3.3. Transporte fluvial de sedimentos
3.3.2. Transporte de sedimento e a descarga fluvial
A quantidade de sedimento transportado no curso fluvial está diretamente relacionada à quantidade do fluxo fluvial (vazão). Segundo Leopold e Maddock (1953), existe razoável correlação entre a carga do material em suspensão e o débito fluvial, podendo ser expressa por b, onde: é a carga de sedimentos em suspensão, Q é o débito
SS a Q
fluvial, e e são constantes numéricas. Quanto maior o valor do coeficiente “b”, mais rápida será a resposta do fluxo de sedimentos em relação às variações de vazão.
a b
Para a bacia do Rio Nhundiaquara, região serrana do Estado do Paraná, e com características semelhantes à bacia hidrográfica do Caeté, Hilu (2003), obteve a seguinte equação entre a descarga sólida total e a descarga líquida, (R = 0,775). Na Figura 3.13, mostra-se um exemplo de curva-chave de sedimentos para o Rio Ivaí, estação Tereza Cristina, Estado do Paraná, por meio da relação entre descarga sólida e a líquida, onde também se pode verificar a dispersão dos pontos.
407 , 1 21155 , 1 Q QST = ⋅
Figura 3.13 – Curva-chave de sedimentos da estação Teresa Cristina, localizada na bacia do Rio Ivaí/PR
Fonte: SANTOS et al. (2001)
A utilização da curva-chave de sedimentos decorre do fato de que a realização diária de coleta e análise de amostras é economicamente inviável, além de que deve ser executada por pessoal qualificado. Porém, em determinados casos, o método da curva-chave de sedimentos tem se mostrado pouco preciso com um grau de dispersão bastante acentuado (HICKS et al., 2004). Isso decorre dos fatores que influem no processo de transporte de sedimentos serem altamente variáveis no tempo e no espaço.
Reid et al. (1997) destacam que vários são os fatores que influenciam a relação C e
Q, e, dentre eles, apontam: 1) a intensidade da chuva; 2) a variação temporal e da forma do
hidrograma - diante dos diferentes tipos de uso da terra que podem beneficiar ou dificultar a ocorrência dos processos erosivos; 3) a declividade da bacia hidrográfica; 4) a temperatura
antecedente; e 5) as condições de umidade e descarga que influem na quantidade de sedimento a ser fornecida por erosão das vertentes e do canal.
Diante disso, Leopold e Maddock (1953), Paiva (1988), Carvalho (1994), Yang (1996), Julien (1997), Santos et al. (2001), Scapin (2005), entre outros, indicam que a curva de transporte de sedimento também pode ser estabelecida por meio da relação da concentração, descarga sólida ou valores derivados de estudos sedimentológicos, em geral, com grandezas como: nível d’água, profundidade, velocidade, declividade da linha d’água, tensão de cisalhamento, potência da corrente e potência unitária da corrente, entre outras, adotando-se o melhor resultado.
Alguns estudos demonstram a complexidade destas relações. Xu (2002), em estudo das relações entre o diâmetro dos sedimentos em suspensão e a descarga líquida, no Rio Amarelo, China, verificou que o aumento da descarga fluvial e da concentração de sedimento em suspensão ocasionam, num primeiro momento, uma diminuição abrupta na quantidade de sedimentos suspensos > 0,05 mm, passando posteriormente a aumentar gradualmente, enquanto a porcentagem de sedimento suspenso < 0,01 mm apresenta padrão de variação inverso.
O regime pluviométrico também afeta a relação entre C e Q como demonstraram os estudos realizados por Steegen et al. (2000), Gregory e Walling (1973) e Van Dijk e Kwaad (1996), que verificaram consideráveis diferenças sazonais na relação entre C e Q, principalmente entre o inverno e o verão.
SS
SS
Chikita (1996) avaliou as relações existentes entre C e Q no Rio Ikushunbetsu, Hokkaido, Japão, para diferentes condições pluviométricas. Os resultados obtidos mostraram não haver diferenças significativas na relação C e Q estabelecida para condições
pluviométricas efetivas ( , R=0,978) e de estiagem ( ,
R= 0,941). SS SS 322 , 2 613 , 2 Q CSS = ⋅ C 2,884 Q2,246 SS = ⋅
Carvalho (1994) aponta que o pico de vazão e o da concentração de sedimento podem ocorrer de três formas distintas. O pico da concentração de sedimento pode ocorrer antes do pico de vazão, durante e depois, sendo mais comum o pico de sedimento antecipar-se ao pico da vazão.
De acordo com Williams (1989), o estudo e a compreensão de como variam as concentrações de sedimento com relação à variação das vazões de um curso de água possibilitam esboçar seu regime hidrossedimentológico. O autor, com base em estudos realizados no Rio Creedy (Devon), nos Estados Unidos, define cinco modelos de relações
SS C
Segundo Sammori et al. (2004), quando a fonte de sedimento está relacionada à intensidade da chuva, a relação entre concentração de sedimento e vazão apresenta uma curva para a direita, classe II, curva no sentido horário. Assim, o pico de geralmente ocorre antes do pico de vazão, nas pequenas bacias hidrográficas situadas em regiões úmidas.
entre concentração de sedimento em suspensão e vazão em: (1) única linha (reta ou curva) (single-valued line); (2) curva no sentido horário (clockwise loop); (3) curva no sentido anti- horário (counterclockwise loop); (4) linha única acrecida de uma volta (single line plus loop); e (5) figura oito (figure eight) (Figura 3.14).
Destaque-se ainda que vários são os estudos sobre transporte de sedimento em suspensão nos cursos fluviais, principalmente no que se refere à quantidade transportada e concentração, porém, que pesquisas sobre o transporte de nutrientes e contaminantes associados aos sedimentos somente passaram a merecer atenção nas últimas décadas. Alguns exemplos são apresentados por Reid et al. (1997).
Dessa forma, fica evidente a importância e a influência das características físicas locais na dinâmica do transporte de sedimento.
As concentrações de sedimentos e as vazões são influenciadas pela intensidade das precipitações e por sua distribuição; pela taxa de escoamento superficial; pelas distâncias percorridas; pelo armazenamento/mobilização dos sedimentos disponíveis e pela taxa de sedimentação (WILLIAMS, 1989).
NOTA: (1) C é a concentração de sedimentos, e Q é a vazão ou descarga fluvial. (2) Classe I - única linha (reta ou curva) (single-valued line): (Ia) linha reta de 45º; (Ib) linha reta com inclinação > 1; (Ic) linha reta com inclinação < 1; (Id) ângulo voltando-se para cima; (Ie) ângulo voltando-se para baixo. Classe II - curva no sentido horário (clockwuse loop): (IIa) concentração chegando ao pico antes da vazão; (IIb) picos simultâneos de água e sedimento; (IIc) curvas assimétricas - expansão da concentração menor que a vazão, com a concentração chegando ao pico primeiro; (IId) curvas assimétricas - expansão da concentração e maior que a vazão, com a concentração chegando ao pico primeiro. Classe III - curva no sentido anti-horário (counterclockwise loop): (IIIa) vazão chegando ao pico antes da concentração de sedimento; (IIIb) picos de vazão e concentração são simultâneos. Classe IV - linha única acrecida de uma volta (single line plus loop). Classe V - figura oito (figure eight).
Figura 3.14 – Ilustração dos cincos modelos de relação entre concentração de sedimento e descarga fluvial Fonte: Elaborado a partir de WILLIAMS (1989)