Eixo Temático 3 – Gestão de Bacias Hidrográficas e a Dinâmica Hidrológica
EMPREGO DO COEFICIENTE DE RECESSÃO PARA AVALIAÇÃO
DE PARÂMETROS HIDROLÓGICOS EM BACIAS HIDROGRÁFICAS
DE ÁREAS DO EMBASAMENTO CRISTALINO DE MINAS GERAIS.
Rebeca Ferreira Gonzaga Silva
Mestranda do Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto
rebecagonzaga@yahoo.com.br
Luis de Almeida Prado Bacellar
Professor do Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto
bacellar@degeo.ufop.br
O coeficiente de recessão ou de esgotamento é um parâmetro hidrológico que fornece informações sobre o volume e a taxa de produção do fluxo de base em bacias hidrográficas. A partir deste coeficiente é possível obter informações sob as vazões mínimas de canais de drenagem, que usualmente são obtidas através de outros índices hidrológicos, como o Q710. O coeficiente de recessão possibilita igualmente o cálculo de outros parâmetros importantes, como a transmissividade de aqüíferos. No presente trabalho serão apresentadas as conclusões parciais de um estudo em desenvolvimento que objetiva determinar a produção de água subterrânea em bacias hidrográficas através da análise do período de recessão em hidrogramas. Para tal, foram selecionadas algumas bacias hidrográficas de várias ordens hierárquicas em áreas do centro-sul de Minas Gerais, nas regiões das bacias do rio das Velhas, do rio Pará e do rio Paraopeba, todos afluentes do rio São Francisco. Estas bacias ocorrem em regiões com predomínio de rochas gnáissicas e graníticas, de idade arqueana, e sob vegetação, clima e uso e ocupação semelhantes. Para cada bacia foram determinados parâmetros morfométricos, como a amplitude, o “slope index” e o coeficiente de compacidade. O coeficiente de recessão foi determinado por diversos métodos, como o de Barnes, de Boussinesq, de Drogue, de Correlação e “Matching Strip”. Os coeficientes de recessão assim determinados foram comparados entre si e com o Q710 com o intuito de determinar eventuais correlações. A produção de água subterrânea se mostrou influenciada pelas características morfométricas das bacias. Os resultados parciais revelam que o coeficiente de recessão pode se constituir num parâmetro eficiente e prático para se avaliar importantes parâmetros de interesse para a exploração de água subterrânea e para a gestão de bacias hidrográficas.
Palavras-chaves: bacias hidrográficas; recessão, fluxo de base.
1 - Introdução
A recessão representa o período em que a vazão de um rio é mantida predominantemente pela restituição de águas subterrâneas, constituindo então o fluxo de base (Custodio & Llamas, 1976). Em bacias hidrográficas, o coeficiente de recessão é um parâmetro hidrológico que informa a taxa de produção do fluxo de base. O coeficiente de recessão (ou de esgotamento) pode ser facilmente determinado por diversos métodos gráficos com uso de série de dados hidrológicos, mesmo de curta duração (Costa, 2005). Com este coeficiente é possível obter informações sob as vazões mínimas em canais de drenagem, que usualmente são obtidas através de outros índices hidrológicos, como o Q7,10, muito empregado na gestão de recursos hídricos superficiais.
Serão aqui apresentadas as conclusões parciais de um estudo em desenvolvimento que objetiva determinar a produção de água subterrânea em bacias hidrográficas através da análise de períodos de recessão em hidrogramas.
Neste estudo estão sendo investigadas bacias hidrográficas tributárias de três importantes sub-bacias do Alto São Francisco (sub-bacias dos rios das Velhas, Paraopeba e Pará). Serão aqui apresentados somente os dados de cinco bacias integrantes das duas últimas sub-bacias. As cinco bacias trabalhadas se situam a montante das estações fluviométricas de Araújos, Lamounier, Marilândia, Santana do Jacaré e Usina Camarão (Figura 1). Todas se encontram em área de embasamento cristalino, a oeste do Quadrilátero Ferrífero, no Complexo Metamórfico Campo Belo, no centro-sul do estado de Minas Gerais.
Este complexo é constituído essencialmente por rochas granito-gnáissicas (arqueanas), anfibolíticas e metaultramáficas, intrudidas por gabronoritos, granitóides e gabros.
Na região predominam formas de relevo de colinas e morrotes, em planaltos dissecados. As amplitudes de relevo são normalmente baixas e os fundos de vales encontram-se normalmente assoreados. As áreas das bacias variam de 157Km2 (bacia de Lamounier) até 1506 Km2 (bacia Santana do Jacaré). O padrão de drenagem é dendrítico, assumindo arranjo mais angular nas zonas mais fraturadas.
O clima predominante é do tipo CWa, de Koppen, com verões úmidos e invernos secos. A vegetação primária dominante (Cerrado) encontra-se atualmente quase totalmente devastada, substituída por pastagens e culturas agrícolas.
2 – Objetivos
O objetivo principal deste trabalho é o de determinar a produção de água subterrânea (fluxo de base) em bacias hidrográficas do embasamento cristalino através da análise do período de recessão em hidrogramas. Secundariamente, pretende-se avaliar a influência da escala da bacia e da geomorfologia na produção de fluxo de base.
3 - Materiais e Métodos
Para alcançar os objetivos propostos foram seguidos os seguintes passos: - Levantamento das bacias hidrográficas existentes no Complexo Campo Belo;
- Seleção de bacias com séries hidrológicas históricas no banco de dados da ANA; foram procuradas bacias com características geológicas, geomorfológicas, climáticas, vegetacionais e de uso e ocupação similares; estas características foram avaliadas em mapas e em imagens de satélite;
Figura 1: Mapa de localização das bacias estudadas.
- As cinco bacias selecionadas apresentavam séries históricas longas, variando entre 26 anos (bacia Lamounier) e 68 anos (bacia Santana do Jacaré);
- Determinação de parâmetros morfométricos para cada bacia, como, área (A), perímetro (P), amplitude (H), densidade de drenagem (Dd), “slope index” (SI=H/A1/2) e o coeficiente de compacidade (Cc);
- Construção de hidrogramas com médias mensais de longo prazo e com médias diárias; - Determinação para cada bacia do coeficiente de recessão (α) por diversos métodos, como o de Barnes ou Maillet (Custodio & Llamas 1976), Correlação (Langbein 1938, Tallaksen 1995, Smakhtin 2001), Matching strip (Snyder 1935, Tallaksen 1995), Boussinesq e Drogue (Dewandel et al 2002). O cálculo com o método da Correlação empregou dois diferentes intervalos de tempo, 3 e 5 dias (Langbein 1938; Costa, 2005). Os métodos de Maillet, de Boussinesq e de Drogue permitem calcular a recessão em hidrogramas com médias mensais de longo prazo de vazões, ao passo que os métodos Matching Strip e de Correlação possibilitam o cálculo da recessão em hidrogramas diários, com base na determinação de uma curva de recessão mestra (Costa, 205). Os métodos de Maillet, de Correlação e Matching Strip adotam um relação exponencial para a restituição de água subterrânea enquanto que os outros assumem outras relações, como a quadrática (Kresic, 1997; Dewandel et al. 2003);
- Cálculo para cada bacia do índice Q710, que representa as menores vazões médias em sete dias com períodos de recorrência de 10 anos.
- Análise e discussão dos resultados.
4 - Resultados e Discussões
Quanto maior o Slope Index (SI), maior a declividade média do relevo da bacia. Os valores encontrados de SI para as bacias foram: Santana do Jacaré (11,9), Araújos (12,7), Marilândia (13,9), Usina Camarão (23,5) Lamounier (36,9). O SI é uma unidade adimensional.
Na tabela 1 estão representados os valores de coeficiente de recessão obtidos por cada método e o Q7,10 para as cinco bacias.
Os diversos métodos de determinação do coeficiente de recessão apresentam certa variabilidade em seus resultados finais. Isto era previsto, já que os métodos partem de pressupostos e conceituações teóricas diversos. Contudo, alguns métodos de determinação apresentaram alguma correlação entre si, como o de Maillet e de Boussinesq (Figura 2).
Tabela 1: Coeficientes de correlação (dias -1) e Q7,10 determinados para as bacias.
Bacias
Coeficientes de recessão (α) para cada método
Maillet Boussinesq Matching Strip Correlação Drogue Q7,10 (m3/s) t = 3 t = 5 Araújos 0.00566 0.00542 0.00092 0.00111 0.00100 0.00536 4.60026 Lamounier 0.00501 0.00504 0.00108 0.00208 0.00125 0.00546 1.27170 Marilândia 0.00431 0.00507 0.00120 0.00221 0.00199 0.01032 6.28524 Santana do Jacaré 0.00472 0.00435 0.00169 0.00208 0.00125 0.00468 5.84766 Usina Camarão 0.00525 0.00579 0.00089 0.00277 0.00166 0.00968 1.24245
Da mesma forma, os métodos de Maillet e Boussinesq apresentaram razoáveis correlações inversas com o Q7,10 (Figura 3), que é um dos índices mais empregados para determinação de fluxos mínimos médios e, por consequência, útil para a gestão de recursos hídricos superficiais. Esta correlação inversa com o Q7,10 já era esperada (Smakhtin, 2001). Como é possível determinar o coeficiente de recessão com menor volume de dados que o Q7,10, abre-se, desta forma, uma possibilidade de se determinar fluxos mínimos com estes métodos alternativos. Cabe ressaltar também, que o coeficiente de recessão possibilita adicionalmente a avaliação dos parâmetros hidrodinâmicos (ex.: transmissividade) dos aqüíferos presentes nas bacias, questão fundamental para a gestão da água subterrânea.
Demonstrou-se também que o fluxo de base é muito influenciado pela geomorfologia, pois quanto mais suave a declividade média da bacia - expressa pelo slope index - maior a produção de água subterrânea, expressa por coeficientes de recessão baixos ou por Q7,10 elevados (Figura 4). Comprova-se, assim, que as bacias com relevo mais suave constituem as melhores áreas de recarga na região.
0.003 0.0035 0.004 0.0045 0.005 0.0055 0.006 0.0065 0.007 0.003 0.0035 0.004 0.0045 0.005 0.0055 0.006 Maillet B o u s s in e s q
Figura 2: Correlação entre os coeficientes de correlação determinados pelos métodos de Maillet e Boussinesq para as cinco bacias hidrográficas.
0.00300 0.00350 0.00400 0.00450 0.00500 0.00550 0.00600 0.00000 1.00000 2.00000 3.00000 4.00000 5.00000 6.00000 7.00000 Q7,10 B o u s s in e s q
Figura 3: Correlação entre o Q7,10 e o coeficientes de recessão determinado pelo método de Boussinesq para as cinco bacias.
1.00000 2.00000 3.00000 4.00000 5.00000 6.00000 7.00000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Slope Index Q 7 ,1 0
Figura 4: Correlação entre o Slope Index (SI) e o Q7,10 (m3/s) para as cinco bacias.
5 – Conclusões
Os métodos de determinação de coeficiente de recessão se mostraram promissores para caracterizar a produção de água subterrânea em bacias hidrográficas do embasamento cristalino. O coeficiente de recessão pode também ser útil para a gestão de recursos hídricos superficiais e subterrâneos.
Em áreas do embasamento cristalino do centro sul de Minas Gerais, a restituição de águas subterrâneas para os sistemas de drenagem é maior nas áreas de relevo mais suave, indicando que estas constituem as melhores áreas de recarga.
Contudo, para confirmar a adequabilidade do coeficiente de recessão como índice hidrológico de relevância, recomenda-se que estes estudos sejam ampliados de forma a envolver mais bacias hidrográficas desta e de outras áreas fisiográficas.
Agradecimentos: Os autores agradecem à FAPEMIG, pelo auxílio financeiro a este trabalho (Projeto EDT 3000/06)
Referências Bibliográficas
Costa, 2005. Análise por métodos hidrológicos e hidroquímicos de fatores condicionantes do potencial hídrico de bacias hidrogáficas – Estudo de casos no Quadrilátero Ferrífero (MG). Dissertação de mestrado. UFOP/EM/DEGE). Ouro Preto
Custodio E. & Llamas M.R. 1976. Hidrologia Subterrânea. Ediciones Omega S.A., Barcelona, vol2.
Dewandel B., Lachassagne P., Bakalowicz M., Weng Ph., Al-Malki A. 2003. Evaluation of aquifer thickness by analyzing recession hydrographs. Application to the Oman ophiolite hard-rock aquifer. Journal of Hydrology,274: 248-269.
Kesic, N. 1997. Quantitative Solutions In Hydrogeology And Groundwater Modelling CRC Press. 461p
Langbein W.B. 1938. Some channel-storage studies and their application to the determination of infiltration. Reports and Papers, hydrology, AGU, 19: 435-447. Smakhtin V.U. 2001. Low flow hydrology: a review. Journal of Hydrology, 240: 147-186. Snyder F.F. 1939. A conception of runoff-phenomena. Reports and papers, hydrology, AGU,
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Tallaksen L.M. 1995. A review of baseflow recession analysis. Journal of Hydrology, 165: 349-370
