4.3 Classifica¸c˜ ao dos dois anos hidrol´ ogicos monitorados
4.3.6 Vaz˜ ao
A s´erie temporal de vaz˜ao, nas esta¸c˜oes 6 e 9, foram obtidas a partir da constru¸c˜ao da curva-chave de vaz˜ao. Esta, por sua vez, dependeu do cruzamento de um conjunto de dados de n´ıvel e vaz˜ao. Os registros de vaz˜ao, para a esta¸c˜ao 6, foram extra´ıdos do banco de dados da Hidroweb (esta¸c˜ao da LIGHT: 59309000) e, para a esta¸c˜ao 9, a vaz˜ao foi medida por campanhas de correntometria. Os registros de n´ıveis, nas esta¸c˜oes 6 e 9, foram obtidos das esta¸c˜oes hidrossedimentol´ogicas instaladas no presente estudo.
N´ıvel
A s´erie de n´ıvel foi obtida a partir de medi¸c˜oes feitas pelo sensor de press˜ao absoluta da Keller AG da s´erie XR, integrado `a sonda datalogger RBR Duo, instalada nas esta¸c˜oes hidrossedimentom´etricas 6 e 9. O sensor de press˜ao foi configurado para registrar, a cada 15 minutos, a m´edia de 10 medi¸c˜oes instantˆaneas, feitas a cada 3 segundos. A corre¸c˜ao do efeito da press˜ao atmosf´erica para os dois postos, foi feita com a s´erie hor´aria de coleta, pela esta¸c˜ao meteorol´ogica de Serop´edica (87868).
Com o objetivo de calibrar o sensor antes de entrar em opera¸c˜ao, foi realizado uma sequˆencia de testes usando um tubo de calibra¸c˜ao desenvolvido especialmente para este fim (Figura 4.7). O tubo de PVC de 2,75 m ´e graduado com uma fita m´etrica, onde a menor divis˜ao ´e 1 mm. A leitura ´e realizada atrav´es de uma man- gueira transl´ucida que reproduz, pelo princ´ıpio dos vasos comunicantes, o n´ıvel do interior do tubo. Com a ajuda de uma torneira e uma mangueira, ´e poss´ıvel remover ou introduzir ´agua no interior do tubo e, consequentemente, variar o n´ıvel. Durante o experimento, foram registrados a cada 15 minutos, valores de press˜ao atmosf´erica, com acur´acia ±0,5 hPa, atrav´es da esta¸c˜ao meteorol´ogica Vaisala WXT510, que ficou instalada ao lado do boca superior do tubo.
Figura 4.7: Coluna d’´agua graduada para simula¸c˜ao da varia¸c˜ao de n´ıvel da ´agua para teste do sensor de press˜ao da sonda RBR Duo: a foto da esquerda mostrando a leitura do n´ıvel e a foto da direita mostrando o aparato completo.
A incerteza e a repetibilidade do sensor foram avaliadas em dois testes. O pri- meiro teste consistiu em fixar o sensor de press˜ao no fundo do tubo e medir a press˜ao absoluta em diferentes n´ıveis. O sensor foi previamente configurado para registrar um dado de press˜ao absoluta a cada um minuto, onde cada minuto representa a m´edia de 20 medi¸c˜oes instantˆaneas. Para cada n´ıvel testado, o sensor permaneceu medindo por pelo menos 10 minutos, gerando assim, pelo menos, 10 registros por n´ıvel. S´o depois, o volume do tubo era alterado para um outro n´ıvel. O experimento testou tanto uma situa¸c˜ao de gradual aumento do n´ıvel como de descida.
Segundo o fabricante, a acur´acia do sensor da Keller-XR ´e de 0,05% do fundo de escala. Como o fundo de escala deste sensor ´e de 10 m, ent˜ao a acur´acia instrumental do sensor ´e ±0,005 m. A resolu¸c˜ao ´e menor que 0,001% do fundo de escala, ou seja, 0,0001 m. A deriva pode chegar a aproximadamente 0,2% ao ano.
Depois de corrigidos os efeitos da press˜ao atmosf´erica e da sua posi¸c˜ao no inte- rior do tubo, os dados medidos pelo sensor de press˜ao foram relacionados com as respectivas leituras diretas da coluna d’´agua milimetrada. A partir dessa rela¸c˜ao, uma curva de calibragem, para o sensor de press˜ao, foi obtida. Baseada em um modelo de regress˜ao linear, a fun¸c˜ao teve seus parˆametros de ajuste fornecidos pelo m´etodo dos m´ınimos quadrados (MMQ).
Correntomentria
As campanhas de correntometria contaram com o perfilador ac´ustico da RDI Instru- ments, modelo ADCP 1200 kHz Rio Grande. Segundo o fabricante, este instrumento tem a acur´acia de 25% da velocidade relativa da ´agua. Neste caso, sua acur´acia fica em torno de ±2 mm/s e a resolu¸c˜ao em torno de 1 mm/s. Para obter informa¸c˜ao de dire¸c˜ao, o instrumentos disp˜oe de uma b´ussola magn´etica com acur´acia de ±2o e resolu¸c˜ao de 1o. Esta b´ussola deve ser calibrada, com ajuda do software WinRiver II, no in´ıcio de cada campanha. O instrumento ´e capaz de discretizar o campo de velocidades, ao longo da coluna d’´agua, dividindo a coluna em c´elulas de medi¸c˜ao, exceto a uma distˆancia de 0,5 m do sensor e pr´oximo ao fundo ( 0,5m), na qual a rela¸c˜ao sinal ru´ıdo ´e muito alta (Figura 4.8). Como a medi¸c˜ao da se¸c˜ao ocorre com o ADCP em movimento, a corre¸c˜ao do efeito relativo da movimenta¸c˜ao do barco foi feita utilizando um recurso chamado bottom tracking, que usa o fundo como re- ferˆencia, assumindo que o mesmo n˜ao seja m´ovel. O instrumento ´e alimentado por uma bateria externa de autom´ovel e sua opera¸c˜ao, controlada em tempo real atrav´es de um notebook com software WinRiver II.
Figura 4.8: Descri¸c˜ao da metodologia e faixa de medi¸c˜ao na se¸c˜ao de correntometria com ADCP no rio Guandu.
O procedimento de medi¸c˜ao seguiu as recomenda¸c˜oes descritas por OBERG et al. (2005) e ANA (2014). A incerteza na medi¸c˜ao de vaz˜ao com ADCP resultou da com- bina¸c˜ao de diferentes fontes de erro, que podem afetar a precis˜ao e a acur´acia da medi¸c˜ao. MUSTE et al. (2004) identificou pelo menos 15 fontes de erro, distribu´ıdas nas 5 vari´aveis medidas: velocidade da ´agua (10), velocidade do barco (1), profun- didade (2), tempo de travessia (1) e distˆancia da margem (1). Para minimizar a incerteza, na medi¸c˜ao de vaz˜ao, uma s´erie de procedimentos foram sistematizados pela United State Geological Survey (USGS) (MUELLER et al., 2009) e pela Agˆencia Nacional de ´Aguas (ANA) (ANA, 2014).
Curva-chave de vaz˜ao
A curva-chave de vaz˜ao (Q(t)) foi obtida pelo modelo logar´ıtmico, em que ap´os a transforma¸c˜ao logar´ıtmica da s´erie temporal de vaz˜ao (Q (t)) e do n´ıvel corrigido (h1(t)=h’(t)+h0), onde o h’(t) ´e o n´ıvel da ´agua sobre o sensor corrigido da press˜ao atmosf´erica (m) e h0 ´e a diferen¸ca de cota entre o ponto mais fundo leito e ponto de medi¸c˜ao do sensor de press˜ao (m). Esse modelo se expressa na forma de uma regress˜ao linear:
log(Q(t)) = θ1log(h0(t) + h0) + log(θ0) + log ε, (4.3) onde log ε ´e o termo residual, que se assume ter distribui¸c˜ao normal N(0,σ2). Ap´os a transforma¸c˜ao do conjunto de dados, os parˆametros (θi) foram ajustados pelo MMQ. A sua retransforma¸c˜ao pode ser descrita como:
Q(t) = θ0(h0(t) + h0)θ1ε (4.4) Aqui, o termo ε aparece como um fator de corre¸c˜ao, devido ao m´etodo de ajuste da fun¸c˜ao usar m´edias geom´etricas (ou m´edias logar´ıtmicas) e n˜ao aritm´eticas (ver em FERGUSON (1986) e JANSSON (1996)). Esse fator de corre¸c˜ao pode ser cal- culado como ε=e1/2σ2 para logaritmo neperiano ou ε=101,1513σ2 para logaritmo de base 10, onde σ2 seria a variˆancia da Equa¸c˜ao 4.3.
A extrapola¸c˜ao da curva, para al´em dos conjuntos de dados de correntometria medidos exigiu a constru¸c˜ao de uma segunda curva de calibra¸c˜ao para ´aguas al- tas, que, no caso do m´etodo logar´ıtmico, admite como resultado final a express˜ao matem´atica:
Q(t) = θ3(h1(t) − h2)θ2ε (4.5) Onde, para se determinar a n´ıvel h2, utilizou-se o seguinte m´etodo anal´ıtico:
h2 =
h3h4− h25 h3 + h4− 2h5
, (4.6)
onde h3 e h4 s˜ao os dois n´ıveis referentes `as vaz˜oes mais altas, e h5 ´e o n´ıvel com referente a Q5=
√
Q3Q4. Depois, os parˆametros de ajustes θ2 e θ3 foram obtidos pelo MMQ, ap´os a transforma¸c˜ao logar´ıtmica desses trˆes pares de dados.