IMPACTO DE MUDANÇAS NO USO DO SOLO NAS CARACTERÍSTICAS HIDROSSEDIMENTOLOGICAS DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO JOANES E SUA REPERCUSSÃO NA ZONA COSTEIRA

ÍNDICE

CAPÍTULO 1

CAPÍTULO 2

CAPÍTULO 3

CAPÍTULO 4

CAPÍTULO 5

CAPÍTULO 6

ANEXOS

CAPÍTULO 4: IMPACTO DE MUDANÇAS NO USO DO SOLO

4.1 Generalidades

A intensificação das atividades humanas, tais como o desenvolvimento da agropecuária, industrialização e urbanização tem provocado alterações contínuas no uso do solo. Cada uma destas atividades em conjunto ou separadamente, resultam em impactos na bacia hidrográfica, nomeadamente no ciclo hidrológico e hidrossedimentológico, com conseqüência direta na produção de água e sedimento que aporta às desembocaduras fluviais.

O modelo hidrológico SWAT foi a ferramenta básica utilizada, para aferir as alterações na produção de água e sedimento na desembocadura do rio Joanes, decorrente da ação antrópica na bacia hidrográfica. A metodologia utilizada para aplicação do modelo, bem como a análise dos resultados obtidos e sua repercussão na zona costeira são apresentados a seguir.

4.2 Estudo de cenários

O planejamento da ocupação de bacias hidrográficas visando o desenvolvimento sustentável, é condicionado por um grande número de variáveis, que estão relacionadas de forma bastante complexa e marcadas pela incerteza. Em conseqüência deste fato, torna-se difícil a formulação de juízos absolutos, sobre os impactos nos fenômenos hidrossedimentológicos decorrentes da ocupação humana nestas bacias hidrográficas. Nestes casos costuma-se recorrer a estudos de cenários alternativos que correspondam a combinações consistentes das variáveis mais relevantes (SEPLANTEC, 1995b).

Para acessar os impactos na produção de água e sedimento da bacia hidrográfica do rio Joanes decorrentes das alterações no uso do solo, foram analisados seis cenários definidos em função dos dados de uso do solo disponíveis e data de construção dos barramentos:

Cenário I: Uso do solo na bacia hidrográfica do rio Joanes antes da colonização (considera-se que toda a bacia hidrográfica estava coberta por Mata Atlântica),

Cenário II: Uso do solo na bacia hidrográfica do rio Joanes em 1983,

Cenário III: Uso do solo na bacia hidrográfica do rio Joanes em 1996,

Cenário IV: Uso do solo na bacia hidrográfica do rio Joanes em 1996, após a construção da Represa Ipitanga I.

Cenário V: Uso do solo na bacia hidrográfica do rio Joanes em 1996, após a construção das Represas Ipitanga I e Joanes I.

Cenário VI: Uso do solo na bacia hidrográfica do rio Joanes em 1996, após a construção das Represas Ipitanga I, II e III e Joanes I e II.

As alterações na produção de água e sedimento na foz do rio Joanes, em decorrência das modificações da cobertura do solo estão representadas nos cenários I, II e III e a interferência da construção das barragens estão representadas nos cenários IV, V e VI.

4.3 Aplicação do Modelo SWAT

A aplicação do modelo SWAT foi dividida em quatro etapas: (i) divisão da bacia hidrográfica do rio Joanes em sub-bacias e zoneamento homogêneo, (ii) definição dos parâmetros do modelo, (iii) calibração e (iv) simulação.

4.3.1 Definição das sub-bacias e zoneamento homogêneo

Para a aplicação do Modelo SWAT a bacia hidrográfica do rio Joanes foi subdividida em cinco sub-bacias. O critério para a divisão das sub-bacias foram as bacias de contribuição dos barramentos construídos nos rios Joanes e Ipitanga. A configuração simulada da bacia para os diversos cenários é apresentada na Figura 4.1.

O zoneamento homogêneo foi realizado através da superposição das seguintes cartas temáticas: (i) tipo de solos, que foi compilada a partir da carta de solo do RADAMBRASIL, escala 1:250.000, 1981 e (ii) uso do solo e vegetação, a partir das cartas de uso do solo da CONDER, escala 1:100.000, para os anos de 1983 e 1997. O software utilizado para a superposição das cartas temáticas foi o Microstation versão 5.0, ficando definida, segundo as características físicas acima referenciadas, 80 zonas homogêneas para o uso do solo em 1983 e 148 zonas homogêneas para o uso do solo em 1996, distribuídas conforme as Figuras 4.2 e 4.3 respectivamente.

A declividade média das zonas homogêneas foi determinada pelo método das quadrículas associadas a um vetor. Esse método consiste em se determinar através de uma amostragem estatística de declividades normais às curvas de nível, a distribuição percentual das declividades na área considerada (Villela & Mattos, 1975). Para o cálculo foi utilizada a carta topográfica da CONDER, escala 1:50.000 para o ano de 1989 tendo-se traçado um quadriculado de 1km de lado.

Nos Anexos 4.1 e 4.2 são apresentadas as características predominantes em cada zona homogênea.

4.3.2 Definição dos parâmetros do modelo SWAT

Por ser um modelo físico, o SWAT requer uma grande quantidade de parâmetros que relacionam-se com as características físicas da bacia. Na definição destes parâmetros buscou-se sempre que possível, utilizar dados obtidos a partir de trabalhos anteriores, evitando-se o levantamento experimental das informações necessárias, o que demandaria uma grande quantidade de tempo.

Os parâmetros requeridos pelo modelo SWAT estão divididos em seis grupos: (i) parâmetros climáticos, (ii) parâmetros de solo, (iii) parâmetros hidrológicos, (iv) parâmetros sedimentológicos, (v) parâmetros de canal e (vi) parâmetros de reservatório.

4.3.2.1 Parâmetros climáticos

Para a definição dos parâmetros básicos do clima, com exceção da pluviometria foram utilizados os dados da Estação Meteorológica de Camaçari, operada pelo Instituto Nacional de Meteorologia-INMET, com período de observação de 1978 à 1990, sendo os dados apresentados no Quadro 4.1. A precipitação foi obtida dos dados de postos pluviométricos operados pela Agência Nacional de Águas e Energia Elétrica-ANEEL.

A caracterização pluviométrica da bacia hidrográfica do rio Joanes foi realizada a partir dos dados das estações pluviométricas apresentadas na Figura 4.1, onde pode-se observar a sua distribuição espacial. Foram selecionadas em função da série de dados implantados, 3 estações principais e 11 estações secundárias que serviram como apoio para a análise de consistência dos dados das estações principais. Foi adotado o período de 1943 à 1971 para os estudos, por se tratar de um período onde a série de dados das estações principais não apresentava falhas.

A análise de consistência dos dados pluviométricos foi realizada através do modelo Microssistema de Dados Hidrometeorológicos-MSDHD/PROHD desenvolvido pela ANEEL (MME, 1994). Este programa está baseado em processos iterativos de ajuste de uma curva dupla acumulada, que possibilita a análise de uma estação em função de outras com comportamento sazonal semelhante. As falhas existentes na série analisada são preenchidas na primeira iteração e criticadas na segunda, os dados existentes são criticados na primeira e segunda iterações realizadas pelo programa.

Na escolha das estações de apoio para a análise das estações pluviométricas principais, procurou-se utilizar estações próximas e que circundassem a estação em análise evitando escolher postos com grande diferença de altitude.

O coeficiente de correlação mínimo adotado para o aproveitamento da série de dados pluviométricos consistida foi da ordem de 0,70 (Yvonilde Medeiros, Comunicação pessoal).

Os postos selecionados como apoio para a análise das estações pluviométricas bem como os coeficientes de correlação encontrados são apresentados no Quadro 4.2. Observa-se neste quadro que os valores de coeficiente de correlação obtidos apresentaram-se sempre acima do limite estabelecido de 0,70. A partir da análise efetuada concluí-se que as séries de dados das estações selecionadas apresentam dados consistentes, tendo-se optado pela utilização destes dados sem qualquer alteração em seus valores diários.

As Figuras 4.4, 4.5 e 4.6 mostram os histogramas das precipitações médias mensais das estações principais, onde pode-se observar, pela semelhança entre eles, que o regime pluviométrico da bacia hidrográfica do rio Joanes é bastante homogêneo. O período mais chuvoso corresponde aos meses de março à agosto, com precipitação média mensal máxima de 340 mm no mês de maio, registrado na estação de São Bento das Lajes. O período mais seco corresponde aos meses de setembro à fevereiro, com precipitação média mensal mínima de 45 mm registrado na estação de Dias D’Ávila.

A estação pluviométrica utilizada para cada sub-bacia foi definida pelo método dos Polígonos de Thiessen, onde a área de influência de cada posto é determinada a partir da conexão dos postos adjacentes por linhas retas, traçando-se em seguida a mediatriz dessas retas formando polígonos. Os lados do polígono são os limites da área de influência de cada estação (Chow, 1964).

Para a definição da chuva de 30 minutos com recorrência de 10 anos utilizou-se o Método de Taborga (Taborga, 1974). A série de máximos diários de precipitação dos postos pluviométricos selecionados foi ajustada à distribuição assintótica dos extremos do tipo I ou função de distribuição de probabilidade de Gumbel (Chow, 1964), obtendo-se em seguida as precipitações com recorrência de 10 (dez) anos. As chuvas máximas diárias esperadas para o período de retorno acima selecionado são definidas pelas equações 4.1, 4.2 e 4.3.

(4.1)

(4.2)

(4.3)

Onde:

Xf : Moda dos valores extremos,

x : Média dos valores da amostra,

s x :Desvio padrão da amostra,

Yn :Média da variável reduzida,

s n :Desvio padrão da variável reduzida,

y : Variável reduzida,

T : Período de retorno,

c : Chuva máxima esperada.

Através da curva tempo de concentração versus altura de chuva efetuou-se a desagregação da chuva máxima de 1 (um) dia para a duração desejada. Fazendo-se:

(4.4)

(4.5)

Onde:

P1dia :Precipitação diária observada,

t :Coeficiente de Taborga tabelado para Isozonas de igual relação (Taborga, 1974).

No Quadro 4.3 tem-se os resultados obtidos para cada Estação Pluviométrica.

4.3.2.2 Parâmetros de solo

Para cada zona homogênea foram definidas as características do solo predominante, a partir de dados constantes do Projeto RADAMBRASIL (MME,1981) e do Guia da Excursão Técnica-Solos Coesos de Tabuleiros Costeiros (Fundação Cargill, 1998).

O fator de erodibilidade (K) foi determinado pela equação de Wischmeier & Smith (1978), dada por:

(4.6)

Onde:

M : (% de silte + % areia muito fina) X (100 - % de argila),

ka : % de matéria orgânica,

kb : Coeficiente relativo a estrutura do solo,

kc : Classe de permeabilidade.

No Quadro 4.4 são apresentados os parâmetros de cada tipo de solo, para as camadas de solo, para as quais se dispõem de dados.

4.3.2.3 Parâmetros Hidrológicos

Ø Escoamento superficial

A classificação de solos utilizada no método do Soil Conservation Service-SCS, apresenta grupos de solos hidrológicos designados por A, B, C e D, de forma que o solo do tipo A tem o mais baixo potencial de escoamento, e o solo do tipo D, o mais alto potencial de escoamento. O Quadro 4.5 apresenta a descrição de cada solo hidrológico segundo Tucci (1997b) e a relação adotada entre a classificação pedológica e a potencialidade de geração de escoamento.

O fator Curva Número-CN foi determinado para cada zona homogênea, com base no tipo e cobertura do solo. Em função das informações obtidas a partir dos mapas de uso do solo serem insuficientes para classificar de forma consistente as categorias listadas no SCS (USDA-SCS, 1972), elaborou-se uma tabela com categorias alternativas de uso do solo a partir dos valores apresentados em Tucci (1997b), de modo que pudessem ser identificadas e produzissem Curvas Números (CNs) compatíveis com as tabeladas. No Quadro 4.6 são apresentadas as CNs obtidas para as categorias identificadas na bacia hidrográfica do rio Joanes, tendo-se obtido estes valores segundo os seguintes critérios:

I - Água: nesta categoria foram incluídos as áreas alagadas tendo-se adotado o valor 100 para a Curva Número;

II – Plantações regulares: nesta categoria foram incluídos os solos cultivados, tendo-se obtido o CN a partir da média dos valores.

III – Campos permanentes : nesta categoria foram considerados a vegetação arbustiva e campos, tendo-se obtido o CN a partir da média dos valores.

IV – Florestas: nesta categoria foram incluídas a mata e o reflorestamento, tendo-se obtido o CN a partir da média dos valores.

V – Terrenos Baldios: nesta categoria foram incluídos os solos expostos

VI – Zonas residenciais (65% de área impermeável) – nesta categoria foi considerada a área urbanizada.

O CN médio para cada sub-bacia foi determinado a partir da ponderação do valor de CN com as áreas das regiões homogêneas, sendo os valores obtidos apresentados no Quadro 4.7.

Ø Escoamento subterrâneo

Para a definição dos parâmetros necessários para a simulação do escoamento subterrâneo, adotou-se por simplificação, um comportamento uniforme para toda a bacia hidrográfica do rio Joanes.

Como não se tinham elementos para definir, com um grau de precisão aceitável, os parâmetros necessários para a simulação do escoamento subterrâneo, buscou-se calibrar o modelo através destes parâmetros. Assim definiram-se inicialmente faixas de valores médios para as formações hidrogeológicas identificadas a partir do Plano Diretor de Recursos Hídricos das Bacias do Recôncavo Norte e Inhambupe (SRHSH, 1996). As formações identificadas bem como as faixas de valores testadas para cada parâmetro são apresentados no Quadro 4.8.

Os valores adotados foram definidos a partir do melhor ajuste do escoamento de base, comparando-se os valores simulados pelo modelo, com os valores medidos na estação fluviométrica Fazenda Santo Antônio (50918000), sendo os resultados apresentados no item 4.3.4.

4.3.2.4 Parâmetros sedimentológicos

O fator de prática conservacionista (P), que representa a relação entre as perdas de solo de um terreno cultivado com determinada prática e as perdas quando se planta morro abaixo (Bertoni, 1990), foi determinado em função da declividade do terreno segundo Wischmeier & Smith (1978).

Na falta de levantamentos detalhados, para a determinação do fator de uso e manejo (C), que representa a relação entre perdas de solo de um terreno cultivado em dadas condições e as perdas correspondentes de um terreno mantido continuamente descoberto (Bertoni,1990), foram adotados os seguintes critérios:

I – Água: nesta categoria foram consideradas as áreas alagadas tendo-se adotado o valor 0 (zero), para o fator de uso e manejo.

II – Solos cultivados: definido a partir de dados sintetizados por Seixas (1985, apud Reis, 1995), para diferentes tipos de cobertura vegetal na região Nordeste do Brasil, tendo-se adotado o valor médio para culturas diversas.

III – Pastagem: nesta categoria foram considerados campos e vegetação arbustiva, tendo-se adotado os valores apresentados por Seixas (1985, apud Reis, 1995).

IV – Mata: definido a partir de valor apresentado por Seixas (1985, apud Reis, 1995).

V - Reflorestamento: definido a partir de valor apresentado por Dutra(1997).

VI – Área urbana: definido a partir de valor apresentado por Dutra (1997).

VII – Solo desnudado: definido a partir de valores apresentados por Seixas (1985, apud Reis, 1995) e Morgan (1995).

No Quadro 4.9 são apresentados os valores de C (Fator de uso e manejo) obtidos para as categorias identificadas na bacia hidrográfica do rio Joanes.

Para cada sub-bacia foi definido um C médio, determinado a partir da ponderação do valor de C em cada zona homogênea e a área correspondente. Os valores obtidos são apresentados no Quadro 4.10.

O comprimento de rampa pode ser definido como a distância do ponto de origem do escoamento superficial até o ponto onde ocorre a deposição do sedimento transportado pelo escoamento, ou até o ponto onde se encontra um curso d’água perene. Para se estimar o comprimento da rampa (l) adotou-se a formulação proposta por Chaves (1994) em que se tem uma relação entre a declividade média e o comprimento de rampa.

(4.7)

Onde:

l :Comprimento médio da rampa em km;

s :Declividade média da rampa em %

No Quadro 4.11 são apresentados os valores de comprimento de rampa em função das classes de declividade média da bacia hidrográfica do rio Joanes.

4.3.2.5 Parâmetros de canal

Para cada sub-bacia foram definidas as características médias do canal com base em fotografias aéreas datadas de 1989, escala 1:10.000 e mapa topográfico em escala 1:50.000. Estes parâmetros são apresentados no Quadro 4.12.

As características do leito foram consideradas constantes para toda a calha do rio, tendo-se adotado os valores sugeridos por King et al. (1996), para canais com leito formado por mistura de areia e cascalho, contendo quantidade significativa de silte-argila, adotando-se a condutividade hidráulica igual à 15 mm/h e o coeficiente de rugosidade do canal igual à 0,035 para canais de terra, definido segundo Beasley (Bertoni & Lombardi, 1990).

Em função da deficiência de dados, para a definição do fator de erodibilidade (K) e cobertura (C) do canal, foram adotados os valores destes parâmetros em função do conhecimento geral do leito do rio. Assim adotou-se para o parâmetro K o valor de 0,02, representando canais com erodibilidade média (Allen et al., 1999) e para o parâmetro C o valor de 0,8, representando canais com pouca proteção vegetal (King et al., 1996).

Como o objetivo do presente estudo não é verificar as alterações na degradação do leito do canal, a falta de precisão na definição dos parâmetros K e C, não afetará em termos relativos os resultados obtidos, já que estes parâmetros são mantidos constantes para todos os cenários.

4.3.2.6 Parâmetros de reservatório

Na bacia hidrográfica do rio Joanes existem cinco barramentos: (i) Joanes I, (ii) Joanes II, (iii) Ipitanga I, (iv) Ipitanga II e (iv) Ipitanga III. As barragens Joanes I e II estão localizadas no rio Joanes, sendo esta última uma barragem de nível que regulariza uma vazão de 5 m³/s. A barragem Joanes I é sede das captações para as Estações de Tratamento de Água do Parque da Bolandeira em Salvador. No Rio Ipitanga tem-se as barragens Ipitanga I, II e III. Apenas a Ipitanga I foi objeto de estudo de regularização de vazão, sendo responsável também pelo abastecimento das Estações de Tratamento de Água do Parque da Bolandeira. A represa Ipitanga II constitui-se atualmente na sede das captações para a Estação de Tratamento Suburbana de Salvador (Desativada) e para a Usina Siderúrgica da Bahia (USIBA). Na represa Ipitanga III encontra-se instalada a captação que atende as indústrias Fibras do Nordeste e Fábrica de Cimento COCISA/ITAÚ.

No Quadro 4.13 estão apresentadas as principais características dos barramentos.

4.3.3 Calibração

A calibração é uma fase importante na aplicação de modelos de simulação, pois é nesta etapa que os parâmetros do modelo são ajustados. Neste estudo apenas os dados de vazão líquida foram calibrados, já que na bacia hidrográfica do rio Joanes não se tem registro de dados medidos de vazão sólida.

Na calibração do modelo foram utilizados os dados da estação fluviométrica Fazenda Santo Antônio (50918000), situada no rio Ipitanga, afluente do rio Joanes, com 27 km² de área de contribuição.

O preenchimento de falhas da estação fluviométrica Fazenda Santo Antônio, foi realizado a nível mensal por correlação dos logarítimos (r = 0,95) com a estação fluviométrica Coqueiro Grande (50940000).

O modelo foi calibrado buscando um melhor ajuste do escoamento de base através da variação dos parâmetros de água subterrânea. As faixas de valores testadas estão apresentadas no Quadro 4.8, bem como os valores ótimos dos parâmetros adotados.

Na Figura 4.7 é apresentada a curva de ajuste do modelo, onde estão plotados a vazão líquida medida na estação fluviométrica Fazenda Santo Antônio, a vazão líquida simulada pelo modelo SWAT e a precipitação na estação pluviométrica Joanes (01238020). Nesta figura, pode-se observar que tanto as vazões medidas como as simuladas pelo modelo apresentam similaridade de comportamento com relação as chuvas.

A partir da Figura 4.7 pode-se observar que o se ajusta melhor as vazões mínimas e superdimensiona as máximas. Isto se deve ao fato do modelo ter sido calibrado, buscando um melhor ajuste do escoamento de base.

Além da verificação visual do ajuste, julgou-se necessário também, a avaliação deste ajuste em função da análise estatística. Os parâmetros estatísticos utilizados para avaliar a qualidade do ajuste foram o Teste-F e os coeficientes de determinação e de correlação (Fonseca et al., 1978).

Vazão simulada e vazão medida na estação fluviométrica Fazenda Santo Antônio (m3/s)
Mês	simulado	medido	Mês	simulado	medido
1	1.1	1.0	20	2.3	1.5
2	0.9	0.8	21	0.6	0.4
3	0.8	0.7	22	2.8	1.5
4	0.8	0.5	23	1.9	1.7
5	0.5	0.5	24	1.2	1.3
6	0.4	0.3	25	0.7	0.8
7	0.3	0.3	26	0.5	0.6
8	0.6	0.5	27	0.4	0.5
9	1.0	0.7	28	0.5	0.6
10	2.9	1.5	29	0.4	0.4
11	1.3	1.0	30	0.3	0.4
12	0.9	0.9	31	0.2	0.5
13	0.7	0.6	32	0.9	0.7
14	0.5	0.4	33	1.0	0.7
15	0.4	0.5	34	4.1	2.6
16	0.5	0.5	35	1.7	1.9
17	0.3	0.5	36	0.9	1.3
18	0.2	0.4	37	0.8	1.0
19	0.7	0.9	38	0.6	0.8

O Teste-F é computado por:

(4.8)

(4.9)

(4.10)

Onde:

F : variável aleatória com distribuição "F",

Sxy : desvio de x em relação a y,

Sxx : desvio de x em relação a ,

Syy : desvio de y em relação a .,

n : número da amostra.

O Teste-F representa a probabilidade unicaudal de que as variâncias entre as séries estudas são similares, assim para verificar o grau de diversidade entre a série de vazão simulada e a série de vazão medida foi aplicado o Teste F. O intervalo de confiança adotado foi de 5%, tendo-se obtido um valor de F igual a 181,4. Como F calculado F 5% (1,36) pode-se concluir que os dois períodos apresentam níveis de diversidade baixo.

O coeficiente de determinação é computado por:

(4.11)

Este coeficiente indica qual a percentagem da variação total é explicada pela regressão, ou seja se R² = 1 as variações de y são 100% explicadas pelas variações de x. Por outro lado se R² = 0 as variações de y são exclusivamente aleatórias.

O coeficiente de determinação encontrado para o ajuste efetuado foi de 0,83. Este resultado indica que o modelo explica 83% da vazão na seção simulada.

O coeficiente de correlação é computado por:

(4.12)

Onde:

s_xy : covariância entre as variáveis x e y,

s_x : desvio padrão da variável x,

s_y : desvio padrão da variável y.

Este coeficiente permite uma apreciação relativa do ajuste da relação entre duas variáveis a uma tendência retilinear. O coeficiente de correlação entre as séries de vazões medidas e simuladas pelo modelo SWAT na bacia hidrográfica do rio Joanes foi de 0,91, o que indica uma boa correlação entre as mesmas (Scrinivasan et al., 1998).

4.3.4 Simulação

Conforme descrito no item 4.2 foram simulados cinco cenários, a partir dos parâmetros definidos no item 4.3.2. Os resultados médios de produção de água e sedimento na foz do rio Joanes obtidos a partir da simulação dos cenários propostos, bem como a discussão destes resultados são apresentados no item 4.5.

4.4 Estudo das modificações no uso do solo da bacia hidrográfica do rio Joanes

A partir das informações obtidas da carta de uso do solo e vegetação da CONDER, escala 1:100.000, para os anos de 1983 e 1996, foi realizado um estudo comparativo das modificações no uso do solo da bacia hidrográfica do rio Joanes.

Na Figura 4.8 tem-se uma síntese do estudo realizado, onde pode-se observar que a área de Mata Atlântica, que cobria provavelmente a totalidade da bacia hidrográfica do rio Joanes, teve sua extensão reduzida para 10% da área da bacia hidrográfica, no ano de 1983. Entretanto, embora a cobertura vegetal da bacia hidrográfica do rio Joanes tenha sofrido modificações ao longo dos anos, a urbanização na bacia como um todo ainda é insignificante. Em 1983 a região possuía cerca de 95 % de áreas verdes distribuídas entre as diversas categorias de uso do solo apresentadas e apenas 2 % de área urbana. No período entre 1983 e 1996 a região sofreu algumas alterações tendo-se verificado um aumento percentual de 11% de áreas urbanizadas e o crescimento de áreas com solo descoberto, que passaram a representar 4% de área da bacia.

Associado às alterações na cobertura vegetal, foram construídos cinco barramentos na bacia hidrográfica do rio Joanes, conforme descrito anteriormente.

4.5 Impacto das mudanças no uso do solo nas características hidrossedimentológicas da bacia hidrográfica do rio Joanes

4.5.1 Alterações na produção de água

No Quadro 4.14 pode-se observar que a variação na produção de água da bacia hidrográfica do rio Joanes para os quatro primeiros cenários é pequena.

Embora entre os cenários I e II se tenha uma grande alteração na cobertura do solo na bacia hidrográfica, o modelo não se apresenta sensível ao parâmetro Curva Número-CN que representa estas alterações. Isto se deve ao comportamento logarítmico da função que calcula a infiltração no solo e que depende deste parâmetro.

Os testes de sensibilidade do parâmetro CN indicaram uma maior sensibilidade para valores de CN superiores a 80 conforme apresentado na Figura 4.9. Constitui portanto uma limitação do modelo a avaliação da alteração na produção de água em função das alterações na cobertura do solo, quando esta não apresentar uma impermeabilização significativa, ou seja com valores de CN superiores a 80.

Entre os cenários II e III a bacia hidrográfica do rio Joanes apresenta uma urbanização intensa apenas na faixa costeira, entretanto esta constitui-se numa área onde o tipo de solo predominante são Areias Quartsozas Marinhas, com elevado potencial de infiltração. Sendo assim mesmo para a cobertura de solo urbana esta região apresenta um CN máximo em torno de 70 (vide Quadro 4.7).

A partir do cenário IV são avaliados os efeitos da construção dos barramentos na bacia hidrográfica do rio Joanes, que constitui-se em uma das principais interferências do homem no uso do solo das bacias hidrográficas apresentando significativa influência nas águas costeiras. Os aproveitamentos hidráulicos seja para abastecimento público e industrial, irrigação, controle de cheias e/ou produção de energia, tem como consequência a alteração do regime hidrológico à jusante, devido aos efeitos de regularização das vazões, captação e derivação de água e as perdas por evaporação. Estes efeitos levam à redução da vazão média anual, diminuindo a variação sazonal da vazão, alterando a época de ocorrência das vazões extremas, reduzindo a magnitude das cheias e/ou impondo descargas não naturais (Alves, 1993).

No cenário IV é avaliado o efeito da construção da Represa de Ipitanga I, com um volume útil de armazenamento de 3,9 hm³ e uma demanda de 0,78 m³/s. Esta represa em decorrência do seu pequeno porte e do pequeno volume de água derivado apresenta uma interferência insignificante na produção de água na foz do rio. O efeito dos barramentos começa a se fazer sentir, principalmente após a construção da Represa Joanes I (Cenário V), com um volume útil de 15,0 hm³ e uma demanda de 3,3 m³/s. A partir da construção deste barramento a produção de água média anual na foz do rio Joanes apresenta uma redução percentual de 11% em relação ao cenário III. Com a construção das barragens Joanes II e Ipitanga II e III (Cenário VI) a produção de água média anual é reduzida cerca de 18% em relação ao cenário III.

Na Figura 4.10 pode-se observar graficamente a redução da produção de água média mensal em função da construção dos barramentos (cenários III e VI). Com redução das mínimas no verão e das máximas no inverno.

4.5.2 Alterações na produção de sedimento

Os parâmetros do modelo que melhor refletem as consequências das alterações na cobertura do solo na produção de sedimento da bacia, é o fator de uso e manejo do solo (C) e a Curva Número (CN), da qual depende o escoamento superficial.

No Quadro 4.15 pode-se observar que as modificações na produção de sedimento na bacia hidrográfica foram significativas, para todos os cenários simulados. Na Figura 4.11 são apresentados graficamente estas alterações.

Os cenários I, II e III representam as alterações na produção de sedimento na foz do rio Joanes devido às modificações da cobertura do solo. Do cenário I para o cenário II, observa-se um aumento na produção média anual de sedimento no exutório da bacia em torno de 5,41 vezes, em resposta as modificações ocorridas na cobertura do solo, que no cenário I apresentava-se totalmente coberta por mata nativa e no cenário II tem-se a bacia hidrográfica após a ocupação humana, com o solo apresentando coberturas diversas (vide Figura 4.2 - uso do solo para o ano de 1983).

Do cenário II para o cenário III, observa-se um aumento na produção de sedimento de aproximadamente 17%. Este aumento na produção de sedimento no exutório da bacia se deve às alterações no uso do solo ocorridas entre os anos de 1983 e 1996, com aumento de áreas urbanizadas e o aparecimento de áreas com solo desnudo em função principalmente da exploração de materiais para a construção civil.

No Quadro 4.16 é apresentada a evolução da perda de solo para as três condições de cobertura de solo simuladas, em cada uma das sub-bacias. Na Figura 4.12 é apresentada graficamente a perda de solo por sub-bacia.

Comparando-se os valores de perda de solo específica dos cenários I e II, e cenários I e III, pode-se observar que o desmatamento da bacia hidrográfica do rio Joanes ao longo dos anos aumentou consideravelmente as perdas de solo na bacia, o que se refletiu no aumento da produção de sedimento na foz, conforme discutido anteriormente.

Ainda com base nos resultados apresentados, comparando-se os valores de perda de solo específica dos cenários II e III, pode-se verificar que a sub-bacia 1 não apresenta alterações na perda de solo anual da bacia entre os anos de 1983 e 1996, refletindo as poucas modificações verificadas na cobertura do solo nesta sub-bacia, conforme pode ser verificado nas Figuras 4.2 e 4.3.

Já a sub-bacia 2 apresenta um aumento de 77% de perda anual de solo entre 1983 e 1996, devido ao aumento de cerca de 15 % de áreas urbanizadas e a diminuição de áreas de Mata Atlântica, que em 1983 representavam cerca de 22% da área da sub-bacia e em 1996 passaram a representar apenas 9%.

A sub-bacia 3 é a que apresenta maior produção específica de sedimento para o cenário III. Isto se deve ao grande aumento da parcela de solo desnudado em função da exploração de material para construção civil, na margem direita do reservatório de Ipitanga III, cobrindo quase que 50% da área desta sub-bacia. Entretanto a representatividade desta produção de sedimento para toda a bacia é pequena em razão da área desta sub-bacia representar apenas 1% do total de área da bacia hidrográfica em estudo.

A sub-bacia 4 apresenta um crescimento percentual de 46 % de perda anual de solo no ano de 1996 em relação ao ano de 1983, em razão do desmatamento de cerca de 12% de sua área e a intensa exploração de material para construção civil na margem direita do reservatório de Ipitanga II, com o aparecimento de 27% de solo descoberto.

As sub-bacias 5 e 6 apresentam um crescimento de perda de solo de 2,32 e 6,66 vezes, respectivamente, em função do desmatamento e intensa urbanização. Sendo que em 1996 as áreas urbanizadas passaram a representar 40 e 30% das áreas das sub-bacias 5 e 6 respectivamente.

A sub-bacia que apresentou maior crescimento percentual de perda de solo, entre os anos de 1983 e 1996, representados pelos cenários II e III, respectivamente foi a sub-bacia 7, com um crescimento de aproximadamente 26 vezes. Isto se deve ao aumento considerável de áreas urbanizadas na faixa costeira, cerca de 30% e a exploração de materiais para construção civil de áreas próximas ao litoral, conforme pode ser observado na Figura 4.3, com um aumento de solo desnudado de 16% aproximadamente.

Os cenários IV, V e VI, mostram a evolução da produção de sedimento no exutório da bacia hidrográfica do rio Joanes após a construção dos barramentos. Pode-se constatar que a partir da construção das barragens a produção de sedimento no exutório da bacia começa a diminuir (Figura 4.11), apresentando uma redução de 47% no cenário VI em relação ao cenário III.

A construção de barragens induz efeitos de dois tipos no sistema fluvial, o primeiro referente a alteração do regime hidrológico dos rios, já discutido e o segundo diz respeito a retenção aluvionar nos reservatórios das barragens.

A retenção aluvionar nos reservatórios é consequência do aumento da seção transversal na entrada do mesmo que provoca a redução da velocidade e turbulência da corrente, favorecendo a sedimentação. As partículas sedimentares de maior diâmetro transportadas em suspensão e a maior parte da carga de leito depositam-se rapidamente, formando um delta na entrada do reservatório. As partículas de diâmetro menor permanecem em suspensão por mais tempo e depositam-se ainda no reservatório, porém mais à jusante. As partículas mais finas podem permanecer em suspensão por muito tempo, podendo até mesmo, transpor a barragem, levadas pelas águas descarregadas pelos extravasores. A vazão sólida à jusante da barragem é assim menor do que a vazão à montante (Medeiros et al., 1996).

A partir do Quadro 4.17 pode-se observar que o reservatório Joanes II é o que apresenta a menor eficiência de retenção (ER) dos sedimentos, com capacidade de retenção de aproximadamente 57%. O que apresenta o maior valor de ER é o reservatório de Ipitanga III, com retenção de 97,2%.

4.6 Impacto na zona costeira

4.6.1 Modificação na posição da desembocadura

A partir de estudos comparativos de fotos aéreas verticais para os anos de 1959, 1976, 1989, 1992 e 1998 (Figura 4.13), pode-se verificar a ocorrência de mudanças na desembocadura do rio Joanes, onde constata-se a migração da foz deste rio, associada ao crescimento de um pontal arenoso no sentido preferencial da deriva litorânea (NE-SW). Inspeção de campo e exame de pares estereoscópios das fotos aéreas de 1959 indicam que a posição mais a nordeste ocupada pela desembocadura do rio Joanes é aquela indicada na Figura 4.13a, portanto a fotografia aérea datada de 1959 mostra que a migração da embocadura iniciou em período anterior a data da fotografia, em função da presença, já nesta foto de um pontal arenoso bloqueando parcialmente a embocadura.

O fenômeno de migração da foz observado pode ser explicado como consequência de alterações na descarga líquida do rio, conforme discutido no capítulo 1. A redução da vazão líquida de um rio pode-se dar em consequência de fatores naturais, como a alteração dos índices pluviométricos e/ou em função da ação antrópica.

Para verificar a ocorrência de alterações no índice pluviométrico da região no período anterior ao ano de 1955, que corresponde ao ano de fechamento da barragem Joanes I, foram utilizados os dados da estação pluviométrica São Bento das Lajes com período de dados de 1937 à 1970. Para aferir as possíveis alterações no regime pluviométrico da região usou-se de um artifício para determinar de forma aproximada o ano a partir do qual a migração da foz teria tido início. Para tanto assumiu-se que a taxa de migração da embocadura, foi constante ao longo dos anos entre o período de 1959 à 1976.

Considerando que entre os anos de 1959 e 1976 a foz do rio tenha migrado a uma taxa de 27 m/ano, e que a distância entre a foz do rio em 1959 e o último registro da antiga posição da foz é de aproximadamente 200 m, concluiu-se-se que o fenômeno de migração da foz do rio Joanes teve início nos primeiros anos da década de 50.

A partir da série de totais anuais da estação pluviométrica São Bento das Lajes (Figura 4.14) pode-se observar que os anos mais secos foram os anos de 1950 e 1961, seguindo-se a estes anos secos, períodos úmidos. Assim, se for considerado que o crescimento do pontal se deu em função destes anos mais secos, quando a vazão do rio pode ter-se apresentado bastante reduzida, seria lógico imaginar que durante os anos mais úmidos subsequentes este pontal poderia ter sido rompido pelas cheias do rio.

Na bacia hidrográfica do rio Joanes a ação do homem se fez sentir principalmente através da construção de cinco barramentos ao longo do rio principal. Estes barramentos tiveram a sua construção iniciada em 1936. Entretanto a alteração das vazões do rio se faz sentir de forma mais efetiva a partir de 1953, quando tem início à construção da barragem Joanes I. Em 1955 esta barragem entra em operação, tendo provocado, a partir das simulações realizadas, uma redução de 11% na vazão líquida (Cenário IV).

O período de construção de uma barragem, em função das obras de desvio do curso d’água, até o enchimento do lago do reservatório, constitui-se em um período onde as alterações na vazão do rio, tornam-se mais significativas. Neste período às vazões à jusante são alteradas, com uma redução significativa durante o enchimento do lago (Muller, 1996).

No rio Joanes, como a barragem de Joanes I entrou em operação em 1955, é de se esperar que no ano de 1954, as vazões à jusante desta barragem tenham sofrido alterações significativas. Estas alterações compreenderam uma redução considerável das vazões do rio no período de enchimento do lago, sem entretanto retornar à condição anterior à construção do barramento após o enchimento ter se efetivado.

Em 1971, entraram em operação dois novos barramentos, o Joanes II e o Ipitanga I e em 1972 tem-se a barragem de Ipitanga III. A interferência destes três barramentos nas vazões líquidas são simuladas a partir do cenário VI, quando se observa uma redução das vazões médias anuais de 18 %.

Segundo Daveu (1977, apud Cunha & Guerra, 1998), as alterações verificadas à jusante dos aproveitamentos hidráulicos podem alcançar a foz e afetar a dinâmica da linha de costa a ela anexa. Assim, entende-se que a diminuição das descargas líquidas continentais, pode ter ocasionado uma mudança fundamental no comportamento hidraúlico da desembocadura do rio Joanes entre os anos de 1954 e 1972, que representa o período entre o início da construção da barragem Joanes I e a construção do último barramento – Ipitanga III.

A redução da efetividade do espigão hidráulico representado pelo fluxo fluvial, provavelmente foi o principal responsável pelo crescimento do pontal arenoso verificado na embocadura do rio Joanes, bloqueando parcialmente a desembocadura deste rio e forçando a migração da foz no sentido de sotamar. Como a redução da vazão em função da construção de obras hidráulicas, no caso, barragens, não é temporária mas permanente, tem-se uma diminuição definitiva das vazões e consequentemente da efetividade do molhe hidráulico, o que eqüivaleria a um período longo de estiagem que perduraria até os dias atuais. A migração da embocadura nestes casos é contínua, com taxas maiores no início, e redução da mesma à medida em que se estabelece um novo equilíbrio dinâmico. Este equilíbrio na foz do rio Joanes pode ser constatado a partir da comparação das fotografias aéreas entre 1976 e 1998 (Figura 4.13b e 4.13e), quando não se verifica migração significativa da foz do rio.

Como o suprimento de sedimentos para a formação do pontal arenoso é proveniente de barlamar, o processo de migração lateral do pontal foi acompanhado de erosão da linha de costa situada imediatamente à barlamar. Adicionalmente, o lado de sotamar também experimentou erosão, associada à migração da desembocadura do rio.

4.6.2 Modificação no padrão de circulação estuarina

O crescimento do pontal arenoso verificado nas fotografias aéreas (Figura 4.13) alterou de forma significativa a geometria do canal estuarino ao longo dos anos. A presença da barreira arenosa, restringindo o fluxo de maré pode ter modificado os padrões de circulação no estuário do rio Joanes.

Atualmente o que se observa é um progressivo assoreamento da embocadura, função principalmente da expansão de um delta de maré enchente e do processo de espraiamento sobre a crista da barreira arenosa (overwash) observado durante preamares de sizígia ou associadas com altas ondas. As feições deposicionais destes processos estão bem caracterizadas na Figura 4.15a através da morfologia em leque de lavagem desenvolvida à retarguarda do cordão e dos lobos do delta de maré enchente.

Medidas de maré realizadas em três pontos distintos do canal do estuário do rio Joanes (PPPG, 1999), (Figura 4.15b), indicam que os valores de velocidade média instantânea máxima na vertical, para a maré de enchente são maiores que aqueles encontrados para maré de vazante (Figuras 4.16, 4.17 e 4.18). Isto pode indicar que a capacidade de transporte de sedimento dos escoamentos de maré de enchente, preponderam sobre a dos escoamentos de maré de vazante, produzindo um transporte de sedimento resultante para dentro do canal o que favorece o acúmulo de sedimento dentro do estuário.

Este fato associado à tendência de aumento da produção de sedimento na bacia hidrográfica do rio Joanes (vide item 4.5.2), é indicativo de que medidas de controle devem ser tomadas, no sentido de não permitir a ocupação progressiva e sem controle da bacia hidrográfica, principalmente na faixa costeira, onde a urbanização apresenta-se mais acelerada.

Maiores informações contacte:  mqco@ig.com.br

PÁGINA INICIAL

Nocturne (Op. 9/2 E flat major....04:24)  Frédéric Chopin(1810-1849)  Ricardo Castro, piano