Autores
Kobiyama, M. (INSTITUTO DE PESQUISAS HIDRAULICAS - UFRGS) ; Zancan Godoy, J.V. (UNIVERSIDADE DO RIO GRANDE DO SUL) ; Figueiredo Pereira, M.A. (UNISC) ; Michel, G.P. (UDESC) ; Moreira Melo, C. (INSTITUTO DE PESQUISAS HIDRAULICAS - UFRGS)
Resumo
O entendimento sobre a confluência fluvial é importante na geomorfologia fluvial. Portanto, este trabalho teve por objetivo analisar a relação entre o ângulo de junção (α) e as hierarquizações fluviais de Strahler e de Shreve. Como área de estudo, foi utilizada a bacia hidrográfica do arroio Jaguar (25 km²). Sua rede fluvial foi elaborada com base no modelo digital de terreno (resolução espacial de 2,5 m) e imagens IKONOS (resolução de espacial de 1 m). Para cada confluência foram definidos três ângulos: α; ângulo entre o rio principal montante e rio principal jusante (β); e ângulo entre o afluente e o rio principal jusante (γ). Os resultados mostram que a bacia possui a maior ordem de 4 e a maior magnitude de 55. Os valores mínimo, médio e máximo de α foram 16,9°, 70,5°, e 143,9°, respectivamente, sendo que sua faixa mais frequente foi entre 60° e 70°. O diagrama de ângulos em confluências demonstra que há uma tendência da combinação dos valores de α, β, e γ.
Palavras chaves
Ângulo de junção; Diagrama de ângulos em confluências; Hierarquização fluvial
Introdução
Conforme Benda et al. (2004b), a confluência fluvial ou junção é definida como o ponto onde dois segmentos fluviais se encontram. Confluências fluviais formam nós de rede fluvial e fornecem ao ecossistema fluvial a conectividade ecológica e a heterogeneidade de vazões líquida e sólida (BENDA et al., 2004a, 2004b).Em outras palavras, o estudo de confluência é fortemente ligado à hidráulica fluvial e geomorfologia fluvial, portanto, sendo um dos principais estudos da hidrogeomorfologia. A dinâmica dos processos hidrogeomorfológicos nas confluências (desagregação, transporte e deposição, granulometria, etc.) não é bem reconhecida (LEITE RIBEIRO et al., 2012a; GUILLÉN-LUDEÑA et al., 2015 e 2016). Leite Ribeiro et al. (2012b, 2016) demonstraram que o entendimento de tal dinâmica é fundamental para o sucesso na revitalização de rios.Em obras de revitalização de rios, há dois itens mais importantes: (i) como realizar a sinuosidade do rio (MOTA et al., 2014); e (ii) como determinar o ângulo de junção. Roy (1983) comentou que o ângulo de junção é um componente morfométrico básico da rede fluvial. Justamente por isso, existem diversos estudos sobre este ângulo. Segundo Howard (1971), Horton (1932) foi o primeiro que explicou quantitativamente este valor. Lubowe (1964) demonstrou o aumento do ângulo médio das junções com aumento da ordem do rio principal. Howard (1971) demonstrou que os ângulos estão regularizados pela erosão e deposição na confluência controlada pela relação de gradientes. Howard (1990) e Sólyom e Tucker (2007) numericamente e analiticamente demonstraram que o ângulo de junção aumenta em direção a jusante e que dependendo da condição inicial pode ocorrer o contrário, ou seja, se reduz na direção à jusante.Propondo o procedimento de determinar o ângulo e a declividade de junção fluvial, Kobiyama et al. (2010) analisaram duas bacias catarinenses demonstrando que: (i) com o aumento da ordem do rio principal houve um aumento do ângulo médio da junção; e (ii) a ordem dos rios e a declividade nas junções são inversamente proporcionais entre si. Assim sendo, pode-se dizer que, embora existam vários trabalhos sobre ângulos de junção no mundo, o conhecimento sobre este assunto está ainda insatisfatório. Além disso, o estudo sobre a relação entre ordem fluvial e ângulo de junção é pouco (por exemplo, SÓLYOM e TUCKER, 2007), sendo que é nulo sobre a relação entre este ângulo e a magnitude fluvial pela classificação proposta por Shreve (1966, 1967, 1975).O conceito de magnitude equivale ao de ordem fluvial, e a magnitude se associa com o link (ou ligação) enquanto a ordem com o segmento.Segundo Smart (1978), a utilização do primeiro (magnitude e link) é mais adequada para o estudo geomorfológico do que a do segundo (ordem e segmento). Portanto, o objetivo do presente trabalho foi analisar a relação entre a magnitude fluvial e os ângulos de junção. Na determinação do ângulo, o presente trabalho propõe um diagrama novo. Para tal objetivo, o presente trabalho adotou a bacia hidrográfica do arroio Jaguar no Estado do Rio Grande do Sul. Segundo Michel (2015), esta bacia vem historicamente sofrendo com desastres hidrológicos, mais especificamente, movimento de massa úmida. Esta história implica que esta bacia está geomorfologicamente bastante ativa. Então, o resultado do presente trabalho poderá ser útil para entendimento da ocorrência e/ou consequências de tais movimentos de massa sobre a geomorfologia fluvial da região.
Material e métodos
A bacia do arroio Jaguar está localizada na divisa entre os municípios de Alto Feliz e São Vendelino, no Estado do Rio Grande do Sul. A bacia tem uma área de cerca de 25 km². O arroio Jaguar deságua no arroio Forromeco, um dos principais afluentes do rio Caí. Segundo Michel (2015), a declividade média da bacia é aproximadamente 15°, sendo que 8% de sua área situa-se em declividades acima de 30° que é um valor de referência para valores de ângulo de atrito interno do solo. Assim sendo, pode-se dizer que a bacia possui um ambiente montanhoso. No presente trabalho, foi utilizado o modelo digital de terreno (MDT), com resolução de 2,5 m, disponibilizado pela CPRM (Serviço Geológico Brasileiro) no site www.cprm.gov.br, gestão territorial, cartas de suscetibilidade. Para fotointerpretação, foram utilizadas imagens oriundas do satélite IKONOS, com 1m de resolução espacial, disponíveis na ferramenta basemap do software ArcGIS10.2.2. A partir do material acima mencionado, o presente trabalho elaborou a rede fluvial e delimitou as microbacias com a escala de 1:25.000. Como parâmetro de hierarquização foram utilizados os procedimentos propostos por Strahler (1952) e Shreve (1966, 1967). O ordenamento fluvial de Strahler começa em os canais iniciais (nascentes de rio) que são de primeira ordem. E procede a jusante. Em cada confluência verifica se há pelo menos dois afluentes de mesma ordem. Se não, ele continua com a mais alta ordem; se sim, aumenta a ordem em um e continua a jusante com a nova ordem. Em vez de usar o conceito de segmentos, Shreve (1966) introduziu o conceito de link, que está sendo utilizada na topologia, e propôs o modelo probabilístico-topológico. No procedimento dele para determinar a magnitude fluvial, cada canal inicial atribui a magnitude de 1. A magnitude do canal seguinte é a soma das magnitudes dos seus afluentes. O número de uma ligação em particular é o número de iniciais que contribuem para isso. Em cada confluência, um rio principal (rio maior) recebe um afluente (tributário) e forma outro rio com vazão maior, sendo que esta confluência possui no total três rios e três ângulos. Portanto,o presente trabalho chama estes três ângulos: ângulo de junção (α); ângulo entre o rio principal montante e rio principal jusante (β); e ângulo entre o afluente e o rio principal jusante (γ), sendo que α+β+γ = 360°.
Resultado e discussão
A Figura 1 demonstra a rede de drenagem e ordem de parte dos cursos da água
por Strahler. Com as classificações de Strahler e de Shreve, observou-se que a
bacia apresenta a maior ordem de 4 e a maior magnitude de 55 na sua foz. Os
números de segmentos de 1ª, 2ª, 3ª, e 4ª ordem são 55, 13, 3, e 1,
respectivamente.
Após a elaboração da rede e das microbacias, três ângulos em cada confluência
foram determinados. Na Figura 2, encontra-se a hierarquização fluvial de
Shreve. Então, quanto dois rios com as magnitudes de M1 e M2 se encontram em
uma confluência, os mesmos formas um rio com a magnitude de M3 que é a soma de
M1 e M2 (Figura 2). O presente trabalho considerou que normalmente M1>M2 e
A1>A2.
Os valores mínimo, médio e máximo dos ângulos de junção (α) foram 16,9°,
70,5°, e 143,9°, respectivamente. A Figura 3 demonstra algumas características
de α. Na Figura 3a, observa-se que a faixa mais frequente de α está entre 60°
e 70°. Apesar de que a faixa de 80° a 90° foi de apenas uma ocorrência, a
frequência se mostrou semelhante a distribuição normal.
Observa-se na Figura 3b que nos valores de A1/A2 maiores que 100, os valores
de α foram maiores que seu valor médio, isto é, 70,5°.O parâmetro M1/M2 não
apresentou um padrão tão claro apesar da nuvem de pontos apresente um formato
geométrico semelhante ao parâmetro A1/A2 (Figura 3c).
As Figuras 3d e 3e mostram que quanto maior a magnitude ou comprimento do rio
principal ou quanto mais para a jusante, mais os valores de α se aproximam da
média, ou seja seus maiores valores reduzem e seus menores valores aumentam. O
motivo deste comportamento pode estar na predominância das forças
hidrodinâmicas frente à paisagem.
O presente trabalho construiu um novo diagrama que se chama diagrama de
ângulos em confluências (Figura 4). Como a utilização da classificação de
Shreve gera o número de grupos de confluência muito elevado, o presente
trabalho utilizou a de Strahler. O diagrama demonstra uma tendência da
combinação dos valores de α, β, e γ.
Nota-se que os números no lado do segmento apresentam a ordem fluvial
A é a área de microbacia; M é a magnitude fluvial; α é o ângulo de junção; β é o ângulo entre o rio principal montante e rio principal jusante.
a) Frequência de α; b) relação entre α e A1/A2; c) relação entre α e M1/M2; d) variação de α ao longo do rio principal em relação à magnitude; e) variação de α ao longo do rio principal em relação ao comprimento.
a) média para cada ordem de confluência da bacia. b) todas as confluências da bacia.
Considerações Finais
A fim de contribuir à geomorfologia fluvial, o presente trabalho analisou as características dos ângulos em confluências. Para isto, a bacia do arroio Jaguar (25 km²) localizada na divisa entre os municípios de Alto Feliz e São Vendelino, no Estado do Rio Grande do Sul, foi escolhida. Considerando que cada confluência possui no total três rios e três ângulos, o presente trabalho definiu o ângulo de junção (α); o ângulo entre o rio principal montante e rio principal jusante (β); e o ângulo entre o afluente e o rio principal jusante (γ), sendo que α+β+γ = 360°. Esses ângulos foram analisados junto com as hierarquizações fluviais de Strahler e de Shreve. A bacia possui a maior ordem de 4 e a maior magnitude de 55. Os valores mínimo, médio e máximo de α foram 16,9°, 70,5°, e 143,9°, respectivamente, sendo que sua faixa mais frequente foi entre 60° e 70°. Além disso, observou- se que, quanto mais para a jusante, mais os valores de α se aproximam da média, ou seja seus maiores valores reduzem e seus menores valores aumentam. O diagrama de ângulos em confluências demonstra que há uma tendência da combinação dos valores de α, β, e γ. O presente trabalho adotou uma bacia relativamente pequena, o que resultou do número pequeno de amostras. Portanto, nos próximos deverão ser analisadas bacias maiores ou conjuntos de pequenas bacias.
Agradecimentos
Os autores agradecem aos membros do Grupo de Pesquisa em Desastres Naturais (GPDEN) do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul pela discussão diária sobre fluxo de detritos.
Referências
BENDA, L.E.; ANDRAS, K.; MILLER, D.; BIGELOW, P. Confluence effects in rivers: Interactions of basin scale, network geometry, and disturbance regimes, Water Resources Research, v.40, W05402, 2004a.
BENDA, L.; POFF, N.L.; MILLER, D.; DUNNE, T.; REEVES, G.; PESS, G.; POLLOCK, M.The network dynamics hypothesis: how channel networks structure riverine habitats. Bioscience, v.54, n.5, p.413-427, 2004b.
GUILLÉN-LUDEÑA, S.; FRANCA, M.J.; CARDOSO, A.H.; SCHLEISS, A.J. Hydro-morphodynamic evolution in a 90° movable bed discordant confluence with low discharge ratio. Earth Surface Processes and Landforms,v.40, p.1927-1938, 2015.
GUILLÉN-LUDEÑA, S.; FRANCA, M.J.; CARDOSO, A.H.; SCHLEISS, A.J. Evolution of the hydromorphodynamics of mountain river confluences for varying discharge ratios and junction angles.Geomorphology, v.255, p.1–15, 2016.
HORTON, R.E. Drainage-basin characteristics. Trans. Amer. Geophys. Union, v.13, p.350-361, 1932.
HOWARD. A.D. Optimal angles of stream junction: Geometric, stability to capture, and minimumpower criteria. Water Resources Research, v.7, p.863- 873, 1971.
HOWARD. A.D. Theoretical model of optimal drainage networks. Water Resources Research,v.24, p.713–722, 1990.
KOBIYAMA, M.; BORTOLOTTO, N.L.; GAVA, T.; MARCHI, E.C. Geometria na junção fluvial: estudo de caso das bacias do rio Negrinho e rio Cunha, Santa Catarina. Revista de Geografia, Recife, v.27, n.2, p.199-209, 2010.
LEITE RIBEIRO, M.; BLANCKAERT, K.; ROY, A.G.; SCHEISS, A.J. Flow and sediment dynamics in channel confluences. Journal of Geophysical Research, v.117, F01035, 2012a. http://dx.doi.org/10.1029/2011JF002171.
LEITE RIBEIRO, M.; BLANCKAERT, K.; ROY, A.G.; SCHEISS, A.J. Hydromorphological implications of local tributary widening for river rehabilitation. Water Resources Research, v.48, n.10, p.1–19, 2012b.
LEITE RIBEIRO, M.; BLANCKAERT, K.; SCHEISS, A.J.Local tributary widening for river rehabilitation. Ecohydrology, v.9, p.204–217, 2016.
LUBOWE, J.K. Stream junction angles in the dendritic drainage pattern. Amer. J. Sci., v.262, p.325–339, 1964.
MICHEL, G.P. Estimativa da profundidade do solo e seu efeito na modelagem de escorregamentos. Porto Alegre: UFRGS, 2015. (Tese de doutorado em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental).
MOTA, A.A.; KOBIYAMA, M.; GRISON, F. Fluvial topographic zone concept. Journal of the International Hydrologic Program for Latin America and Caribbean (AquaLac), v.6, p.1-10, 2014.
ROY, A.G. Optimal angular geometry models of river branching. Geographical Analysis, v.15, n.2, p.87-96, 1983.
SHREVE, R.L. Statistical law of stream numbers. Journal of Geology, v.74, p.17-37, 1966.
SHREVE, R.L. Infinite topologically random channel networks.Journal of Geology, v.75, p.179-186, 1967.
SHREVE, R.L. The probabilistic-topologic approach to drainage-basin geomorphology. Geology, v.3, p.527-529, 1975.
SMART, J.S. The analysis of drainage basin composition. Earth Surface Processes and Landforms,v.3, p.129–179, 1978.
SÓLYOM, P.B.; TUCKER, G.E.The importance of the catchment area–length relationship in governingn on-steady state hydrology, optimal junction angles and drainage network pattern.Geomorphology,v.88, p.84-108, 2007.
STRAHLER, A.N. Hypsometric (Area-altitude) analysis of erosional topography. Bull. Geological Society of America, v.63, p.1117-1142, 1952.