CURSO DE HIDROSSEDIMENTOLOGIA
Organização do Tratado de Cooperação Amazônica – OTCA
Agência Nacional de Águas – ANA
Agência Brasileira de Cooperação – ABC
BRASÍLIA – Junho/2019
Newton de Oliveira Carvalho & Maximiliano Strasser
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ESTUDOS SEDIMENTOLOGICOS EM
BACIAS HIDROGRÁFICAS
Newton de Oliveira Carvalho & Maximiliano Strasser
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A Sedimentologia tem aplicação na geração de energia hidráulica, navegação,irrigação, mecânica dos solos, agricultura, hidrologia, geografia, construção deestradas, obras em geral, meio ambiente e outros.
Apesar de toda essa aplicação e ter muitas obras ligadas ao assunto desde Antesde Cristo, o seu estudo só foi levado mais a sério a partir de fins do século XIX.
Medidas de sedimento no Brasil só começaram em meados do século XX,quase simultâneas com o ensino nas Universidades Politécnicas de São Paulo edo Rio de Janeiro.
Atualmente tem-se obrigatoriedade de apresentação de avaliação deassoreamento de reservatórios e sua vida útil em Estudos de Inventário,Estudos de Viabilidade e Projeto Básico de aproveitamentos hidrelétricos,assunto este de responsabilidade do setor elétrico
INTRODUÇÃO AOS ESTUDOS DE SEDIMENTOS
EM BACIAS HIDROGRÁFICAS
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Faltava a obrigatoriedade para a fase de operação dos aproveitamentos ...
Resolução Conjunta ANEEL/ANA nº 3/2010
https://www.ana.gov.br/monitoramento/sala-de-situacao/rede-hidrometeorologica-
nacional-1/monitoramento-hidrologico-no-setor-eletrico
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o aumento da erosão,com os problemasassociados de sedimentonos rios e reservatórios
A Mata Atlântica que vai de norte a sul já está quase toda devastada ...
A Amazônia brasileira já tem 20% desflorestada, quase 1milhão de km².
O cerrado da área do centro-oeste e um pouco da região norte já está 60%desflorestado, cerca de 600 mil km².
No Nordeste já há muitas áreas desertificadas.
Lamentavelmente não se fala tanto em conservação do solo. Não existem leisnessa área que resolvam o problema de forma satisfatória.
Estamos todos aqui estamos dando mais um passo nesse sentido – aprendendocomo estudar o problema, como resolver um pouco.
O crescimento do Brasil evidenciou umgrande aumento da população e, com isso, anecessidade de expansão (ocupação de terraspara todos os fins – moradia, agricultura,criação de gado, agronegócio ....)
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Outros estudos ...
INTRODUÇÃO AOS ESTUDOS DE SEDIMENTOS
EM BACIAS HIDROGRÁFICAS
DIAGNÓSTICO SEDIMENTOLÓGICO
AUMENTO DA QUANTIDADE DE SEDIMENTOS NOS CURSOS D’ÁGUA
PROVIDÊNCIAS PARA O CONTROLE DE SEDIMENTOS
ESTUDOS DE VARIABILIDADE CLIMÁTICA QUESTÃO SEDIMENTOLÓGICA
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o Planejamento do trabalho;
o Procura de entidades do Governo que trabalham com estudos de sedimento;
o Coleta de dados e informações – mapas da bacia, dados hidrológicos esedimentológicos, estudos afins;
o Processamento dos dados e elaboração do relatório.
PROVIDÊNCIAS PARA UM DIAGNÓSTICO SEDIMENTOLÓGICO
Alguns exemplos (resumidos) de diagnósticos de bacia:
“Diagnóstico Sedimentológico dos Principais Rios Brasileiros”, publicado pelaEletrobrás em 1986;
“Diagnóstico Sedimentológico da bacia do São Francisco”, de 1986, da OEA,para compor estudos na área social e de recursos hídricos;
A ANEEL realizou um trabalho sobre Potencial de Erosão que pode serconsultado no final do livro (elaborado por Fernando Campagnoli).
Nos últimos anos foram para frente diferentes iniciativas, ainda que muitas vezes foram de alcance local e com recursos limitados ...(por exemplo, como estudar a Amazônia?? HiBAm / OTCA??)
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o uso de fotos e imagens de satélite que permitam o levantamento de áreasagrícolas, obras de terraplenagem, áreas desmatadas e demais áreas depotencial de erosão. Levantamento de áreas remanescentes de florestas,incluindo as condições de rios quanto à mata ciliar; uso de imagens deépocas distintas (antigas/recentes), para verificação de mudançasocorridas e sua evolução;
o inspeção terrestre, com equipe especializada em diversos ramos do estudode erosão, com geólogos, agrônomos e engenheiros especialistas emrecursos hídricos e sedimentologia;
o proceder a estudos para mapeamento da erosividade das chuvas,erodibilidade dos solos, mapeamento de focos de erosão específicos,como voçorocas e problemas de quedas de taludes nas estradas e cidades.
Levantamento de condições de erosão
Roteiro tentativo para elaboração de um diagnóstico ...
• Levantamento de condições de erosão
• Levantamento das condições de transporte de sedimento nos cursos d'água
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estudar a rede sedimentométrica existente, coletar dados e informaçõesgerais, incluindo composição granulométrica dos sedimentos fluviais;
calcular quantidade de carga sólida em suspensão e de arrasto,transportada em diversas épocas pela rede fluvial e em postos-chave,identificando as zonas produtoras de sedimentos;
estudar possíveis mudanças verificadas nas calhas dos rios a partir do usodas seções transversais a cursos d'água levantadas em épocas diferentes;
com base nos dados disponíveis, fazer uma comparação das condições dosrios quanto a transporte sólido, a partir de estudos existentes em outrasbacias e, se possível, fora do país;
estimar a evolução da produção de sedimentos, com possível verificação deuma erosão crescente na bacia;
se necessário, projetar rede sedimentométrica básica, ou complementar,indicando as medições a serem efetuadas, parâmetros a serem obtidos,planejar o monitoramento e proceder a uma estimativa de custos.
Levantamento das condições de transporte de sedimento nos cursos d'água
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Estudo realizado pelo IPH/UFRGS para a Eletrobrás. Foi publicado um livro em 1986com a regionalização hidrossedimentológica para as regiões Norte, Leste e Sul.
Precipitações Característica da Superfície
Predominante
Produção Específica
(t/(km2.ano)
Re-
Gião
Zona Có-
digo
Índice de
Erosivi-
dadeR (USLE)
Média
Anual
(mm)
Erodibilidade
do Solo
Relevo
Altitude
(m)
Cober-
tura
Vegetal
Concent.
Média
Anual da
Suspensão
(mg/l)
Média
das
Bacias
Média Global
Extrapolada
para Bacia
de 15000
km2
Espinha Dorsal 00 1000 1250/20
00
média 200/
800
cerrado 260 146 145
Planície
do rio
Amazo-
nas
N1 x x x X x 220 depósitos x
Roraima
Amazô-
nia
Setentrion
al
N2a
N2b >1000
1500/20
00
média
média/fraca
100/500
floresta/
cerrado
65
15
50
4,5
50
7.5
N
O
R
T
E
Amazö-
nia
Central
Rio
Negro
N3a
N3b
>1000
>2000
e >2500
na parte
oeste
fraca
média/fraca
(risco de
voçorocas)
<100 florestal
15
15
2,5
-
2
23
DIAGNÓSTICO SEDIMENTOLÓGICO DOS PRINCIPAIS RIOS BRASILEIROS
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Zoneamento hidrossedimentológico
Classe Degradação Específica Pss (*)(t.km-2.a-1)
Código da Zona (**)
I Pss > 300 NSII 300 > Pss . 150 E6 (e, provavelmente, E4a)III 150 > Pss > 100 OO; N4IV 100 > Pss > 75 S1; S4V 75 > Pss > 50 N2a; N7; E3; E5VI 50 > Pss > 25 S2; S5; N3bVII 25 > Pss > 5 N2b; N6; N8; E2VIII 5 > Pss > 0IX Depósitos N1; S3X Sem classificação por falta de dados E1; E2a; E4; E4a
(*) Produção específica em suspensão para bacias de 2.500 a 30.000 km2
(exceto para a zona N4, para a qual a superfície de referência é da ordemde 100.000 km2)(**) Ver Figura 9.1
DIAGNÓSTICO SEDIMENTOLÓGICO DOS PRINCIPAIS RIOS BRASILEIROS
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Diagnóstico sedimentológico da bacia do São Francisco (OEA)
Nº de
Ordem
Curso
d'Água
Posto
Sedimento-
métrico
Entidade
Período de
Observação
Sedimentométrica (2) Área de
Drenagem
Descarga
Líquida
Média
Produção
de
Sedimento
Degradação
do Solo
Média
(1)
Início Final
(km2) Anual
(m3/s)
Média Anual
(t/km2.ano)
Anual
(3) (mm/ano)
1 Rio São
Francisco
Porto das
Andorinhas
CODEVASF 01/07/60 09/05/61 13.300 212,0 217,7 0,14
2 Rio São
Francisco
Porto das
Andorinhas (4)
CEMIG 01/10/72 30/09/85 13.300 248,0 228,1 0,14
3 Rio
Itapecerica
Pari (4) DNAEE 20/12/75 03/12/82 1.849 26,5 36,5 0,02
4 Rio Pará Velho da Taipa
(4)
DNAEE 25/08/75 09/11/82 7.109 93,2 35,0 0,02
5 Rio São
João
Jaguaruna (4) DNAEE 20/12/75 23/05/79 1.543 17,4 31,1 0,02
6 Rio Pará Porto Pará CODEVASF 02/07/60 02/05/61 11.300 145,0 44,2 0,03
68 Rio São
Francisco
Piranhas (4)
(6)
CHESF - - 603.880 - - -
69 Rio São
Francisco
Pão de Açúcar
(4)
CODEVASF 01/10/66 05/04/68 620.170 2.949,0 20,2 0,01
70 Rio São
Francisco
Pão de Açúcar
(6)
CHESF - - 620.170 - - -
71 Rio Ipanema Santana do
Ipanema (6)
CODEVASF 16/05/72 22/07/74 5.350 - - -
72 Rio São
Francisco
Traipu CODEVASF 22/01/68 17/10/74 622.520 2.905,0 30,4 0,02
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Bacia do São Francisco
Diagnóstico sedimentológico da bacia do São Francisco (OEA)
Produção de sedimentos em função da área de drenagem
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(valores ultrapassados, o Amarelo e o Bangladesh > 2 bi t/ano, Madeira e Amazonas ...)
RIO PAÍS
VAZÃO
SÓLIDA
DEGRADAÇÃO
DO SOLO
(t.a-1) (m/1.000 anos)
Lo China 190 x 106 4,18
Ching China 408 x 106 4,09
Amarelo China 1.889 x 106 1,60
Ganges Índia 1.451x 106 0,87
Bramaputra Bangladesh 726 x 106 0,62
Vermelho Vietnã 130 x 106 0,62
Yang Tsé China 499 x 106 0,15
Colorado EUA 135 x 106 0,12
Mekong Tailândia 170 x 106 0,12
São Francisco (Pirapora) Brasil 8,4 x 106 0,08
São Francisco (Manga) Brasil 21 x 106 0,07
Mississipi EUA 312 x 106 0,06
Amazonas Brasil 363 x 106 0,04
São Francisco (Morpará) Brasil 32 x 106 0,04
Nilo Egito 111 x 106 0,02
Fonte: OEA/PLANVASF [Carvalho, 1986] e Curso de Hidráulica Geral, Vol. 2, pág. 386, C.
Flávio Pimenta.
Comparação de valores de degradação com outras bacias
AUMENTO DE SEDIMENTOS NOS CURSOS D’ÁGUA
Evolução da produção de sedimentos em suspensão do rio São Francisco em Pirapora
Ano Q anual ∑Q Ps anual ∑Qs
(m3.s-1) (t.km-2.a-1)
1965 710 710 38,5 38,5
1966 1 051 1 761 146,8 185,3
1967 904 2 665 87,8 273,1
1968 832 3 497 66,3 339,4
1983 1 570 16 687 1 815,2 4 603,3
1984 750 17 437 47,1 4 650,4
1985 1 065 18 502 266,0 4 916,4
Razões entre valores de /
dos anos de 1978 (r1) e 1985 (r2) –coeficientes das equações dasretas:
P Q
0732,010414
6,7621 r 266,0
18502
4,49162 r
c
nER 11
Substituindo valores:
R = 0,0263 2,63% ao ano
725,0266,0
0732,0266,0
1
12
r
rrEc
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REGIONALIZAÇÃO DE DESCARGA SÓLIDA
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No Brasil, os dados de transporte sólido ainda são escassos. Assim, muitosestudos desta natureza acabam recorrendo à regionalização dos dadossedimentométricos, efetuando estimativas do aporte sólido anual em função dedados existentes em regiões próximas à área de projeto, em bacias vizinhas decaracterísticas físicas e de uso e ocupação do solo semelhantes.
Assim, pode-se recorrer acurvas que relacionam avazão sólida total com avazão líquida ou, maisfrequentemente, com aárea de drenagem da baciahidrográfica, sendorecomendável dispor dealgumas medidas paraverificação.
Uma REGIONALIZAÇÃO émais confiável quando há váriospostos numa mesma baciahidrográfica ou mesmo aolongo de um curso d’água,conforme apresentado para oRio Araguari, no Amapá
QST = 0,00062 A 1,47132
R² = 0,60492
10
100
1.000
10.000
100.000
5.000 50.000
De
sc
arg
a S
ólid
a T
ota
l Mé
dia
-Q
ST
(t/d
ia)
Área de Drenagem (km²)
Serra do Navio
Leônidas
Porto Platon
Ferreira Gomes
Rio PostoÁrea de
drenagemVazão média
Desc. sól. tot. média
Deflúvio sól. total
anual(km²) (m³/s) (t/dia) (t/ano)
Amapari Serra do Navio 10.570 346 911 332.515Araguari Leônidas 15.300 474 368 134.320Araguari Porto Platon 29.820 912 2.478 904.470Araguari Barragem de Cachoeira Caldeirão 30.510 930 2457 896.805Araguari Barragem de Coaracy Nunes 30.590 936 2467 900.455Araguari Ferreira Gomes 30.850 938 * 3213 * 1.172.745
* Valores do Estudo de Viabilidade da UHE Ferreira
Gomes (PCE, 2009)
REGIONALIZAÇÃO DE DESCARGA SÓLIDA
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ESTUDOS DE
VARIABILIDADE CLIMÁTICA
Processos Sedimentológicos
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Haverá no decorrer deste século, aumento de temperaturapor todo o planeta, sendo mais severo sobre oscontinentes do que sobre os oceanos e aumento do níveldos oceanos.
Todavia, o quadro geral de mudanças do regime de chuvas nem sempre se aplica a todas as regiões da Terra. É o caso da Amazônia, onde todos os modelos projetam aumento de temperatura, mas não concordam entre si com respeito às alterações no regime de chuvas. Alguns modelos projetam diminuição, outros aumento e alguns pouca alteração no regime de chuvas (Li et al., 2006).
Haverá ainda aumento de chuvas nas regiões que já são bem providas de chuvase diminuição nas regiões que hoje sofrem com a escassez de água, além deaumentar a freqüência e a intensidade dos eventos extremos, como furacões,inundações e secas prolongadas.
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Baixas declividades dos cursos de água localizados no trecho inferior ...
Estuário do Amazonas MACROMARÉ (até 10 metros)
Problemas de salinização; Destruição em larga escala de manguezais; Inundações ao longo dos vales ; Processos de deposição de sedimentos.
Elevação do nível do mar
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ÓbidosManaus
800 km
1.00
1.10
1.20
1.30
1.40
21/11/9
8 0:00
21/11/9
8 12:00
22/11/9
8 0:00
22/11/9
8 12:00
23/11/9
8 0:00
23/11/9
8 12:00
24/11/9
8 0:00
24/11/9
8 12:00
25/11/9
8 0:00
25/11/9
8 12:00
26/11/9
8 0:00
Data
Cot
a re
ferid
a ao
zer
o da
régu
a [m
]
1 dia 1 dia
(Strasser, 2008)
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As principais manifestações dessefenômeno em sua fase quente sãomostradas pelo aquecimento das águas nasuperfície do mar, que normalmente sãofrias próximo a costa oeste da América doSul.
O fenômeno climático ElNiño/Oscilacão Sul, é resultado de umainteração entre o Oceano Pacífico e aatmosfera, que têm provocadoalterações do clima da América do Sul.
Manzi (2007)
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Manzi (2007)
Alteração no padrão do regime de chuva em
América do Sul
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Distribuição espacial e temporal da precipitação acumulada entre junho e set/1997 (Diniz, 1998)
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As maiores enchentes ...- 2012 (29,97m),- 2009 (29,71m),- 1953 (29,69m),- 1976 (29,61m),- 1989 (29,42m),- 1922 (29,35m),- 1908 (29,17m).
“Concentração muito forte de chuvasem janeiro no alto Rio Marañon (Peru)”
Máximos anuais do rio Negro no Porto de Manaus
"No Brasil, as chuvas se concentraram ao longo do Solimões e doAmazonas, e ao longo do Juruá e do Purus. Isso se juntou com aelevação de nível do Rio Negro, ... e coincidiu com o pico de cheiado Rio Madeira"
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Estação Telemétrica Jus. Caldeirão do Inferno (PCE Engenharia / Santo Antônio Energia)
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Estação Telemétrica Jus. Caldeirão do Inferno (PCE Engenharia / Santo Antônio Energia)
Os episódios de cheias e secas recorrentes na Bacia Amazônica mostram um grande contraste
hidrológico na maior bacia hidrográfica do globo.
Séries de dados hidrológicos podem ser úteis para o acompanhamento anual daevolução dos níveis, de forma a avaliar tendências e construir cenários em relação àintensidade dos eventos.
“O modo de ocorrência de eventos hidrológicos críticos naAmazônia brasileira possui uma regularidade reconhecívelnas séries de dados hidrológicos.” (Filizola, 2006)
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