ESTUDO DE VARIAÇÕES NO FLUXO DE MATÉRIA EM SUSPENSÃO DE
MANACAPURU, AMAZONAS, BRASIL
Naziano Filizola1; Frederique Seyler2; Maria Helena Mourão1; Warley Arruda1; Nikolas Spínola1; Jean Loup Guyot2.
RESUMO
A estação hidrométrica de Manacapuru é uma localidade utilizada há mais de 30 anos na rede hidrométrica brasileira. Esta estação, cuja seção transversal sobre o Rio Solimões, tem em média: 3000 m de largura e 20 m de profundidade, controla praticamente a totalidade das contribuições das MES oriundos da bacia do Rio Solimões, cuja área total é de aproximadamente 2 milhões de km², a descarga líquida média é de 103.000m³.s-1, ou 48.l.s-1.km-2. ). O fluxo médio total anual de MES é de aproximadamente 400 106 toneladas. A sistemática tradicional de amostragem de material em suspensão (MES) tem limitações quanto a avaliar efeitos locais nesse fluxo. O presente artigo pretende apresentar alguns fenômenos locais que de algum modo interferem no fluxo local de MES do Rio Solimões em Manacapuru. O estudo foi realizado no escopo do Projeto MESASOL e PIATAM IV, projetos que têm investigado métodos alternativos de avaliação do fluxo de MES na bacia Amazônica na busca de melhorar a precisão e diminuir os custos operacionais na aquisição de dados hidrológicos.
ABSTRACT
The Manacapuru hydrometric station is a site used for more than 30 years by the Brazilian National hydrometric network. This station, whose cross section on the Rio Solimões, has in average: 3000 m wide and 20 m deep, controls virtually all the contributions of total suspended solids (TSS) from the Rio Solimões basin, whose total area is approximately 2 million km2 , The average water discharge is about 103.000m ³. s-1, or 48.l.s-1.km-2. ). The total annual TSS flow is approximately 400 106 tonnes in average. The traditional systematic on TSS sampling procedures used at the Brazilian hydrometric network has limitations, some linked with local effects influencing TSS flow. This article aims to provide some local phenomena that somehow interfere with the TSS flow in Manacapuru station. The study was conducted in the scope of MESASOL and PIATAM IV projects. Those initiatives are investigating alternative methods regarding TSS flow evaluation in the Amazon basin to improve accuracy and reduce operational costs on hydrological data acquisition.
Palavras-chave: Sedimentos em suspensão, Amazonas, ADCP
1 NMH/CESTU – UEA e I.PIATAM, Av. Darcy Vargas, 1200, S/ C-28, Pq.10 de Novembro 69000-000, Manaus, AM
1 INTRODUÇÃO
O Rio Solimões é na verdade o mesmo Rio Amazonas. No Brasil representa a porção do curso do Amazonas que flui por mais de 2.500 quilômetros do Peru, entrando no Brasil (altura de Tabatinga) até sua confluência com o Rio Negro próximo à cidade de Manaus (capital do estado do Amazonas, Brasil), onde o rio passa a ser novamente denominado Amazonas. A bacia do Rio Solimões, representa mais de 35% da área total da bacia do Rio Amazonas. A vazão média deste rio tomada em Manacapuru, no Rio Solimões antes da região do fenômeno do “Encontro das Águas” representa quase 50% da descarga média anual total de Amazonas ao oceano (Molinier et al., 1995). O fluxo médio total anual de MES é de aproximadamente 400 106 toneladas (Filizola, 1999 e
Filizola, 2003). O Rio Solimões transporta principalmente sólidos em suspensão e seu curso se desenvolve entrecortando uma vasta planície aluvial holocênica, com a ocorrência de extensas zonas úmidas, ou várzeas, onde a precipitação média anual pode às vezes superar os 3.000 milímetros.
A estação hidrométrica de Manacapuru é utilizada há anos pelo governo brasileiro em conjunto com a Organização Mundial de Meteorologia (OMM) nos Cursos de Medição de Grandes Rios. Esta estação, cuja seção transversal sobre o Rio Solimões, tem em média: 3000 m de largura e 20 m de profundidade, controla praticamente a totalidade das contribuições das MES oriundos da bacia do Rio Solimões, cuja área total é de aproximadamente 2 milhões de km², a descarga líquida média é de 103.000m³.s-1, ou 48.l.s-1.km-2 com um regime bastante regular (Molinier et al., 1995). A estação é operada com uma freqüência não superior a 4 vezes ao ano, por empresas contratadas pela Agência Nacional de Águas (ANA), no escopo do Plano de Trabalho de Operação da Rede Hidrométrica Nacional gerenciada pela mesma entidade. Em Manacapuru é utilizado, pelas empresas operadoras da rede da ANA, um protocolo específico para tomada de medidas e coleta de amostras, indicado pela ANA, baseado em metodologias consagradas e utilizadas há mais de 30 anos, oriundas das recomendações do USGeological Survey (Guy e Norman, 1976), bem como das normas da OMM (WMO, 1994 Hydrological Operational Guide). Além disso, no que diz respeito à matéria em suspensão, é operada, também, dentro de uma sistemática regular com o uso de um protocolo de coleta em superfície com uma alta freqüência amostral (500 ml coletados a cada 10 dias), pelo Programa ORE/HYBAM (www.ore-hybam.org).
(A) (B)
Figura 1 - (A) Local de estudo do Projeto MESASOL, a estação hidrométrica de Manacapuru no Rio Solimões. (B) A malha de pontos (33) utilizados para coleta de amostras de superfície no local do estudo sobre as águas do Rio Solimões. A seção central (pontos de 1 a 9) é a seção de
medição de vazão utilizada pela ANA e a OMM nos cursos de medição de vazões em grandes rios. Neste alinhamento além das amostras de superfície foram realizadas coletas de amostras a 2 metros de profundidade. Aproximadamente entre os pontos 5 e 6 uma coleta vertical com
No entanto, os estudos até agora realizados em Manacapuru tiveram pouco preocupação com fatores que influenciam o fluxo em escala de maior detalhe fora do contexto regional. Assim, o presente artigo trata do estudo do fluxo do Rio Solimões na altura da estação hidrométrica de Manacapuru (Figura 1), em especial analisando alguns fatores que influenciam o fluxo de matéria em suspensão local e regionalmente e está incluindo no contexto do Projeto estudos metodológicos para análise do fluxo de matéria em suspensão na bacia do Rio Solimões (Projeto MESASOL), financiado pelo Fundo Setorial de Recursos Hídricos (CT-HIDRO) através do Edital 13/2005 do CNPq.
2 METODOLOGIA
O Projeto MESASOL, como parte de sua metodologia de estudo, estabeleceu na superfície da água do Rio Solimões na seção de medição da ANA em Manacapuru uma rede ou “grid” de coleta de dados (Figura 1). A rede foi montada levando-se em conta a seção transversal da estação de medição de Manacapuru e a ela adicionando duas seções transversais a montante e duas a jusante, igualmente espaçadas de 300 metros uma da outra. Longitudinalmente foram estabelecidos perfis igualmente espaçados de 600 metros entre si, sendo que na porção central da malha formada pelos perfis longitudinais e transversais se adensou a rede de perfis longitudinais adotando-se um espaçamento de 300 metros. Portanto, o cruzamento dos perfis longitudinais com os perfis transversais gerou 33 pontos, ou nós, nos quais são realizadas amostras de MES em superfície (Figura 1). Uma vez coletadas as amostras, as mesmas são filtradas utilizando-se de unidades de filtração por gravidade, conectadas em rampa horizontal em aço inoxidável assistida por bomba de vácuo de baixa pressão. Os filtros utilizados são de acetato de celulose de 4,6cm de diâmetro com malha de 0,45µm, pré-pesados. Uma vez filtradas as amostras, os filtros são secados seguindo o procedimento do Programa GEMS/Water, conforme definido em Filizola e Guyot (2004). Os pesos são então normalizados para mg.l-1 e tabelados. Adicionalmente, os pontos da malha em superfície tabelados, são representados com seus valores de concentração em mg.l-1 em SIG – Sistema de Informações Geográficas. As operações de coleta e tratamento de dados foram programadas de forma a se posicionarem em períodos específicos do ciclo hidrológico, conforme a tabela abaixo. O contexto da rede foi avaliado com o uso de um correntômetro acústico por efeito Doppler (ADCP) da RDInstruments com freqüência de 600kHz. O ADCP foi utilizado tanto para medir vazões e velocidades, como também para realizar um levantamento batimétrico de forma a possibilitar a identificação de
efeitos decorrentes da morfologia fluvial no fluxo de MES, além de possibilitar o calculo do fluxo de MES à superfície. O levantamento batimétrico foi realizado no contexto dos trabalhos do Projeto PIATAM IV, com financiamento FINEP e PETROBRAS, exigindo um trabalho intenso de coletas em campo.
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os resultados aqui apresentados vêem de levantamentos executados em campanhas de campo representativas de dois períodos extremos, correspondentes ao período de seca (novembro de 2005) e de cheia (junho de 2006).
A partir dos dados da Tabela 1, indicativa dos dois períodos levantados, se percebe uma diferença nas vazões da ordem de 100% entre os dois períodos. A área da seção molhada teve variação de valor também muito próxima dos 100% entre os dois períodos. A largura variou de pouco mais de 7%, de novembro de 2005 para junho de 2006. A velocidade média no segundo período de levantamento estava cerca de 25% maior que no primeiro levantamento. A direção média da corrente também apresentou variação em torno de 6%, muito incipiente para que se possa atribuir tal taxa a algum fenômeno local de maiores proporções. Assim, das variações observadas, do ponto de vista dos principais parâmetros da seção molhada, se percebe que as mesmas são normais e conseqüência da variabilidade natural do ciclo hidrológico (Figura 2).
Manacapuru - Hidrograma Médio Anual - Vazões nas campanhas realizadas 2005 a 2008 0 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000 160.000
1-nov 1-dez 31-dez 30-jan 1-mar 31-mar 30-abr 30-mai 29-jun 29-jul 28-ago 27-set 27-out
Dia Q ( m ³ / s ) ano: 2005 ano:2006
Figura 2 - Hidrograma médio de Manacapuru com a indicação de todas as campanhas de coleta de dados realizadas no Projeto MESASOL, com os pontos representando os valores das vazões medidas, incluindo apenas as duas campanhas de 2005 e 2006 (em
destaque nos círculos) cujas amostras de superfície são analisadas neste artigo. Tabela 1. Resultados de medições de vazão realizadas com ADCP 600kHz, na seção de
medição ANA - Manacapuru. Cada resultado representa a média de pelo menos 4 medições realizadas na seção central da malha indicada na Figura 1. Obs. Q = Vazão; A = Área da seção molhada; L = Largura; P = Profundidade Média; V= Velocidade média;
DF = Direção de fluxo. Q A L P V DF Dados médios [m3.s-1] [m2] [m] [m] [m.s-1] [°] Nov/2005 59.901 56.175 3.032 18.26 1.08 99 to 101 Desvio padrão 567 510 17 0.18 0.02 Desvio/Média. 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 Jun/2006 122.001 93.075 3.266 27.44 1.36 105 to 107 Desvio padrão 2,023 1,465 38 0,45 0,006 Desvio/Média. 0,02 0,02 0,01 0,02 0,005
Em relação aos dados de matéria em suspensão, (Tabela 2) no período de secas a média das concentrações de MES foi de 139 mg.l-1 e a vazão correspondente ao período de 59.901m3.s-1, o que resulta num fluxo à superfície de 719.387 ton.dia.-1. Para o período de cheia a média das concentrações de MES foi de 32,2 mg.l-1 e a vazão correspondente no período de 122.001 m3.s-1, o que representa um fluxo à superfície de 339.522 ton.dia.-1. No entanto, observou-se uma distribuição de concentração de MES,
ou [MES], à superfície bastante heterogênea, especialmente no período de seca, onde as concentrações se apresentaram bem maiores na porção central do canal formando uma figura triangular abrindo de montante para jusante. Para o período de cheia também se percebeu um leve aumento nas concentrações também na porção central do canal. Em ambos os casos as concentrações maiores são bem marcadas na altura da seção transversal da ANA. Detectou-se uma diferença entre os valores médios para os dois períodos, que correspondente a 76% do valor encontrado em novembro. O valor mínimo de concentração de MES em novembro foi mais que duas vezes maior do que o valor médio obtido em junho. Ao passo que o valor mínimo para junho foi praticamente insignificante quando comparado ao mínimo encontrado em novembro.
Tabela 2. Resultados do processamento das amostras de MES – Matéria em suspensão em nos 33 pontos de amostragem. Foram calculados o valor MED - médio, MAX - máximo, MIN – mínimo, o DP - desvio padrão e A - amplitude (máximo – mínimo).
Para os 33 pontos MES (11/2005)
em mg.l-1 MES (06/2006) em mg.l-1 MED 139 32,2 MAX 230 81,5 MIN 63 1,0 DP 44 16,3 A 167 80,5 3A 3B
Figura 3. Resultado das concentrações de MES nos 33 pontos da malha nos diferentes períodos de levantamento realizados em Manacapuru, indicando a forte concentração de
MES em período de águas baixas (novembro) e a diluição em período de águas altas (junho).
Ainda em relação às duas malhas da Figura 3, se percebe uma tendência a maiores concentrações para a margem direita. Também, transversalmente os valores são maiores, em especial, sobre o alinhamento da seção transversal de medição da estação da ANA. O fenômeno ocorre tanto no período de águas baixas como em águas altas.
Na busca de identificar as razões desse comportamento singular se fez uso de imagens de satélite e também de levantamento batimétrico com uso do sinal ADCP, para o que foram realizadas sucessivas passagens, ou “transects”, de montante para jusante no trecho marcado por traços vermelhos na Figura 4. Os dados ADCP foram processadas no software Multi-Dimensional Surface Water Modeling System (MD-SWMS) do USGS, disponível no web site daquela instituição (www.usgs.gov). O modelo do USGS permite o uso de dados ADCP para simular o fluxo tanto líquido quanto sólido num trecho de rio. No caso em questão apenas utilizou-se para gerar as figuras 3D de forma mais coerente com o contexto hidrodinâmico. As imagens, SPOT 5, fornecidas pelo IRD foram utilizadas para reconhecimento visual de feições de dimensões coerentes com o efeito identificado nas amostras. Pela análise da Figura 4, especialmente a imagem SPOT, obtida em 13 de junho de 2006, se percebe a existência de uma pluma de forma triangular (em planta) com material em suspensão. Para melhorar a comparação a malha obtido em junho de 2006 foi sobreposta à imagem geo-referenciada. Assim, constatou-se que, a imagem de satélite obtida no período de águas altas permite identificar uma figura semelhante àquela identificada no período de secas. O triangulo é mais visível através das amostras em período de águas baixas em face à menor diluição pela massa d’água significativamente menor em novembro do que em junho, sendo menos perceptível nas amostras em águas altas onde a homogeneidade é maior.
A formação da pluma acima relatada pode estar relacionada à existência de dois fatores morfo-estruturais locais: 1) presença de um lineamento tectônico com profundidades variáveis em sua extensão (de pouco mais de 60 metros até próximo dos 20 metros), descrito de forma indicativa por Latrubesse e (2002) e identificado no bloco diagrama 3D construído com dados ADCP e com o MD-SWMS e 2) como conseqüência do final da exposição do lineamento nas proximidades da seção da ANA
onde se tem uma elevação do fundo do rio formando uma soleira. O contato do fluxo líquido com o fundo do rio em rampa ascendente, re-suspende o material do fundo formando a pluma de MES. Esta por conta do fluxo local se dispersa desde o fundo lateral e verticalmente, chegando à superfície e podendo ser identificada tanto por imagem de satélite quanto pelas amostras de em superfície. Ademais, um outro fator pode ser levado em consideração é a entrada de água com menor quantidade de sedimentos em suspensão da “Ria-Lake” de Manacapuru, acompanhando o lineamento (Figura 4) esta contribuição pode ajudar no processo de diluição maior à margem esquerda.
Figura 4. Figura resumo das atividades do Projeto MESASOL em consonância com o Projeto PIATAM IV na região de Manacapuru, Amazonas. Vê-se a imagem ADCP mostrando o perfil vertical de velocidades com maiores valores no centro da seção.
Vê-se também a imagem SPOT degradada (resolução aproximada de 30m x 30m) com a malha MESASOL sobreposta com os resultados de junho de 2006 (pontos mais escuros
indicam maiores concentrações). O traço pontilhado verde indica o lineamento em frente a Manacapuru que corresponde ao forte desnível marcado na figura
tridimensional, cuja profundidade máxima chega a superar os 60 metros. 4 CONCLUSÕES
Com base nos estudos preliminares dos dados do Projeto MESASOL em conjunto com os dados do Projeto PIATAM IV se tornou possível visualizar feições locais que interferem no fluxo de MES na localidade de Manacapuru. Essa interferência permite inferir que:
• As amostras de superfície coletadas em malha permitem identificar esse tipo de fenômeno de modo amplo;
• O fluxo em superfície é afetado por efeitos ligados à morfologia fluvial local; • A morfologia fluvial local, notadamente a existência de um lineamento
estrutural, provavelmente um falhamento, associado ao forte fluxo hídrico gera efeitos locais perceptíveis em superfície tanto por procedimentos de amostragem de MES como por análise de imagem de satélite;
• A Ria-Lake de Manacapuru pode estar gerando fluxos que possibilitam uma diluição à margem esquerda favorecendo um aumento das concentrações à margem direita.
Visando aprofundar ainda mais os estudos, os dados de outras campanhas do Projeto MESASOL, cuja metodologia está sendo incorporada às campanhas do Projeto PIATAM IV, encontram-se em fase da análise e serão parte integrante de um estudo de tese de doutoramento em curso no Programa CLIMA e AMBIENTE do INPA/UEA.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao CNPq, ao Fundo CT-HIDRO, à FINEP, à PETROBRÁS e o IRD pelo apoio logístico e financeiro ao projeto MESASOL e também ao pessoal de campo e escritório do Projeto PIATAM sem os quais não teria sido possível a realização deste trabalho.
BIBLIOGRAFIA
FILIZOLA N., 1999. O fluxo de sedimentos em suspensão nos rios da bacia Amazônica Brasileira. ANEEL, Brasilia. 63 pp.
FILIZOLA, N. & GUYOT, J.L. 2004 The use of Doppler technology for suspended sediment discharge determination in the River Amazon. Hydrological Sciences– Journal–des Sciences Hydrologiques, 49(1).
FILIZOLA, N., Transfert sédimentaire actuel par les fleuves amazoniens. Thése, UPS, Toulouse III, Toulouse:2003. 273p.
GUY H.P., Norman V.W. 1976. Field methods for measurements of fluvial sediment. In: Techniques of water-Resources Investigations of th U.S. Geological Survey, 3rd. Ed., Chp.C2, Book 3, Denver. 59 p.
LATRUBESSE, E. & FRANZINELLI, E. The Holocene alluvial plain of the middle Amazon River, Brazil. Geomorphology 44 (2002) 241–257
MOLINIER, M., GUYOT, J. L., DE OLIVEIRA, E., GUIMARÃES, V. & CHAVES, A. (1995) Hydrologie du bassin de l’Amazone. In: Proc. Grands Bassins Fluviaux Péri-atlantiques, vol. 1, 335–344. PEGI, Paris, France.
WMO. 1994. Guide to hydrological practices. WMO Geneve, Pun nº168, 5th. ed., 735 p.
