UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADE CATARATAS
FACULDADE DINÂMICA DAS CATARATAS
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
Missão: “Formar Profissionais capacitados, socialmente responsáveis e aptos a
promoverem as transformações futuras”
DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE DEFLÚVIO DA
BACIA DO ARROIO OURO VERDE LOCALIZADA NO
MUNICÍPIO DE FOZ DO IGUAÇU/PR
ALVARO MARI JUNIOR
Foz do Iguaçu - PR
2010
ALVARO MARI JUNIOR
DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE DEFLÚVIO DA
BACIA DO ARROIO OURO VERDE LOCALIZADA NO
MUNICÍPIO DE FOZ DO IGUAÇU/PR
Trabalho
Final
de
Graduação
apresentado à banca examinadora da
Faculdade Dinâmica de Cataratas –
UDC, como requisito para obtenção de
grau de Engenheiro Ambiental.
Prof. Orientador: Elisandro Frigo
Foz do Iguaçu – PR
2010
TERMO DE APROVAÇÃO
UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADES CATARATAS
DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE DEFLÚVIO DA BACIA DO ARROIO
OURO VERDE LOCALIZADA NO MUNICÍPIO DE FOZ DO IGUAÇU/PR
TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE
BACHAREL EM ENGENHARIA AMBIENTAL
Alvaro Mari Junior
Elisandro Pires Frigo
Nota Final
Banca Examinadora:
Prof(ª). Dr. Elídio de Carvalho Lobão
Prof(ª). Dr. Adilson Reidel
Foz do Iguaçu, 30 de novembro de 2010.
III
Atrás do toco vem o broto.
IV
AGRADECIMENTOS
À minha família, sem a qual não teria sequer conseguido chegar até aqui.
Ao meu pai, Alvaro Mari, com seus ensinamentos sempre retos e suas cobranças
contínuas e raciocínio justo.
À minha mãe, Edemari Mari, sempre se mantendo junta a mim em minhas decisões,
mostrando sempre um sorriso às mais adversas condições.
Ao meu irmão querido, Ângelo Gabriel Mari, que sempre me deu força em
momentos difíceis, não só na faculdade, mas em todos os âmbitos da minha vida.
À Ana Claudia Cabral, por estar conseguindo me manter sonhando mesmo sob a
pressão continua que representa o fechamento de uma graduação.
À Alisson Rodrigues Alves, André Luis, Eduardo C. Cervi, Rodrigo Mendes e Sidnei
Rodrigo Cozer, por estarem sempre comigo nessa jornada.
A todos os meus familiares, primos, tias e avós. Sem esquecer Navilho Mari e
Gabriel Bernardo, que mesmo não estando entre nós fizeram parte disso.
Ao professor orientador Elisandro Frigo, por mostrar o caminho e auxiliar nas
atividades de elaboração do trabalho.
À Habitat Soluções Ambientais, Rafael Rick Nicklevicz e Ângelo Gabriel Mari, pois
sem os conhecimentos nela adquiridos, o trabalho jamais conseguiria ter sido sequer
proposto.
V
"O conhecimento é como um jardim:
se não for cultivado, não pode ser colhido”
Provérbio Africano
VI
MARI, Alvaro Junior. Determinação do Coeficiente de Deflúvio da bacia hidrográfica
do Arroio Ouro Verde localizado no município de Foz do Iguaçu/PR. Trabalho Final
de Graduação - Faculdade Dinâmica de Cataratas.
RESUMO
Atualmente o valor do coeficiente de deflúvio, que é a razão entre o volume de água
escoado na superfície e o volume de água precipitado, vem sendo determinado com
utilização de tabelas que utilizam como base estimativa teóricas. O trabalho objetiva
a comparação entre metodologias de mapeamento de uso e ocupação do solo, e
uma maior credibilidade para trabalhos hidrológicos que utilizam o coeficiente
calculado. O método utilizado foi o de Uso e Ocupação do Solo através da utilização
de Sistemas de Informação Geográfica, e em seguida aplicação da metodologia
descrita por Tucci na determinação do coeficiente de deflúvio. O trabalho determinou
o valor do Coeficiente de Deflúvio assim como o mapa de uso e ocupação do solo
da bacia do Arroio Ouro Verde localizada na parte sul do município de Foz do
Iguaçu/PR.
Palavras-Chave: Coeficiente Deflúvio – Geoprocessamento - Uso do Solo.
.
VII
MARI, Alvaro Junior. Determination of Runoff Coefficient at the Ouro Verde Small
Watershed in Foz do Iguaçu/PR. Foz do Iguaçu, 2010. Graduations Final Work
(Bachelor of Environmental Engineering) - Faculdade Dinâmica de Cataratas.
ABSTRACT
Nowadays the value of the runoff coefficient, that is the ratio of the volume of water
drained on the surface and the volume of water precipitated is determined by
utilization of table that uses as foundation theory estimative. Aiming the comparation
between two methods of determination of land use and ocuppation and a greater
credibility in hidrological studies using the coefficiente calculated. This work was
utilized another method of determination of the runoff coefficient in a small
watershed. The applied was the land Use and Occupation method with use of
Geografic Infomations Systens and determined the coefficient by methodology
discribed by Tucci to determination of runoff coefficient. This work determined not
only the value of the runoff coefficient but the correct map of land use and occupation
of the watershed of River Ouro Verde located in the south side of Foz do Iguaçu/PR.
Key-Words: Runoff Coefficient – Geoprocess - Land Use
.
VIII
SUMÁRIO
RESUMO.............................................................................................................. VI
ABSTRACT.......................................................................................................... VII
1 INTRODUÇÃO..................................................................................................
12
2 REFERÊNCIAL TEÓRICO ..............................................................................
14
2.1 CICLO HIDROLÓGICO..................................................................................
2.2 BACIA HIDROGRÁFICA................................................................................
2.3 ESCOAMENTO SUPERFICIAL....................................................................
2.4 MAPAS REFERENTES À ÁREA DE ESTUDO.............................................
2.4.1 Mapa altimétrico..........................................................................................
2.4.2 Mapa hipsométrico,.....................................................................................
2.4.3 Mapa de declividade ..................................................................................
2.5 COEFICIENTE DE DEFLÚVIO......................................................................
3 MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................
14
15
16
17
17
17
18
18
20
3.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ..............................................
3.2 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS......................................................
3.2.1 Coleta de dados..........................................................................................
3.2.2 Aplicação dos dados...................................................................................
3.2.2.1 Fator de forma..........................................................................................
3.2.2.2 Coeficiente de compacidade....................................................................
3.2.2.3 Declividade da bacia................................................................................
3.2.2.4 Método racional........................................................................................
3.2.2.5 Determinação de coeficiente deflúvio......................................................
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO........................................................................
20
21
21
21
22
22
23
23
24
26
4.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS DA BACIA.....................................................
4.1.1 Características Fisiográficas da Bacia .. ....................................................
4.1.2 Características Físicas da Bacia.................................................................
4.2 USO DO SOLO ATRAVÉS DO MÉTODO DE FOTOGRAMETRIA...............
4.3 CÁLCULO DO COEFICIENTE DE DEFLÚVIO..............................................
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS .............................................................................
26
26
27
28
31
34
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁRICAS...................................................................
35
ANEXOS .............................................................................................................
39
IX
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Classificação para cálculo do Coeficiente de Deflúvio.......................
24
Tabela 2: Descrição Fisiográfica da Bacia do Arroio Ouro Verde......................
26
Tabela 3: Descrição das Características da Bacia do Arroio Ouro Verde.......... 27
Tabela 4: Coeficientes de Deflúvio utilizados para os cálculos anteriores.........
28
Tabela 5: Participação de cada Uso na Bacia do Arroio Ouro Verde................. 28
Tabela 6: Participação de cada Uso na Bacia do Arroio Ouro Verde................. 30
Tabela 7: Valores Calculados para o Coeficiente de Deflúvio............................ 32
X
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Localização da área de estudo.............................................................
21
Figura 2: Mapa de Uso e Ocupação do solo da Microbacia do Arroio Ouro
Verde ................................................................................................................... 29
XI
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1: Fator de Forma................................................................................ 22
Equação 2: Coeficiente de Compacidade..........................................................
22
Equação 3: Declividade da Bacia ......................................................................
23
Equação 4: Método Racional.............................................................................. 23
Equação 5: Coeficiente de Deflúvio.................................................................... 24
12
1 INTRODUÇÃO
Atualmente, cerca de setenta e cinco por cento dos habitantes do Brasil
vivem em áreas urbanas. A ocupação destas áreas de forma incorreta pode
ocasionar problemas, podendo estes ser em cursos de água, solo ou no meio sóciocultural, e conseqüentemente, aos seres humanos.
Alguns fenômenos hidrográficos acabam sendo considerados como
problemas se não há um planejamento adequado para a ocupação de determinadas
áreas. Enchentes e desbarrancamentos são problemas comumente enfrentados em
áreas irregularmente ocupadas, principalmente em leito de rios, o que mostra o
porquê de a necessidade de realizar estudos mais aprofundados. A melhor forma de
evitar problemas de natureza hidrológica é elaborar um Plano Diretor de Drenagem
Urbana (Tucci, 1997).
De acordo com Pinto (2003), os estudos hidrológicos baseiam-se na
quase repetição dos regimes de escoamento hídricos e precipitação local ao longo
dos anos. Ou seja. Mesmo que haja uma pequena alteração nesses regimes ao
longo do tempo. As grandes linhas mantêm-se semelhantes ao regime base.
O escoamento superficial assim como a precipitação são importantes
etapas no ciclo hidrológico (Garcez e Alvarez, 1988). Afirmam também que
utilizando ambos os fatores é possível relacioná-los e determinar características
hidrológicas locais. Como por exemplo. A suscetibilidade à cheias, tendo assim em
mãos a previsão das mesmas.
Determinar o escoamento superficial mostra-se importante, pois possibilita
apontar possíveis impactos que ocorrem ou ocorrerão nas bacias, como por
exemplo, a sedimentação, problema o qual pode em pontos extremos até mesmo
alterar leitos de corpos hídricos e que se mostra agravado pela ocupação irregular
em áreas ribeirinhas, que além de impermeabilizar a área aumentando o
escoamento superficial reduz a vegetação ciliar aumentando a suscetibilidade a
erosões.
Objetivando a determinação do Coeficiente de Deflúvio (ou coeficiente de
escoamento superficial) “C” da bacia do Arroio Ouro Verde, localizada no bairro
Porto Meira no município de Foz do Iguaçu, no estado do Paraná, por um método
mais preciso o trabalho foi elaborado.
13
O trabalho se justifica pela importância de um valor acurado para o
coeficiente de deflúvio, tendo em vista que é um valor importante no calculo do
escoamento superficial de uma bacia, que por sua vez é importante no cálculo de
partículas carreadas para o curso hídrico.
14
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1. CICLO HIDROLÓGICO
Segundo Tucci (1993), o ciclo hidrológico é o fenômeno global de
circulação fechada da água entre a superfície terrestre e a atmosfera, impulsionado
fundamentalmente pela energia solar associada à gravidade e a rotação terrestre.
De modo geral, Bigarella (2003) afirma que o ciclo hidrológico consiste no
“transporte da água evaporada do mar para a terra, sua precipitação e drenagem em
direção ao oceano”.
Pinto (2003) afirma que quando as gotículas de água, formadas por
condensação, atingem determinada dimensão, precipitam como chuva. Se durante o
processo de queda tais gotículas passem por zonas com temperaturas abaixo de
zero, pode haver formação de partículas de gelo, e consequentemente originando
granizo. Em casos onde a condensação ocorrer sob temperaturas abaixo do ponto
de congelamento, então haverá a formação de neve.
De acordo com Silveira (1997), pode-se iniciar a descrição do ciclo
hidrológico pela existência do vapor de água na atmosfera. Este vapor, em
determinadas condições condensa-se, formando quando agrupadas, nuvens. Devido
à dinâmica atmosférica das massas de ar ocorre a precipitação. No trajeto em
direção à superfície terrestre esta chuva está sujeita à evaporação. A parcela que
atinge o solo, diretamente, por fluxo de tronco ou por reprecipitação a partir da
vegetação, infiltra-se no solo até que a superfície deste sature de água. Quando
atingida esta saturação superficial do solo, inicia-se o escoamento superficial, que é
impulsionado pela gravidade. Do volume que atinge o solo, parte é infiltrada, parte é
escoada sobre a superfície e parte é evapotranspirada, segundo Pinto (2003).
Segundo Reichardt e Timm (2004), denomina-se infiltração o processo
pelo qual a água entra no solo, que perdura enquanto houver disponibilidade de
água em sua superfície. Ou ainda, o processo onde a água penetra no solo, e dura
até a saturação da superfície do solo. Silveira (2007) afirma que desde a saturação
superficial até as de maiores profundidades, a parte infiltrada da água é reduzida
gradativamente, a parte que não infiltra, gera o escoamento superficial. Da parte que
15
é infiltrada, o que os vegetais não aproveitam percola até os lençóis freáticos que
normalmente contribui para o escoamento de base dos rios.
O escoamento superficial guiado pela gravidade indo em direção a cotas
mais baixas, ou seja, normalmente para os cursos hídricos. Durante esse processo
pode ocorrer infiltração ou evaporação, que varia de acordo com as características
do terreno. A água retida nas depressões ou como umidade superficial do solo pode
ainda evaporar-se ou infiltrar-se (PINTO, 2003).
2.2. BACIA HIDROGRÁFICA
O estudo da bacia hidrográfica torna-se fundamental ao levar em conta o
fato de que a parte mais estudada do ciclo hidrológico, é a parte terrestre. De acordo
com Tucci (1993) “a bacia hidrográfica pode ser considerada como um sistema físico
onde a entrada é o volume de água precipitado e a saída é o volume de água
escoado pelo exutório...”.
Dentre as unidades de observação e análise da paisagem, a bacia
hidrográfica é uma das mais utilizada pelos ambientalistas. O conceito envolve um
conjunto de terras drenadas por um rio principal e seus afluentes (Guerra, 2003).
Para Garcez e Alvarez (1988), as características topográficas, geológicas,
geomorfológicas, pedológicas e térmicas, bem como o tipo de cobertura da bacia,
desempenham papel essencial no seu comportamento hidrológico, sendo importante
medir numericamente algumas dessas influências.
A tendência cada vez mais acentuada de ocupação de todas as partes do
globo pelo homem, para aproveitar os materiais disponíveis, faz com que o tipo de
cobertura do terreno de uma bacia se modifique, em alguns casos substancialmente,
alterando as características da bacia no tempo. Afirma também que dividir o terreno
das bacias em permeável e impermeável é um dos principais objetivos de estudos
pedológicos. (GARCEZ; ALVAREZ, 2002).
16
2.3 ESCOAENTO SUPERFICIAL
Garcez e Alvarez (1988) dizem que a fase do ciclo hidrológico que trata o
conjunto das águas que, por causa da gravidade desloca-se na superfície é
denominado escoamento superficial. O estudo do escoamento superficial considera
o movimento da água na superfície apenas sobre solo impermeável ou já saturado
de água, o excedente escoa na superfície formando enxurradas, córregos, rios e
lagos. (MARTINS, 2003).
O escoamento superficial está diretamente relacionado às precipitações.
É possível realizar análises quantitativas através do cruzamento de dados referentes
aos dois eventos, e assim ter uma previsão de possíveis cheias em determinadas
áreas. (GARCEZ E ALVAREZ, 1988).
Martins (2003,) diz que parte do volume da água precipitada é retida pela
vegetação e devolvida para a atmosfera por evaporação. Do volume restante que
atinge o solo, parte sofre evaporação, e o restante tem dois destinos, infiltração ou
escoamento superficial, seguindo as linhas mais declivosas.
De acordo com Garcez e Alvarez, a cobertura vegetal, tem influencia para
condicionar a rapidez do escoamento precipitação acontece, isso ocorre até
alcançar o equilíbrio. Conforme a água atinge as cotas mais baixas do terreno,
passam a escoar em canalículos que formam o escoamento superficial. Dizem ainda
que a ação das florestas sobre o escoamento são regularizadores de vazões dos
cursos, porem não aumentam a vazão média.
Martins (2003) ressalta que ao iniciar o escoamento superficial, uma
pequena camada de água cria-se sobre a superfície, tal película se torna mais
espessa conforme a microrrede de drenagem. Devido às ações erosivas as
dimensões de tais canalículos aumentam, e por conseqüência o escoamento
ocorrera por tais caminhos preferenciais.
Garcez e Alvarez (1988) dizem que as águas provenientes da
precipitação atingem o leito do curso de água por quatro vias diversas: escoamento
superficial, escoamento subsuperficial, escoamento subterrâneo e precipitação
direta sobre a superfície líquida.
O início do escoamento superficial se dá algum tempo depois do inicio da
precipitação. Esta diferença de tempo ocorre devido a ações dos vegetais na
17
interceptação, à saturação do solo e depressões no terreno. (MARTINS, 2003).
2.4 MAPAS REFERENTES À ÁREA DE ESTUDO
Os Sistemas de Informação Geográfica (SIGs) permitem a obtenção
qualitativa e quantitativa de dados computacionais geográficos possibilitando a
gestão dos recursos e aplicação de técnicas otimizadas baseadas em diagnóstico
georreferênciados (CAVALLARI, 2007).
Os mapas são gerados a partir destes SIGs e são uma importante
ferramenta na elaboração de um diagnóstico de grandes área (MANCUSO; ET.al,
2006) . O mesmo ainda afirma que os SIGs transferem para a cartografia, toda a
base de dados aumentada a importância do estudo.
Entre eles seguem alguns mapas importantes, para o estudos das bacias:
2.4.1. Mapa Altimétrico
O mapa altimétrico representa o relevo da bacia do Rio através de curvas
de nível. Junto às curvas são apontadas cotas altimétricas e sobrepostos os
divisores da bacia, a rede viária e a hidrografia.
De acordo com Loch e Cordini (1995), curvas de nível são curvas planas
que ligam pontos de igual altura. A altura apresentada no mapa altimétrico expressa
à altitude do terreno em relação ao nível do mar.
2.4.2. Mapa Hipsométrico
O mapa hipsométrico indica a distribuição de zonas de altitude
homogêneas na unidade hidrográfica fronte a representação de sua superfície
(faixas de 20 metros) associadas a uma seqüência de cores hipsométricas.
18
Segundo Rosa e Brito (2003), os estudos hipsométricos permitem
conhecer o relevo e detectar seu índice de dissecação, fatores que inferem no
processo erosivo através do escoamento superficial da água. Segundo Pereira Filho
(2009), maiores índices de dissecação representam também maior suscetibilidade à
erosão e conseqüente aporte de sedimentos ao meio aquático.
2.4.3. Mapa de Declividade
O mapa de declividade representa a inclinação do terreno da bacia,
gerado a partir de sua altimetria. Segundo Rosa e Brito (2003), o mapa de
declividade constitui um instrumento de apoio no planejamento de uso de práticas e
equipamentos agrícolas mecanizados, além de poder ser utilizado em análises de
estrutura agrária e geomorfologia.
A preocupação com o declive relacionado ao uso do solo também é
evidenciada no trabalho de Souza et al. (2006), que utiliza a declividade como um
dos parâmetros para definir as Classes de Risco Ambiental do Solo, uma vez que as
terras declivosas são suscetíveis à erosão e possuem limitações para que sejam
utilizadas sem acarretar em degradação ambiental.
2.5 COEFICIENTE DE DEFLÚVIO
O coeficiente de Deflúvio ou coeficiente de escoamento superficial
representa a relação entre volumes de escoamento superficial e o total precipitado.
Por definição, é a grandeza, no método racional, que requer maior acuidade na sua
determinação, tendo em vista que grande numero de variáveis que influem no
volume escoado, tais como infiltração, armazenamento, evaporação, detenção,
tornando necessariamente, uma adoção empírica do valor adequado, de acordo
TUCCI, 1993.
O Coeficiente de escoamento superficial de uma bacia pode ser estimado
pela ponderação do coeficiente de diferentes superfícies, afirma TUCCI, 1993.
19
De acordo com MORAES (2007), os valores encontrados para o
Coeficiente de Deflúvio através do método de uso do solo através de sensoriamento
remoto apresentou resultado superior ao utilizado pela prefeitura do município no
qual realizou o seu trabalho.
Segundo Villela e Mattos (1975), o coeficiente de deflúvio ou coeficiente
de escoamento superficial, ou “run off” pode ser definido como a razão entre o
volume de água escoado na superfície e o volume de água precipitado. O mesmo
afirma que este coeficiente pode ter relação a um intervalo de tempo com varias
chuvas ou à apenas uma chuva isolada.
Segundo Silva e Cerqueira (2010), de uma quantidade total precipitada
sobre o solo, apenas parte escoa superficialmente, o restante é interceptado, ou
pela cobertura vegetal, ou por depressões do terreno, infiltra ou evapora. Existe uma
proporção entre cada uma destas parcelas, esta proporção esta em função de
condições
físicas
do
solo,
tais
como
declividade,
tipos
de
vegetação,
impermeabilização, capacidade de infiltração e relevo. A relação entre a parcela que
escoa na superfície e o total precipitado sobre a área da bacia é denominada de
coeficiente de deflúvio.
De acordo com PINTO (2003), o coeficiente de deflúvio é a relação entre
a quantidade total de água escoada pela secção e a quantidade total de água
precipitada na bacia hidrográfica. Ele diz ainda que pode ser referida a apenas uma
dada precipitação ou todas as que ocorreram em um determinado intervalo de
tempo, e em caso de considerar uma precipitação isolada, o coeficiente será tanto
maior quanto menores forem a capacidade de infiltração e os volumes de água
interceptados pela vegetação e obstáculos ou retidos nas depressões do terreno.
20
3 MATERIAL E MÉTODOS
3.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
O Arroio Ouro Verde está localizado na região sul da cidade de Foz do
Iguaçu no Bairro Porto Meira dentro do perímetro urbano, conforme Figura 1. As
águas pluviais são drenadas do sentido leste para oeste de uma bacia quase que
totalmente
urbanizada.
Está
geograficamente
localizado
na
latitude
de
25°34'19.75"S e longitude 54°33'39.22"W, sua nascen te na latitude 25°33'42.75"S e
longitude 54°35'36.62"W na sua foz.
A área em estu do tem uma extensão
aproximada de 2500 metros e compreende o trecho da bacia desde o Horto
Municipal ate a Avenida General Meira. A área do Horto Municipal apresenta
vegetação nativa, com casos isolados de construções, em contrapartida o outro
lado, próximo à Avenida General Meira existe uma grande quantidade de
construções, mostrando o uso predominantemente impermeabilizado, até mesmo
em áreas de preservação permanente.
Figura 1: Localização da área de estudo.
Fonte: CBERS-2B
21
3.2 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
3.2.1 Coleta de Dados
Os dados foram coletados tanto em Bancos de informações da Prefeitura
de Foz do Iguaçu e da Copel, quanto obtidos a campo através de amostragem.
Foram utilizadas imagens fusionadas do satélite CBERS-2B,
3.2.2 Aplicação dos Dados
Para definir o uso do solo, foram utilizadas análises visuais tanto na
imagem como a campo, visando efetuar um mapa de uso e ocupação do solo
manualmente através de fotogrametria (que é definida como a ciência aplicada, a
técnica e a arte de extrair de fotografias métricas, a forma, as dimensões e a posição
dos objetos nelas contidos análise das imagens).
3.2.2.1 Fator de Forma
A determinação da forma da bacia foi estima pela equação proposta por
PORTO (1999):
F=
A
L²
(1)
Onde “F” é o fator de forma, “A” a área da bacia e “L” é o comprimento da
bacia (curso de água mais longo, desde a desembocadura até a cabeceira mais
distante da bacia) e “A” é a área da bacia
22
3.2.2.2 Coeficiente de Compacidade
PORTO (1999) propõe para o calculo de coeficiente de compacidade (ou
índice de Gravelius) a seguinte equação :
Kc = 0.28
P
A
(2)
Onde “Kc” é o coeficiente de Compacidade, “P” é o perímetro (em
quilômetros), e “A” é a área (em Km²)
Este coeficiente varia de acordo com o formato da bacia, e esta
diretamente relacionada à irregularidade da mesma, quanto mais irregular for, maior
será o coeficiente.
3.2.2.3 Declividade da Bacia
Para a estimativa da declividade da bacia Porto (1999) propõe a seguinte
equação:
S=
∆H
L
(3)
Onde “S” é a declividade, “H” é a diferença de cota (metros) (pontos do
início e fim do canal) e “L” é o comprimento do canal entre esses pontos.
Quanto maior for a declividade, maior será a velocidade do escoamento.
23
3.2.2.4 Método Racional
Utilizado na determinação da vazão máxima de projeto de pequenas
bacias, apresenta a seguinte equação (CARVALHO,2006):
Q=
C.im. A
360
(4)
Onde “Q” é pico da vazão em m³/s;
C = coeficiente de deflúvio, definido como a relação entre o pico de vazão
por unidade de área e a intensidade média de chuva;
im é a intensidade média da precipitação sobre toda área drenada, de
duração igual ao tempo de concentração, em mm/hora;
A é a área drenada (km²)
3.2.2.5 Determinação de Coeficiente de Deflúvio
Este valor será definido pela metodologia descrita por Tucci (2000), que
consiste em analisar individualmente cada uso de solo da bacia, classificando cada
um deles com um coeficiente próprio e extraindo uma média para toda a bacia.
Este resultado é obtido através da multiplicação entre a porcentagem de
cada uso e os valores para os Coeficientes de Deflúvio (coeficiente de escoamento
superficial) encontrados na Tabela 1.
Tabela 1: Classificação para cálculo do Coeficiente de Deflúvio
Uso do solo
Coeficiente (C)
Mínimo
Médio
Máximo
24
Vegetação Baixa
0,05
0,08
0,10
Vegetação Alta
0,05
0,13
0,20
Solo Exposto
0,05
0,13
0,20
Área Urbana
0,75
0,80
0,85
Asfalto
0,70
0,83
0,95
Fonte: Assis, 2007
Para o calculo de C, foi utilizada o equação proposta por Wilken (1978):
C=
Ci * Ai + Cp * Ap
At
(5)
Onde “C” é o Coeficiente de escoamento superficial;
Ci é o Coeficiente de escoamento superficial em áreas impermeabilizadas
Ai é a área impermeável da bacia;
Cp representa o Coeficiente de áreas permeabilizadas;
Ap representa a área permeável;
At é a área total da bacia.
Na execução do trabalho, foram consideradas áreas permeáveis, as
áreas de vegetações altas e baixas, bem como a área de solo exposto. Como áreas
impermeáveis foram consideradas a área urbana e os asfaltos.
25
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS DA BACIA
Em estudos já realizados na bacia do Arroio Ouro Verde por Duarte e
Frigo (2010), algumas características da área já foram determinadas:
4.1.1. Características Fisiográficas da Bacia
Os dados fisiográficos calculados por Duarte e Frigo (2010) da bacia
podem ser encontrados na Tabela 2.
Tabela 2: Descrição Fisiográfica da Bacia do Arroio Ouro Verde
Características Fisiográficas
Área de drenagem
4,3586 km2
Comprimento rio principal
4,979 Km
Comprimento axial da bacia
3,7433 Km
Perímetro da bacia
9,7765 Km
Largura1
928,99 m
Largura2
1363,28 m
Largura3
1982,79 m
Altitude máxima
210 m
Altitude mínima
100 m
Fonte: Duarte e Frigo,2010
26
4.1.2. Características Físicas da Bacia
Assim como as características fisiograficas, o mesmo estudo realizado por
Duarte e Frigo (2010) tabelara as características da bacia, como podem ser
visualizados na Tabela 3.
Tabela 3: Descrição das Características da Bacia do Arroio Ouro Verde
Caracterização da Bacia
Fator de Forma
0,38
Coeficiente de Compacidade
1,31
Índice de Conformação
0,31
Declividade do Curso D’água (S1)
0,022 m m-1
Declividade do Curso D’água (S2)
0,044 m m-1
Tempo de Concentração (Urbana)
25 min.
Tempo de Concentração (Verde)
44.468 min.
Intensidade Média (Urbana)
82,43 mm hora-1
Intensidade Média (Verde)
61,02 mm hora-1
Vazão Max. De Esc. Superficial (Urbana)
47,15 m3 s-1
Vazão Max. De Esc. Superficial (Pastagem)
2,54 m3s-1
Vazão Max. De Esc. Superficial (Terras Cultivadas)
8,83 m3s-1
Vazão Max. De Esc. Superficial (Florestas)
2,29 m3s-1
Vazão Max. De Esc. Superficial (Total)
60,81 m3s-1
Fonte: Duarte e Frigo,2010
Os valores utilizados como Coeficiente de deflúvio e áreas de cada uso,
utilizadas no estudo elaborado sobre a mesma área, proposto por Duarte e Frigo
(2010), estão expressos nas tabelas 4 e 5 respectivamente.
27
Tabela 4: Coeficientes de Deflúvio utilizados para os cálculos anteriores
Uso do Solo
Coeficiente aplicado
Área Urbana
0,80
Terras Cultivadas
0,60
Florestas
0,40
Pastagens
0,40
Fonte: Duarte e Frigo, 2010
Tabela 5: Participação de cada Uso na Bacia do Arroio Ouro Verde
Uso do Solo
Participação (%)
Área Urbana
58,92
Terras Cultivadas
7,74
Florestas
19,88
Pastagens
8,58
TOTAL
95,12
Fonte: Duarte e Frigo, 2010
O total não alcançou 100% devido ao método utilizado no mapeamento,
que permitiu áreas vazias, que não se enquadraram em nenhuma classe de uso e
ocupação do solo.
4.2 USO DO SOLO ATRAVÉS DO MÉTODO DE FOTOGRAMETRIA
Para definir o uso do solo por fotogrametria foi necessário fusionar uma
imagem CBERS. Depois de fusionada a imagem foi georreferenciada. Processo no
qual uma imagem tem suas coordenadas transformadas em coordenadas
conhecidas. Desta forma os arquivos gerados pelo uso desta imagem, estarão nas
suas coordenadas reais.
Após ter a imagem referenciada, foram realizadas analises, tanto sobre a
imagem como a campo, desta forma os usos de cada parte da bacia foram
estabelecidos.
As classes de uso utilizadas foram: Área Urbana, Asfalto, Solo Exposto,
Vegetação Alta e Vegetação Baixa.
28
Com a utilização do software OpenJump, foi possível traçar as
separações de cada uso, gerando assim a figura 2.
Outros métodos de classificação de uso e ocupação do solo, que foram
testados apresentaram resultados inferiores se comparados ao resultado obtido por
fotogrametria. Os outros métodos apresentaram, por serem realizados por
interpoladores, grande confusão entre os usos.
O método de fotogrametria para ter uma melhor precisão, requer visitas
adicionais à campo após o mapa já estar elaborado. Esta visita serve para ver se
não houve a confusão em um ou mais usos, neste caso, não houve tal problema.
Figura 2: Mapa de Uso e Ocupação do solo da Microbacia do Arroio Ouro Verde
Fonte: Obtida através do software OpenJump
A utilização de bancos de dados mais precisos pode acurar a
porcentagem definida para alguns usos, como o asfalto por exemplo. Ás área
consideradas como Área Urbana, foram as com predominância de edificações,
assim como as arvores isoladas dentro de núcleos urbanos, tendo em vista que
estas estão em sua maioria impermeabilizadas no entorno de seu tronco. Como
Vegetação Baixa foram considerados os usos de solo com gramíneas, pastagens e
agriculturas. As áreas de Vegetação Alta foram classificadas em espaços onde há a
29
presença de mata ciliar, florestas e também a área onde se localiza o Horto
Municipal.
Com o auxilio do software gvSIG, foi possível extrair informações
geográficas que estão expressas na Tabela 6.
Tabela 6: Participação de cada Uso na Bacia do Arroio Ouro Verde
Uso do Solo
Participação (%)
Área (ha)
Asfalto
6,45
27,8529
Solo Exposto
9,20
42,3877
Vegetação Alta
15,60
69,3693
Vegetação Baixa
25,50
112,6996
Área Urbana
43,25
184,5492
TOTAL
100
436,8587
Fonte: Autor
Comparando cada uso de solo nas Tabelas 5 e 6 pode-se afirmar que há
uma grande diferença de valores encontrados, principalmente no Uso, Área Urbana.
A porcentagem se difere em aproximadamente 15,67%. Este valor se transformado
em área, representa aproximadamente 68,45 ha, o que representa um espaço
grande o bastante para influenciar no coeficiente de deflúvio calculado.
Outro usos que influenciaram no coeficiente final calculado foram o
asfalto, uso o qual o estudo de Duarte e Frigo (2010) não abordaram; e vegetação
alta/florestas, que o valor influencia, reduzindo o coeficiente de deflúvio final
calculado.
Os possíveis motivos para a disparidade dos usos do solo encontrados,
pode se dar pelo emprego de uma metodologia diferente, ou pela utilização de uma
imagem não atualizada da área.
30
4.3 CALCULO DO COEFICIENTE DE DEFLÚVIO
Aplicando a fórmula proposta por Wilken (1978), nos resultados obtidos
com a utilização do software, podemos encontrar 3 valores para o coeficiente de
deflúvio da bacia, são eles : Coeficiente de Deflúvio, mínimo, médio e máximo, que
são representados respectivamente as seguintes símbolos C mínimo, C médio, C máximo:
=
Cmínimo
( 0 , 75 * 184 , 5492 ) + ( 0 , 70 * 27 , 8529 ) + ( 0 , 05 * 112 , 6996 ) + ( 0 , 05 * 69 , 3693 ) + ( 0 , 05 * 42 , 3877 )
436 , 8587
Simplificando, temos:
=
Cmínimo
(138 . 4119 ) + (19 , 47813
) + ( 5 . 63498 ) + ( 3 . 468465
436 , 8587
) + ( 2 . 11938
)
Calculando, encontramos para C mínimo o valor de 0,387.
Para o valor de C médio temos:
Cmédio
=
( 0 , 8 * 184 , 5492 ) + ( 0 , 83 * 27 , 8529 ) + ( 0 , 08 * 112 , 6996 ) + ( 0 ,13 * 69 , 3693 ) + ( 0 ,13 * 42 , 3877 )
436 , 8587
Simplificando, temos:
Cmédio
=
(147 , 63936
) + ( 23 ,117907
) + ( 9 , 0159 ) + ( 9 , 0180 ) + ( 5 , 5104 )
436 , 8587
Calculando, encontramos para C médio o valor de 0,4447.
O mesmo procedimento quando realizado para o cálculo de C
obtemos:
máximo
31
=
Cmáximo
( 0 , 85 * 184 , 5492 ) + ( 0 , 95 * 27 , 8529 ) + ( 0 ,10 * 112 , 6996 ) + ( 0 , 20 * 69 , 3693 ) + ( 0 , 20 * 42 , 3877 )
436 , 8587
Simplificando, temos:
=
Cmáximo
( 156 , 8668 ) + ( 26 , 4602 ) + ( 11 , 26996
436 , 8587
) + (13 , 87386
) + ( 8 , 4775 )
Calculando, encontramos para C máximo o valor de 0,4966.
Na tabela 6, pode ser observado de uma forma simplificada os valores
encontrados.
Tabela 7: Valores Calculados para o Coeficiente de Deflúvio
Classe
Áreas (m²)
“C”
“C”
“C”
Mínimo
Médio
Máximo
Participação
Asfalto
278529.125836
6,45%
0,70
0,83
0,95
Solo Exposto
423876.836326
9,20%
0,05
0,13
0,20
Vegetação Alta
693693.607984
15,60%
0,05
0,13
0,20
Vegetação Baixa
1126995.7041
25,50%
0,05
0,08
0,10
Área Urbana
1845492.42307
43,25%
0,75
0,80
0,85
Total
4368587.697316
100,0%
0,387
0,45
0,4966
Fonte: Autor
Observando as Tabelas 4 e 7, pode-se notar diferença entre esses
valores.
Para evidenciar a influencia da diferença entre o coeficiente de deflúvio
tabelado e calculado, o “C” calculado foi aplicado na equação 4 (Vazão Máxima de
Projeto), e foram obtidos os seguintes valores (utilizando C
mínimo,
C
médio,
C
máximo,
respectivamente):
Será utilizada como intensidade média, a média entre ambos os valores
calculados por Duarte e Frigo (2010), tendo em vista que esta metodologia utilizada
um Coeficiente apenas para toda a extensão da bacia.
32
Q=
C.im. A
360
Q=
0,39 * 71,725 * 436,8587
360
Q = 33,944 m3s-1 (Utilizando C mínimo)
Utilizando o C médio, temos:
Q=
0,45 * 71,725 * 436,8587
360
Q = 39,17 m3s-1
Utilizando o C máximo, temos:
Q=
0,50 * 71,725 * 436,8587
360
Q = 43,52 m3s-1
Comparando com o resultado encontrado no estudo de Duarte e Frigo
(2010), 60,81 m3s-1, podemos observar uma grande diferença entre a Vazão Máxima
de Projeto calculada, utilizando os valores tabelados e calculados.
Tal diferença possivelmente surgiu da grande diferença encontrada entre
os usos de solo que cada autor encontrou.
Um valor mais elevado no Uso, Área Urbana, elevaria o resultado
encontrado na Vazão Máxima de Projeto.
33
O valor determinado para vazão máxima de projeto, nesta metodologia é
aproximadamente 30% inferior ao encontrado por Duarte e Frigo (2010). O que
evidencia a importância de um valor preciso para o Coeficiente de Deflúvio.
34
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A determinação de um valor próximo ao real para o coeficiente de deflúvio
é de suma importância em cálculos aprofundados em grandes áreas, pois estes
requerem maior precisão, principalmente se estes estiverem relacionados à
implantação de algum empreendimento que se instale nas beiras de rios.
Para áreas maiores, os valores se afastam mais rapidamente que em
pequenas áreas à medida que a qualidade da classificação fotogramétrica diminui o
que mostra a necessidade de métodos mais precisos para a classificação de uso e
ocupação de solo.
O banco de dados utilizado durante as etapas de geoprocesso devem
estar atualizados, pois as mudanças que acontecem em uma determinada área
alteram diretamente os resultados obtidos.
Quanto maior a precisão dos cálculos, menor os riscos na implantação de
projetos na área estudada.
35
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39
ANEXOS
40
ANEXO 1