REGISTRO DOI:10.69849/revistaft/th102410242317
Emanuel Neri Piedade1
Nícolas Alessandro de Souza Belete2
Resumo
Este estudo apresenta uma análise comparativa do perfil granulométrico dos sedimentos de fundo e das vazões no rio Madeira, em Porto Velho, utilizando dados coletados entre maio de 2021 e maio de 2024. Foram realizadas 16 campanhas de medição em três seções distintas, utilizando um ADCP para medições de vazão e análises granulométricas de sedimentos. Os resultados revelam padrões sazonais na distribuição dos sedimentos e nas vazões, destacando a importância da gestão adequada dos sedimentos em rios com fundo móvel.
Abstract
This study presents a comparative analysis of the granulometric profile of bed sediments and the flow rates in the Madeira River, in Porto Velho, using data collected between May 2021 and May 2024. Sixteen measurement campaigns were conducted in three distinct sections, using an ADCP for flow measurements and granulometric analysis of sediments. The results reveal seasonal patterns in sediment distribution and flow rates, highlighting the importance of proper sediment management in mobile bed rivers.
Palavras Chaves: Hidrossedimentologia, Rio Madeira, Granulometria de Sedimentos
Introdução
O rio Madeira é um dos maiores rios da bacia amazônica, desempenhando um papel crucial na navegação, no transporte de sedimentos e na ecologia regional. Devido à sua dinâmica fluvial complexa e à presença de sedimentos variados, a compreensão da distribuição granulométrica e das vazões é fundamental para a gestão dos recursos hídricos. Este estudo visa analisar comparativamente os perfis de sedimentos de fundo e as vazões nas seções definidas do rio Madeira em Porto Velho, utilizando dados coletados ao longo de três anos.
Metodologia
Local de Estudo
O estudo foi conduzido no rio Madeira, localizado na cidade de Porto Velho, Rondônia. O rio Madeira é um dos principais afluentes do rio Amazonas e desempenha um papel fundamental na hidrografia da região. Três seções de medição foram selecionadas ao longo do rio, identificadas como Seção 1, Seção 2 e Seção 3. Essas seções foram escolhidas com base em suas características geomorfológicas e a acessibilidade para a realização das medições.
Equipamentos Utilizados
Para a coleta dos dados de vazão e sedimentos, foram utilizados os seguintes equipamentos:
ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler): Utilizado para medir a vazão do rio em diferentes pontos das seções selecionadas. O ADCP envia pulsos acústicos que refletem nas partículas em suspensão e no fundo do rio, permitindo calcular a velocidade da água e a vazão. Nas campanhas realizadas no Plano de monitoramento hidroviário foram utilizados o ADCP de 3ª geração, RiverRay, e o ADCP de 2ª Geração Workhorse Rio Grande, ambos fabricados pela Teledyne Marine.
Amostradores de Sedimentos: Dispositivos usados para coletar amostras de sedimentos do fundo do rio. As amostras foram coletadas em pontos estratégicos dentro de cada seção utilizando amostradores do tipo caçamba Van Veen e tubo de arrasto.
Equipamentos de Laboratório: Para a análise granulométrica das amostras de sedimentos, foi utilizado laboratório de solos com jogo de peneiras, estufa, balança de precisão e equipamentos para ensaio de sedimentação por pipetagem para determinar a distribuição de tamanho das partículas.
Coleta de Dados
A coleta de dados foi realizada durante 16 campanhas de medição entre maio de 2021 e maio de 2024 no âmbito do Plano de Monitoramento Hidroviário contratado pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes – DNIT junto à empresa CHD Cartografia Hidrologia Ltda. Em cada campanha, os seguintes procedimentos foram seguidos:
- Medição de Vazão: O ADCP foi operado a partir de uma embarcação.
- Antes do início das medições com o ADCP, em todas as seções, foram realizados os testes de diagnósticos do ADCP, procedimento de calibração da bussola, de modo que o erro “preferencialmente” fosse menor que 1º, assim como também, foi realizado o teste de fundo móvel. Para as medições no rio Madeira, optou-se por usar o teste do loop, pois as altas velocidades das correntes, dificulta a realização do teste estacionário. Nas seções em que o teste acusava presença de fundo móvel, foi usado o DGPS Hemisphere, para corrigir o efeito da velocidade do barco, na medição da vazão. Ao final da medição em cada seção foi realizada a verificação da adequação do resultado diretamente no software de aquisição garantindo que cada par de medições por seção, ficou dentro da variação, menor que 5%, no resultado de descarga líquida.
Figura 1 Perfil de Velocidades na seção 01 P 2B 4/20
Figura 2 Seção Transversal de Velocidades e Concentração de Sedimentos na Seção 01
Figura 3 Perfil de Velocidades na seção 02 P 2B 4/20
Figura 4 Seção Transversal de Velocidades e Concentração de Sedimentos na Seção 02
Figura 5 Perfil de Velocidades na Seção 03 P 2B 4/20
Figura 6 Seção Transversal de Velocidades e Concentração de Sedimentos na Seção 03
- Coleta de Sedimentos: Amostras de sedimentos foram coletadas em três pontos dentro de cada seção (lado esquerdo, centro e lado direito). Os amostradores de sedimentos foram abaixados até o fundo do rio e as amostras foram coletadas. As amostras foram acondicionadas em embalagens plásticas devidamente identificadas e transportadas para a análise posterior no laboratório credenciado.
Figura 7 Equipamentos de Laboratório Para Ensaio de Granulometria e Sedimentação
Análise dos Dados
Os dados coletados foram analisados utilizando métodos estatísticos e gráficos. A análise incluiu:
1. Análise Granulométrica: As amostras de sedimentos foram levadas ao laboratório para análise granulométrica, seguindo rigorosamente a Norma NBR 7181:2016 – Solo. As amostras foram secas e peneiradas para determinar a distribuição de tamanhos das partículas (argila, silte, areia muito fina, areia fina, areia média, areia grossa, areia muito grossa, cascalho muito fino, cascalho fino, cascalho médio). Os resultados foram expressos em percentagem de cada fração granulométrica. Adicionalmente, o laudo com os resultados das análises exibiu as curvas granulométricas das seções medidas, assim como os valores das porcentagens dos diâmetros característicos para 10, 35, 50, 65 e 90%, denominados de D10, D35, D50, D65 e D90, respectivamente. Esses valores são utilizados em diversos estudos, principalmente, em cálculos de descarga sólida.
2. Cálculo da Vazão Média: As medições de vazão coletadas pelo ADCP foram processadas para calcular a média das vazões totais (em m³/s) para cada seção e campanha. O desvio padrão das medições também foi calculado para avaliar a variabilidade dos dados.
3. Análise Estatística: Os dados de vazão e composição granulométrica foram organizados em planilhas e analisados utilizando ferramentas estatísticas. Foram calculadas as médias, desvios padrão, e correlações entre as diferentes variáveis. Análises de tendência e padrões sazonais também foram realizadas.
4. Visualização dos Dados: Gráficos de barras empilhadas, histogramas e mapas de calor foram utilizados para visualizar as variações nas frações granulométricas e nas vazões ao longo do tempo. Essas visualizações facilitaram a comparação entre as seções e campanhas.
Resultados e Discussões
O mapa de calor da matriz de correlação destaca visualmente as relações entre as frações granulométricas dos sedimentos e as médias das vazões totais:
- As células mais escuras indicam correlações mais fortes (positivas ou negativas), enquanto as células mais claras indicam correlações mais fracas.
- As frações de argila e silte, como mencionado, têm uma correlação muito alta entre si.
- Não há correlações fortes entre a vazão e as frações granulométricas dos sedimentos, com a areia média mostrando a correlação negativa mais forte com a vazão.
Aqui estão os histogramas que mostram a distribuição das diferentes frações granulométricas dos sedimentos coletados nas seções do rio Madeira:
- Argila: A maioria das amostras tem baixos valores de argila, com algumas exceções.
- Silte: A distribuição é semelhante à da argila, com a maioria dos valores concentrados em torno de zero.
- Areia Muito Fina e Areia Fina: Mostram uma variação mais ampla, com picos em valores específicos.
- Areia Média e Areia Grossa: Têm uma distribuição mais uniforme, mas com alguns picos significativos.
- Areia Muito Grossa: Predominantemente baixa em quase todas as amostras.
- Cascalho Muito Fino, Fino e Médio: Mostram valores predominantemente baixos.
Variação Sazonal das Vazões
As vazões médias mostraram um padrão sazonal claro, com picos durante os meses de abril a junho, coincidindo com o período de alta precipitação na região. A análise das frações granulométricas revelou que, durante esses períodos de alta vazão, a proporção de sedimentos mais grossos, como areia média, aumenta significativamente.
Composição Granulométrica dos Sedimentos
A análise da composição granulométrica dos sedimentos revelou que as frações de areia fina e areia média são as mais dominantes em todas as seções e campanhas de medição. A estabilidade das frações de argila e silte ao longo do tempo sugere que esses sedimentos mais finos são menos suscetíveis às variações de vazão, permanecendo em suspensão ou sendo depositados em áreas de baixa energia.
Comparação Entre Seções
Os gráficos de barras empilhadas abaixo mostram a comparação das frações granulométricas dos sedimentos ao longo do tempo para cada seção analisada (Seção 1, Seção 2 e Seção 3). Esses gráficos destacam a similaridade nos padrões de variação entre as diferentes seções, indicando uma uniformidade nos processos hidrossedimentológicos ao longo do trecho estudado do rio Madeira.
Seção 1:
- Observa-se uma variação significativa nas frações de areia fina e areia média, com picos em diferentes campanhas.
- As frações de argila e silte apresentam valores baixos e relativamente estáveis.
Seção 2:
- A variação nas frações de areia fina e areia média é também evidente, com alguns picos notáveis.
- As frações de argila e silte continuam a mostrar valores baixos e consistentes.
Seção 3:
- Apresenta um comportamento similar às outras seções, com areia fina e areia média sendo as frações mais variáveis.
- Argila e silte mantêm valores baixos e estáveis.
Os resultados indicam que os processos de transporte de sedimentos no rio Madeira são influenciados principalmente pela vazão e pela composição granulométrica dos sedimentos. A similaridade nos padrões de variação entre as seções sugere uma uniformidade nos processos hidrossedimentológicos ao longo do trecho estudado. Este comportamento é típico de rios com fundo móvel, onde as frações de sedimentos maiores são mobilizadas durante eventos de alta vazão.
As frações de areia fina e média são predominantes, sugerindo que o transporte de sedimentos no rio Madeira é significativamente influenciado por sedimentos arenosos. Esse comportamento é típico de rios com fundo móvel, onde as partículas maiores são mobilizadas durante eventos de maior vazão.
A relativa estabilidade das frações de argila e silte indica que esses sedimentos finos são menos suscetíveis às variações de vazão e podem ser depositados em áreas de baixa energia, como margens e planícies de inundação.
A similaridade nos padrões de variação granulométrica entre as seções sugere que os processos hidrossedimentológicos são relativamente uniformes ao longo do trecho estudado do rio Madeira.
Segundo Walling e Fang (2003), a análise das tendências recentes na carga de sedimentos suspensos dos rios ao redor do mundo revela mudanças significativas, muitas vezes atribuídas a atividades humanas e alterações climáticas. Isso destaca a importância de estudos contínuos de hidrossedimentologia para entender e mitigar os impactos dessas mudanças nas bacias hidrográficas globais. Embora o presente estudo tenha se atido à parcela dos sedimentos de fundo, e a observação de Walling e Fang (2003) se dirija aos sedimentos em suspensão é sabida a existência de forte correlação entre um e outro, chamando a atenção para a importância do presente estudo e sua continuidade.
Conclusões
Este estudo destacou a importância da monitorização contínua das frações granulométricas e das vazões para a gestão eficaz dos recursos hídricos no rio Madeira. A predominância de frações arenosas sugere que práticas de gestão de sedimentos devem focar na remoção e controle dessas partículas. A análise sazonal das vazões e a composição dos sedimentos fornecem informações valiosas para o planejamento de infraestrutura e a mitigação de impactos ambientais.
Pode-se verificar que a dinâmica sedimentar no rio Madeira é complexa, com variações significativas nas composições de sedimentos e vazões ao longo do tempo. O monitoramento contínuo se mostra essencial para entender melhor essas dinâmicas e para a gestão eficaz dos recursos hídricos. O desenvolvimento e a aplicação de modelos preditivos podem ajudar a prever mudanças futuras e a planejar intervenções de manejo mais eficazes.
REFERÊNCAIS BIBLIOGRÁFICAS
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1 Universidade Federal de Rondônia/UNIR, e-mail: emanuel.piedade@dnit.gov.br;
2 Universidade Federal de Rondônia/UNIR, e-mail: nicolas.belete@unir.br