Produção de Sedimentos

Sedimento é o produto final de erosão ou desgaste da superfície da terra pela ação da água, vento, gelo e gravidade (Strand e Pemberton, 1982). Carvalho (1998) o define como “a partícula derivada da rocha, ou de materiais biológicos, que pode ser transportada por fluído, é a partícula derivada da fragmentação das rochas por processo físico ou químico, e que é transportada pela água ou pelo vento do lugar de origem aos rios e aos locais de deposição; é o material sólido em suspensão na água ou depositado no leito”.

Vanoni (1977) aponta que a sedimentação incorpora os processos de erosão, o arrastamento, o transporte, a deposição e a compactação do sedimento. Segundo Carvalho (2008), a produção de sedimento em uma bacia hidrográfica é dependente da erosão, da capacidade de carreamento de sedimentos da precipitação e das características de transporte de sedimento nos cursos d’água.

Assim, o escoamento superficial exerce um papel importante como transportador dos sedimentos por ser a fase mais diretamente associada ao desenvolvimento da erosão hídrica. Pruski (1997) aponta que o escoamento superficial é influenciado por dois tipos de parâmetros: fisiográficos (área, forma e declividade da bacia; tipo de solo; topografia e rede de drenagem) e agroclimáticos (precipitação, uso do solo e evapotranspiração). Vestena (2008), analisando estudos que combinam mecanismos de geração de escoamento superficial, prioriza a topografia e o tipo de solos como os principais controladores e determinantes do mesmo.

Tonello et al. (2006) destacam a contribuição desses fatores no escoamento superficial e na produção de sedimentos em uma bacia: (i) a área determina o potencial hídrico e as respostas hidrológicas, com reflexo direto no tempo de concentração e nas taxas da produção de sedimentos na bacia; (ii) a forma da bacia é imprescindível no cálculo do tempo de concentração ou tempo necessário para que, após uma precipitação, toda a bacia contribua para a saída d´água, desde o ponto mais remoto. Quanto maior o tempo de concentração, menor será a vazão máxima de enchentes se mantidas todas as demais características constantes da bacia; (iii) adeclividade representa as classes de relevo distribuído ao longo da área da bacia, é uma das características da bacia mais importantes para estudo dos processos sedimentológicos, pois exerce influência na velocidade do escoamento superficial, que dependendo das classes de relevo, afetará o tempo de concentração da bacia; (iv) a altitude média da bacia hidrográfica, característica relacionada com a declividade dependendo da

região onde ela se encontra, exercerá influencia nas taxas de radiação, temperatura e precipitação, quanto mais elevada a altitude, menor a taxa de radiação e de temperatura com influencia direta na taxa de evapotranspiração.

O tipo de solo interfere na taxa de infiltração da água no solo e na capacidade de retenção de água sobre a superfície; a topografia influencia a velocidade da água e capacidade de armazenamento do solo, áreas com declives apresentam menor capacidade de armazenamento, comparadas com áreas planas e a rede de drenagem, quanto mais densa permite a rápida concentração do escoamento, favorecendo a ocorrência de elevadas vazões de escoamento superficial.

Os parâmetros agroclimáticos incluem: (i) a precipitação, principal forma de entrada de água em uma bacia hidrográfica. A elevação da magnitude, da intensidade e da duração da precipitação tende a aumentar o escoamento superficial (ii) a cobertura e condições de uso do solo exercem influência considerável na capacidade de infiltração de água e na interceptação da água advinda da precipitação; (iii) uma taxa elevada de evapotranspiração acarreta uma menor umidade do solo quando da ocorrência de precipitação e, consequentemente, maior taxa de infiltração.

Processos de erosão do solo são os que desestabilizam encostas e provocam maior carga de sedimentos nos rios e, consequentemente, nos reservatórios das barragens.

Os sedimentos resultantes do processo de erosão acabam sendo transportados principalmente pela ação do escoamento superficial influenciado pelas condições locais e granulometria dos sedimentos. Esse deslocamento, embora esporádico, provoca o remanejo e a redistribuição pela bacia de ponderáveis massas de partículas sólidas, causando, eventualmente, alterações no ciclo hidrológico e afetando o uso, conservação e gestão dos recursos hídricos (Bordas e Semmelmann, 2004).

Segundo Merritt et al. (2003) o processo de redistribuição das massas de solo ocorre em três estágios: desprendimento (erosão), transporte e deposição e a predominância e intensidade dos mesmos depende da resposta hidrológica. Após desprendidas as massas de solo, se as condições de transporte são favoráveis os sedimentos são carreados a jusante, caso contrário ocorre deposição.

Na escala de bacia hidrográfica, Medeiros (2009), Medeiros et al. (2010) analisando o efeito da conectividade (potencial de movimento de uma partícula no sistema) sobre a produção de sedimentos no semiárido brasileiro, (bacia do Bengué, Ceará) conferiram que as condições desfavoráveis para a geração de escoamento superficial (baixo índice pluviométrico

associado a altas taxas de evaporação) representam o principal fator limitante à produção de sedimentos, mostrando que, nessa escala, a produção de sedimentos é limitada por condições de transporte e não por disponibilidade de material erodido e que estas condições são as que possibilitam a deposição de parte dos sedimentos erodidos ao longo da topografia.

A produção de sedimentos (Y) é definida como o total de descarga efluente de sedimento de uma área de contribuição medida em um ponto de referência por um período específico de tempo (Vanoni, 1977), ou seja, é o sedimento transportado para fora da área da bacia, o que atinge o exutório da bacia.

A produção específica de sedimento é dada nas mesmas unidades das taxas de erosão de solos e por isso, tem sido relacionada com as taxas obtidas a partir de estudos de erosão. Pode ser expressa em termos absolutos (t.ano-1_{) ou em termos de área específica (t.ha}-1_{. ano}-1_{) ou} medida de peso exportado por unidade de área.

Carvalho (2008) relaciona uma série de fatores que afetam a produção de sedimentos na área de drenagem: precipitação (quantidade, intensidade e frequência); tipo de solo e formação geológica; cobertura do solo (vegetação, rochas aparentes e outros); uso do solo (práticas de cultivo, pastagens, exploração de florestas, atividades de construção e medidas de conservação); e topografia (geomorfologia); natureza da rede de drenagem (densidade, declividade, forma, tamanho e conformação dos canais); escoamento superficial; características dos sedimentos (granulométricas, mineralógicas, etc.); hidráulica dos canais.

Minella et al. (2007), acrescentam que a magnitude da produção de sedimentos é influenciada pela intensidade com que o solo é desagregado devido à ação da precipitação e do escoamento superficial (erosão bruta); pela transferência dos sedimentos da bacia vertente para a calha fluvial; e pela propagação dos sedimentos na calha fluvial.

O ciclo sedimentar se inicia a partir da ruptura ou desagregação das rochas de uma área fonte, a qual fornece fragmentos que são eventualmente, transportados e depositados em locais mais baixos topograficamente, constituindo os sedimentos.

Os primeiros sedimentos a serem transportados são aqueles que compõem o leito do rio, apesar disso, a erosão do leito não é uma fonte muito importante comparada com a erosão da bacia. Frequentemente, a erosão do leito na maioria dos rios contribui com menos de 20% da descarga anual de sedimentos, é na bacia que esse processo de transporte de sedimentos começa a fornecer material sedimentar para os córregos (Campos, 2001).

Segundo Canali (1981) as características físicas da bacia podem indicar a maior ou menor propensão à produção de sedimentos, por exemplo:

- Quanto maior a precipitação, maior será a produção de sedimentos;

- Quanto maior a duração do total precipitado (menor intensidade da chuva), menor será a produção de sedimentos;

- Quanto maior a intensidade máxima horária, maior a produção de sedimentos;

- Quanto maior a permeabilidade do solo (maior infiltração, menor escoamento superficial), menor a produção de sedimentos;

- Quanto maior a área da bacia, maior será a produção de sedimentos em termos absolutos (t);

- Quanto maior a declividade média da bacia, maior será a produção de sedimentos; - Quanto maior a área cultivada na bacia, maior será a produção de sedimentos.

Bogen & Ottesen (2008) compararam a carga anual de sedimentos dos 20 maiores rios da Terra e verificaram que um pequeno número (14 rios) fornece grande parte do fluxo total de sedimentos que vão para o oceano (5.650x 106 _{t/ano) que corresponde a 42% (quase a} metade) da carga de sedimento global (13.500 x 106 t/ano), estimada por Milliman e Meade (1983) número esse contestado por Panin (2004), que estimou a carga de sedimento total global entre 13.500 e 22.000 x 106 t/ano

Os mesmos pesquisadores apontam que, não há relação direta entre o volume de sedimento e o tamanho das bacias hidrográficas.

Segundo Megnounif et al. (2007), nas regiões semiáridas onde há uma grande desagregação do solo como consequência das altas intensidades de chuva características e da exposição do solo devido à vegetação esparsa, o aumento da aridez leva a um aumento do potencial erosivo. Nichols (2006) ressalta que em regiões semiáridas com cultivo agrícola aumenta a taxa de produção de sedimentos devido a que nas mesmas predominam solos rasos e a denudação da sua superfície representa uma perda crítica de solos.

Campagnoli (2006), baseado em aspectos geológicos e geomorfológicos, propõe um mapa de áreas de produção de sedimentos do Brasil. O mapa apresenta cinco intervalos de classe de produção de sedimentos estimados, expressos em t.km-2.ano. A maior parte da região Nordeste do Brasil foi catalogada entre as classes de produção de sedimentos de 5 a 70 t.km-2_.ano-1 _{e de 70 a 200 t.km}-2_.ano-1_{. Áreas menores estão na classe com < 5 t.km}- 2_.ano-1

. A área do Estado do Piauí está nestas classes. A região em estudo (bacia da barragem Bocaina) ocupa áreas com classificação nos intervalos de 5 a 70 t.km-2_.ano-1 _{e de 70 a 200} t.km-2_{. ano}-1_.

com base em abordagens físicas e probabilísticas, com a resolução da função densidade de probabilidade utilizando o princípio de entropia máxima. A equação estima a taxa de transporte de sedimentos evento a evento e permite o seu cálculo de forma distribuída espacial e temporalmente considerando que a produção de sedimentos da bacia é a soma da produção de sedimentos nas encostas.

O modelo apresentou bom desempenho nas bacias hidrográficas onde foi aplicado para validação, apresentou também dispersão considerável entre os valores medidos e os valores calculados para eventos individuais de baixa erosividade e pequena dispersão nos eventos com alta erosividade.