condições dos aqüíferos e do potencial hídrico das bacias.

Os métodos utilizados na determinação dos índices hídricos apresentaram-se adequados, sendo

que apenas o método da correlação, utilizado para determinar o coeficiente de recessão, mostrou-se

impreciso quando aplicado à séries fluviométricas relativamente pequenas. O método Matching Strip,

também utilizado para determinar o grau de inclinação da curva de recessão, apresentou maior

precisão e valores mais coerentes com os obtidos pelo tradicional método de Barnes. Da mesma

forma, o método Smoothed minima também apresentou resultados coerentes, embora haja diferenças

com os obtidos pelo método de Barnes em conseqüência do próprio princípio de cada método.

Utilizando-se da equação de Maillet e Rorabaugh, assumindo-se todas as condições

pressupostas, foi possível estimar a difusividade e ainda indicar possíveis valores para a

transmissividade das microbacias. Contudo, deve-se lembrar que embora a equação de Maillet seja

amplamente utilizada por ser de mais fácil tratamento matemático, sua aplicação é mais fiel nos

estágios finais da recessão. As equações quadráticas tendem a fornecer valores mais exatos da

transmissividade e coeficiente de armazenamento para toda a recessão (Dewandel et. al. 1993).

Enfim, a partir de informações do meio hídrico superficial, conseguiu-se definir parcialmente

as condições dos aqüíferos, reforçando a importância da interconexão entre os fluxos superficiais e

subterrâneos. Trata-se de uma forma de investigação de custo relativamente baixo e cujos dados

iniciais, explicitamente a vazão, por vezes, já existem em bancos de dados hidrológicos. Dado ainda

que esta inter-relação deve ser considerada na gestão dos recursos hídricos, trata-se de uma ferramenta

de análise que merece continuidade dos estudos.

Em termos das variáveis que participam da definição do potencial hídrico de uma bacia

hidrográfica, vale destacar que, além numerosas, atuam de forma integrada, tendo geralmente seus

efeitos superimpostos. Conseqüentemente, a determinação do grau de influência de cada fator e a

avaliação do potencial hídrico de uma bacia a partir de suas características são tarefas complexas.


122

Contudo, frente às análises dos dados expostos e discutidos neste trabalho, considerando as limitações

e ressalvas, e levando-se em conta ainda que as interpretações são suportadas por evidências de

campo, pode-se concluir que:

� Microbacias estruturadas em terreno granito-gnáissico tendem a apresentar maior potencial

de produção de água que microbacias em xistos e filitos.

� Em termos de condicionantes geomorfológicos, sob mesmas condições geológicas, bacias

com maior slope index, ou seja, com relevo mais acentuado, tendem a um menor potencial

hídrico.

� Considerando que, em geral, o manto de intemperismo é mais espesso em terrenos granito-

gnáissicos e com relevo mais plano, esta característica (resultado de interações, em especial,

do clima e da própria geologia e geomorfologia) contribui para o maior potencial hídrico de

uma bacia

� Sob mesmas condições geológicas, as formas de uso e ocupação do solo presentes nas

microbacias não se destacaram como diferencial no potencial hídrico das mesmas (não

considerando aqui a presença de feições erosivas). Porém, esse resultado não pode ser

interpretado como uma falta de influência do uso e ocupação do solo em relação à produção

de água. Seriam necessários estudos mais extensos para uma interpretação mais precisa,

inclusive abordando o efeito temporal a partir do qual é mais evidente a inter-relação

dinâmica existente entre as características físicas, uso e ocupação e água.

� As voçorocas provocam intensos impactos sobre o regime hidrológico, com diminuição do

fluxo de base e picos de cheia pronunciados, caracterizando um cenário em desequilíbrio.

Esses impactos ganham maiores proporções quando se considera a elevada concentração do

fenômeno de voçorocamento no CMB, unidade que representa cerca de 20% do Alto rio das

Velhas.


123

A influência específica da geologia na produção de água das bacias com dados hidrológicos

históricos não foi claramente identificada. São bacias que apresentam relativa diversidade litológica,

cujas contribuições podem estar se superpondo, e também estão localizadas próximas à

megaestruturas, que podem igualmente estar influenciando no comportamento dos fluxos hídricos.

Adicionalmente, as características geomorfológicas e de uso e ocupação do solo destas bacias, que

também interferem nos resultados, não puderam ser analisadas.

O conhecimento das variáveis que interferem no potencial hídrico de uma bacia constitui

ferramenta essencial no contexto de gestão dos recursos hídricos. Assim, pretende-se que as

informações aqui apresentadas possam contribuir para o melhor gerenciamento dos recursos hídricos,

fornecendo subsídios para determinação de estratégias de exploração, bem como em ações de

preservação.

Diante das dificuldades e limitações encontradas, pode-se listar algumas recomendações para

trabalhos futuros:

- Caracterização mais detalhada das formas de uso e ocupação do solo na investigação de suas

influências no potencial hídrico de bacias;

- Monitoramento hidroquímico mais contínuo visando interpretações mais minuciosa a respeito das

condições dos fluxos;

- Utilização de software específico para aplicação da técnica smoothed minima, viabilizando sua

aplicação para séries fluviométricas extensas;

- Aplicação de equações quadráticas para descrever o comportamento do fluxo e comparação com a

equação de Maillet;


124

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130

ANEXO I

DEFINIÇÃO DE ALTURA PLUVIOMÉTRICA E

MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DE VAZÃO EM PEQUENAS DRENAGENS

I.1 - Altura pluviométrica

A medida da chuva é dada pela altura pluviométrica, definida como a “espessura média da

lâmina d’água precipitada sobre uma superfície ideal plana e horizontal, considerando que não haja

perdas”, ou seja, é a quantidade de água precipitada por unidade de área horizontal se esta se

mantivesse sem evaporar, escoar ou infiltrar (Garcez 1974, Custodio & Llamas 1976). A altura

pluviométrica de 1mm é a quantidade de precipitação correspondente ao volume de 1L/m2. Para

obtenção desta variável, existem dois tipos fundamentais de aparelhos: pluviômetros, para medidas

diárias, e pluviógrafos, sistema de registro contínuo. A altura pluviométrica é determinada pela

relação:

A

VP *10=

Onde: P = altura pluviométrica (mm)

V = volume de chuva captado (mL ou cm3)

A = área de interceptação da chuva - abertura do pluviômetro (neste trabalho, A = 76,32cm2)

I.2 – Métodos de determinação de vazão em pequenas drenagens

A vazão de um rio é definida como o volume de água que passa por certo ponto de seu

percurso em um determinado intervalo de tempo. Há várias técnicas para sua determinação em

pequenos córregos, entre elas as calhas Parshall (e.g. Silveira & Tucci 1998), régua linimétrica,

vertedores etc. A escolha deve ser em função principalmente do objetivo do trabalho e precisão

requerida; da dimensão da bacia monitorada; e disponibilidade de recursos.

A seguir, tem-se a descrição de algumas destas técnicas, com ênfase para as que foram

utilizadas no trabalho.

132

I.2.1 - Método volumétrico

O método volumétrico (ou por capacidade) consiste em um processo simples e de grande

acurácia (Rantz 1982), mas que tem aplicação apenas em drenagens de pequena vazão. Em geral, a

vazão máxima confiável que se consegue determinar por este método é de 10 L/s (Feitosa & Manoel

Filho 1997), embora a ABNT (1995) não o recomende para vazões acima de 5 L/s.

O método consiste em medir o tempo necessário para encher um recipiente de volume

conhecido, sendo recomendado fazer, no mínimo, três medições. A medida do tempo deve ser precisa,

pois para pequenas vazões, diferença de alguns segundos pode ocasionar um erro considerável no

cálculo da vazão. Considerando um erro máximo aceitável de 5% e que, em média, o erro na

determinação do tempo gasto é de 1 segundo, deve-se ter um tempo de no mínimo 20 segundos para

preencher o recipiente (Feitosa & Manoel Filho 1997). Portanto, deve-se escolher um recipiente

adequado, nem tão pequeno que proporcione erros, nem tão grande que dificulte as medidas.

I.2.2 - Métodos baseados na determinação da velocidade de fluxo

A vazão (Q), sendo o produto da velocidade média do fluxo em uma seção (v) pela área (A)

desta seção (Q = v * A), pode ser determinada indiretamente por meio destas duas variáveis. A

velocidade (v) pode ser definida por vários métodos, entre os quais:

• Processo do flutuador - Consiste em determinar a velocidade média do fluxo a partir do tempo

gasto por um objeto que flui com a corrente em uma extensão conhecida do canal

• Molinetes – São aparelhos que fornecem a velocidade de maneira rápida e precisa. Consiste em

uma hélice (molinete de Woltmann) ou uma rodinha com conchas (Molinete de Price) que gira

sob a ação do fluxo e o movimento é transmitido a um contador de ciclos através de

engrenagens. Para cursos d’água menores utiliza-se versões reduzidas destes aparelhos,

conhecidos como micro-molinetes.

• Químico – Mede-se o tempo gasto para dissipação (diluição) de traçadores químicos em um

determinado intervalo da drenagem (Rantz 1982)

I.2.3 – Vertedores

Vertedor (vertedouro ou descarregador) é, essencialmente, uma barreira interposta

perpendicularmente ao fluxo, com uma abertura na parte superior de forma geométrica definida,

através da qual a água verterá livremente após elevar-se à montante devido à presença do próprio

obstáculo. A altura da lâmina d’água que passará sobre a abertura será compatível com a vazão

descarregada (Custodio & Llamas 1976, Porto 2001). Um vertedor apresenta a seguinte

configuração (Figura I.1):

133

P

L

W

B

h

Figura I.1: Principais elementos geométricos em um vertedor

Onde: L (crista ou soleira) = borda inferior da abertura (deve estar sempre na posição horizontal)

P (altura do vertedor) = diferença de cota entre a soleira e o fundo do canal de chegada

h (carga sobre a soleira) = altura da lâmina d’água sobre a soleira

W (ombreira) – distância entre abertura e a extremidade do vertedor

B = largura do vertedor

A classificação dos vertedores é feita com base em várias características:

1) Quanto à forma geométrica da abertura: retangulares, trapezoidais (Cipoletti), triangulares etc.

2) Quanto à espessura (e) da parede: quando o vertedor tem espessura reduzida em relação à lâmina

vertente (em geral e < 2/3 h), o vertedor é denominado de parede delgada. Quando a espessura é

representativa (em geral e > 2/3 h), tem-se o vertedor de parede espessa (Porto 2001).

3) Quanto à natureza da lâmina (Custodio & Llamas 1976, Delmée 1983, Porto 2001):

• Lâmina livre (ou aerada): quando o lençol cai livremente à jusante, permitindo a circulação

de ar sob a lâmina d’água vertente.

• Lâmina deprimida: quando a pressão abaixo da lâmina d’água é inferior à pressão

atmosférica devido à aeração insuficiente e a lâmina vertente se aproxima do vertedor.

• Lâmina aderente: neste caso também não há circulação de ar sob a lâmina que se

encontrará aderida na parede jusante do vertedor.

• Vertedor incompleto (mergulhado ou submerso): ocorre quando o nível da água à jusante é

superior ao nível da soleira.

4) Quanto à largura relativa da soleira: quando a largura da soleira é igual à largura do canal têm-se os

vertedores sem contração lateral e quando é menor tem-se o vertedor com contração lateral.

134

A instalação do vertedor requer alguns cuidados para que se obtenham valores com acurácia.

Quando a instalação e operação se dão de maneira correta, o percentual de precisão chega a 98%

(Feitosa & Manoel Filho 1997). Entre as condições que devem ser obedecidas, têm-se (Custodio e

Llamas 1976, Porto 2001):

1. O vertedor deve ser instalado perpendicularmente à direção do fluxo e na posição vertical;

2. O local de instalação do vertedor deve ser precedido por um trecho retilíneo e uniforme do canal,

garantindo a distribuição uniforme da velocidade na chegada;

3. A largura da soleira deve ser, no mínimo, igual a três vezes a carga (L ≥ 3h) (Porto 2001);

4. O dimensionamento de um vertedor deve ser tal que o valor de h esteja entre 3 e 30 cm (Delmeé

1983). Porém, Porto (2001) indica um intervalo de valores maiores: 2 cm ≤ h ≤ 50 cm;

5. O canal deve ter paredes com alturas suficientes para conter o volume de água acumulado.

Outra questão a ser observada é que a lâmina vertente ao adquirir velocidade em direção à

soleira, sofre um processo de “convergência vertical dos filetes”, havendo uma contração da veia

líquida que passa no vertedor (Porto 2001, Custodio e Llamas 1976). Assim, a medida da carga (h) na

seção de instalação do vertedor não corresponde à altura real do nível d’água a montante. As

recomendações de quão distante à montante deve ser tomada a medida de h para que esta não sofra

influência da depressão da lâmina variam de 3 a 6 vezes o valor de h (Custodio & Llamas 1976, Daker

1987, Neto & Alvarez 1988, Porto 2001). Segundo Daker (1987), pode-se determinar h na seção do

vertedor e corrigir o valor segundo a fórmula (sendo h o valor tomado na seção do vertedor e H o valor

real):

H = 7/6 h = 1,167 h (Para vertedores de parede delgada)

H = 3/2 h = 1,50 h (Para vertedores de parede espessa)

A seguir têm-se as fórmulas válidas para os tipos de vertedor de lâmina livre usados neste

trabalho, cabendo ressaltar que não é do escopo deste aprofundar-se nas deduções.

I.2.3.1 - Vertedor retangular

Para o vertedor retangular de parede delgada sem contração lateral, tem-se a fórmula de

Francis (Porto 2001) (Q [m3/s]; H [m]; L [m]):

2/3838,1 LhQ =

135

No vertedor com contração lateral a lâmina d’água se contrai ao passar na abertura do

vertedor que tem largura (L) menor que a largura do canal. A contração lateral em um vertedor

retangular é igual a 1/10 da carga h. Para duas contrações tem-se, então, que a largura a qual o

escoamento efetivamente ocupa é de (L – 2/10h). Assim a Fórmula de Francis fica (sujeito a P > 3,5h):

2/3)2,0(838,1 hhLQ −=

I.2.3.2 - Vertedor triangular

O vertedor triangular é recomendado para vazões abaixo de 30 L/s, cujas cargas estão entre

0,06 e 0,50 m (Delmée 1983, Porto 2001), embora a NBR 13403 (ABNT 1995) sugira seu uso para

vazões de até 300 L/s. A precisão do vertedor triangular é maior que a dos outros tipos, pois para

pequenas variações no deflúvio tem-se uma variação apreciável da carga (h). É importante garantir que

a bissetriz do ângulo de abertura fique na posição vertical. A equação fundamental da vazão para todos

vertedores triangulares de parede delgada e lâmina livre é (Delmée 1983, Porto 2001):

2/5

22

15

8htggCQ d

=

α

Quando α = 90º, que é a configuração mais usada, tem-se as seguintes fórmulas (Custodio & Llamas

1976, Neves 1982, Netto & Alvarez 1988, Feitosa & Manoel Filho 1997, Porto 2001):

Tabela I.1: Fórmulas propostas para vertedores triangulares com α = 90º

Fórmulas Sujeições

Fórmula de Thompson

Fórmula de Gourley e Crimp

Fórmula de Barnes

Q = 1,4 h5/2

Q= 1,32 h2,47

Q = 1,34 h 2,48

0,05 < h < 0,38m; P > 3h; b < h

0,05 < h < 0,38; P > 3h; b > 6h

No presente trabalho, foram testadas as três fórmulas e comparadas com o valor obtido pelo

método volumétrico. A fórmula que forneceu resultados mais próximos foi a de Gourley e Crimp para

todos os vertedores triangulares utilizados.

136

I.2.3.2 - Vertedor trapezoidal

O mais usado é o Vertedor de Cipoletti, cujo trapézio é isóscele com inclinação das faces tal

que “compense a diminuição de vazão devido ao efeito da contração lateral do vertedor retangular de

mesma largura de soleira”. Para tanto deve-se ter a inclinação horizontal/vertical de 1/4. Nessas

condições o vertedor Cipoletti funciona como um retangular sem contrações (sujeito à 0,08 < h<

0,60m; L > 3h; P>3h ) (Neves 1982, Daker 1987, Porto 2001):

2/386,1 LhQ =

137

ANEXO II

VERTEDORES PORTÁTEIS UTILIZADOS NAS MICROBACIAS

70

cm30

cm

40cm 40cm

110cm

60°

10cm

40cm

25,48cm 25,48cm

20cm

22,8

6cm

53,4

0cm3

0,4

8cm

90°

60cm

7cm 27,5cm 30cm 27,5cm 17cm

20cm

35cm

8,75cm

20cm

30cm

12,5cm

30cm 10cm30cm10cm

15c m

40

cm

10

cm

60cm

10cm

40cm

20cm

40cm

90o

20,7

5cm

5cm

30 cm

8cm

15,25 cm

12,7

5cm

15,25 cm 5cm

90°

55,4

8cm

30

,48cm

70cm 70cm

55

,48

cm

200,96cm

~1

8cm

7cm

50cm

10cm

30cm

12.5cm

35

cm

70 cm

8.75cm

32,5cm32,5cm7cm

40c m

10cm

40cm

20cm

35cm 35cm7cm 7cm

40cm

40c m

75cm

7,5cm

60

c m

12c m

15cm

30

cm

7,5cm

20cm20cm7,5cm

30cm30cm 30cm5cm 5cm

30cm

10cm60

cm

30

cm

15cm

Microbacia B8 Sg. Minas sem voçoroca

Microbacia B2Barrero

Microbacia B5 CDB

Microbacia B8.1Sg Minas com voçoroca

Microbacia B3.1Cór. Maracujá sem voçoroca

Microbacia B3Cór. Maracujá com voçoroca

Parte destinada à fixação nas margens do canal.

Ver

tedo

res

tipo

tria

ngul

a r c

om a

b er t

ura

d e 9

0o e

xce t

o pa

ra B

8 cu

ja a

bert

u ra

é d e

60o

,V

erte

d or e

s ti

po tr

apez

o ida

l Cip

ole t

tiV

e rte

dor

tipo

re t

angu

l ar

B 1

Microbacia B 6Cór. Peixoto

B 6B 3

B 1

B 5

Microbacia B4 Cór. Canal

B 4

Microbacia B1 (canal principal)Cór. Soledade

B 2

B 3.1

B 8

B 8.1

139

ANEXO III

PLANILHAS DE MONITORAMENTO

Iníc

io d

o m

onito

ram

ento

=

Tip

o d

e V

ert

ed

or

=

Córr

ego

=

Resp

on

sável =

Ob

s.:

DIA

HO

RA

ALT

UR

A

(cm

)D

IAH

OR

AA

LT

UR

A

(cm

)01 d

e m

aio

16 d

e m

aio

sabado

dom

ingo

02 d

e m

aio

17 d

e m

aio

dom

ingo

segunda-f

eira

03 d

e m

aio

18 d

e m

aio

segunda-f

eira

terç

a-f

eira

04 d

e m

aio

19 d

e m

aio

terç

a-f

eira

quart

a-f

eira

5 d

e m

aio

20 d

e m

aio

quart

a-f

eira

quin

ta-f

eira

6 d

e m

aio

21 d

e m

aio

quin

ta-f

eira

sext

a-f

eira

7 d

e m

aio

22 d

e m

aio

sext

a-f

eira

sabado

8 d

e m

aio

23 d

e m

aio

sabado

dom

ingo

9 d

e m

aio

24 d

e m

aio

dom

ingo

segunda-f

eira

10 d

e m

aio

25 d

e m

aio

segunda-f

eira

terç

a-f

eira

11 d

e m

aio

26 d

e m

aio

terç

a-f

eira

quart

a-f

eira

12 d

e m

aio

27 d

e m

aio

quart

a-f

eira

quin

ta-f

eira

13 d

e m

aio

28 d

e m

aio

quin

ta-f

eira

sexta

-feira

14 d

e m

aio

29 d

e m

aio

sext

a-f

eira

sabado

15 d

e m

aio

30 d

e m

aio

sabado

dom

ingo

31 d

e m

aio

segunda-f

eira

Pla

nilh

a d

e m

on

ito

ram

en

t o F

LU

VIO

MÉ

TR

ICO

(Q

)

Bacia

___

___

___

___

___

___

_

m

ês:m

aio

/ 2

00

3

Iníc

io d

o m

on

i tora

mento

=

Áre

a d

e inte

rce

pção =

Resp

onsável =

DIA

HO

RA

(m

an

hã)

mL

DIA

HO

RA

(m

anh

ã)

mL

01 d

e m

arç

o07:0

016 d

e m

arç

o07:0

0se

gunda-f

eira

terç

a-f

eira

02 d

e m

arç

o

07:0

017 d

e m

arç

o07:0

0te

rça-f

eira

quart

a-f

eira

03 d

e m

arç

o07:0

018 d

e m

arç

o07:0

0quart

a feira

quin

ta-f

eira

04 d

e m

arç

o07:0

019 d

e m

arç

o07:0

0quin

ta feira

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-feira

5 d

e m

arç

o07:0

020 d

e m

arç

o07:0

0sext

a feira

sábado

06 d

e m

arç

o07:0

021 d

e m

arç

o07:0

0sá

bado

dom

ingo

7 d

e m

arç

o07: 0

022 d

e m

arç

o07:0

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ingo

segunda-f

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8 d

e m

arç

o07:0

023 d

e m

arç

o07:0

0segunda-f

eira

terç

a-f

eira

9 d

e m

arç

o07:0

024 d

e m

arç

o07:0

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quart

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eira

10 d

e m

arç

o07:0

025 d

e m

arç

o07:0

0quart

a feira

quin

ta-f

eira

11 d

e m

arç

o07:0

026 d

e m

arç

o07:0

0quin

ta feira

sexta

-feira

12 d

e m

arç

o07:0

027 d

e m

arç

o07:0

0sext

a feira

sábado

13 d

e m

arç

o07:0

028 d

e m

arç

o07:0

0sá

bado

dom

i ngo

14 d

e m

arç

o07:0

029 d

e m

arç

o07:0

0dom

ingo

segunda-f

eira

15 d

e m

arç

o07:0

030 d

e m

arç

o07:0

0segunda-f

eira

terç

a-f

eira

31 d

e m

arç

o07:0

0

quart

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eira

Ba

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ês:

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LU

VIO

MÉ

TR

ICO

(P

)

141

ANEXO IV

BALANÇO IÔNICO NAS MICROBACIAS

Na+ K+ Mg+2 Ca+2 Cl- SO4-2 HCO3

-

meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L

B 1 - maio 0,211 0,038 0,064 0,090 0,141 x 0,391 0,403 0,532 27,59

B 1.1 - maio 0,174 0,026 0,089 0,102 0,071 x 0,431 0,391 0,502 24,79

B 2 - maio 0,354 0,036 0,057 0,186 0,071 x 0,599 0,633 0,670 5,74

B 3 - maio 0,098 0,035 0,046 0,056 0,092 x 0,255 0,234 0,347 38,73

B 3.1 -maio 0,089 0,028 0,009 0,022 0,071 x 0,188 0,147 0,259 54,83

B 4 - maio 0,129 0,031 0,013 0,035 0,071 x 0,267 0,208 0,338 47,79

B 5 - maio 0,163 0,031 0,055 0,062 0,056 x 0,326 0,311 0,382 20,71

B 6 - maio 0,176 0,016 0,176 0,109 0,071 x 0,446 0,477 0,516 7,95

B 8 -maio 0,010 0,003 0,002 0,008 0,063 0,027 0,154 0,024 0,244 164,83

B 8.1 - maio 0,009 0,008 0,003 0,004 0,071 x 0,099 0,024 0,170 150,76

B 1 - junho 0,227 0,033 0,056 0,082 0,085 x 0,375 0,397 0,459 14,47

B 1.1 - junho 0,178 0,029 0,095 0,119 0,056 x 0,437 0,421 0,494 15,88

B 2 - junho 0,357 0,064 0,083 0,266 0,056 x 0,780 0,770 0,836 8,25

B 3 - junho 0,092 0,033 0,041 0,046 0,063 x 0,233 0,213 0,296 32,90

B 3.1 -junho 0,086 0,028 0,006 0,013 0,056 x 0,192 0,133 0,249 60,41

B 4 - junho 0,124 0,031 0,012 0,033 0,056 x 0,233 0,200 0,289 36,49

B 5 - junho 0,169 0,031 0,051 0,061 0,049 x 0,342 0,313 0,392 22,40

B 6 - junho 0,181 0,016 0,175 0,114 0,056 x 0,484 0,486 0,540 10,58

B 8 -junho 0,021 0,007 0,013 0,019 0,049 0,048 0,180 0,060 0,277 128,93

B 8.1 - junho 0,009 0,008 0,003 0,005 0,049 x 0,132 0,025 0,181 151,65

B 1 - julho 0,189 0,047 0,078 0,121 0,085 x 0,521 0,434 0,605 32,86

B 1.1 - julho 0,177 0,031 0,070 0,101 0,071 x 0,446 0,378 0,516 30,76

B 2 - julho 0,355 0,047 0,068 0,269 0,071 x 0,770 0,738 0,840 12,89

B 3 - julho 0,095 0,053 0,049 0,057 0,092 x 0,271 0,253 0,363 35,55

B 3.1 -julho 0,088 0,030 0,005 0,013 0,071 x 0,215 0,136 0,285 71,00

B 4 - julho 0,125 0,033 0,012 0,035 0,078 x 0,231 0,204 0,308 40,61

B 5 - julho 0,174 0,030 0,049 0,064 0,085 x 0,358 0,316 0,443 33,37

B 6 - julho 0,189 0,018 0,160 0,124 0,099 x 0,512 0,490 0,611 22,01

B 8 -julho 0,000 0,008 0,016 0,022 0,092 x 0,203 0,046 0,294 146,26

B 8.1 - julho 0,006 0,003 0,007 0,014 0,071 x 0,164 0,031 0,235 153,15

B 1 - agosto 0,193 0,046 0,053 0,094 0,085 x 0,459 0,386 0,544 33,99

B 1.1 - agosto 0,187 0,049 0,067 0,108 0,071 x 0,512 0,412 0,583 34,45

B 2 - agosto 0,392 0,073 0,068 0,242 0,099 x 0,803 0,775 0,902 15,16

B 3 - agosto 0,087 0,046 0,046 0,051 0,071 x 0,275 0,230 0,346 40,41

B 3.1 -agosto 0,090 0,037 0,005 0,012 0,071 x 0,261 0,144 0,331 78,86

B 4 - agosto 0,128 0,041 0,011 0,031 0,071 x 0,243 0,212 0,314 38,56

B 5 - agosto 0,174 0,036 0,051 0,068 0,071 x 0,389 0,329 0,459 32,90

B 6 - agosto 0,178 0,028 0,176 0,126 0,092 x 0,604 0,508 0,696 31,14

B 8 -agosto 0,000 0,005 0,011 0,017 0,071 x 0,237 0,033 0,308 161,22

B 8.1 - agosto 0,000 0,010 0,021 0,027 0,078 x 0,188 0,058 0,265 128,56

Erro(%) (Custodio & Llamas

1976)

microbacia - mês

Cátions ÂnionsΣ

cátionsΣ

ânions

142

continuação:

Na+

K+

Mg+2

Ca+2

Cl- SO4

-2HCO3

-

meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L

B 1 - set - out/03 0,260 0,061 0,073 0,143 0,141 x 0,544 0,537 0,685 24,30

B 1.1 - set - out/03 0,188 0,052 0,058 0,106 0,085 x 0,557 0,403 0,641 45,59

B 2 - set - out/03 0,488 0,048 0,122 0,428 0,085 x 1,181 1,085 1,266 15,39

B 3 - set - out/03 0,101 0,041 0,049 0,061 0,127 x 0,340 0,252 0,467 59,71

B 3.1 -set - out/03 0,101 0,021 0,008 0,018 0,099 x 0,242 0,147 0,340 79,16

B 4 - set - out/03 0,128 0,025 0,012 0,041 0,099 x 0,263 0,206 0,361 54,83

B 5 - set - out/03 0,193 0,034 0,060 0,083 0,085 x 0,399 0,370 0,484 26,78

B 6 - set - out/03 0,203 0,015 0,151 0,141 0,085 x 0,553 0,510 0,637 22,15

B 8 -set - out/03 0,006 0,004 0,015 0,024 0,113 x 0,265 0,049 0,378 154,42

B 8.1 - set - out/03 0,000 0,013 0,040 0,057 0,085 x 0,221 0,110 0,305 94,36

B 1 - nov/03 0,263 0,044 0,058 0,124 0,106 x 0,340 0,488 0,446 9,00

B 1.1 - nov/03 0,177 0,052 0,042 0,072 0,099 x 0,431 0,343 0,529 42,79

B 2 - nov/03 0,350 0,012 0,089 0,327 0,078 x 0,872 0,778 0,950 19,88

B 3 - nov/03 0,096 0,040 0,054 0,065 0,085 x 0,290 0,255 0,375 37,88

B 3.1 -nov/03 0,097 0,025 0,011 0,021 0,085 x 0,258 0,154 0,343 76,12

B 4 - nov/03 0,124 0,027 0,015 0,047 0,092 x 0,275 0,214 0,367 52,51

B 5 - nov/03 0,150 0,027 0,037 0,048 0,085 x 0,300 0,262 0,385 37,91

B 6 - nov/03 0,171 0,014 0,181 0,136 0,092 x 0,557 0,502 0,649 25,37

B 8 -nov/03 0,000 0,006 0,018 0,026 0,099 x 0,235 0,050 0,334 147,90

B 8.1 - nov/03 0,007 0,011 0,016 0,023 0,106 x 0,179 0,057 0,284 133,30

B 1 - dez/03 - jan/04 0,197 0,031 0,120 0,165 0,078 x 0,626 0,512 0,704 31,57

B 1.1 - dez/03 - jan/04 0,172 0,043 0,055 0,067 0,071 x 0,420 0,338 0,491 36,98

B 2 - dez/03 - jan/04 0,321 0,010 0,220 0,724 0,071 0,151 1,677 1,273 1,899 39,44

B 3 - dez/03 - jan/04 0,092 0,037 0,056 0,066 0,071 x 0,345 0,251 0,415 49,22

B 3.1 -dez/03 - jan/04 0,087 0,026 0,014 0,023 0,085 x 0,271 0,150 0,356 81,54

B 4 - dez/03 - jan/04 0,129 0,034 0,020 0,055 0,099 x 0,311 0,239 0,410 52,59

B 5 - dez/03 - jan/04 0,159 0,033 0,055 0,058 0,071 x 0,343 0,305 0,413 29,95

B 6 - dez/03 - jan/04 0,153 0,018 0,245 0,144 0,071 x 0,593 0,560 0,663 16,92

B 8 -dez/03 - jan/04 0,007 0,003 0,013 0,019 0,099 x 0,219 0,043 0,317 152,42

B 8.1 - dez/03 - jan/04 0,007 0,009 0,022 0,027 0,099 x 0,181 0,065 0,279 124,89

B 1 - fev mar abr/04 0,208 0,029 0,085 0,148 0,071 x 0,589 0,470 0,660 33,54

B 1.1 - fev mar abr/04 0,197 0,033 0,077 0,094 0,042 x 0,506 0,401 0,548 31,10

B 2 - fev mar abr/04 0,334 0,045 0,120 0,407 0,042 x 0,849 0,906 0,891 1,66

B 3 - fev mar abr/04 0,098 0,034 0,048 0,061 0,085 x 0,301 0,241 0,386 46,20

B 3.1 -fev mar abr/04 0,090 0,027 0,012 0,021 0,071 x 0,288 0,151 0,359 81,39

B 4 - fev mar abr/04 0,135 0,035 0,020 0,050 0,056 x 0,327 0,240 0,383 45,95

B 5 - fev mar abr/04 0,163 0,035 0,062 0,070 0,056 x 0,407 0,330 0,464 33,80

B 6 - fev mar abr/04 0,160 0,017 0,213 0,125 0,042 x 0,581 0,516 0,624 18,94

B 8 -fev mar abr/04 0,013 0,004 0,010 0,017 0,042 x 0,234 0,044 0,276 144,80

B 8.1 - fev mar abr/04 0,009 0,008 0,028 0,030 0,085 x 0,223 0,076 0,308 120,75

Erro(%) (Custodio & Llamas

1976)

microbacia - mês

Cátions ÂnionsΣ

cátionsΣ

ânions

143

ANEXO V

VARIAÇÃO IÔNICA E PARÂMETROS FÍSÍCO-QUÍMICOS DAS MICROBACIAS

Variação das concentrações dos ânions nas microbacias ao longo do ano:

Mês referente


out/03 nov/03

dez/03 jan/04

fev/mar/ abr/04

data de coleta

03/06/03 30/06/03 30/07/03 28/08/03 31/10/03 30/11/03 27/01/04 30/04/04

B1 25,1 24,8 29,5 29,6 33,6 23,5 31,9 33,4

B 2 36,6 47,6 47,0 49,0 72,1 53,2 102,3 51,8

B 3 15,6 14,2 16,6 16,8 20,8 17,7 21,0 18,4

B 3.1 11,5 11,7 13,1 15,9 14,7 15,8 16,5 17,6

B 4 16,3 14,2 14,1 14,9 16,0 16,8 19,0 20,0

B 5 19,9 20,9 21,9 23,7 24,4 18,3 20,9 24,9

B 6 27,2 29,5 31,3 36,9 33,7 34,0 36,2 35,5

B 8 9,4 11,0 12,4 14,5 16,2 14,4 13,3 14,3 Alc

alin

idae

- H

CO

3- (m

g/L

)

B 8.1 6,1 8,0 10,0 11,5 13,5 10,9 11,0 13,6

B 1 <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q.

B 2 <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. 7,26 <L.Q.


B 3.1 <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q.




B 8 1,29 2,29 <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q.

Sul

fato

- S

O42-

(m

g/L

)

B 8.1 <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q. <L.Q.

B1 3,75 2,50 2,75 2,75 4,00 3,62 2,62 2,00

B 2 2,50 2,00 2,50 3,50 3,00 2,75 2,50 1,50

B 3 3,25 2,25 3,25 2,50 4,50 3,00 2,50 3,00

B 3.1 2,50 2,00 2,50 2,50 3,50 3,00 3,00 2,50

B 4 2,50 2,00 2,75 2,50 3,50 3,25 3,50 2,00

B 5 2,00 1,75 3,00 2,50 3,00 3,00 2,50 2,00

B 6 2,50 2,00 3,50 3,25 3,00 3,25 2,50 1,50

B 8 2,25 1,75 2,50 2,50 4,00 3,50 3,50 1,50

Clo

reto

- C

l- (m

g/L

)

B 8.1 2,50 1,75 3,25 2,75 3,00 3,75 3,50 3,00 * L.Q. = Limite de Quantificação. Cloreto: L.Q. = 1,0 mg/L e Sulfato: L.Q = 1,0 mg/L

144

Variação das concentrações dos cátions mais freqüentes nas microbacias ao longo do ano

Na Mg K Ca Si Li Al Mn Fe Zn Ba Elementos mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L µg/L

LQ 0,15 0,01 0,05 0,01 0,02 0,5 4,0 4,0 9,3 2,3 0,2

mai/03 4,42 0,93 1,27 1,93 6,27 0,69 < L.Q. 169,5 697,6 < L.Q. 16,7 jun/03 4,66 0,92 1,20 2,01 6,03 < L.Q. 5,0 211,9 577,4 < L.Q. 15,9 jul/03 4,21 0,90 1,52 2,22 5,73 0,56 < L.Q. 188,9 537,0 7,0 19,1

ago/03 4,37 0,73 1,86 2,02 6,17 0,66 2,6 205,7 459,5 4,5 27,2 set out/03 5,15 0,79 2,21 2,50 5,86 0,57 7,2 545,1 357,9 < L.Q. 20,4

nov/03 5,06 0,61 1,87 1,96 6,48 0,51 6,3 361,9 593,0 3,9 23,8 dez03/jan04 4,24 1,07 1,45 2,32 6,93 <L.Q. < L.Q. 303,2 980,5 < L.Q. 26,6

fev mar abr/04 4,66 0,98 1,22 2,42 5,95 0,64 < L.Q. 314,4 285,5 < L.Q. 30,7 média do período

B1

4,60 0,86 1,57 2,17 6,18 0,60 5,3 287,6 561,0 5,1 22,5

mai/03 8,14 0,70 1,40 3,72 10,32 < L.Q. < L.Q. 192,0 19,2 < L.Q. 49,8 jun/03 8,21 1,00 2,49 5,34 10,05 0,52 < L.Q. 351,5 38,5 < L.Q. 64,0 jul/03 8,15 0,82 1,83 5,40 10,26 <L.Q. < L.Q. 305,5 807,0 4,1 78,1

ago/03 9,02 0,82 2,85 4,84 10,61 0,69 4,8 201,3 730,0 4,8 66,6 set out/03 11,21 1,48 1,86 8,57 10,74 0,62 < L.Q. 281,8 428,9 < L.Q. 86,2

nov/03 8,05 1,08 0,46 6,56 10,05 0,76 9,5 224,8 1080,0 6,5 78,0 dez03/jan04 7,37 2,67 0,37 14,50 9,28 0,50 33,7 1139,0 12593 < L.Q. 150,3

fev mar abr/04 7,67 1,45 1,78 8,16 9,27 0,66 < LQ 592,0 23,9 < L.Q. 108,6 média do período

B2

8,48 1,25 1,63 7,14 10,07 0,63 16,0 411,0 1965,1 5,1 85,2

mai/03 2,25 0,56 1,36 1,12 4,00 2,74 < L.Q. 271,4 63,3 < L.Q. 9,8 jun/03 2,11 0,50 1,30 0,92 4,13 2,61 6,0 225,3 87,8 < L.Q. 11,1 jul/03 2,18 0,59 2,08 1,14 4,04 2,73 < L.Q. 177,7 66,8 3,7 10,9

ago/03 2,00 0,55 1,81 1,02 3,98 3,28 < L.Q. 247,2 110,1 5,4 9,4 set out/03 2,32 0,60 1,60 1,23 4,20 2,96 < L.Q. 206,5 50,4 3,6 13,1

nov/03 2,20 0,66 1,57 1,31 4,18 3,74 6,5 492,4 122,1 5,1 9,3 dez03/jan04 2,12 0,69 1,43 1,32 4,55 3,65 < L.Q. 640,0 188,9 < L.Q. 8,3

fev mar abr/04 2,26 0,58 1,34 1,22 4,50 3,34 < L.Q. 252,7 140,2 4,1 11,7 média do período

B3

2,18 0,59 1,56 1,16 4,20 3,13 6,3 314,2 103,7 4,4 10,4

mai/03 2,04 0,11 1,10 0,43 5,58 0,97 < L.Q. 80,1 24,9 < L.Q. 6,7 jun/03 1,97 0,07 1,10 0,27 5,95 1,04 < L.Q. 88,4 246,6 < L.Q. 5,2 jul/03 2,02 0,06 1,18 0,25 5,80 1,17 < L.Q. 75,9 1113,0 4,1 5,8

ago/03 2,06 0,06 1,43 0,24 5,78 1,29 < L.Q. 54,6 417,0 4,6 5,7 set out/03 2,31 0,10 0,82 0,35 5,62 1,33 < L.Q. 66,2 448,9 5,1 7,7

nov/03 2,24 0,13 1,00 0,41 5,43 1,29 5,0 73,4 1169,0 7,5 10,5 dez03/jan04 1,99 0,17 1,02 0,47 5,83 1,57 8,6 157,1 2195,0 < L.Q. 9,3

fev mar abr/04 2,07 0,15 1,07 0,43 5,73 1,18 8,8 103,6 1956,5 20,2 7,3 média do período

B3.

1

2,09 0,11 1,09 0,36 5,72 1,23 7,5 87,4 946,4 8,3 7,3

mai/03 2,96 0,15 1,23 0,69 6,42 0,98 13,0 36,3 86,8 < L.Q. 6,7 jun/03 2,86 0,15 1,21 0,65 6,48 1,02 20,2 31,4 79,4 < L.Q. 6,4 jul/03 2,87 0,14 1,29 0,69 6,22 1,08 4,3 31,7 41,7 3,5 7,0

ago/03 2,95 0,14 1,62 0,62 6,27 0,99 4,3 18,6 133,5 < L.Q. 5,0 set out/03 2,95 0,15 0,97 0,82 6,37 1,09 6,4 34,3 111,9 3,1 7,2

nov/03 2,86 0,18 1,07 0,95 6,09 1,13 29,6 47,3 170,6 3,6 8,0 dez03/jan04 2,97 0,25 1,33 1,11 6,67 1,23 < L.Q. 91,5 121,0 < L.Q. 8,7

fev mar abr/04

B4

3,10 0,24 1,37 1,01 6,31 1,32 25,6 56,8 122,8 < LQ 8,8 média do período 2,94 0,18 1,26 0,82 6,35 1,10 14,8 43,5 108,5 3,4 7,2

145

mai/03 3,75 0,66 1,22 1,24 9,55 2,31 10,6 18,5 128,5 < L.Q. 7,2 jun/03 3,89 0,62 1,23 1,23 9,79 2,20 17,6 11,0 84,8 < L.Q. 6,2 jul/03 4,00 0,59 1,17 1,29 9,52 2,52 5,7 9,9 92,2 3,0 6,7

ago/03 3,99 0,62 1,41 1,37 9,27 2,56 12,6 7,1 123,3 4,0 7,0 set out/03 4,43 0,73 1,32 1,67 10,31 3,09 7,6 16,2 136,0 3,4 8,1

nov/03 3,45 0,45 1,04 0,97 8,48 2,21 75,2 8,1 160,4 4,0 5,3 dez03/jan04 3,66 0,66 1,30 1,17 9,21 2,00 31,8 15,9 265,4 < L.Q. 6,0

fev mar abr/04 3,76 0,75 1,37 1,39 8,88 2,04 7,8 26,7 154,2 < LQ 8,1 média do período

B5

3,87 0,64 1,26 1,29 9,38 2,36 21,1 14,2 143,1 3,6 6,8

mai/03 4,04 2,14 0,63 2,18 8,81 1,58 < L.Q. 55,9 267,9 < L.Q. 28,4 jun/03 4,15 2,13 0,64 2,29 8,89 1,63 < L.Q. 57,0 159,1 < L.Q. 29,2 jul/03 4,34 1,94 0,70 2,48 8,90 1,98 < L.Q. 71,3 740,0 5,1 35,1

ago/03 4,10 2,14 1,08 2,53 8,51 2,08 < L.Q. 65,5 228,0 4,0 35,6 set out/03 4,67 1,83 0,60 2,83 9,74 2,37 < L.Q. 90,1 210,1 5,3 41,1

nov/03 3,92 2,20 0,56 2,73 8,25 1,74 < L.Q. 87,6 226,8 4,6 35,2 dez03/jan04 3,51 2,98 0,69 2,89 8,41 1,60 < L.Q. 132,6 669,0 < L.Q. 35,3

fev mar abr/04 3,68 2,59 0,68 2,51 7,48 1,56 < LQ 87,2 400,6 < LQ 30,1 média do período

B6

4,05 2,24 0,70 2,55 8,62 1,82 < LQ 80,9 362,7 4,8 33,8

mai/03 0,23 0,03 0,12 0,16 1,83 2,41 4,0 309,7 2412,0 < L.Q. 13,1 jun/03 0,48 0,16 0,29 0,38 1,86 2,89 6,0 418,0 2746,0 < L.Q. 16,6 jul/03 0,15 0,09 0,13 0,28 1,79 3,39 5,6 428,4 2725,0 5,7 18,4

ago/03 < L.Q. 0,13 0,19 0,35 1,82 3,25 4,3 445,3 2560,0 5,2 19,4 set out/03 0,15 0,18 0,14 0,48 1,84 4,18 4,9 663,0 2362,0 5,1 23,4

nov/03 < L.Q. 0,22 0,22 0,53 1,73 2,98 < L.Q. 538,0 2479,0 5,3 18,7 dez03/jan04 0,17 0,16 0,12 0,39 1,83 2,10 5,8 379,5 2153,0 < L.Q. 11,4

fev mar abr/04 0,30 0,12 0,17 0,34 1,73 2,46 4,7 407,9 3104,0 < L.Q. 14,0 média do período

B8

0,25 0,14 0,17 0,36 1,80 2,96 5,0 448,7 2567,6 5,4 16,9

mai/03 0,20 0,03 0,32 0,09 1,90 25,99 < L.Q. 1498,0 14,6 < L.Q. 25,7 jun/03 0,20 0,04 0,33 0,09 1,90 24,76 4,0 1279,0 15,5 < L.Q. 22,5 jul/03 < L.Q. 0,19 0,30 0,44 1,76 26,34 < L.Q. 1122,0 178,8 5,5 20,4

ago/03 < L.Q. 0,25 0,38 0,55 1,80 30,42 < L.Q. 1409,5 77,8 6,1 22,5 set out/03 < L.Q. 0,49 0,50 1,14 2,01 38,74 5,7 1686,5 48,1 < L.Q. 23,4

nov/03 0,16 0,19 0,43 0,47 1,76 33,25 < L.Q. 1337,0 30,7 5,9 16,4 dez03/jan04 0,16 0,26 0,34 0,55 1,95 22,96 < L.Q. 1482,0 57,3 < L.Q. 24,1

fev mar abr/04 0,21 0,35 0,32 0,61 1,83 24,08 < LQ 1737,0 300,2 3,3 31,1 média do período

B8.

1

0,18 0,23 0,37 0,49 1,86 28,32 4,9 1443,9 90,4 5,2 23,2

LQ = Limite de Quantificação

Variação dos parâmetros físico-químicos nas microbacias ao longo do ano

Temperatura - ºC

Mês referente B1 B 2 B 3 B 3.1 B 4 B 5 B 6 B 8 B 8.1

mai/03 19,3 17,0 16,9 16,9 18,3 18,6 16,4 16,05 16,7 jun/03 16,6 14 14 13,5 15,3 16,8 14,5 14 14,9 jul/03 18,1 20 15,15 14,9 16,2 17,9 15,1 14,5 18,4 ago/03 18,8 21 18,95 17,45 18,65 17,25 14,7 16,4 19,13 set out/03 28,0 30,2 20,2 18,9 20,8 20,9 19,6 20,5 27,7 nov/03 23,8 24,6 24,1 22,1 22,1 20,2 21,5 20,3 23,1 dez/03 jan/04 22,8 22,4 23,4 20,9 22,7 19,6 22,7 20,1 21,6 fev mar abr/04 20,8 18,7 18,5 17,6 18,4 18,4 16,7 17,1 20

146

Condutividade Elétrica - µS

Mês de referência

B1 B 2 B 3 B 3.1 B 4 B 5 B 6 B 8 B 8.1

maio 40,21 77,13 25,95 19,35 22,13 31,28 47,60 12,75 8,43 junho 41,25 108,50 25,23 19,26 21,80 30,87 47,26 15,79 7,65 julho 46,95 113,40 30,65 21,59 23,82 35,00 55,00 15,80 11,62 agosto 43,62 90,50 27,61 21,97 23,89 35,04 55,27 10,45 13,41 set/out 59,95 109,70 29,90 22,20 22,80 37,50 53,60 17,10 18,40 novembro 46,35 81,30 29,90 23,40 24,60 28,10 54,00 18,70 12,20 dez/jan 44,00 201,40 29,50 25,90 26,30 29,90 55,10 14,10 12,50 fev mar abri/04 44,37 132,00 24,79 22,80 23,35 30,60 49,01 16,40 14,62

pH Mês de referência

B1 B 2 B 3 B 3.1 B 4 B 5 B 6 B 8 B 8.1


STD (Sólidos Totais Dissolvidos) - mg/L

Mês de referência

B1 B 2 B 3 B 3.1 B 4 B 5 B 6 B 8 B 8.1


Eh (potencial de oxidação) - mV Mês de referência

B1 B 2 B 3 B 3.1 B 4 B 5 B 6 B 8 B 8.1

junho 22 -15 53 66 74 88 58 50 87 julho 42 -14 43 83 97 87 45 73 54 agosto 59 22 39 45 72 108 44 79 61 set/out 52 63 37 47 37 99 47 52 35 novembro 34 29 47 57 32 81 42 38 52 dez/jan 43 -58 55 56 56 131 42 78 82 fev mar abri/04 28 -16 72 72 46 72 45 56 68

147

Ficha de Aprovação DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

TÍTULO: Análise por métodos hidrológicos e hidroquímicos de fatores condicionantes do potencial

hídrico de bacias hidrográficas- Estudo de casos no Quadrilátero Ferrífero (MG)

AUTORA: Fernanda Martineli Costa

ORIENTADOR: Prof. Dr. Luis de Almeida Prado Bacellar

Aprovada em: 25/11/2005

PRESIDENTE: Prof. Dr. Luis de Almeida Prado Bacellar

BANCA EXAMINADORA:

Prof. Dr. Luis de Almeida Prado Bacellar _____________________________________ DEGEO/UFOP Profa. Dra. Leila Nunes Menegasse Velásquez ___________________________________ IGC/UFMG

Profa. Dra. Mariangela Garcia Praça Leite _____________________________________ DEGEO/UFOP

Ouro Preto, _______/_______/_______

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