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ANÁLISE DA RELAÇÃO ENTRE ENERGIA E COMPETÊNCIA DE CURSOS
FLUVIAIS EM BACIAS DE DRENAGEM NA SERRA DO ESPINHAÇO
MERIDIONAL, MINAS GERAIS, BRASIL.
ANALYSIS OF THE RELATIONSHIP BETWEEN ENERGY AND COMPETENCE OF RIVER COURSES IN THE ESPINHAÇO MOUNTAIN RANGE BASINS, MINAS GERAIS, BRAZIL.
Milagres, Alcione,
Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brasil,
alcionemilagres@yahoo.com.br
Augustin, Cristina,
Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brasil,
chaugustin@ymail.com
Fonseca, Bráulio,
Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brasil,
brauliomagalhaes@gmail.com
RESUMO
O
Stream-Gradient Index
, proposto por Hack (1973) é comumente utilizado para avaliar a relação entre a declividade e extensão do canal fluvial em perfis longitudinais de rios, e por sintetizar a estreita relação entre a energia de um fluxo e o transporte do material associado ao tipo de substrato rochoso. Esse tipo de análise ainda é pouco explorado em regiões tropicais, nas quais os mantos de alteração tendem a ser espesso. O objetivo deste trabalho é o de analisar a relação entre energia e competência em cursos fluviais das bacias do rio Pardo e do alto rio Jequitinhonha, situadas na Serra do Espinhaço Meridional, Brasil, com base noStream-Gradient Index
e análise granulométrica dos materiais do leito e da margem. Os resultados indicam que existe uma relação entre a granulometria mais grossa e cursos com índices mais elevados. Eles legitimam o valor das medidas obtidas por este índice, validadas ainda por observações e medidas de campo, indispensáveis para a compreensão dos dados, principalmente devido às peculiaridades locais de cada rio, como a forma, litoestrutura e processos envolvidos em sua dinâmica energética.ABSTRACT
The Stream-Gradient Index proposed by Hack (1973) is very often used to evaluate the relationship between declivity and the fluvial channel extension in longitudinal river profiles,
synthesizing the close relationship between flow energy and the transport of material of different grain size of the underlying rocks. This type of analysis is still little used in the study of tropical areas where the regolith tends to be thick. The objective of this work is to analyze if this relation (energy versus competence) occurs in the two main rivers of the Espinhaço Mountain Range, Brazil, using Stream-Gradient Index and the grain size distribution analysis. Results indicate that the particle size is bigger in streams with a higher index, legitimizing the value of this index. They were also validated by field work observation and measures indispensable to the understanding of these data due to local peculiarities of each river, like shape, litho-structure and processes involved in its energy dynamics also validated the value of the index.
Palavras-chave: Índice de Hack, Granulometria, bacia hidrográfica, Espinhaço Meridional Keywords: Hack index, grain size, watershed, Espinhaço Meridional.
146 1. INTRODUÇÃO
Os perfis longitudinais dos rios encontram-se intimamente relacionados a fatores tais como topografia, litolologia e clima, os quais influenciam diretamente os processos fluviais de erosão e deposição. A relação estreita entre esses fatores e os perfis longitudinais foi sintetizada por Hack (1973) através do denominado
Stream-Gradient Index
, ou índice de Hack, que representa a relação entre a declividade e a extensão do canal fluvial.Essa relação indica a energia de um fluxo, e está intrinsecamente associada à competência de transporte do material, representada pelas granulometrias variadas representativas do tipo de substrato rochoso. Gilbert (1877) foi um dos primeiros a utilizar a relação entre a energia do rio e a granulometria de seus detritos, como base para avaliar a energia gasta para o transporte de sedimentos. Hack (1973) reafirma tal relação quando indica que o declive tem uma relação funcional com a competência do rio. A declividade tende a diminuir rio abaixo em um perfil côncavo, devido a um ajuste hidráulico e sedimentológico (Sinha e Parker, 1996; Knighton, 1998). Sendo assim, o estudo da energia dos cursos fluviais de uma determinada área auxilia no entendimento da configuração morfológica da mesma, podendo até servir como indicativo de mudanças estruturais.
O objetivo deste trabalho é o de analisar a relação existente entre a energia e a competência dos rios das bacias do rio Pardo e alto rio Jequitinhonha, localizadas em um maciço formado por rochas predominantemente siliciclásticas muito intemperizadas, na Serra do Espinhaço Meridional, importante interflúvio no leste do estado de Minas Gerais, Brasil (Figura 1). Foi utilizado o índice de Hack, ainda pouco testado em clima tropical onde os regolitos tendem a ser espessos e formados por materiais de granulometria fina, o que poderia interferir na relação granulométrica/energia identificada por Hack, além de análises granulométricas dos sedimentos de leito e margem. Essas bacias não possuem relevo homogêneo, apresentando vários compartimentos geomorfológicos que imprimem grande diversificação de paisagem em todo o Espinhaço (Augustin
et. al
., 2011), o que possibilita testar o índice em ambientes de clima tropical e discrepâncias no âmbito da conformação do relevo e em seus valores energéticos.Figura 1 – Mapa de Localização da área de estudo. 2. PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Foi calculado o
Stream-Gradient Index
(SL) para as bacias do rio Pardo e do alto rio Jequitinhonha. A fórmula utilizada para o cálculo deste índice é:! = " #$
%&'%()%&'%* [1]
Onde, L representa o comprimento do segmento selecionado, desde o seu ponto médio até à sua nascente; O #+ representa a variação altimétrica do segmento. O logeL2 - logeL1
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representa o comprimento horizontal do segmento em logaritmo natural. Embora este índice seja utilizado para analisar perfis longitudinais, existem muitas ambiguidades com respeito à influência de fatores como litologia, estrutura, tectonismo e da morfologia de rios nas respostas representadas pelo índice, sendo que estas ambiguidades são difíceis de serem reconhecidas em um estudo regional (Rhea, 1993). Dessa maneira, optou-se neste trabalho por realizar o cálculo do SL por segmentos hierarquizados dos rios, com o intuito de efetuar uma melhor interpretação da relação da dinâmica fluvial e seus reflexos na evolução do relevo.
O método de Strahler (1952) foi utilizado para hierarquizar os segmentos fluviais individualizados, a partir dos quais foram calculados os índices de Hack (Equação 1). A amplitude altimétrica total de cada segmento foi calculada utilizando-se como base o modelo digital de elevação (MDE). O logarítmo natural também foi aplicado em cada segmento fluvial, neste caso considerando-se o comprimento. As variáveis necessárias para o cálculo do SL (diferença altimétrica do canal de drenagem e seu comprimento) foram extraídas, respectivamente, sobre o modelo digital de elevação (MDE) do Projeto Topodata/INPE (ano 2009), e a base cartográfica referente à hidrografia, construída por IGAM (ano 2012), ambos em escala de 1:100.000. Todo o processo de modelagem espacial dos dados foi realizado no programa ArcGIS 10.1
.
Foram amostrados 7 cursos fluviais previamente selecionados: 4 na bacia do alto rio Jequitinhonha, e 3 na bacia do rio Pardo, com base em seus resultados do índice de Hack previamente calculados (alto e baixo). Em campo, foram coletadas 4 amostras de sedimentos por cada rio. Foram realizadas duas coletas no dique natural que delimita o leito menor, uma na profundidade de 0 a 10 cm e a outra de 10 a 20 cm, as outras duas coletas foram a 10 metros de distância do leito menor (margem do canal), seguindo o mesmo critério de profundidades. Não foram realizadas amostragens em espessuras menores, uma vez que essas áreas são submetidas a enchentes periódicas a cada evento chuvoso que as remodelam e modificam principalmente nas áreas próximas à calha. Ademais, o diâmetro dos seixos, quando estes ocorrem, é em alguns casos grande, necessitando de toda a espessura (10 cm), para a obtenção de uma amostra representativa.
O material coletado, em quantidade suficiente para as análises granulométricas, foi devidamente acondicionado em sacos plásticos, contendo todas as informações para sua identificação (coordenada, hora, profundidade e local da coleta). A granulometria foi realizada no Laboratório de Geomorfologia do Instituto de Geociências (IGC) da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), utilizando os procedimentos da EMBRAPA (2013). Para a análise da Terra Fina Seca ao Ar (TFSA < 2mm) foi utilizado o método da Pipeta, e a separação da areia, cascalho e calhau seguiu o método de peneiramento, com os seguintes limites (EMBRAPA, 2013):
Fração Argila Silte Areia Fina Areia Grossa Cascalho Calhau Diâmetro < 0,002 mm 0,05 a 0,002mm 0,5 a 0,05mm 2 a 0,5 mm < 2cm a 2mm 20cm a 2cm Os resultados da granulometria foram plotados no programa SigmaPlot 11, para uma melhor interpretação e análise dos dados.
3. RESULTADOS
Foram analisados quatro rios localizados na bacia do alto rio Jequitinhonha: córrego Canudos (CC), córrego Mangabeiras (CM), córrego da Palha (CPA), rio Manso (RM), e três rios na
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bacia do rio Pardo: córrego Pindaíba (CPI), ribeirão Batatal (RB) e ribeirão das Varas (RV). O resultado da análise granulométrica (Figura 2) possibilita identificar variação da granulometria do material, dependendo do local (leito e margem) e profundidade de coleta. Todos os rios contam com sedimentos com granulometria < 2mm (TFSA) em suas margens, que se mantêm praticamente constantes entre 0 cm e 20 cm de profundidade (Figura 2).
* Não houve coleta na profundidade de 10-20 cm no C. Canudos, em virtude do seu leito rochoso. ** O rio Manso apresentou valores iguais para margem e leito, 99% de TFSA e 1% de cascalho.
*** Não houve coleta nas margens do rio Mangabeiras, em virtude do alto grau de encaixamento do canal.
Figura 2 – Gráficos mostrando a relação da granulometria no leito e na margem dos rios pela profundidade do material coletado.
A única exceção é o córrego Canudos, que apresenta aumento de TFSA em profundidade, passando de pouco mais de 20% na superfície para quase 100% na coleta de 10 a 20 cm o que pode indicar a ocorrência de ambientes distintos de deposição: um na superfície, e outro de 10 a 20 cm de profundidade. Essa evidência é corroborada pelas observações de campo, quando foi possível observar coloração avermelhada típica de material laterizado no material mais superficial, de ambiente coluvional, e um mais claro, típico de ambiente aluvial em profundidade, contrastando com as demais no mesmo ponto de amostragem.
A baixa variabilidade da granulometria do material coletado nas margens, independente da profundidade, pode ser interpretada como resultante tanto da ação mais imediata do rio, como também da intensa ação antrópica obervada no campo, como a presença de estradas e casas próximas da área de coleta, indicando que as margens podem não ser um bom indicativo para a análise da competência do rio.
Relacionando as informações contidas na Figura 2 com as apresentadas no Quadro 1, é possível assumir que os resultados granulométricos coincidem, em grande parte, com os valores obtidos pelo índice de Hack. Os rios com baixo índice de Hack (rio Manso, cor. Pindaíba e rib. Varas), são os que também contam com granulometria mais fina.
O rio Manso e o ribeirão das Varas são constituídos principalmente de materiais finos (TFSA) tanto nas margens como no leito (Figura 2), o que indica baixa competência destes rios e é coincidente com o valor baixo do índice de Hack calculado. O córrego Pindaíba possui no leito aproximadamente 40% de cascalho e 60% de TFSA em superfície, situação que se altera, a 20 cm de profundidade, quando há um aumento de 20% de calhau, o que se
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reflete na diminuição da TFSA (Figura 2). Isto indica alteração de condições de deposição, com aumento de granulometria na zona do canal. Como este rio corre sobre metassiltitos e metargilitos e a coleta de material foi realizada em um local com ruptura de declive, esses fatores podem ter mascarado o fator energia do curso total. Sendo assim, mesmo apresentando baixo índice de Hack, o curso de água conta com o percentual elevado de granulometria maior. Esse resultado aponta para a necessidade de realização de trabalho de campo para observação direta e constatação da presença de fatores locais que podem alterar qualquer um dos elementos analisados: índice, ou granulometria.
Quadro 1- Informações relativas à coleta, textura e índice de Hack dos rios amostrados.
Amostra (**) Local de coleta Profundidade (cm)
TFSA (%) Índice de Hack (*)
Ordem Hierarquica Areia Grossa Areia Fina Silte Argila
CC1 Leito 0-10 94 2 2 2 0,713 (Alto) 2 CC2 Margem 0-10 43 40 10 7 CC3 10-20 25 57 10 8 CM1 Leito 0-10 88 10 1 1 1 (Alto) 1 CM2 10-20 92 7 1 0 CPA1 Leito 0-10 72 26 1 1 0,772 (Alto) 1 CPA2 10-20 79 19 1 1 CPA3 Margem 0-10 35 50 7 8 CPA4 10-20 32 46 9 13 RM1 Leito 0-10 75 23 1 1 0 (Baixo) 5 RM2 10-20 91 7 1 1 RM3 Margem 0-10 21 73 3 3 RM4 10-20 52 45 1 2 CPI1 Leito 0-10 72 26 1 1 0,019 (Baixo) 2 CPI2 10-20 70 24 2 4 CPI3 Margem 0-10 15 58 20 7 CPI4 10-20 10 54 29 7 RB1 Leito 0-10 87 8 3 2 0,905 (Alto) 4 RB2 10-20 76 15 5 4 RB3 Margem 0-10 27 58 10 5 RB4 10-20 59 35 4 2 RV1 Leito 0-10 58 29 8 5 0,317 (Baixo) 3 RV2 10-20 38 26 24 12 RV3 Margem 0-10 32 49 13 6 RV4 10-20 23 60 12 5
*Valores Normalizados entre 0 e 1
**As letras abreviadas correspondem às primeiras letras de cada rio, os números correspondem ao número de amostras colhidas em cada rio.
Os rios que apresentaram alto índice de Hack foram: cor. Mangabeiras, cor. Palha, rib. Batatal e cor. Canudos (Figura 2). O córrego Mangabeiras contém aproximadamente 60% de TFSA (dos quais, aproximadamente 90% de areia grossa) e 40 % de cascalho, enquanto o córrego da Palha apresenta aproximadamente 80% de TFSA e 20% de cascalho em sua margem, e um pequeno aumento de cascalho e consequente diminuição de TFSA em seu leito. Os dados (Figura 2) demonstram que estes rios não possuem grande competência em virtude do alto percentual de materiais finos, não confirmando o alto índice de Hack calculado para eles. No entanto, esses rios possuem hierarquia 1 e se encontram em uma área de cabeceira, áreas que em geral são pouco intemperizadas, não disponibilizando material para o transporte, mesmo que o potencial energético esteja presente.
O ribeirão Batatal possui em seu leito mais de 80% de cascalho, que diminui em profundidade, o que é acompanhado pelo aumento do calhau (Figura 2). Esses dados comprovam a alta competência deste rio e são coincidentes com a alta taxa do índice de Hack medida para ele.
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O córrego Canudos possui mais de 50% de calhau, cerca de 40% de cascalho e apenas 7% de TFSA na borda do seu canal. Estes dados dão suporte ao alto índice de Hack encontrado para este segmento de rio. Em campo, foi possível observar que este rio corre sobre meta-conglomerados que estão sendo retrabalhados e, com isto, seus sedimentos mais grossos, datados do Neoproterozóico, são intemperizados e lançados no leito, o que também pode estar colaborando para a alta taxa de calhau.
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A relação entre o índice de Hack e as análises granulométricas mostrou, em geral, eficiência como instrumento para analisar a energia e competência dos rios, apresentando associações entre este índice e a granulometria, mesmo se tratando de uma região tropical. É importante pontuar que mesmo tratando-se de uma região com o predomínio de rochas silicicláticas (rochas resistentes), há a presença de rios com alta e baixa energia, comprovando que apenas a litologia não é capaz de condicionar a dinâmica energética nesta área.
AGRADECIMENTO
À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG), pelo apoio financeiro para a realização desta pesquisa (CRA-APQ-01652-09).
REFERÊNCIAS
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