MONITORAMENTO E MODELAGEM HIDROLÓGICA DA BACIA ... · Ao Grande Pai Celestial, que me deu força...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA NÚCLEO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE MESTRADO EM DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE MONITORAMENTO E MODELAGEM HIDROLÓGICA DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO SIRIRI VIVO-SE. SANDRO IURY VALVERDE LIMA DA CRUZ 2012
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA
NÚCLEO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE MESTRADO EM DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE
MONITORAMENTO E MODELAGEM HIDROLÓGICA DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO SIRIRI VIVO-SE.
SANDRO IURY VALVERDE LIMA DA CRUZ
2012
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA
NÚCLEO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE MESTRADO EM DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE
SANDRO IURY VALVERDE LIMA DA CRUZ
MONITORAMENTO E MODELAGEM HIDROLÓGICA DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO SIRIRI VIVO-SE.
Dissertação apresentada como requisito
parcial para a obtenção do título de Mestre,
no programa de pós-graduação em
Desenvolvimento e meio Ambiente da
Universidade Federal de Sergipe.
Orientador
Prof. Dr. Gregório GuiradoFaccioli.
SÃO CRISTÓVÃO
SERGIPE – BRASIL
2012
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTRAL UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
C957m
Cruz, Sandro Iury Valverde Lima da Monitoramento e modelagem hidrológica da bacia hidrográfica
do rio Siriri Vivo–SE / Sandro Iury Valverde Lima da Cruz ; orientador Gregório Guirado Faccioli. – São Cristóvão, 2012.
41 f. : il.
Dissertação (Mestrado em Desenvolvimento e Meio Ambiente) – Universidade Federal de Sergipe, 2012.
1. Sustentabilidade. 2. Bacias hidrográficas. 3. Siriri Vivo, Rio, Bacia (SE). 4. Sistemas de informação geográfica. I. Faccioli, Gregório Guirado, orient. II. Título.
CDU 502.131.1:556.51:528.8(813.7)
SANDRO IURY VALVERDE LIMA DA CRUZ
MONITORAMENTO E MODELAGEM HIDROLÓGICA DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO SIRIRI VIVO-SE.
Dissertação apresentada como requisito
parcial para a obtenção do título de Mestre,
no programa de pós-graduação em
Desenvolvimento e meio Ambiente da
Universidade Federal de Sergipe.
Aprovado em 29 de fevereiro de 2012.
BANCA EXAMINADORA
Dr. Gregório GuiradoFaccioli – UFS
Dr. Antenor de Oliveira Aguiar Neto – UFS
Dra. Ana Alexandrina Gama da Silva – EMBRAPA/CPATC
Este exemplar corresponde à versão final da Dissertação de Mestrado em
Desenvolvimento e Meio Ambiente.
Dr. Gregório Guirado Faccioli
Universidade Federal de Sergipe
É concedida ao Núcleo responsável pelo Mestrado em Desenvolvimento e Meio
Ambiente da Universidade Federal de Sergipe permissão para disponibilizar, reproduzir
cópias desta dissertação e emprestar ou vender tais cópias.
Sandro Iury Valverde Lima da Cruz
Universidade Federal de Sergipe/PRODEMA
Dr. Gregório Guirado Faccioli
Universidade Federal de Sergipe
AGRADECIMENTO
Existem situações na vida em que é fundamental poder contar com o apoio e a
ajuda de algumas pessoas.
Para a realização deste trabalho de conclusão, pude contar com várias. E a essas
pessoas prestarei, através de poucas palavras, os mais sinceros agradecimentos:
Ao Grande Pai Celestial, que me deu força para superar os momento difíceis.
À minha família. Ao meu pai Edvaldo Simões da Cruz (in memória), que mesmo
em outro plano, nunca deixou de estar comigo. Até o reencontro pai! A minha mãe Ilsy
Valverde Lima da Cruz que sempre me incentivou a vencer os obstáculos e seguir em
frente. Tenho muito orgulho de ser filho de vocês!
A minha esposa Michelle e aos meus filhos, Victor Iury, Sabrina e Alaninha.
Amo muito todos vocês!
Aos meus irmãos Elba, Eny e Sydney, pelos momentos de descontração, se não
fossem vocês eu não suportaria tanta pressão.
Aos meus avôs, Sydney Lima (in memória) e Nivaldo da Cruz (in memória),
Ildete Lima e Miralda da Cruz, alicerces da minha vida!
Ao meu orientador, professor Dr. Gregório GuiradoFaccioli, não apenas
professor e orientador, mas um verdadeiro amigo. Obrigado por tudo!
Ao professor Dr. Antenor de Oliveira Aguiar Neto, que foi fundamental para o
desenvolvimento deste trabalho. Muito obrigado!
A amiga Marioné, que me deu suporte e orientações no desenvolvimento da
pesquisa.
Aos colegas do grupo Acqua, pelo incentivo.
A todos os professores do PRODEMA, pelas orientações, apoio e respeito.
Aos colegas de mestrado, pela amizade e companheirismo.
A todas as pessoas que contribuíram para que este trabalho se concretizasse.
RESUMO
A água é um recurso natural limitado e precioso, uma vez que é a base para a
existência da vida e para o desenvolvimento econômico. A distribuição desigual da água
pelas diferentes regiões, faz com que haja escassez do recurso em diversas localidades,
tanto na esfera local, regional ou global. Agravando, ainda mais, a situação, o mau uso
desse recurso vem causando sérios problemas para as comunidades que sofre com a
redução da quantidade e da qualidade dos recursos hídricos. Esses problemas são
ocasionados, principalmente por ações antrópicas, como a expansão da urbanização que
impermeabiliza o solo interferindo no ciclo hidrológico, a retirada de matas ciliares para
a prática de atividades pastoris e agropecuárias. Logo, faz-se necessário realizar estudos
para compreender o comportamento desses mananciais. A modelagem hidrológica é
uma das ferramentas que a ciência desenvolveu para melhor entender e representar o
comportamento de uma bacia hidrográfica e prever condições diferentes das observadas.
Um modelo hidrológico pode ser considerado como uma representação simplificada da
realidade, auxiliando o entendimento dos processos que envolvem esta realidade. Nesse
contexto, o presente trabalho objetiva simular a produção de água na bacia hidrográfica
do rio Siriri Vivo, por meio do modelo hidrológico SWAT para verificar quais as
condicionantes ambientais que mais influenciam esta variável.A abordagem
desenvolvida neste trabalho mostra que a análise ambiental por sistema de informação
geográfica e o modelo hidrológico SWAT permitiram uma análise integrada, bem como
a visualização dos fenômenos no espaço geográfico.
Palavras-chave: sustentabilidade, bacias hidrográficas, modelagem hidrológica.
ABSTRACT
Water is a valuable and limited natural resources, since it is the basis for the existence
of life and economic development. The uneven distribution of water through different
regions, causes the shortage of the resource in various locations, both at the local,
regional or global. Aggravating even more the situation, the misuse of this feature is
causing serious problems for communities that suffer from the reduction of quantity and
quality of water resources. These problems are caused mainly by human activities, such
as the expansion of urbanization that waterproofs the soil interfering with the
hydrological cycle, the removal of riparian vegetation for the practice of pastoral and
agricultural activities. Therefore, it is necessary to carry out studies to understand the
behavior of these sources. The hydrological modeling is one of the tools that science has
developed to better understand and represent the behavior of a watershed and provide
conditions different from those observed. A hydrologic model can be considered as a
simplified representation of reality, aiding the understanding of processes involved in
this reality. In this context, this paper aims to simulate the production of water in the
river basin Siriri Vivo through the SWAT hydrologic model to see what the
environmental conditions that influence this variável.A approach developed in this
paper shows that the environmental analysis for system geographic information and the
hydrological model SWAT allowed an integrated analysis and visualization of
phenomena in geographic space.
Keywords: sustainability, watersheds, hydrologic modeling.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 3.1 - Localização da bacia hidrográfica do rio Siriri Vivo..................... 12
FIGURA 3.2 - Nascente do rio Siriri Vivo, localizada na Mata do Cipó em
Siriri......................................................................................................................... 13
FIGURA 3.3 - Encontro dos rios Siriri Vivo e Siriri Morto .................................. 14
FITURA 3.4 - Estação hidrológica automática instalada na sede da Companhia
de Saneamento do Estado de Sergipe (DESO)....................................................... 15
FIGURA 3.5 - Sensor de nível................................................................................ 16
FIGURA 3.6 - Regressão para calibração do sensor de nível................................. 17
FIGURA 3.7 - Montagem do pluviômetro.............................................................. 18
FIGURA 3.8 Unidade de armazenamento de dados (Datalogger)......................... 19
FIGURA 3.9 - Perfil da seção transversal do rio Siriri Vivo nos períodos
chuvosos e de estiagem........................................................................................... 20
FIGURA 3.10 – Vertedor retangular...................................................................... 21
FIGURA 3.11 - Seção transversal do rio................................................................ 22
FIGURA 3.12 – Modelo de elevação digital utilizado para modelagem
hidrológica do rio Siriri Vivo – SE.........................................................................
24
FIGURA 3.13 – Mapa de solos utilizado para modelagemhidrológica do rio
Siriri Vivo...............................................................................................................
25
FIGURA 3.14 - Esquema do vertedouro dimensionado para a bacia do rio Siriri
Vivo......................................................................................................................... 30
FIGURA 4.1- Limpeza do terreno e locação da obra do vertedouro..................... 31
FIGURA 4.2 - Execução da fundação do vertedouro............................................. 32
FIGURA 4.3 - Execução da alvenaria do vertedouro............................................. 33
FIGURA 4.4 - Execução da soleira do vertedouro................................................. 34
FIGURA 4.5 - Execução da Caixa de Medição...................................................... 35
FIGURA 4.6 - Vista frontal do vertedouro concluído........................................... 36
FIGURA 4.7 - Mapa de uso e ocupação de solo da bacia hidrográfica do rio
Siriri Vivo................................................................................................................
37
FIGURA 4.8 - Mapa de produção de água da bacia hidrográfica do rio Siriri
Vivo – SE................................................................................................................
39
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.3.1 -Vazão, em litros/segundo, para vertedor retangular, segundo a
fórmula de Francis, por metro de soleira............................................................... 21
Tabela 3.6.1- Variáveis usadas para calibração manual do modelo hidrológico
SWAT para o rio Siriri-Vivo................................................................................. 27
Tabela 4.3.1- Resultados obtidos com a medição da vazão com molinete
hidráulico................................................................................................................. 36
Tabela 4.4.1 - Detalhamento do balanço hídrico na bacia hidrográfica do rio
Siriri Vivo................................................................................................................ 38
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1
1. INTRODUÇÃO..................................................................................................................... 1
CAPÍTULO 2
2 REFERENCIAL TEÓRICO 4
2.1 Desenvolvimento Sustentável............................................................................................ 5
2.2 Sustentabilidade dos Recursos Hídricos............................................................................ 7
2.3 Modelagem Hidrológica...................................................................................................... 9
CAPÍTULO 3
3 METODOLOGIA ................................................................................................................... 13
3.1 Caracterização da Área experimental ............................................................................... 12
3.2 Monitoramento hidrológico ................................................................................................ 14
3.3 Construção do Vertedouro ................................................................................................ 19
3.4 Monitoramento da vazão com molinete hidráulico ............................................................ 21
3.5 Monitoramento da vazão pelo vertedouro ......................................................................... 22
3.6 Produção de água e relações ambientais na Bacia Hidrográfica do Rio Siriri-Vivo........... 23
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES.......................................................................................... 28
4.1 Projeto preliminar............................................................................................................... 29
4.2 Processo Executivo do Vertedouro .................................................................................. 31
4.3 Medição de Vazão ............................................................................................................ 36
4.4 Produção de Água ............................................................................................................. 37
CAPÍTULO 6
6 CONCLUSÕES..................................................................................................................... 40
1
INTRODUÇÃO
2
1. INTRODUÇÃO
A água é uma das substâncias mais comuns na natureza, chegando a cobrir cerca de
setenta por cento da superfície do planeta. Porém a quantidade de água potável disponível
é extremamente pequena e mal distribuída. Além disso, a distribuição da água é bastante
heterogenia, de forma que, algumas regiões possuem esse recurso em certa abundância e
outras enfrentam escassez. Essa problemática tem despertado interesse de vários estudiosos
que tentam compreender melhor o comportamento dos recursos hídricos, a sua relação com
as atividades antrópicas, e dos níveis de suporte da relação homem-ambiente, para que a
demanda desse recurso não seja maior que a sua disponibilidade, garantindo assim a
sustentabilidade do manancial e a sobrevivência das comunidades que dependem dele.
Há duas formas de caracterizar os recursos hídricos: com relação à sua quantidade e
com relação a sua qualidade, estando estas características intimamente relacionadas. A
qualidade da água depende diretamente da quantidade de água existente para dissolver,
diluir e transportar as substâncias benéficas e maléficas para os seres que compõe as
cadeias alimentares (Braga et al., 2003).
A qualidade da água é função das condições naturais e do uso e da ocupação do
solo na bacia hidrográfica. Em relação às condições naturais, sua qualidade é afetada pelo
escoamento superficial e pela infiltração no solo resultando na produção de sedimentos e
nutrientes. O transporte de sedimento pode causar, pelas partículas em suspensão, a
degradação da qualidade da água para os usos humanos (consumo, atividade industrial e
agrícola além da recreação); além de impedir a penetração da luz e calor, reduzindo a
atividade da fotossíntese necessária a salubridade dos corpos de água e alertar a vida
aquática (Von Sperling, 2005).
O uso adequado do solo é um fator fundamental para garantir a sustentabilidade dos
recursos hídricos. As retiradas das matas ciliares para o cultivo e para a criação de áreas
pastoris causam o assoreamento dos rios, reduzem o processo de evapotranspiração e o
potencial de geração de água, a expansão da urbanização impermeabiliza o solo, através da
pavimentação e das edificações, impedindo a infiltração da água e alterando o ciclo
hidrológico.
3
A cobertura vegetal em uma bacia hidrográfica minimiza a erosão do solo; melhora
a qualidade da água por propiciar uma maior infiltração e regularização do regime dos
recursos d`água, reduz os escoamentos superficiais e reforça a alimentação subterrânea das
calhas fluviais. Funciona também como reservatório de água no estado de vapor,
promovendo maior regularização dos deflúvios pluviais e melhor distribuição temporal e
espacial das chuvas. Além disso, reforça e aumenta a biodiversidade ecológica natural,
contribuindo para melhoria nos mecanismos de conservação do solo, do ar e da água.
Dessa forma, entende-se que a importância da mata ciliar dos recursos hídricos deve-se a
capacidade que esta tem de controlar o transporte de sedimentos, produtos químicos e
nutrientes para os corpos d`água, evitando que haja o assoreamento desses mananciais.
Para garantir a proteção das matas ciliares a Lei nº4771 do Código Florestal de 1965,
determina área de proteção permanente a todo e qualquer tipo de vegetação adjacentes a
corpos d`água.
Este trabalho, busca analisar a produção de água da bacia hidrográfica do Rio Siriri
Vivo. Localizada no município de Siriri em Sergipe, a qual é responsável pelo
abastecimento de água para consumo humano do município de Nossa Senhora das Dores,
além do uso para atividades agrícolas, dessedentação de animais e lazer da população.
Para tanto se fez necessário como uma da alternativas a utilização da modelagem
hidrológica, que segundo Tucci (1998), é uma ferramenta extremamente útil que permite,
através da equacionalização dos processos, representar, entender e simular o
comportamento de uma bacia hidrográfica.
4
REFERENCIAL TEÓRICO
5
2. REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Desenvolvimento sustentável
Após a segunda guerra mundial, o mundo se deparou com um modelo de
crescimento acelerado em algumas partes do mundo, principalmente nos países envolvidos
nos conflitos. Essa forma desordenada de crescimento trouxe sérias conseqüências
negativas ao meio ambientem logo percebidas pela humanidade. Logo as discussões a
respeito do modelo de desenvolvimento e meio ambiente se intensificam.
A conferência do Estocolmo, em 1972, e a reuniões preparatórias que antecedem
firmaram as bases para o novo entendimento dos vínculos entre o meio ambiente e
desenvolvimento. O painel técnico em meio ambiente realizado em Founex, na Suíça, foi
uma dessas reuniões preparatórias. O encontro em Founex analisou a relação intensa e
circular entre meio ambiente e desenvolvimento (Sachs, apud Camargo 2002).
A concepção de Eco-desenvolvimento surgiu de modo a amenizar a polêmica
gerada, de um lado, pelos partidários do “Crescimento Selvagem” e, de outro, pelos que
defendiam o “ Crescimento Zero” – vítimas do absolutismo do crédito ecológico (Sachs,
apud Camargo 2002).
O Eco-desenvolvimento é definido por Sachs (1996), como sendo “o
desenvolvimento sociável desejável, economicamente viável e ecologicamente prudente”.
Posteriormente, o termo Eco-desenvolvimento foi substituído pelos pesquisadores anglo-
saxões, pelo termo desenvolvimento sustentável. Sachs usa frequentemente os dois
conceitos como sinônimos.
Para Castro (1999), “como expressão do progresso, o desenvolvimento traduz o
sentimento de autonomia do ser humano em face da natureza e a confiança na capacidade
de dominá-la e utilizar seus recursos em benefício próprio”. Em termos econômicos e
exclusivamente capitalista, o desenvolvimento é visto como forma de aumentar a eficácia
da produção, refletida na acumulação do capital a qual identifica o grau de crescimento de
uma nação. Diante das perspectivas de uma projeção futura nada glamorosa nas condições
de sobrevivência humana face o caos ambiental no mundo, faz-se necessário a abordagem
mais abrangente do que se entende por desenvolvimento sustentável.
6
O termo desenvolvimento sustentável é recente. Em 1983, a Organização das
Nações Unidas (ONU) cria a Comissão Mundial Sobre o Meio Ambiente e
Desenvolvimento (CMMAD), como um organismo independente, e com objetivo, segundo
Leff (2005), de avaliar os avanços dos processos de degradação ambiental e a eficácia das
políticas ambientais para enfrentá-los. Sob a presidência de GroHarlenBrudtland, primeira
ministra da Noruega, a comissão preparou em 1987, um dos mais importantes documentos
do tempo atual – O relatório Nosso Futuro Comum, também denominado
RelatórioBrudtland (CMMAD, 1988), o qual foi responsável pelas primeiras conceituações
oficiais, formas e sistematização sobre o desenvolvimento sustentável. Esse relatório,
como estratégia de desenvolvimento a sustentabilidade, define o “Desenvolvimento
Sustentável como o desenvolvimento que satisfaz as necessidades do presente sem
comprometer a capacidade das futuras gerações de satisfazer as suas próprias
necessidades”.
O uso do conceito de desenvolvimento sustentável alerta para a necessidade de se
refletir sobre o desenvolvimento como um processo assegurador de sobrevivência em
relativas condições, garantindo uma qualidade de vida no tempo e no espaço, o qual
suporta uma relação que deve existir entre o homem como membro de uma sociedade, seu
desenvolvimento econômico e seu ambiente natural (Guarim, 2000 p.6-7).
Segundo Veiga (2006), foi no Rio 92 que todas as Organizações Internacionais
sacramentaram o Desenvolvimento Sustentável como expressão normativa do vínculo
biunívoco em meio ambiente – produzindo a sensação de um histórico salto qualitativo
nesse sentido: Tudo indicava que governos e movimentos sociais haviam definitivamente
optado por um meio termo, deixando de lado tanto otimismo cornucopiano dos idólatras do
crescimento, quando o pessimismo malthusiano acerca do esgotamento dos recursos
naturais.
A sustentabilidade é uma das maiores preocupações atuais, uma comunidade é
sustentável quando satisfaz plenamente as suas necessidades de forma a preservar as
condições para que as gerações futuras também o façam. Da mesma forma, as atividades
processadas por agrupamentos humanos não podem interferir prejudicialmente nos ciclos
de renovação da natureza e nem destruir esses recursos de forma a privar as gerações
futuras de suas assistências.
7
Para Cavalcanti (1997), sustentabilidade significa a possibilidade de se obter
continuamente, condições iguais ou superiores de vida para um grupo de pessoas e seus
sucessores, em dado ecossistema. O conceito de sustentabilidade equivale a idéia de
manutenção do sistema de suporte de vida. Significa comportamento que procura obedecer
às leis da natureza. Basicamente, trata-se do reconhecimento do que é biofisicamente
possível em uma perspectiva de logo prazo.
Na idéia de explorar os recursos naturais em seu redor, a ação humana se torna
modificada dos mais diversos ambientes, e isto reflete diretamente nas condições de
sobrevivência das populações. A manutenção e a proteção dos recursos naturais devem ser
prioridades das nações, sendo a fonte básica de sustentabilidade para gerações atuais e
futuras.
Assim, a sustentabilidade ambiental desenvolveu-se por meio de comportamento
éticos, nos seus aspectos culturais, mantendo uma preocupação na conservação e
prevenção da vida e do meio ambiente. A sustentabilidade é um processo que implica um
ajuste social e econômico com métodos e técnicas, para que a natureza atenda as
necessidades básicas das comunidades.
Um dos principais motivos para o desenvolvimento humano em todas as regiões do
planeta é a presença de água. Dentro de um processo histórico mundial, as civilizações
surgem e se mantêm em função da disponibilidade hídrica e demais recursos naturais,
localização estratégica e fatores geoambientais.
2.2 Sustentabilidade dos recursos hídricos
De toda a água existente no planeta somente 3% está disponível como água doce. E
destes 3%, cerca de 75% se apresentam em estado sólido congelados nas calotas polares,
confinados nos aqüíferos estão 10%, e portanto, a disponibilidade dos recursos hídricos no
estado líquido para uso das populações é de aproximadamente 15% destes 3%. A água,
portanto, é um recurso extremamente reduzido e não renovável. O suprimento de água
doce de boa qualidade é essencial para o desenvolvimento econômico, para a qualidade de
vida das populações humanas e para a sustentabilidadedos ciclos no planeta (TUNDISI,
2003).
8
No Brasil, pela Lei nº 9.433/97, que estabeleceu a Política Nacional de Recursos
Hídricos, a sustentabilidade dos mesmos depende da disponibilidade de água e da sua
utilização racional e integrada garantindo-se sua qualidade tanto para as regiões presentes
quanto futuras e assegurando o acesso equitativo.
Na natureza, a manutenção dos recursos hídricos, no que diz respeito ao regime de
vazão dos cursos d`água e da qualidade da água, decorre de mecanismos naturais de
controle desenvolvidos ao longo de processos evolutivos da paisagem. Um desses
mecanismos, por exemplo, é a relação íntima que existe entre a cobertura vegetal e a água,
especialmente nas cabeceiras dos rios onde estão suas nascentes. Esta condição natural de
equilíbrio dinâmico vem sendo constantemente alterada pelo homem através do
desmatamento, expansão da agricultura, abertura de estradas, urbanização e vários outros
processos de transformação antrópica da paisagem, que alteram os ciclos biogeoquímicos e
o ciclo da água. Levando em conta as projeções de crescimento da população mundial não
há dúvidas que os impactos ambientais destas transformações começam a ameaçar a
sustentabilidade dos recursos hídricos (Lima, 2000 apudRenó, 2003).
A gestão dos recursos hídricos se insere no contexto das novas práticas para com os
recursos naturais, cuja realidade é antecedida por estudos que apontam e demonstram as
formas de apropriação e os níveis de suporte da relação homem-ambiente. Nesse contexto,
a bacia hidrográfica é estabelecida como unidade de planejamento, sendo analisada como
um sistema aberto, resultante da interação das ações humanas com os elementos e formas
do meio físico e, entre estes, em especial, a disponibilidade e qualidade das águas
(SERGIPE, 2006).
A qualidade da água é função das condições naturais e do uso e da ocupação do
solo na bacia hidrográfica. Em relação às condições naturais, sua qualidade é afetada pelo
escoamento superficial e pela infiltração no solo resultando na produção de sedimentos e
nutrientes, como o nitrogênio e fósforo (Von Sperling, 2005 apud Lopes &Kobyama,
2008).
Para viabilizar a elaboração de políticas que enfoquem o meio ambiente e, no caso
específico dos recursos hídricos, adota-se a bacia hidrográfica como unidade de
planejamento e gestão por constituir-se numa unidade física bem caracterizada (Aguiar
Netto ET al., 2008).
9
A importância de se adotar a bacia como unidade hidrológica está ligada ao fato de
que suas características estão intimamente relacionadas com a produção de água. A área de
uma bacia hidrográfica tem influência sobre a quantidade de água produzia e, a forma e o
relevo atuam sobre o regime desta produção (Zakia, 1998 apud Renó, 2003).
As bacias hidrográficas foram indicadas como unidades básicas de monitoramento
e planejamento dos recursos hídricos pela Lei Federal nº 9.433 de 08 de janeiro de 1997
(BRASIL, 2002). A elaboração de planos de bacias hidrográficas está condicionada à sua
necessidade como instrumento valioso para tomada de decisões pelos gestores dos recursos
hídricos, tendo em vista que as reservas de água utilizável estão cada vez mais escassas.
Em Sergipe foi sancionada a Lei nº 3870, de 25 de setembro de 1997, que dispõe sobre a
Política Estadual de Recursos Hídricos e cria o Fundo Estadual de Recursos Hídricos
(SERGIPE, 1999). Em seu artigo primeiro, inciso quinto, elege a bacia hidrográfica como
unidade territorial para a implementação da Política Estadual de Recursos Hídricos e
atuação do Sistema Estadual de Gerenciamento de Recursos Hídricos, sendo necessário
para tal o levantamento dos recursos naturais e socioeconômicos nas sub-bacias
hidrográficas do estado.
Levando-se em consideração a importância que os recursos hídricos apresentam
para a preservação e o desenvolvimento das comunidades, estapesquisa buscou analisar de
que maneira as ações antrópicas tem influenciado no comportamento das bacias
hidrográficas, não somente, a do Siriri Vivo, mas de uma forma geral, uma vez que os
resultados poderão servir como base para pesquisas em outras bacias hidrográficas.
2.3 Modelagem Hidrológica
A ciência tem buscado ferramentas que auxiliem no entendimento do comportamento
dos recursos hídricos, tendo em vista a complexidade dos processos que envolvem estudos
de bacias hidrográficas. Uma ferramenta, em especial, tem sido fundamental para o
entendimento e previsões do comportamento desses recursos. Essa ferramenta, conhecida
como modelagem hidrológica, pode ser definida, como uma representação matemática do
fluxo de água e seus constituintes sobre alguma parte da superfície ou sub-superfície
terrestre (Renó e Vivanei, 2000).
Um modelo hidrológico pode ser considerado como uma representação simplificada da
realidade auxiliando no entendimento dos processos que envolvem esta realidade. Os
10
modelos hidrológicos, baseados em bacias hidrográficas, estão sendo cada vez mais
utilizados em estudos ambientais, pois ajudam a entender o impacto das mudanças no uso e
cobertura da terra e prever alterações futuras nos ecossistemas (Renó e Vivanei, 2000).
A bacia hidrográfica é estabelecida como unidade de planejamento, sendo analisada
como um sistema aberto, resultante da interação das ações humanas com os elementos e
formas do meio físico e, dentre estes, em especial, a disponibilidade e qualidade das águas
(Pinto & Aguiar Netto, 2008). A expressão “produção de água” se refere à vazão total da
bacia durante um determinado período. Em termos de balanço hídrico de uma bacia
hidrográfica, representa, portanto, a fração da precipitação que não é perdida por
evapotranspiração, nem outras perdas intermediárias. Desta maneira a produção de água de
uma bacia inclui a vazão (volume de água que passa pela secção transversal de um canal
durante um determinado tempo) e também a variação do armazenamento na bacia,
inclusive a recarga da água subterrânea.
No estudo de uma bacia hidrográfica o monitoramento da vazão é imprescindível,
uma vez que o escoamento superficial é a principal saída de água da bacia. O modelo
hidrológico calcula a produção de água na bacia hidrográfica, através de equações
matemáticas e para realizar a calibração do modelo hidrológico se faz necessário realizar
medições da vazão e transformar os dados obtidos em produção de água na bacia,
dividindo-se esses dados pela área da bacia. Segundo Tucci (2003), medição de vazão em
hidrometria é todo processo empírico utilizado para determinar a vazão de um curso de
água. A vazão ou descarga de um rio é o volume de água que passa através de uma seção
transversal na unidade de tempo (em geral um segundo).
No Brasil, vários trabalhos foram realizados aplicando o SWAT, tais como Bittencourt
e Gobbi, 2006;Lino et al., 2009; Blainski et al. 2011. Em todo o mundo o SWAT é
amplamente usado para modelagem hidrológica em bacias hidrográficas (HOLVOET,
2008; KIM et al., 2010).
11
METODOLOGIA
12
3 METODOLOGIA
3.1 Caracterização da Área experimental
O objeto deste estudo é a sub-bacia hidrográfica do rio Siriri Vivo, que possui em
sua extensão, aproximadamente, 23,92 km de comprimento e uma área de 46,811Km2. A
bacia do Rio Siriri Vivo compõe uma das bacias do Rio Siriri, que por sua vez compõe a
bacia do Rio Japaratuba (Figura 3.1). Uma das seis bacias hidrográficas que compõe o
estado de Sergipe, sendo as outras as bacias a do Rio São Francisco, Rio Sergipe, Rio
Vaza-Barris, Rio Piauí e Rio Real.
Figura 3.1:Localização da Bacia Hidrográfica do Rio Siriri Vivo
Fonte: Atlas de Recursos Hídricos do Estado de Sergipe, 2004
Organização: Sandro Iury Valverde Lima da Cruz
Segundo o Atlas de Recursos Hídricos do Estado de Sergipe (2004),os tipos de
solos que predominam na sub-bacia do Rio Siriri Vivo são: Argilosos Vermelho-Amarelo e
o Latossolo Vermelho-Amarelo, sendo este o de maior predominância, atingindo um
percentual de 79,21%.
13
Segundo a classificação Köppen-Geiger o clima é caracterizado como tropical
chuvoso com verão seco (As') onde a temperatura média anual é de 25°C, com o período
chuvoso concentrado entre os meses de março e agosto, com pluviosidade média anual de
1.400mm (Sergipe, 2000).
O uso e ocupação do solo na bacia é caracterizado pela elevada presença de
atividades agro-pastoris, principalmente pela cultura da cana de açúcar e pela criação de
gado bovino.
Quanto à utilização dos recursos hídricos, pode-se destacar o abastecimento
humano, a irrigação de áreas cultivadas, a dessedentação de animais e atividades de lazer,
pela população que reside em seu entorno.
O Rio Siriri Vivo tem a sua nascente no povoado Sapé, em Nossa Senhora das
Dores, no entanto, o fluxo de água é interrompido durante a estação seca voltando a ser
contínuo a partir da nascente localizada na Mata do Cipó (Figura 3.2), sendo considerada,
nesta pesquisa, a principal nascente da bacia por ser perene. A nascente da Mata do Cipó é
classificada como difusa, por não apresentar um ponto bem definido da ocorrência de seu
afloramento.
Durante o desenvolvimento das pesquisas de campo foi possível observar próximo
a nascente, áreas com plantio de cana de açúcar. Atividade comum em parte da bacia,
desenvolvidas pela usina sucro-alcooleira Campo Lino.
Figura 3.2: Nascente do rio Siriri Vivo, localizada na Mata do Cipó em Siriri.
Fonte: Pesquisa de Campo, agosto de 2010.
14
O Rio Siriri Vivo encontra-se com o rio Siriri Morto (Figura 3.3), formando o Rio
Siriri. Pouco antes da junção dos dois rios é feita a captação de água para abastecimento
humano do município de Nossa Senhora das Dores, na sede da Companhia de Saneamento
do Estado de Sergipe (DESO), localizada na fazenda Faustino, especificamente, na
coordenada 0706514N e 8834067L.O local definido para a realização da pesquisa fica
situado próximo ao ponto de captação da água, em um trecho retilíneo, ainda dentro da
área da DESO.
Figura 3.3: Encontro dos Rios Siriri Vivo e Siriri Morto.
Fonte: Sandro Iury Valverde Lima da Cruz, 2010.
3.2 Monitoramento hidrológico
Nesta pesquisa foi instalada uma estação hidrológica automática composta por um
medidor de altura de lamina d`água (sensor de nível), da marca Global Water, modelo WL
400, um medidor de contribuição das águas pluviais (Pluviômetro) da marca JCTM,
modelo SP-3e um datalogger, da marca Global Water, modelo GW 500. O equipamento
dispõe de uma placa solar para manter a bateria alimentada (Figura 3.4).
15
Figura 3.4: Estação hidrológica automática instalada na sede da Companhia de Saneamento do Estado de
Sergipe (DESO)
Fonte: Trabalho de Campo, outubro de 2010.
O medidor de nível é um sensor analógico, que registra o nível de água através da
pressão a que está sendo submetido, através de um diafragma. O sensor possui um cabo
interligado a uma unidade de armazenamento que registra as informações
automaticamente.
O sensor é posicionado em uma caixa de medição, interligada a um vertedouro
(Figura 3.5), no mesmo nível da borda horizontal do vertedor “crista”, permitindo o
monitorando do nível da água que passa sobre a borda em intervalos de tempo pré-
definidos.
16
Figura 3.5:Sensor de nível.
Fonte: Trabalho de Campo, outubro de 2010.
Após a instalação do sensor na caixa de medição, os dados obtidos pelo sensor de
nível foram relacionados com medições realizadas por uma régua linimétrica, com o
objetivo de calibrar o sensor (Figura 3.6).
17
Figura 3.6:Regressão para calibração do sensor de nível. Fonte: Sandro Iury V. L. da Cruz
O modelo matemático escolhido para determinar a curva de calibração do sensor foi
o modelo linear, pois os valores de nível de água monitorados pelo sensor de nível e
medidos com a régua linimétrica são proporcionais. Observa-se pela figura 3.6 que o ajuste
foi adequado pois o coeficiente de indeterminação (r2) está muito próximo de 1 com valor
de 0,9989. É importante a repetição deste procedimento a cada dois anos, devido ao
desgaste natural do diafragma do sensor.
Para monitorar a contribuição de águas pluviais na bacia hidrográfica do rio Siriri
Vivo, foi instalado um pluviômetro (Figura 3.7), composto por um funil com um diâmetro
de 20 cm, feito de material inoxidável e um sensor digital, do tipo concha dupla. Cada vez
que uma das suas básculas excede a capacidade de receber água e transborda, elas se
movimentam como uma gangorra e emitem sinais eletrônicos para um datalloger. Para
visualização dos dados é necessário utilizar um software especifico (Global Watter) que
acompanha o equipamento.
Hreal = 0,1796 Hsensor - 0,0103 R² = 0,9989
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8
Série1
Linear (Série1)
H medido pelo sensor de nível
H rea
l
18
Figura 3.7:Montagem do Pluviômetro.
Fonte: Trabalho de campo, setembro de 2010.
O pluviômetro foi instalado a uma altura igual a 1,5m em relação ao solo,
observando-se, também, o nível do aparelho. Para a escolha do local onde foi instalado o
pluviômetro levou-se em consideração possíveis obstruções por árvores, fios elétricos ou
outros objetos que pudessem prejudicar a medição.
O datalogger (Figura 3.8), é um equipamento destinado a executar a aquisição e a
gravação de dados durante um período de tempo, eliminando a necessidade da presença de
um operador durante a coleta. Estes dados são fornecidos por sensores ou equipamentos
externos, dois quais deseja-se obter um histórico de monitoramento.
A aplicação de Data Logger se faz necessária em problemas que exigem um grande
tempo despendido na aquisição de valores, como medições de pluviosidade e nível de um
rio ao longo de um tempo.
19
Figura 3.8:Unidade de armazenamento de dados(Datlogger).
Fonte: Trabalho de campo, outubro de 2010.
3.3 Construção do Vertedouro
A construção do vertedouro teve início no mês de setembro do ano de 2011, com o
objetivo de monitorar a vazão do Rio Siriri Vivo, A construção seguiu várias etapas,
iniciando pelo dimensionamento, elaboração do projeto, limpeza do terreno, execução da
fundação, estrutura e acabamento.
Segundo Azevedo Neto ET al. (1998), Os vertedouros podem ser definidos como
simples paredes, diques ou aberturas sobre as quais um líquido escoa. O termo aplica-se,
também, a obstáculos à passagem da corrente e aos extravazadores das represas. Os
vertedores são, por assim dizer, orifícios sem a borda superior. As características de
escoamento nos vertedouros dependem, principalmente, das suas características
geométricas, podendo-se classificá-los principalmente quanto à sua forma, retangular,
triangular, trapezoidal, circular, etc. Ou quanto a sua espessura, parede delgada ou espessa.
Segundo Azevedo Neto ET al. (1998), o volume de fluido que num intervalo de
tempo dt atravessa uma seção normal à direção da corrente, é igual ao volume gerado pela
seção deslocando-se paralelamente a si mesma durante esse tempo. Isto é,
20
(3.0)
Sendo Q o volume por unidade de tempo, dQ = Qdt e ds/dt a velocidade com que a
seção se desloca. A relação chama-se Lei de LEONARDO-CASTELLI.
Com o objetivo de estimar as vazões mínimas e máximas em uma determinada
seção do rio, utilizou-se o método do molinete hidráulico, na estação seca e chuvosa
respectivamente.
A seção transversal do rio foi subdividida em oito subseções com distância de 0,5m
e mediu-se a cota vertical de cada posição (Figura 3.9).
Figura 3.9:Perfil das seções transversais do rio Siriri Vivo nos períodos chuvoso e de estiagem.
O molinete foi posicionado a uma profundidade equivalente a 60% da cota de cada
seção e verificando-se diretamente no “display” do equipamento a velocidade de
escoamento de cada subseção. Posteriormente multiplicou-se a área de cada subseção pela
velocidade apresentada pelo molinete, encontrando-se a vazão em cada subseção. Ao
somar as vazões das subseções, encontrou-se as vazões mínima e máxima respectivamente:
0,35m3/s e 1,86m
3/s.
Para determinar a lâmina d`água que passa sobre a soleira do vertedouro (H),
utilizou-se a tabela 3.3.1, que define a altura da lâmina d`água de acordo com a vazão.
21
Tabela 3.3.1 – Vazão, em litros/segundo, para vertedor retangular, segundo a fórmula de
Francis, por metro de soleira.
Carga – H
(cm) Q
(L s-1
)
Carga – H
(cm) Q
(L s-1
)
Carga – H
(cm) Q
(L s-1
)
Carga – H
(cm) Q
(L s-1
)
- - 11 67,1 21 176,9 31 317,2
- - 12 76,4 22 189,7 32 332,7
3 9,6 13 86,2 23 202,7 33 348,4
4 14,7 14 96,3 24 216,1 34 364,4
5 20,5 15 106,8 25 229,8 35 380,6
6 27,0 16 117,6 26 243,7 36 397,0
7 34,0 17 128,8 27 257,9 37 413,7
8 41,5 18 140,4 28 272,3 38 430,5
9 49,6 19 152,2 29 287,0 39 447,7
10 58,1 20 164,4 30 302,0 40 465,0
Fonte: Salasier (2006), adaptado pelo autor.
Após obter o valor da lâmina d`água (H), foi possível dimensionar a as contrações e
da soleira do vertedouro, de acordo com Bernardo, Salasier (2006) (Figura 3.10).
Figura 3.10: Vertedor retangular.
Fonte: Salasier (2006)
A medição da vazão no Rio Siriri Vivo, foi realizada em um vertedouro, construído
durante a realização desta pesquisa e através de um molinete hidráulico, com o objetivo de
validar as medições de vazão a serem realizadas pelo vertedouro.
3.4 Monitoramento da vazão com molinete hidráulico
Para realizar a medição da vazão utilizando-se o molinete hidráulico dividiu-se a
seção transversal do vertedouro, em setesubseções com distância de 0,5m e mediu-se a
cota vertical de cada posição (Figura 3.11).
22
Figura 3.11: Seção Transversal do Rio
O molinete foi posicionado a uma profundidade equivalente a 60% da cota de cada
seção e verificando-se diretamente no “display” do equipamento a velocidade de
escoamento de cada subseção. Posteriormente multiplicou-se a área de cada subseção pela
velocidade apresentada pelo molinete, encontrando-se a vazão em cada subseção. Ao
somar as vazões das subseções, encontrou-se a vazão da seção transversal.
3.5 Monitoramento da vazão pelo vertedouro
Posteriormente calculou-se a vazão do rio utilizando-se a equação de Francis
(Equação 1.0). A fórmula de Francis é a uma das mais utilizadas para determinar a vazão
em vertedouros retangulares de parede delgada a partir da altura da carga de água e de suas
características geográficas.
(1.0)
Sendo Q dada em m3/s, L e H em metros.
As contrações ocorrem nos vertedouros cuja largura é inferior a do canal em que se
encontram instalados (L<B).
23
Segundo Francis apud Azevedo Neto (1998), deve-se considerar na fórmula um
valor corrigido para L. Para o caso de existir contrações. O vertedor utilizadoneste trabalho
foi construído com duas contrações, logo a fórmula utilizada passa a ser:
[
]
(2.0)
Sem levar em conta a velocidade de chegada da água. Para que os resultados
obtidos com a aplicação dessa fórmula se aproximem dos valores reais, é preciso que H/L
<0,5.
3.6 Produção de água e relações ambientais na Bacia Hidrográfica do Rio Siriri-Vivo
O modelo hidrológico SWAT necessita de dados de entrada matriciais com o
modelo de elevação digital (DEM), solos e uso e ocupação do solo e de dados tabulares
como climáticos e de atributos físico-hídricos do solo.
O DEM utilizado foi obtido do projeto Brasil em Relevo, a partir de dados gerados
pelo projeto Shuttle Radar TopographyMission (SRTM). A partir do processamento digital
dessas imagens, a EMBRAPA - Monitoramento por Satélite recortou os mosaicos
estaduais, compatibilizando-os também com os produtos LANDSAT da série Brasil visto
do espaço. Os dados obtidos possuem o formato raster, onde a área de estudo é dividida
numa grade regular de células numa sequência específica e foram obtidos de SERGIPE
(2004).
24
As imagens do relevo realçado foram geradas em composições coloridas RGB
(Red, Green e Blue), conforme adaptação do padrão de tabela de cores da USGS (United
States Geological Survey). Assim, as cotas mais baixas do terreno apresentam-se em verde
escuro e as mais elevadas em tons de rosa. Os valores intermediários distribuem-se em tons
de verde, amarelo, marrom e rosa, seguindo o aumento da elevação (Figura 3.12).
Figura 3.12 Modelo de elevação digital utilizado para modelagem hidrológica do rio Siriri Vivo-SE.
Os mapas de solos e usos do solo foram obtidos da base cartográfica digital
constante em Sergipe (2004). Ambos possuem formato vetorial e estão na escala de
1:100.000.
O uso e ocupação do solo foi dividido em três categorias diferentes, agricultura,
predominando o plantio da cana de açúcar, a pastagem representada principalmente pela
criação de gado bovino de forma extensiva e em menor percentual a urbanização, formada
por pequenos povoados.
25
Os tipos de solos que predominam na sub-bacia do rio Siriri Vivo (Figura 3.13) são:
Argilosos Vermelho-Amarelo e o Latossolo Vermelho-Amarelo, sendo este o de maior
predominância, atingindo um percentual de 79,21%.
Figura 3.13 Mapa de solos utilizado para modelagem hidrológica do rio Siriri Vivo-SE.
Segundo o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (EMBRAPA, 2006), Os
solos Argilosos, compreende solos constituídos por material mineral, com horizonte B
textural imediatamente abaixo de A ou E, com argila de atividade baixa ou argila de
atividade alta conjugada com saturação por bases baixa e/ou caráter alítico na maior parte
do horizonte B.
Ainda segundo o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos, os Latossolos
Vermelho-Amarelos são constituídos por material mineral, apresentando horizonte B
latossólico imediatamente abaixo de qualquer tipo de horizonte A, dentro de 200cm da
superfície do solo ou dentro de 300cm, se o horizonte A apresenta mais que 150cm de
espessura.
26
Para simular os processos físicos na bacia hidrográfica do rio Siriri Vivo, visando
avaliar o impacto das mudanças de uso e do solo sobre o escoamento (superficial e
subterrâneo) e a produção de sedimento foram utilizados os seguintes parâmetros de solo:
i) Em relação ao tipo de solo: nome do solo, número de camadas, grupo hidrológico
do solo, profundidade total.
ii) Em relação às camadas do solo: profundidade, densidade do solo, capacidade de
água disponível, porcentagem de carbono orgânico, condutividade hidráulica, albedo, fator
de erodibilidade da camada e porcentagens de argila, silte, areia e rocha (esqueleto da
terra).
Os parâmetros indicados foram retirados do Levantamento Exploratório –
Reconhecimento de Solos do Estado de Sergipe (EMBRAPA/CCP-SUDENE/DRN, 1975)
A capacidade de água disponível no solo foi estimada com base nos trabalhos
realizados por Assad et al. (2001) e o valor do albedo do solo foi retirado de Pereira et al.
(2002).
Os dados climatológicos foram obtidos a partir de quatro estações pluviométricas e
uma estação agrometeorologica, localizadas nas proximidades do município de Siriri, mais
precisamente, nos municípios de Japaratuba com Latitude -10.59 e Longitude -36.94,
Capela com Latitude -10.55 e Latitude -37.2, Maruim com Latitude -10.70 e Latitude -
37.06 e Laranjeiras Latitude -10.80 e Latitude -37.11. A estação de Japaratuba forneceu
dados de temperatura, umidade relativa do ar, radiação solar, velocidade do vento e
precipitação. As demais estações forneceram apenas, dados de precipitação. Os dados
obtidos representam séries diárias, de um período de seis anos, tendo o início no mês de
janeiro ano de 2000 e término da série no mês de dezembro do ano de 2005.
Dados mais recentes foram pesquisados através do Instituto Nacional de Pesquisas
Espaciais (INPE), porém, as séries apresentadas não apresentavam uma sequência
satisfatória e alguns dados apresentavam valores incompatíveis com a realidade, tornando-
os, desta forma, inconfiáveis para a pesquisa. O pluviômetro instalado na bacia do Rio
Siriri Vivo servirá, futuramente, para se obter resultados, inda mais, próximos da realidade
para outras pesquisas que possam ser realizadas nesta bacia.
O escoamento Superficial no modelo SWAT é calculado pelos valores de
precipitação diária e pelo método da Curva Número (CN). O método CN é um produto
empírico de mais de vinte anos de estudo em pequenas bacias hidrográficas nos Estados
27
Unidos. O método CN foi desenvolvido para determinar o escoamento superficial em
diferentes uso e coberturas vegetal e tipo de solo (NIESCHT et al., 2005)
Para calibrar o modelo hidrológico, utilizou-se os resultados obtidos nas medições
de vazão do rio. Primeiramente, transformou-se os resultados de vazão mensal, em vazão
média anual. Posteriormente, divide-se a média anual pela área da bacia para encontrar a
produção de água anual de cada unidade de resposta hidrológica gerado pelo SWAT.
A calibração do modelo hidrológico SWAT baseou-se em Green e Van Griensven
(2008). Inicialmente utilizou-se a análise de sensibilidade e posteriormente os valores da
curva número e do parâmetro alpha-Bf foram modificados manualmente até que a vazão
simulada se aproximasse da vazão mensurada (Tabela 3.6.1).
Tabela 3.6.1. Variáveis usadas para calibração manual do modelo hidrológico SWAT para
o rio Siriri-Vivo.
VARÍAVEL USADA VALOR REFERÊNCIA
Vazão mensal (mm/mês)
Mensurada em 02/2012
0,40
Vazão mensal (mm/mês)
Simulada em 02/2002
0,54
Curva – Número 32
Alfha-Bf 0,5
28
RESULTADOS E DISCUSSÕES
29
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Projeto Preliminar
O projeto preliminar foi desenvolvido em AutoCAD versão 2012. O detalhamento
do projeto pode ser visto no esquema abaixo.
30
ESQUEMA DE UM VERTEDOURO
PLANTA BAIXA, CORTES E ISOMÉTRICO
LOCAL: SEDE DA DESO EM SIRIRI
ELABORADO POR: SANDRO IURY V. L. DA CRUZ
DATA: AGOSTO DE 2011 S/ ESCALA
Observações: 1. Concreto simples fabricado "in loco", lançado e adensado;
31
4.2 Processo Executivo do Vertedouro
A execução do vertedouro iniciou em setembro de 2011, com a limpeza da área
definida para a construção, a locação da obra e as escavações das fundações (Figura 4.1).
Todo o processo ocorreu manualmente, por uma equipe composta por quatro operários.
Os trabalhos de limpeza do terreno consistiram na remoção de todo o material de
origem vegetal das áreas de implantação da obra, definidas pelo projeto, de forma a
possibilitar a locação da obra e a execução da escavação das valas de fundação.
Figura 4.1: Limpeza do terreno e locação da obra.
Fonte: Trabalho de Campo, setembro de 2011.
Segundo Azeredo, 1998 apud Barros, 2003. Fundações são os elementos estruturais
cuja função é transmitir as cargas da estrutura ao terreno onde ela se apóia.
32
O tipo de fundação escolhida para base do vertedouro foi uma fundação direta do
tipo alicerce de pedra calcária e concreto projetado “in loco”. O processo inicia-se com a
confecção das formas de madeira para moldar a estrutura (Figura 4.2), e conclui-se com a
concretagem das fundações.
Figura 4.2: Execução da Fundação do Vertedouro.
Fonte: Trabalho de Campo, agosto de 2011.
Durante a execução utilizou-se: Cimento CP II-Z-32, adequado para estrutura de
concreto em contato com ambientes agressivos, ambientes úmidos e obras marítimas, areia
grossa e brita nº 01, em uma proporção de uma padiola de cimento para três padiolas de
agregados.
As paredes laterais do vertedouro foram construídas de tijolos maciços (Figura 4.3),
e a parte frontal do vertedouro foi construída em concreto armado, de forma que a pressão
proveniente da força da água não prejudicasse a estrutura. Uma chapa de aço foi fixada na
face interna do vertedouro, em toda a sua extensão, para aumentar, ainda mais a resistência
da soleira e das contrações.
33
Durante a execução das paredes laterais, foram utilizados prumos verticais de
chumbo, trenas de aço, esquadro e mangueira de nível, além do nível manual, para garantir
que não ocorressem imperfeições na estrutura como desalinhamento, deformações no
sentido vertical ou desníveis com relação às duas paredes laterais.
Figura 4.3: Execução da Alvenaria.
Fonte: Trabalho de Campo, setembro de 2011.
A última etapa da execução foi a concretagem da soleira do vertedouro (Figura
4.4), fez-se necessário realizar um pequeno desvio pelas laterais externas do vertedouro, a
fim de reduzir o volume de água, que poderia carrear os materiais utilizados.
Posteriormente, esses desvios foram fechados para que o a água voltasse ao seu curso
normal.
34
Figura 4.4: Execução da soleira do vertedouro.
Fonte: Trabalho de Campo, outubro de 2011.
A uma distância de 2,5m (atendendo a distância mínima de 5H) da soleira,
construiu-se uma caixa de medição interligada ao vertedouro, no mesmo nível da soleira
(Figura 4.5). Para garantir que o sensor medisse a pressão da coluna d`água. Para a
execução da caixa utilizou-se duas manilhas com 0,20m de diâmetro, sobrepostas, e um
tubo de PVC rígido.
35
Figura 4.5: Execução da caixa de medição.
Fonte: Trabalho de Campo, outubro de 2011.
O vertedouro foi concluído no mês de janeiro de 2012, como mostra a figura 4.6.
Possibilitando, o monitoramento da vazão de água na bacia sem necessitar a presença
diária de um observador. Os dados de vazão monitorados pelo vertedor poderão ser
utilizados em futuros estudos de produção de água na bacia e para realizar uma nova
calibração da modelagem hidrológica.
Figura 4.6: Vista frontal do vertedouro concluído.
Fonte: Trabalho de Campo, janeiro de 2012
36
4.3 Medição de Vazão
Os resultados obtidos na medição da vazão realizadas com o molinete hidráulico
podem ser vistas na tabela 4.3.1.
Tabela 4.3.1 Resultados obtidos com a medição da vazão com molinete hidráulico
Subseção
(m)
Profundidade
(m)
% Profundidade
para o molinete (m)
Velocidade na
vertical (m/s)
Área
(m2)
Vazão
(m3/s)
1 0,70 0,42 0,00 0,35 0,00
2 0,70 0,42 0,09 0,35 0,031
3 0,68 0,41 0,10 0,34 0,034
4 0,72 0,43 0,10 0,36 0,036
5 0,72 0,43 0,04 0,36 0,014
6 0,74 0,44 0,00 0,37 0,00
7 0,74 0,44 0,00 0,37 0,00
2,50 0,115
A altura da lâmina d`água na caixa de medição do vertedouro medida pelo sensor
de nível foi 0,75m, utilizando a equação de calibração ( Figura 3.6), encontrou-se a altura
real equivalente (0,1244 m) em função da calibração realizada.
(3.0)
Aplicando-se esses valores a fórmula de Francis, encontrou-se:
[
]
Logo, o valor de Q foi igual a 0,1189m3/s.
37
Comparando-se o resultado da medição de vazão realizada com o molinete
hidráulico (0.1150m3/s), com o resultado de vazão calculada pela equação do vertedouro
(0.1189m3/s), verificou-se que os valores encontrados são muito aproximados.
4.4 Produção de Água
O uso e ocupação do solo na bacia hidrográfica do rio Siriri Vivo encontra-se
representado na Figura 4.4.1. Verifica-se que 85,05% são representados por pastagens,
enquanto 14,95% correspondem a agricultura, com ênfase para a cana-de-açúcar. Vale
registrar que a expansão dessa cultura tem sido significativa nos últimos anos, conforme
assinalou ARAÚJO e AGUIAR NETTO (2010) devido a demanda energética pelo etanol.
Figura4.7 Mapa de uso e ocupação do solo da bacia hidrográfica do rio Siriri Vivo.
Para avaliar a distribuição espacial da produção de água, os resultados obtidos com
o modelo foram espacializados para sete sub-bacias geradas pelo SWAT, pertencente à
bacia hidrográfica do rio Siriri Vivo. Essa avaliação foi efetuada para os diferentes usos e
38
ocupação do solo, declividades e tipos de solo, para o ano de 2002, mesmo período de
obtenção das fotografias aéreas e da calibração da vazão.
A Tabela 4.4.1 mostra os valores mensais de precipitação pluvial,
evapotranspiração e produção de água na bacia hidrográfica do rio Siriri Vivo, para o ano
de 2002. A análise destes permite inferir que na média anual a relação entre chuva e vazão
foi equivalente a 26,87% e que a produção de água é significativamente dependente da
precipitação pluvial. Assim, nos meses secos do ano, especialmente, entre dezembro e
março o fluxo de água no rio Siriri Vivo é governado pela vazão subterrânea.
Tabela 4.4.1 Detalhamento do balanço hídrico na bacia hidrográfica do rio Siriri Vivo
Meses
Precipitação
pluvial
(mm)
Vazão
superficial
(mm)
Vazão
subterrânea
(mm)
Evapotranspiração
real (mm)
Produção
de água
(mm)
1 27.00 0.00 1.39 22.86 1.68
2 19.50 0.00 0.48 20.81 0.54
3 51.10 0.00 0.21 47.93 0.84
4 43.50 0.00 0.07 49.46 0.40
5 152.60 15.49 0.84 73.58 17.95
6 97.00 14.01 2.20 66.42 17.05
7 129.60 34.08 5.82 65.17 41.05
8 120.50 37.16 12.54 79.12 50.41
9 54.50 4.30 11.68 87.00 16.32
10 90.00 0.74 7.18 86.53 9.07
11 220.10 91.17 10.08 94.01 103.12
12 0.00 0.00 11.65 27.81 11.78
Total 1005.40 196.95 64.14 720.71 270.20
Na Figura 4.4.2 verifica-se que as maiores taxas de produção de água estão
concentradas nas sub-bacias 1 e 7 (valores superiores 65mm mensais), locais onde existe
uma área considerável com cultivos agrícolas associados às maiores altitudes. Estas
condicionantes ambientais podem estar influenciando significativamente a produção de
água nesse local.
39
Figura 4.8 Mapa de produção de água da bacia hidrográfica do rio Siriri Vivo.
Na floresta, a quantidade de água que escoa superficialmente é relativamente
pequena, evitando desta forma, um violento aumento da vazão no rio durante a chuva, e
recarrega-o lentamente durante o tempo seco, não deixando o rio secar bruscamente.
Entretanto, o processo é muito mais complexo. Por causa da transpiração e interceptação
pela floresta, a vazão anual da área de floresta é menor do que aquela da área sem
cobertura vegetal (KOBIYAMA et al., 2008). Muitas pessoas, relata o autor, acreditam que
a floresta é que gera a água do rio. Mas, na verdade a floresta reduz a disponibilidade total
da água; ela apenas mantém a vazão do rio mais constante, facilitando o planejamento para
a utilização da água do rio.
40
CONCLUSÕES
41
5. CONCLUSÕES
O vertedouro foi construído adequadamente e a vazão calculada pela equação do
vertedouro apresentou resultados consistentes e confiáveis.
A abordagem desenvolvida neste trabalho mostra que a análise ambiental por
sistema de informação geográfica e o modelo hidrológico SWAT permitiram uma análise
integrada, bem como a visualização dos fenômenos no espaço geográfico.
A produção de água e sedimentos na bacia hidrográfica do rio Siriri Vivo é maior
em áreas onde o uso e ocupação do solo se caracteriza com agricultura especificamente a
cana-de-açúcar, com relevo variando de plano a ondulado.
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