Análise da vazão e turbidez em um pequeno canal aberto natural com derivação artificial

Autores

Silva, R.E. (IG/UFU) ; Rodrigues, S.C. (IG/UFU) ; Maruschi, V.O. (IG/UFU)

Resumo

Alterações do escoamento superficial, seja difuso ou/e concentrado, geram respostas nas condições das vertentes, assim como na geomorfologia dos canais e suas adjacências. O objetivo deste estudo é investigar como canais abertos artificiais, associados a dinâmica hidrogeomorfológica da vertente, estejam apresentando, menores índices de turbidez e vazões mais estáveis, comparados aos canais abertos naturais. Para tanto foram acompanhados 5 dias chuvosos contínuos, com aferimento de precipitação, na bacia de estudo, vazão e turbidez (no canal aberto natural e artificial). Os resultados revelam o papel da vegetação e da menor declividade no canal aberto artificial para a redução da velocidade do fluxo e consequente progressiva queda da turbidez nos trechos vegetados.

Palavras chaves

Canal aberto natural e artificial; hidrogeomorfologia; vazão e turbidez

Introdução

Intervenções na dinâmica do escoamento superficial, seja difuso ou/e concentrado, geram respostas nas condições das vertentes, assim como na geomorfologia dos canais (MAAS e BROOKES 2009; SIDLE e ONDA 2004). Os episódios de inundação, potencializados por calhas artificiais, são efetivos para rápidas mudanças na dinâmica geomorfológica dos canais. Os solapamentos de margens, alterações das formas dos canais e consequentemente das velocidades de fluxos são impactos possíveis (THORP et al, 2009; POOLE, 2010). Para estes cenários são investigadas variáveis que apontam alterações na dinâmica dos canais, de modo especial as vazões (LENHART et al, 2010) , velocidades, formas (CHOW, 1959), turbidez e sedimentos (MERTEN et al, 2014; ). A mudança no leito do canal pode inclusive incidir nas áreas de retenção hidrológica, ligadas ao desenvolvimento de peixes, bentons, algas entre outros (THORP et al, 2008) Tais cenários são passivos de estudos em diferentes escalas temporais e espaciais. Em grandes cursos fluviais os estudos podem focar na dinâmica do canal ou serem relacionados com as condições das bacias. São exemplos as investigações sobre a bacia do rio Tapajós, de Araújo et al (2015), ou o trabalho de Montanher e Souza Filho (2010) a respeito do comportamento do canal do rio Paraná. Para pequenos cursos fluviais as dinâmicas e intervenções nas vertentes possuem potencial para alterar os canais. O estudo de Cunha e Thomaz (2009) demonstra o papel de obras de contenção e seus efeitos na turbidez e cheias de um canal. Para O’HARE et al (2016) e Zong e Nepf (2010) são importantes os apontamentos da vegetação na vertente e ao longo dos canais fluviais naturais. Em todos estes casos são evidentes as relações das vertentes com os canais estudados e a sensibilidade dos mesmos frente às alterações recorrentes nas bacias. As pequenas bacias hidrográficas estão sujeitas às intervenções nos corpos hídricos, a partir da necessidade de apropriação da água, e nas vertentes como espaços produtivos. Em muitas propriedades o abastecimento de água é realizado por pequenas derivações, a partir de canais naturais. Estas obras, embora incidam nos parâmetros fluviais e de vertentes, são pouco estudadas, existindo lacunas na compreensão destes canais artificiais. O alto curso do rio Dourados (Patrocínio-MG), reúne características naturais e humanas que possibilitaram o desenvolvimento destes perfis de apropriação. Em aproximadamente 48 quilômetros quadrados, ao longo de 200 anos, a população tem se beneficiado da construção destes canais, os chamados regos d’água. Estas obras, pela gravidade, facilitam o fluxo de águas, até o nível das sedes rurais com baixos custos. Segundo moradores, em eventos chuvosos, os córregos se tornam turvos e as margens variam, dificultando a captação e água, além da dificuldade de acesso, ao passo que os canais artificiais mantem as águas menos turvas e em condições de captação. Neste caso, é necessário investigar como canais artificiais, diretamente associados a dinâmica hidrogeomorfológica da vertente, estejam apresentando menores índices de turbidez e vazões mais estáveis.

Material e métodos

A bacia do córrego Taquara (formador do rio Dourados) localiza-se no município de Patrocínio (MG) e possui de área de 15,91 km². Suas nascentes encontram-se na borda do Domo de Serra Negra e o curso percorre um setor de terraços fluviais. O clima é tropical com duas estações bem definidas, os verões são chuvosos (90% das precipitações de outubro a março) e os invernos secos (de abril a setembro). O canal artificial estudado atende 5 propriedades diretamente e outra 5 por tubulações. Seguindo a proposição de Lord et al (2005), a pesquisa foi estabelecida no segundo nível para temáticas de geomorfologia fluvial, com instrumentação provisória, na área de estudo, prevendo a descrição de um cenário específico. Trata-se da investigação do comportamento de um canal natural e sua derivação artificial em um período continuo de chuvas. As campanhas ocorreram de 13/01/2016 a 17/01/2016 para coleta de dados de vazão, turbidez e o escoamento superficial nas vertentes. Neste nível são coletados dados quantitativas que podem ser úteis na compreensão do comportamento hídrico da bacia. São técnicas amostrais adequadas pelo pesquisador, ideais para pequenas bacias, com ênfase especial nos eventos chuvosos e seus efeitos nas vertentes e canais. Assim foram realizados pontos amostrais para vazão, sendo 3 pontos no canal natural e outros 3 na derivação. A intenção foi compreender as condições de vazão e turbidez no canal natural, antes e depois da derivação, e ao longo do canal artificial. As precipitações foram aferidas em dois pluviômetros convencionais, instalados em propriedades rurais da área. Dada a proximidade entre os valores obtidos nos pluviômetros, foram utilizados os dados do pluviômetro 1, localizado a montante do primeiro ponto de medição. Por ocasião deste trabalho de campo, os responsáveis pela leitura dos índices pluviométricos, realizaram coletas de dados às 18 horas e às 6 horas, permitindo compreender melhor a distribuição temporal dos eventos chuvosos. Para turbidez foram coletadas 3 amostras de água em cada seção, conforme metodologia proposta por Carvalho (2008), posteriormente analisadas no Turbidímetro Alfakit. As vazões foram medidas a vau, com micromolinete fluviométrico (Global Water BC 1200), tendo sido a área da seção multiplicada pela velocidade média do fluxo. Os dados foram comparados ao longo dos dias e entre diferentes pontos de amostragem. Antes do primeiro dia de coletas, realizou-se um campo para conhecimento das condições dos canais (11/01/2016). Com o início da fase de tratamento de dados outro trabalho de campo ocorreu para confirmação de hipóteses e melhor compreensão da área (21/01/2016).

Resultado e discussão

A figura 1 apresenta a localização da área de estudo e os pontos amostrais. E notável que o canal natural e sua derivação artificial contrastam quanto à extensão e sinuosidade. Pois enquanto o curso natural, no fundo de vale, é sinuoso, o canal artificial tem condições retilíneas, se encontrando na vertente. No córrego Taquara foram estabelecidas seções a montante da derivação (TM), a jusante desta (TJ) e, 2100 metros em direção ao exutório, um terceiro local (TF). O canal artificial tem 1640 metros de extensão, entre sua derivação (seção TD) ao ultimo ponto de capitação (TDF). Também foi incluído um ponto médio (TDM), distante cerca de 860 metros do inicio da derivação. O esquema a seguir (FIGURA 2) apresenta os pontos e suas condições. O volume de precipitações acumuladas, desde outubro até o início das campanhas era de 934 mm. A chuva anterior ao primeiro dia foi de 35 mm, com 20 mm nas 12 horas precedentes a medição. A tabela 1 apresenta estes dados, sendo notável a relação entre aumento da precipitação, nas 12 horas anteriores ao período de medição nos canais, com as vazões. As maiores vazões estão relacionadas aos eventos chuvosos expressivos. No dia 16/01 a precipitação de 35 mm, acumulada nas doze horas anteriores, contribuiu para o maior fluxo registrado. É importante considerar que no segundo dia, embora tenha sido acumulado 20 mm de precipitação, somente 7 mm ocorreram nas 12 horas anteriores a medição. No que se refere à derivação de água, o comportamento do canal natural influencia a dinâmica de transposição. Em média 29% da vazão, registrada a montante do açude, era transposta para o atendimento rural no canal derivado. Existe uma relação entre a vazão no canal natural e aquela medida no artificial. As menores vazões no canal natural foram as que apresentaram as maiores porcentagens de volume derivados. Esta condição é justificável pela dinâmica dos canais, características como forma, declividade e rugosidade são importantes na definição da capacidade de transporte de carga destas estruturas. Assim o aumento de vazão na calha natural leva o trecho artificial a atingir sua capacidade limite, o que verte os volumes excedentes pelo canal natural. O canal artificial encontra-se vegetado, alterando sua rugosidade, e tendo sua calha reduzida. Neste caso a queda na velocidade (causada pela vegetação e menor declividade) faz com que uma maior quantidade de água se acumule em uma determinada seção. Reduzindo assim a disponibilidade de fluxo nesse canal, comparado ao natural, e provocando transbordamento para vazões maiores. Logo nos 100 primeiros metros do canal artificial, cerca de 43% do volume capitado é perdido por transbordamento. O volume transbordado retorna ao canal natural, pois nesse trecho a distancia entre as duas calhas não ultrapassa os 25 metros. Na seção TDM as vazões correspondem a cerca de 15% do total derivado. A vegetação no canal causa novos trechos de transbordamento, assim como a sedimentação, que torna seu leito mais raso, fazendo com que os volumes não sejam comportados no sulco. A grande redução no trecho é um exemplo do papel da vegetação na diminuição da capacidade do canal. Também o transito de animais (bovinos e equinos) contribui para ruptura de alguns locais. Para o ultimo ponto de medição (TDF), distante 1,6 km do início da derivação, cerca de 7% da vazão inicial é registrada. Este pequeno volume de água exige maiores cuidados com esse trecho do canal. Assim, enquanto a limpeza na primeira metade da calha foi realizada em outubro (do ano anterior), a segunda metade do canal sofreu intervenções no inicio de janeiro, cerca de 10 dias antes da primeira campanha. Voltando ao canal natural, o ponto TF, último analisado no córrego Taquara, apresenta um aumento médio de 35% na vazão, em relação a jusante do açude (TJ). É notável uma série de contribuições de fluxos, possivelmente da exfiltração de águas subsuperficiais nas vertentes próximas. Tal condição ameniza o impacto dos canais artificiais para as condições ecossistêmicas deste córrego que abriga uma grande biodiversidade (além de plantas, também peixes, anfíbios, repteis aves e mamíferos são notados na área). Assim, o canal natural tem sua vazão elevada pelas contribuições na vertente, ao passo que percorre fundo de vale. Os sedimentos são gradativamente transportados para o exutório da bacia, em um desnível de 30 metros em relação ao ponto de derivação. Já o canal artificial marcado pelos transbordamentos, lentidão do fluxo, captações e infiltração, tem sua vazão diminuída ao passo que percorre a vertente, quase no topo do interflúvio (desnível entre a derivação e o ultimo ponto de medição é de 18 metros). As vazões alteradas no canal natural, resultado do barramento da derivação, também sofrem mudanças quanto a capacidade de carga de materiais suspensos. Os índices de turbidez estão expressos na tabela 2. No canal natural, os maiores valores de turbidez estão, geralmente, na seção a montante do açude de derivação. A queda nos valores a jusante e na derivação, guarda relação com o açude que cria uma área de remanso e deposição. Comparando a tomada de água (derivação) e o canal natural a jusante do açude, são levemente menores os valores de turbidez no primeiro. Fator que pode ser explicado pela presença de vegetação e a condição do canal, que acompanha a curva de nível na vertente com baixas velocidades (em torno de 0,6 m/s). Estudos realizados por Zong e Nepf (2010) e Gurnell (2016) sugerem que a vegetação tem potencial para intensificar processos de sedimentação no canal, funcionado como ente de retenção de partículas em suspensão. Neste caso, a direção do fluxo, se torna difusa em meio aos obstáculos vegetais e passa a permitir o decaimento das partículas ao longo do canal, pela redução da velocidade. Os índices de turbidez seguem em queda ao longo do canal derivado em direção à seção TDM. Contudo estão ligeiramente maiores na seção final de medição TDF. O primeiro setor basicamente é de pastagens. A vegetação, que contribui para queda da velocidade do canal (0,62 m/s), influindo na sedimentação, também protege o canal dos escoamentos superficiais difusos e concentrados. Em alguns trechos os materiais retirados do canal, durante as limpezas, foram acomodados nas bordas e colonizados pela vegetação, protegendo o canal. Contudo a partir da seção TDM, em direção à próxima seção, o canal apresenta diversos setores sem vegetação. Tendo sido limpo em janeiro, sua velocidade (média de 0,98 m/s) volta a aumentar e sua exposição aos processos da vertente e as margens expostas são maiores. A remoção de sedimento e matéria orgânica foi recente, em meio ao período chuvoso, deixando material disponível ao transporte em alguns pontos.

Considerações Finais

Por meio destas análises conclui-se que o comportamento dos moradores de não retirar a vegetação, de alguns trechos no canal artificial, é justificável. Manter o canal vegetado, embora cause transbordamentos, é fator influente no comportamento de sedimentação do canal, como é observado na queda, significativa, da turbidez nas áreas vegetadas. O escoamento superficial é barrado também pelo acumulo de material sedimentar nas margens. Nestes trechos o canal é, portanto, privado da dinâmica do escoamento superficial, recorrente nas vertentes em episódios chuvosos. No que se refere a hidrogeomorfologia, a derivação depende do fluxo oriundo do córrego, contudo as características da forma do canal, declividade e cobertura causam mudanças substanciais em seu fluxo com queda na vazão, por transbordamentos, e turbidez. Na vertente, a cima da linha do canal, os fluxos são retidos e muitas vezes a sedimentação ocorre na vertente, não chegando ao fundo de vale. As pequenas derivações artificiais constituem, portanto, uma alteração tanto na dinâmica fluvial de córregos, que perdem parte de suas vazões, quanto dos processos hidrológicos superficiais a nível de vertente. Exigem, portanto, mais estudos e reflexões sobre sua escolha para transporte de água, instalação e gestão.

Agradecimentos

A CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) por ter concedido bolsa de Doutorado. E a FAPEMIG por apoio na participação do evento.

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