Autores
- WÉRIKA MATOSUFPBEmail: werika.matos96@gmail.com
- JEFERSON RODRIGUESUFPBEmail: jefersonmrgeo@gmail.com
- JONAS SOUZAUFPBEmail: jonas.souza@academico.ufpb.br
Resumo
Este trabalho teve como objetivo analisar a relação entre chuva e vazão para
entender o regime de vazão no alto curso do rio Paraíba. A vazão está
concentrada em 5 meses do ano, janeiro a maio, respondendo diretamente aos
eventos de chuva que ocorrem sobre a bacia hidrográfica. Isso ocorre por conta
da influência do substrato cristalino que inibe o processo de infiltração com as
chuvas concentradas em apenas um período do ano, gerando escoamentos
rápidos/diretos. Ficou registrado na análise da hidrógrafa que embora os valores
de chuva no semiárido brasileiro seja maior que nos outros semiáridos do mundo,
seus rios continuam sendo intermitentes por conta de seus controladores da
paisagem, sendo rios não perenes de um semiárido tropical. Ainda foi relacionada
à análise os pontos de energia de fluxo do canal, indicando que esse tipo de
procedimento indica apenas os pontos de maior potencial de energia, e não o
comportamento hidrológico do canal em diferentes momentos do ano.
Palavras chaves
Semiárido; Rios não perenes; Hidrógrafa; Chuva; Escoamento
Introdução
O fluxo em rios de terras secas funciona em pulsos (CASADO; PEIRY; CAMPO, 2016;
DARK; SOUZA, 2015; HENARES; DONSELAAR; CARACCIOLO, 2020b) com ligações
hidrológicas sazonais (BRACKEN et al., 2013; TOOTH, 2000), pois a geração de
fluxo geralmente está associada a produção de escoamento que supera as perdas a
jusante, sendo assim, os rios funcionam de maneira transitável, com períodos
completamente secos e repentinamente inundados (COSTIGAN et al., 2016; FORTESA
et al., 2021).
Os rios no semiárido atendem a uma perspectiva não perene, sua dinâmica está
associada ao tempo de recorrência e duração dos eventos de vazão, onde os
riachos efêmeros são de curta duração, geralmente associados às chuvas de
maneira imediata, enquanto os rios intermitentes estão associados a uma maior
permanência de vazão, durante a estação chuvosa e perdurando um pouco durante a
estação seca, até o fluxo cessar (BOULTON et al., 2017).
O acúmulo de água no solo é limitado em terras secas pelo fato de não ocorrer
manutenção hidrológica dos reservatórios subsuperficiais por conta das chuvas
esporádicas, ocorrendo assim escoamento por saturação (BRACKEN et al., 2015) e
consequentemente, não ocorre a permanência anual de fluxo nos canais.
Em uma perspectiva climática, o semiárido nordestino brasileiro possui altos
valores de insolação e temperatura do ar características da região tropical,
possuindo também baixos valores pluviométricos anuais, com distribuição
irregular e intensa no tempo e no espaço (RODRIGUES, 2020).
Segundo Ferreira e Mello (2005), a circulação atmosférica sobre a região
semiárida é estreitamente ligada com as variações termodinâmicas especialmente
sobre a bacia oceânica do Atlântico Tropical. Diante disso, pode ocorrer
anomalias positivas ou negativas que se conectam com as variações da quantidade
e intensidade das chuvas sobre a região, levando em consideração que a região
semiárida está inserida próxima às baixas latitudes globais, ou seja, zona de
baixa pressão que converge o ar quente e úmido ascendente sobre o equador e
forma nuvens através do resfriamento adiabático do ar, gerando chuvas
torrenciais, sendo assim um semiárido tropical.
No que se refere ao regime de chuvas na região semiárida, os agentes principais
que governam são a TMS (Temperatura da Superfície do Mar), Ventos Alísios, ZCIT
(Zona de Convergência Intertropical), Frentes Frias (especialmente as zonas de
repercussão quando mais intensas e ocorrentes estritamente no sul do Nordeste) e
os VCANS (Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis) (RIBEIRO; ARAGÃO; CORRÊA, 2013).
A ZCIT é a principal fornecedora de chuvas no semiárido, podendo ser definida
como um conjunto de nuvens que acompanha a faixa do equador da Terra (FERREIRA;
MELLO, 2005), e atua de fevereiro a maio atingindo os Estados Setentrionais do
Nordeste brasileiro. É formada pela confluência dos ventos alísios de NE e SE em
áreas de baixa pressão e alta temperatura da superfície do nível do mar (ZANELA,
2014).
O clima semiárido com chuvas irregulares e concentradas inibe o acúmulo de água
subsuperficial suficiente para alimentar os canais no período seco,
potencializando a escassez hídrica na região (LIMA et al., 2021), pois em terras
secas o baixo desenvolvimento de solo e capacidade de infiltração favorece os
picos de escoamento e perda de água por escoamento superficial (HENARES;
DONSELAAR; CARACCIOLO, 2020a). Por exemplo, geralmente as chuvas são
concentradas em um período do ano, mas as tempestades específicas cobrem, por
vezes, apenas uma parte da bacia e ocorrem de maneira intensa em curtos períodos
de tempo (CORREA et al., 2019). Esse processo favorece o escoamento hortoniano,
pois a intensidade e volume da chuva supera a velocidade de infiltração do solo
e gera um escoamento rápido/imediato (BRACKEN; CROKE, 2007).
O Objetivo deste trabalho é analisar a relação entre chuva e vazão no alto curso
do rio Paraíba, inserido totalmente no semiárido paraibano.
Material e métodos
Caracterização da Área
O recorte espacial trabalhado é a bacia do alto curso do rio Paraíba, possuindo
uma área de 6717 km², localizada no cariri paraibano. O clima é caracterizado
como semiárido, considerando que os valores de chuva não ultrapassam as médias
de 2000 mm de evaporação anuais, gerando um déficit hídrico na região. O
substrato geológico da bacia é composto por rochas cristalinas que remetem ao
Proterozóico, sendo muito antigas e resistentes. A hipsometria da bacia varia
entre 374 m e 1172 m, entretanto, os pontos de maiores declividades no rio estão
inseridos entre 480 m e 600 m. É importante salientar que esse trecho do alto
curso do rio Paraíba é o local de recebimento das águas da transposição do rio
São Francisco através de seu Eixo Leste, indicando que é uma passagem natural
dessas águas com objetivo de alimentar o maior açude da região (Açude Epitácio
Pessoa – Boqueirão).
Procedimentos metodológicos
Para fazer a relação entre chuva e vazão, foi necessário definir as estações
pluviométricas e fluviométricas analisadas. Os postos das estações
pluviométricas foram definidos à montante das estações fluviométricas, tendo em
vista que se espera que os eventos de chuva gerem vazões pela captação da bacia
hidrográfica.
Os dados de chuva foram obtidos através da AESA (Agência Executiva de Gestão das
águas do Estado da Paraíba), e os dados de vazão foram obtidos pelo HIDROWEB,
site vinculado à ANA (Agência Nacional das Águas). Foram escolhidas as estações
pluviométricas Zabelê e Camalaú, ambas inseridas em seus respectivos municípios
homônimos. A estação fluviométrica escolhida foi a de Sítio Conceição, a única
que faz a medição liminmétrica e atualmente em funcionamento no alto curso do
rio Paraíba à jusante das estações pluviométricas definidas.
O período de tempo analisado foi entre 2017 e 2020, sendo este, o período
equivalente entre todas as duas estações pluviométricas e a estação
fluviométrica sem falhas nos dados. Com exceção do ano de 2017 que possui dados
disponíveis a partir de abril.
Para fazer a relação dos dados, foi necessário definir os totais mensais no
período analisado, para então definir as médias mensais de chuva e vazão.
Posteriormente, o resultado dos dados foi acoplado em um único gráfico para
serem analisados a partir de uma correlação visual entre chuva e vazão.
Por fim, foi feita a potência de fluxo para definir o potencial de energia de
fluxo no alto curso do rio Paraíba e seus controles fluviais principais
(geologia e chuva). Segundo Rosa (2019), a potência de fluxo pode ser obtida
através da seguinte equação:
Ω = p. g. Q. S
Onde a Ω é a potência de fluxo; p é a densidade da água; g é a força da
gravidade; Q é a descarga; e S é a declividade em graus.
O valor da descarga é obtido através da multiplicação entre velocidade do fluxo
e área molhada, expressa da seguinte maneira:
Resultado e discussão
O alto curso do rio Paraíba possui um potencial de energia de fluxo que é maior
nas zonas entre 480 m e 540 m. Isso ocorre por conta das variações de
declividade que são mais acentuadas no leito do canal nessa zona altimétrica
(Figura 1).
Embora o mapa de declividade da bacia demonstre que as maiores inclinações do
relevo estejam associadas as zonas de cizalhamentos e cabeceiras de drenagem, na
escala de alcance/trecho, o canal apresenta as maiores inclinações na metade do
seu curso.
Entretanto, o resultado da modelagem gerada pela potência de fluxo é um
resultado que indica apenas o potencial de energia, e não os dados reais
históricos que ocorrem sobre uma bacia hidrográfica interanualmente. Ou seja,
pensando em uma perspectiva anual, seria necessário elaborar mapas de energia de
fluxo na estação seca e na estação chuvosa para pensar em um comparativo sobre
os eventos de vazão interanual na bacia hidrográfica. Entretanto, como os dados
de vazão foram coletados apenas nos períodos chuvosos, a modelagem de energia de
fluxo permitiu apenas analisar os dados médios de vazão em alguns momentos do
período chuvoso. Observa-se que existe uma relação inversa entre declividade e
potencia de fluxo, onde conforme as declividades são suavizadas no perfil
longitudinal, a energia de fluxo aumenta, provavelmente por conta das
contribuições das áreas de drenagem, com exceção do trecho com 40000 m de
extensão que possui uma ruptura de declive e aumento dramático da energia de
fluxo.
Na perspectiva de analisar os dados interanuais, foram feitas hidrógrafas, o que
permitiu compreender a dinâmica/relação entre chuva e vazão entre duas estações
pluviométricas e uma estação fluviométrica.
A estação Zabelê, localizada em seu Município homônimo, está situada próximo às
zonas de cabeceira de drenagem, ou seja, áreas elevadas da bacia hidrográfica,
acima dos 600 m de altitude. Observa-se que nessa estação, os volumes de chuva
estão representados de maneira concentrada nos 4 primeiros meses do ano. Isso
indica que as chuvas no semiárido são concentradas em apenas um período do ano,
com picos no mês de março, caindo constantemente até cessar no mês de
maio/junho. O restante do ano apresenta volumes de chuva zerados, indicando o
período seco (Figura 2).
Ao relacionar com a vazão, observa-se que ela responde diretamente ao período
chuvoso, sendo concentrada entre fevereiro e maio e respondendo aos picos de
chuva 1 mês após suas ocorrências. Por exemplo, quando o mês mais chuvoso ocorre
em março, o pico de vazão ocorre em abril, indicando assim, o possível período
de cheias na bacia hidrográfica.
A estação Camalaú está situada próximo ao leito do canal, enquanto a estação
Sítio Conceição está localizada no canal principal, áreas menos elevadas, que
ficam entre os 500 m de altitude. Nessas estações, os volumes de chuva
apresentam maior concentração entre os meses de fevereiro e maio, com maior
precipitação no mês de março, indicando que as chuvas se concentram apenas em um
período do ano na região. Nos demais meses do ano apresentam volumes de chuvas
zerados, o que indica o período seco na região (Figura 3).
Quando comparado a vazão, percebe-se que o volume mensal corresponde prontamente
ao período de precipitação, com maior concentração entre os meses de fevereiro e
maio, respondendo aos picos de chuva logo após suas ocorrências. O que indica
possivelmente o período de cheias na bacia.
É importante salientar que no ano de 2017 a vazão apresenta manutenção de fluxo
durante o ano inteiro, isso ocorre por conta da transposição do rio São
Francisco que estava ativa nesse período e fez a manutenção do fluxo no canal,
tendo em vista que entre os anos analisados, 2017 foi o que teve o menor volume
de chuva mensal registrado.
Os dados analisados corroboram com a ideia de que os rios não perenes concentram
suas vazões em apenas uma parte do ano, ou seja, no período chuvoso. Isso indica
que o alto curso do rio Paraíba é um rio intermitente, e não efêmero, tendo em
vista que esse último ocorre apenas em áreas com curtas durações de escoamento,
que varia de horas a dias (SUTFIN et al., 2014; TOOTH, 2000).
Embora a maioria dos rios não perenes localizados em outras regiões semiáridas
do mundo estejam inseridos em ambientes que recebem menor quantidade de chuva
que o semiárido brasileiro, as condições da paisagem brasileira condiciona esse
tipo de rio em uma paisagem. Nesse sentido, rios intermitentes geralmente estão
associados a dois controladores da paisagem, são clima e geologia. Condições de
chuvas concentradas em apenas um período do ano e mal distribuídas no espaço
condicionam escoamentos rápidos através da superação da velocidade de
infiltração pela velocidade de precipitação, gerando escoamentos hortonianos
(Conesa-García et al., 2020). Como os dados de chuva foram analisados
mensalmente, o trabalho pode confirmar apenas a ideia da concentração de chuva e
escoamento em um período do ano, mas não consegue definir ainda os eventos
específicos geradores de vazão por conta da falta de dados.
A geologia por sua vez influencia através da resistência das rochas à absorção
de água através do processo de infiltração. Rochas cristalinas potencializam
eventos de escoamento rápido pela inibição de infiltração. Rochas sedimentares
são propensas à infiltração e permitem maior permanência de vazão fluvial,
quando saturadas (CHEN et al., 2019; CONESA-GARCÍA et al., 2020). O alto curso
do rio Paraíba é composto por rochas cristalinas antigas que compõem a província
Borborema, um cinturão orogenético originado a partir do ciclo brasiliano e que
gerou uma diversidade de litologias de rochas cristalinas na área (ALMEIDA;
CORREA, 2020). Nesse sentido, a geologia condiciona escoamentos superficiais, o
que potencializa os eventos de vazão rápida nos cursos fluviais.
Localização, topografia e energia de fluxo do alto curso do rio Paraíba. Fonte: autores (2023).
Relação entre chuva (estação Zabelê) e vazão (estação Sítio Conceição) no alto curso do rio Paraíba.
Relação entre chuva (estação Camalaú) e vazão estação Sítio Conceição) no alto curso do rio Paraíba. Fonte: autores (2023).
Considerações Finais
A vazão que ocorre no alto curso do rio Paraíba é característica de um rio
intermitente, concentrada no período chuvoso e sendo uma consequência direta dos
eventos de chuva associados à litologia cristalina da área. Isso faz com que o rio
passe uma parte do ano seco e outra parte com água.
Embora a modelagem permita compreender o potencial de energia de fluxo em um rio,
ela possui sérias limitações quando aplicada em um rio com variações de descargas
interanuais e com pouca disponibilidade de dados, o que remeteu a uma busca
alternativa através da hidrógrafa para compreender a relação entre chuva e vazão
do alto curso do rio Paraíba.
Neste trabalho não foram analisadas as questões de conectividade
hidrossedimentológica, embora haja atualmente a necessidade de compreender os
níveis de integração entre os compartimentos da paisagem quanto à contribuição de
área em determinados pontos de passagem de vazão em uma bacia hidrográfica.
Entretanto, é uma das possibilidades de análises futuras.
Agradecimentos
Agradecemos à capes e FAPESQ-PB pelo financiamento da pesquisa no Brasil.
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