UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
INSTITUTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
CURSO DE GEOGRAFIA
ABÍLIO CEZAR FILHO
INSTALAÇÃO E CALIBRAÇÃO DA SEÇÃO FLUVIOMÉTRICA
EXPERIMENTAL PONTE PRAINHA-MONTANTE, RIO DE ONDAS, BAHIA
Barreiras
2013
ABÍLIO CEZAR FILHO
INSTALAÇÃO E CALIBRAÇÃO DA SEÇÃO FLUVIOMÉTRICA
EXPERIMENTAL PONTE PRAINHA-MONTANTE, RIO DE ONDAS, BAHIA
Monografia apresentada ao Colegiado de Geografia do
Instituto de Ciências Ambientais e Desenvolvimento
Sustentável, da Universidade Federal da Bahia, como
requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel
em Geografia.
Orientador: Profº. Dr. Marcelo de Oliveira Latuf
Barreiras
2013
ABÍLIO CEZAR FILHO
INSTALAÇÃO E CALIBRAÇÃO DA SEÇÃO FLUVIOMÉTRICA
EXPERIMENTAL PONTE PRAINHA-MONTANTE RIO DE ONDAS, BAHIA.
Monografia apresentada ao Colegiado de Geografia como
requisito para a obtenção do grau de Bacharel em Geografia, no
Instituto de Ciências Ambientais e Desenvolvimento Sustentável
da Universidade Federal da Bahia.
Aprovada em _____ de _____________ de ________
Banca Examinadora
______________________________
Prof. Dr. Evanildo Santos Cardoso
Examinador
______________________________
Prof. Dr. Flávio Aparecido Gonçalves
Examinador
_____________________________
Prof. Dr. Marcelo de Oliveira Latuf
Orientador
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho aos meus pais Abílio Cezar e Lindaura
Ferreira dos Santos, meu tio Orlando Moraes Cezar in
memoriam, a Maria Amélia de Souza Cezar, Maria Aparecida
de Souza Cezar pelo acolhimento e zelo, as minhas filhas
Larissa e Julia e a esposa Dayara pela compreensão.
iii
AGRADECIMENTOS
A Deus por ter me proporcionado saúde e perseverança na superação das
dificuldades.
Ao orientador, professor Dr. Marcelo de Oliveira Latuf, pelo estímulo e
contribuição no meu crescimento profissional, principalmente em hidrometria.
Obrigado pela paciência e dedicação profissional.
Ao colega Diego dos Santos da Cruz, do curso de Geografia pela disposição
em auxiliar nas medições de vazão.
Ao senhor João e família, o meu agradecimento pelo apoio e cuidado que
tiveram com a instalação da seção e com o barco, ao longo do desenvolvimento
desta pesquisa.
Aos vários colegas que colaboram na execução das medições: Gabriel
Oliveira da Franca de Souza, Juscelino e Samuel Silva Pereira e a todos os
discentes da disciplina Recursos Hídricos, quando em atividade de saída de campo
auxiliaram nas medições de vazão.
A todos os professores do curso de Geografia do ICADS Latuf, Janes,
Evanildo, Pablo, Paulo e aos ex-professores Gustavo, Elaine, Ricardo, Lobo e
Marcos pelos conhecimentos geográficos transmitidos e compartilhados.
A todos os acadêmicos do curso de Geografia do ICADS pela companhia e
amizade ao longo destes anos.
A Universidade Federal da Bahia - Instituto de Ciências Ambientais e
Desenvolvimento Sustentável, pela oportunidade.
iv
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ADCP -. Acoustic Doppler Current Profiler.
ANA - Agência Nacional de Águas
ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica
APP - Área de preservação permanente
CNRH - Conselho Nacional de Recursos Hídricos.
DNOCS - Departamento Nacional de Obras Contra as Secas.
DNAE - Departamento Nacional de Água e Energia
DNAEE - Departamento Nacional de Água e Energia Elétrica
E - Estação evaporimétrica
EPAGRI - Empresa de Pesquisa Agrícola de Santa Catarina.
F - Estação fluviométrica
FD - Estação fluviométrica com medição de descarga líquida.
Fr - Estação fluviográfica
IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
INMET - Instituto Nacional de Meteorologia.
NA - Nível da água
P - Estação pluviométrica
Pr - Estação pluviográfica
Q - Estação de qualidade de água.
RN - Referência de nível.
RRNN - Referenciais de níveis.
S - Estação sedimentométrica
SNIRH - Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos.
T - Estação telemétrica
UFBA - Universidade Federal da Bahia
v
LISTA DE FIGURAS
Figura 01. Localização da bacia hidrográfica do rio de Ondas .................................14
Figura 02. Localização da seção fluviométrica experimental Ponte Prainha-Montante,
rio de Ondas, Bahia....................................................................................................15
Figura 03. Seção de réguas linimétricas ..................................................................25
Figura 04. Nivelamento de réguas linimétricas .........................................................25
Figura 05. Linígrafo de bóia .......................................................................................26
Figura 06. Poço tranqüilizador....................................................................................26
Figura 07. Linígrafo de pressão .................................................................................26
Figura 08. Transdutor eletrônico do linígrafo de pressão...........................................26
Figura 09. Instalação de um linígrafo de bóia ...........................................................27
Figura 10. Primeira régua imersa a 56 cm do NA .....................................................37
Figura 11. Nivelamento da parte superior (100 cm) da 1ª escala com a parte inferior
(0 cm) da 2ª escala.....................................................................................................38
Figura 12. Fixação do suporte da escala...................................................................38
Figura 13. Escalas linimétricas na seção experimental..............................................39
Figura 14. Receptor da base do GPS Geodésico sobre o marco de Coordenadas do
Campus da Prainha – ICADS/UFBA..........................................................................40
Figura 15. Marcação do ponto de coordenadas da estação com GPS Geodésico...40
Figura 16a. Contador Digital de Pulsos CPD-10........................................................41
Figura 16b. Molinete hidrométrico MLN-7................................................................. 41
Figura 16c. Sonar de profundidade H22PX .............................................................. 41
Figura 16d. Lastro hidrodinâmico.............................................................................. 41
Figura 17a. Guincho hidrométrico adaptado..............................................................42
Figura 17b. Barco de alumínio ancorado na seção....................................................42
Figura 18. Cabo de aço traçada do PI-PF..................................................................44
Figura 19. Perfil transversal da seção elaborado no aplicativo AutoCAD 2007.........46
Figura 20. Transbordamento da água para a margem esquerda da seção,
14/12/2011..................................................................................................................53
Figura 21. Perfil esquemático da seção de réguas....................................................53
vi
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 01 - Curva de calibração da hélice do molinete hidrométrico MLN-7............43
Gráfico 02 - Ajuste estatístico das variáveis largura x área molhada ........................48
Gráfico 03 – Ajuste estatístico das variáveis largura x perímetro molhado ...............49
Gráfico 04 - Ajuste estatístico das variáveis cota x profundidade média ..................50
Gráfico 05 - Ajuste estatístico das variáveis cota x raio hidráulico.............................51
Gráfico 06 - Ajuste estatístico das variáveis largura x vazão.....................................52
Gráfico 07 – Curva-chave (cota x vazão) da estação experimental ..........................54
Gráfico 08. Ajuste do intervalo de confiança de regressão linear das variáveis cota x
vazão da estação experimental .................................................................................55
vii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Erros associados à seção de réguas ........................................................25
Tabela 2. Referência de distanciamento entre verticais ............................................31
Tabela 3. Medições de velocidade em função da profundidade ..............................32
Tabela 4. Equações para determinação da velocidade média nas verticais ............33
Tabela 5. Parâmetros geométricos e de escoamento da seção ...............................47
Tabela 6. Matriz de correlação de Pearson dos parâmetros geométricos e de
escoamento da seção ...............................................................................................47
viii
APÊNDICES
APÊNDICE A – Planilhas de aquisição dos dados....................................................62
ix
SUMÁRIO
RESUMO...................................................................................................................xii
1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................13
1.1. Localização e Caracterização da Área de Estudo .....................................14
1.2. Problema .......................................................................................................16
1.3. Hipótese ........................................................................................................16
1.4. Objetivos ......................................................................................................16
1.4.1. Objetivo Geral .................................................................................... 16
1.4.2. Objetivos Específicos .........................................................................16
1.5. Justificativa.................................................................................................. 17
2. REFERENCIAL TEÓRICO ....................................................................................19
2.1. Práticas hidrométricas ................................................................................19
2.2. Medição de descarga líquida ......................................................................21
2.3. Métodos de medição de vazão líquida .......................................................28
2.3.1. Método do flutuador ............................................................................28
2.3.2. Método convencional com molinete hidrométrico .............................. 30
2.3.3. Método químico ................................................................................. 33
2.3.4. Método acústico (efeito doppler) ....................................................... 34
2.3.5. Método da curva-chave ..................................................................... 35
3. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................. 36
3.1. Instalação das réguas na seção experimental ......................................... 36
3.2. Aquisição dos dados ...................................................................................41
3.3. O ajuste da curva-chave.............................................................................. 43
x
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ..........................................................................45
4.1. Instalação da seção experimental ..................................................................45
4.2. Apresentação dos dados .................................................................................46
4.3. O ajuste a curva-chave ....................................................................................48
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS...................................................................................57
REFERÊNCIAS.........................................................................................................58
APÊNDICES...............................................................................................................62
xi
CEZAR FILHO, Abílio. Instalação e calibração da seção fluviométrica
experimental Ponte Prainha-Montante, rio de Ondas, Bahia.
Monografia
(Graduação). Instituto de Ciências Ambientais e Desenvolvimento Sustentável,
Universidade Federal da Bahia, Barreiras/BA, 2013.
RESUMO
A bacia hidrográfica do rio de Ondas está localizada no oeste baiano, sendo o rio de
Ondas um importante afluente do rio Grande, bem como o principal manancial de
abastecimento humano da população de Barreiras. Dentre os usos da água neste
manancial destacam-se: a irrigação agrícola, lazer, prática de turismo,
abastecimento humano e dessedentação de animais. Portanto, dentro do contexto
dos múltiplos usos de suas águas e do crescente número de segmento de usuários,
o rio de Ondas ainda conta com uma baixa densidade de postos fluviométricos.
Foram adotadas as metodologias de Pruski et al. (2002) e Santos et al. (2001), tanto
na implantação da seção, quanto no seu monitoramento.Nesta perspectiva, esta
pesquisa consistiu na instalação e no monitoramento de uma seção fluviométrica
experimental, no baixo curso do rio de Ondas, onde deu-se início a calibração da
curva-chave, com a obtenção de um ajuste estatístico linear com coeficiente de
determinação R² = 0,9592, o que possibilita o monitoramento indireto da dinâmica de
vazões neste ponto de controle, por meio da leitura dos níveis da água nas réguas
linimétricas. Contudo, os dados desse trabalho resultarão em maior disponibilidade
de informações hidrométricas para o planejamento e gestão dos recursos hídricos,
bem como campo para o desenvolvimento de pesquisas envolvendo outras variáveis
hidrológicas, relacionadas à dinâmica de ambientes fluviais.
Palavras-chave:
Hidrometria,
curva-chave,
monitoramento
de
vazões.
xii
1. INTRODUÇÃO
A bacia hidrográfica do rio de Ondas localiza-se na microrregião do Extremo
Oeste do estado da Bahia, e que a partir da década de 1980, com a ocupação do
Cerrado baiano pela agricultura mecanizada suprimiu-se grande parte de áreas de
vegetação natural, acarretando expressivos impactos ambientais. Desse modo, este
manancial superficial vem sendo utilizado para o atendimento à crescente demanda
por irrigação agrícola, abastecimento populacional e outros segmentos usuários; tais
como indústrias, pequenos agricultores e lazer.
Dentro do contexto dos múltiplos usos de suas águas e do crescente número
de segmentos usuários, a bacia do rio de Ondas dispõe de uma baixa densidade de
postos fluviométricos.
O conhecimento da dinâmica das vazões do rio de Ondas constituir-se-á em
uma ferramenta indispensável, na manutenção do equilíbrio entre a oferta e
demanda dos seus recursos hídricos, imprescindíveis para o desenvolvimento
econômico, social e na mediação de conflitos entre segmentos usuários, bem como
na preservação do meio ambiente.
Para o eficiente planejamento e gestão de recursos hídricos é necessário o
conhecimento do comportamento do regime de vazões, o que se dá pela
espacialização de seções de controle em, quantidades adequadas nos canais
fluviais, que integram as bacias hidrográficas.
Nesta perspectiva, esta pesquisa consistiu-se em instalar uma seção
fluviométrica no baixo curso do rio de Ondas, na intenção de dar início à calibração
da curva-chave, que auxiliará na compreensão da dinâmica de suas vazões. Esta
pesquisa foi executada no período de 2011 a 2012, que compreendeu as
sazonalidades das estações de cheia e vazante, o que possibilitou a definição
aproximada da curva-chave.
Na elaboração desta pesquisa, foram adotadas metodologias consagradas da
área de Hidrologia, nas diversas etapas de instalação das réguas linimétricas, na
manipulação de equipamentos, na coleta e processamento de dados.
Contudo, os dados de cotas e vazões resultantes desta pesquisa poderão
servir de informações ao planejamento e gestão dos recursos hídricos da bacia,
- 13 -
como servir de suporte para o desenvolvimento de pesquisas de outras variáveis
hidrológicas, relacionadas à dinâmica de vazões e qualidade de águas.
1.1. Localização e Caracterização da Área de Estudo
A bacia hidrográfica do rio de Ondas está localizada no extremo Oeste baiano
Figura 01, com área de drenagem nos municípios de Luis Eduardo Magalhães e
Barreiras, tendo como bacias limítrofes ao norte a bacia do rio Branco, ao sul a bacia
do rio das Fêmeas e a oeste a bacia do rio Tocantins. Destacam-se os seguintes
afluentes: o rio Borá, o rio das Pedras e o rio Vereda das Lages.
Figura 01. Localização da bacia hidrográfica do rio de Ondas. Fonte: CEZAR FILHO (2012).
De acordo com Almeida (2010) o sistema de drenagem da bacia do rio de
Ondas é caracterizado, com base na classificação adotada por Strahler (1952),
como um sistema hierárquico com grau de ramificação de quarta ordem.
A área de estudo está localizada no baixo curso do rio de Ondas, inserida no
perímetro urbano da cidade de Barreiras, aproximadamente a 80 metros a montante
da Ponte da Prainha, e como via de acesso a BA-827, conforme visualiza-se na
Figura 02.
- 14 -
Figura 02. Localização da seção fluviométrica experimental Ponte Prainha-Montante, rio de
Ondas, Bahia. Fonte: CEZAR FILHO (2012).
Segundo Almeida et al. (2011, p. 156) a geologia da bacia do rio de Ondas é
caracterizada predominantemente pela “Formação Urucuia, com litologia constituída
de arenitos silicificados, finos e médios, com tendência, a tornam-se mais argilosos
na base, tendo a ocorrência de argilitos, folhelhos e siltitos”.
De acordo com a Empresa Baiana de Desenvolvimento Agrícola (EBDA,
1993) citado por Almeida (2010) a geomorfologia da bacia do rio de Ondas é
caracterizada por três unidades geomorfológicas: Chapadão que caracteriza-se em
três feições: plano de topo entre 700 a 900 m de altitude, rampas inclinadas para a
rede de drenagem, veredas aluvionares e de nascentes, Patamar do Chapadão
dividido em três modelos: colinas com relevo suave ondulado, planos intermediários
caracterizados por morros testemunhos e Sedimentos ravinados instáveis situados
no sopé das escarpas, Depressão rio de Ondas com revelo suave ondulado e plano
nos vales.
Almeida e Guimarães (2004) relatam que os solos da bacia são constituídos
predominantemente por Latossolos distróficos, Neossolos Quartzarênicos e
Gleissolos.
Segundo Luciana (2003) o clima da bacia hidrográfica do rio de Ondas é do
tipo Aw tropical (classificação de Köppen), com inverno seco (abril a setembro) e
verão chuvoso (outubro a março).
A vegetação predominante nesta bacia caracteriza-se pelo Cerrado, conforme
o Projeto RADAMBRASIL (1982), e em decorrência do avanço da fronteira agrícola
- 15 -
a vegetação natural de Cerrados na área da bacia está sendo suprimida,
provocando expressivos impactos ambientais (ALMEIDA et al., 2010).
Todavia, a ocupação de áreas de Cerrado no Oeste baiano, pelo agronegócio
teve início a partir da década de 1980, onde extensas áreas de vegetação nativa
foram substituídas por culturas, tais como: soja, milho, café, algodão em sistemas de
sequeiro e irrigada por pivôs centrais. A disseminação da agricultura mecanizada
deve-se em grande parte, à abundância em recursos hídricos e a forma de relevo
aplainado.
Nesse aspecto, seus mananciais superficiais e subterrâneos são utilizados
para irrigação em pivôs, dessedentação animal, abastecimento da população urbana
de Barreiras e atividades de práticas de lazer.
1.2. Problema
A bacia do rio de Ondas não possui densidade de postos de monitoramento de
vazões adequadas à necessidade de conhecimento da realidade hidrológica da
bacia, visto as expressivas modificações no uso do solo nas últimas décadas e no
aumento da demanda pelos usuários.
1.3. Hipótese
O adensamento da rede fluviométrica na bacia do rio de Ondas subsidiará o
conhecimento de sua dinâmica, além de proporcionar o monitoramento e geração de
dados para o planejamento e gestão dos recursos hídricos desta.
1.4. Objetivos
1.4.1. Objetivo Geral
Operacionalizar a estação fluviométrica Ponte Prainha-Montante, localizada no
baixo curso do rio de Ondas.
1.4.2. Objetivos específicos
Instalar e nivelar réguas linimétricas para o monitoramento do nível das
águas do rio de Ondas;
Adquirir dados de cota e vazão, mediante realizações de medições
periódicas de parâmetros hidrométricos;
Realizar o ajuste aproximado da curva-chave.
- 16 -
1.5. Justificativa
Segundo Almeida (2010) a bacia do rio de Ondas, anteriormente ao ano de
1984 contava com 88,20% de vegetação nativa (Cerrado) preservada, e com uma
área antropizada de 296,89 km². Com a expansão das atividades do agronegócio
nesta bacia, a área antropizada passou a ser em 2009 de 2.305,22 km².
A autora supracitada pontua ainda, que os cultivos de commodities agrícolas
nessa bacia, caracterizam-se por culturas de sequeiro e culturas irrigadas por pivôs
centrais, com registros de 190 pivôs em atividades no ano de 2009, com expressivo
uso consuntivo de água dos mananciais superficiais e subterrâneos.
As alterações da paisagem da bacia do rio de Ondas são decorrentes dos
impactos ambientais relacionados ao desmatamento exercido pelo avanço da
fronteira agrícola, desbalanceando o sistema ambiental, tendo o aumento da
compactação e erosão dos solos, do escoamento superficial, assoreamento de
canais e, do uso consuntivo das águas para irrigação agrícola por pivôs centrais,
com possíveis comprometimentos dos regimes de vazões.
Latuf citado por Almeida (2010) (...) “aponta uma redução da vazão mínima
de 1977 a 2006, na ordem de 8,04 m³ s-¹ para a estação fluviométrica mais a jusante
da bacia do rio de Ondas, Fazenda Redenção (46543000)” (...) logo após a
consolidação desta nova paisagem nesta bacia. Neste aspecto, a mudança do uso e
ocupação do solo na bacia do rio de Ondas, a partir da década de 1980, pela
agricultura e urbanização, causaram sérios impactos aos recursos hídricos o que
torna-se imprescindível a ampliação da sua rede fluviométrica, particularmente em
seu baixo curso, onde sintetiza-se todos os processos a montante, tais como a
capitação de suas águas para fins de irrigação, abastecimento doméstico e
industrial, prática de atividades de lazer e turístico, desmatamento, dentre outros.
Salienta Santos et al. (2001) que para caracterizar uma rede hidrométrica com
uma densidade adequada, deve-se levar em consideração o nível de ocupação da
bacia hidrográfica pelas atividades econômicas, a densidade demográfica e a sua
projeção em longo prazo, pois a qualidade das decisões dos órgãos que planejam e
fazem a gestão dos recursos hídricos, demandam de dados e informações
confiáveis.
Segundo Santos et al (2001, p.30).
- 17 -
É impossível definir uma densidade de estações uniforme que seja
aplicável para qualquer região. Estudos têm demonstrado que entre os
fatores mais importantes que definem uma densidade ótima são:
A natureza da hidrografia, isto, é muitos córregos pequenos ou alguns
rios maiores;
A necessidade de dados hidrológicos ou meteorológicos para projeto,
construção e operação de estruturas hidráulicas;
A densidade de ocupação populacional e o nível de atividade
econômica da região.
A Resolução Conjunta nº 03/2010 da Agência Nacional de Energia
Elétrica/Agência
Nacional
de
Águas
(ANEEL/ANA),
determina
que
bacias
hidrográficas com área de drenagem entre 5.001 e 50.000 km², devem possuir no
mínimo quatro estações fluviométricas.
De acordo com Santos et al. (2001, p.29)
A função de uma rede de monitoramento é proporcionar uma densidade de
estações em uma região de modo que, com a utilização das séries de
dados, seja possível determinar, com suficiente precisão, as características
básicas das grandezas hidrológicas.
De acordo com Almeida (2010), a área da bacia do rio de Ondas é de 5.580,6
km², o que ratifica a necessidade de ampliação da sua rede de monitoramento, que
atualmente conta com três estações ativas, e para adequar a resolução supracitada,
exige-se que instale mais uma estação fluviométrica nesta bacia.
Desse modo, o monitoramento da rede de drenagem da bacia do rio de
Ondas mostra-se deficitário pela quantidade de estações fluviométricas desta bacia,
e de acordo com o sistema HidroWeb da ANA (2012) há registros nesta bacia de
três estações fluviométricas instaladas nos seguintes anos: 1977 (código nº
46543000), 2000 (código º 46520000) e 2002 (código nº 46530000), esse número
inadequado de estações pode influenciar negativamente no planejamento e gestão
dos recursos hídricos pela falta de dados de cota e vazão.
E que a instalação da estação experimental, no baixo curso do rio de Ondas
atenderia à norma da ANEEL/ANA, no tocante a densificação da rede fluviométrica
nesta bacia, com a definição da sua curva-chave.
Já com a definição da curva-chave, as medições de vazões poderão ser
realizadas indiretamente, por medição contínua de nível em aparelhos automáticos
- 18 -
denominados linígrafos (bóia ou pressão) ou manualmente por um observador, que
passará a efetuar leituras diárias do nível da água registrado no linímetro, sendo que
os dados de cotas serão convertidos para vazões pela equação ajustada da curva
de descarga líquida.
Os dados produzidos nesta seção servirão de suporte para o conhecimento da
dinâmica de vazões e níveis do rio de Ondas em seu baixo curso, o que possibilitará
na agregação de informações nos aspectos relacionados ao planejamento e gestão
da bacia.
Não obstante, novas pesquisas e trabalhos surgirão apoiados em dados desta
estação, relacionados à sedimentometria, índice de qualidade da água, serviço de
defesa civil para alerta sobre o risco de enchentes no perímetro urbano, bem como
poderá servir de suporte a implantação de uma estação automática e/ou telemétrica
instalada junto à mesma.
Portanto, esta estação servirá como uma estação experimental para o
desenvolvimento de projetos com temas correlatos, pelas suas características de
acessibilidade e localização, bem como por estar próxima ao campus da
Prainha/ICADS/UFBA.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
2.1. Práticas hidrométricas
Segundo Santos et al (2001) hidrometria é um ramo da Hidrologia, que tem
como objeto de estudo “(...) as variáveis hidrológicas e tem como objetivo obter
dados básicos, tais como precipitação, níveis de água, vazões, entre outros, e a sua
variação no tempo e no espaço ”. Esses parâmetros são imprescindíveis para o
planejamento e gestão do uso e ocupação das bacias hidrográficas e no equilíbrio
do meio ambiente.
Conceitua-se a bacia hidrográfica como uma área delimitada por divisores
topográficos, onde a água da precipitação que cai sobre ela, quando não infiltrada,
evaporada ou retida, escoa pelo sistema de vertentes para uma rede de drenagem
que confluem para o rio principal, até seu exutório (SILVEIRA, 2012).
- 19 -
Ela é considerada como um sistema aberto, conforme salienta Christofoletti
(1980, p.3), local onde (...) “ocorrem constantes trocas de energia e matéria, tanto
recebendo como perdendo’’. O input é exemplificado aqui pela precipitação que cai
sobre a bacia e o output pelo escoamento que flui pelo exutório, somados à
evapotranspiração.
De acordo com Silveira (2012, p.35), o ciclo hidrológico “é o fenômeno global
de circulação fechada da água entre a superfície terrestre e a atmosfera,
impulsionado pela energia solar associada à ação da gravidade e rotação da Terra.”
A quantidade de água no planeta não sofre alteração, neste prisma, o ciclo é
considerado fechado, sem entrada ou saída para o meio exterior.
Todavia, a observação e as medições das variáveis hidrométricas são
atividades praticadas desde as grandes civilizações, destacando-se a chinesa,
indiana, egípcia babilônica e romana, seja para o controle de enchentes nas áreas
de inundações, com as observações níveis de água dos rios ou na construção de
aquedutos para irrigar culturas agrícolas. Ressalta-se que os egípcios já registravam
níveis de água do rio Nilo em rochas encravadas em suas margens (PITON, 2007).
As práticas hidrométricas têm evoluído nas últimas décadas, tanto em
conhecimento nos estudos de hidráulica dos cursos de água, como em inovações
tecnológicas de aquisição, armazenamento e tratamento de dados das variáveis
hidrológicas. As inovações dos equipamentos que medem as variáveis hidrométricas
possibilitaram maior rapidez e precisão dos dados coletados, enquanto, que os
processos de manipulação dos dados e a sua disponibilização, para órgãos gestores
dos recursos hídricos e para o cidadão, ganharam agilidade com o uso da
informática.
As medições de variáveis hidrológicas começaram a ser sistematizadas nos
Estados Unidos, a partir do século XIX, com coletas de dados de precipitação em
1819 e de vazão em 1888, devido à necessidade de construção de canais de
irrigação (TUCCI, 2012).
No Brasil, a sistematização hidrométrica teve como órgãos embrionários o
DNOCS (Departamento de Obras Contra a Seca) e o INMET (Instituto Nacional de
Meteorologia), que implantaram as primeiras estações pluviométricas, ainda no
século XIX. A partir do século XX, iniciou-se o levantamento de quedas d’água e o
- 20 -
interesses em aproveitar o potencial hidroelétrico nacional, com as medições de
níveis e vazão, ainda com a utilização de flutuadores improvisados (ANA, 2007).
Neste aspecto, foi com a criação do DNAEE (Departamento Nacional de
Água
e
Energia
Elétrica)
em 1968,
que
a
hidrometria
se organiza
e,
progressivamente, cria-se o Sistema Nacional de Informações Hidrológicas, com
notável evolução na metodologia operacional e a expansão da rede de estações. Já
na década de 1970, no âmbito do DNAEE é criada a Divisão de Água, com a
incumbência de implantar um sistema de informações hidrológicas, com a finalidade
de processar, armazenar e disponibilizar as informações da rede hidrométrica
nacional (ANA, 2007).
Com a promulgação da Lei Federal nº 9.984/2000 é instituída a Agência
Nacional de Águas (ANA) com responsabilidade sobre a rede hidrométrica nacional,
principalmente no armazenamento, tratamento e disponibilização de dados brutos e
consistidos de níveis, vazões, sedimentometria e
qualidade da água. A
operacionalização da rede de monitoramento, parte é exercida pela ANA, e parte é
delegada mediante concessões e convênios a instituições públicas e privadas de
pesquisa e entidades de recursos hídricos, como universidades, concessionárias do
sistema elétrico e de mineração, dentre outros.
De acordo com a ANA (2007, p.10).
A Rede Hidrometeorológica Básica, sob a responsabilidade da ANA, por
sua importância estratégica e abrangência nacional, tem sua operação
estruturada em planos de trabalho definidos anualmente e executados por
meio de convênios, portarias e acordos de cooperação envolvendo
entidades diversas.
O dado coletado em campo, quer pelos observadores contratados pelas
entidades operadoras da Rede (cota e chuva), quer pela própria entidade
(vazão, sedimentometria e qualidade de água), são consolidados e
consistidos, sendo posteriormente encaminhados a ANA.
Todos os dados brutos e consistidos são disponibilizados pelo site da ANA no
endereço do sistema da HidroWeb (hidroweb.ana.gov.br), onde todos cidadãos
possuem acesso livremente, basta acessá-los.
2.2. Medição de descarga líquida
Segundo Pruski et al. (2002, p.1) a vazão em um curso d’água é “o volume
que escoa em uma seção transversal deste por unidade de tempo, sendo
- 21 -
geralmente expressa em metros cúbicos por segundo (m³ s -1) ou litros por segundo
(L s-1)”. A vazão é obtida pelo produto da área pela velocidade média, medida no
perfil da seção transversal, sendo que a escolha do método de medição da vazão
depende da finalidade e da precisão desejada.
A
Resolução
Conjunta
nº
03/2010
da
(ANA/ANEEL,
2010)
define
monitoramento fluviométrico como “o conjunto de ações e equipamentos destinados
ao levantamento de dados do nível d’água, bem como nas medições de descarga
líquida que permitam, a definição e atualização da curva de descarga”.
Nesse sentido, para as medidas dos níveis de água em um canal fluvial,
normalmente são utilizados linígrafos e linímetros. O linígrafo é um aparelho que
registra continuamente as variações de níveis da água, em um suporte por meio
analógico ou digital, enquanto, que a medição do nível na régua (linímetros) é
realizada por um observador, que faz geralmente, duas leituras diárias às 07h e 17h.
De acordo com a ANA (2009, p.15):
Como a avaliação diária das vazões por um processo direto seria
excessivamente onerosa e complicada, opta-se em geral pelo registro
diário, duas vezes ao dia (nas estações da ANA às 7 horas e às 17 horas)
ou continuo no tempo, do nível d’água e pela determinação da relação entre
o nível de água e vazão (curva ou tabela cota-vazão).
Segundo Santos et al. (2001) uma seção fluviométrica é constituída por um
conjunto de equipamentos destinados a medir o nível da água no ponto de controle,
composto por lances de réguas linimétricas e linígrafo, ou somente de réguas. Uma
régua linimétrica é um elemento vertical de um metro de comprimento, graduada em
centímetros, que pode ser de metal esmaltado, alumínio, madeira ou pintada em
uma coluna de concreto.
De acordo com Back (2006) e Santos et al. (2001), na seleção do trecho do
rio para instalação de uma seção fluviométrica, deve-se observar algumas
características relacionadas à manutenção da estabilidade no leito ao longo do
tempo, tais como: trecho de margens estáveis, taludes altos que impeçam o
transbordamento da água para as margens nas ocorrências de picos de enchentes,
afastado de confluências para evitar o efeito de remanso, velocidade da correnteza
que não coloque em risco os equipamentos e a segurança da equipe de
hidrometristas, local de fácil acesso e um observador que resida próximo ao local.
- 22 -
Para Chevallier (2009, p.498) “os fatores intervenientes são numerosos para
serem listados em um simples inventário”. O autor enfatiza que o acesso ao local da
estação no período chuvoso, durante as enchentes, e a existência de uma pessoa
que more próximo a seção e, que se disponha a exercer o cargo de observador, (se
este possui os requisitos para tal encargo), como ter o conhecimento necessário
para exercer a função, ser honesto, cuidadoso e responsável nos registros dos
dados da estação.
Já para Pruski et al. (2002, p.3) a definição do trecho do rio ideal para a
instalação de uma seção fluviométrica deve possui as seguintes características:
O trecho do rio deve ser retilíneo e uniforme, livre de vegetação ou outros
obstáculos; a seção deve estar localizada a uma distância maior do que
sete vezes a largura do curso d’ água em relação à curva mais próxima a
montante e três vezes a largura do rio da curva mais próxima à jusante; o
perfil transversal da seção de medição deve ter taludes altos para não
permitir o extravasamento de água (seção encaixada); o leito e as margens
do rio devem ser estáveis; a velocidade do escoamento deve estar entre
0,30 e 2,5 m.s-1; o local deve estar totalmente afastado de confluência de
remanso; o local deve ser de fácil acesso.
Os fatores elencados pelos autores supracitados na definição do local para a
instalação da seção fluviométrica são numerosos, mas, o que se deve ter maior
atenção, neste momento, fica a cargo do pesquisador ponderar as características
mais expressivas, em função do objetivo do estudo. Sendo que as características
como a acessibilidade, a existência de um morador que more próximo ao local e que
se disponha a prestar serviços de observador, bem como possua aptidões para o
cargo devem ser levadas em conta na análise do local.
Santos et al. (2001) relatam que as características geomorfológicas da calha
do rio, citadas pelos autores como essenciais para a estabilidade geométrica do
canal, devem ser avaliadas com os devidos critérios, pois não podem ser
desprezadas.
Os parâmetros geométricos e a rugosidade do leito do rio variam ao longo do
tempo de forma natural ou artificialmente. A estabilidade da seção transversal está
relacionada com a forma e geologia do leito do rio, sendo que em leitos rochosos
devido à resistência do material ao desgaste, a curva de descarga líquida
caracteriza-se por uma maior estabilidade e prazo de validade.
- 23 -
Enquanto que, em leitos aluvionares, por estarem localizados em áreas de
baixa declividade, sujeitas às intensidades dos processos de sedimentação e erosão
na ocasião de grandes cheias, geralmente, a validade da curva de descarga, precisa
ser verificada em prazos menores, ou logo após a passagem da onda de cheia,
(JACCON e CUDO, 1989).
As alterações provocadas por ações humanas têm impactos relevantes no
equilíbrio dos processos fluviais, com edificações de obras hidráulicas, como
construção de barragens, pontes, retificação de canais, retirada de sedimentos dos
leitos dos rios, entre outros induzem mudanças na estabilidade da curva de
descarga líquida da seção fluviométricas.
Como a vazão é o produto da área da seção molhada pela velocidade média
da água no perfil transversal, variações acentuadas que ocorram ao longo do tempo,
em decorrência de ondas cheias, podem provocar acúmulos de sedimentos no ponto
de controle ou o seu inverso, a erosão da calha e taludes do rio, fatores estes, que
interferem na área molhada, na velocidade do escoamento e, conseqüentemente, no
ajustamento da curva de descarga, o que vem a comprometer a qualidade dos
dados de cota e a vazão estimada.
A implantação da seção de réguas requer que as mesmas estejam niveladas
com base a um referencial de nível (RN), cuja finalidade é substituir réguas que
forem danificadas ou desniveladas. Ele possibilita a reposição da referida régua no
mesmo nível. O nivelamento das réguas pode ser efetuado por aparelho topográfico
de medição de ângulo (teodolito) ou por mangueira transparente utilizadas para
obter nível na construção civil (SANTOS, et al., 2001). Este último, considerando
uma distância máxima de 10 (dez) metros.
As réguas são instaladas de forma perpendicular ao traçado do rio, dispostas
na posição vertical (Figura 03), onde o zero da primeira régua fique abaixo do nível
d’água (NA), mesmo para as estiagens severas. O limite superior da primeira escala
deverá ser nivelado com o limite inferior da segunda escala, e assim,
sucessivamente, até concluir a instalação do último lance (Figura 04).
- 24 -
Figura 03. Seção de réguas linimétricas Figura 04. Nivelamento de réguas linimétricas
Fonte: ANA (2006)
Fonte: Chevallier (2012)
Recomenda o autor supracitado, caso o zero da primeira régua fique abaixo
do NA no período de estiagem, deve-se proceder com a instalação de outro
elemento de régua, com o valor da graduação invertido (régua com a cabeça para
baixo), e assim, realizar a leitura da cota.
As leituras das réguas linimétricas estão associadas a uma série de erros,
seja pela dificuldade de acesso ao local da régua, em ocasião de cheia, quando o
impacto da água contra a régua provoca oscilações de centímetros, onde o
observador deverá perceber os valores do intervalo de oscilação e obter o valor da
média da cota.
Santos et al. (2001, p. 59) classificam os erros relacionados as réguas em três
categorias, de acordo com a Tabela 01.
Tabela 01 – Erros associados à seção de réguas
Erros grosseiros
Erros do metro inteiro,
quando o observador se
engana em relação ao
lance;
Invenção
na
leitura,
quando o observador não
vai a estação e inventa o
registro;
Erros sistemáticos
Erros de leituras
Instalação defeituosa da Não horizontalidade do
régua;
nível da água (ventos ou
Diferença entre o nível da correntes transversais);
água
correto
e
registrado na régua;
o Deslocamento da régua
da vertical (impacto de
Deslocamento do zero da detritos ou barco).
régua
(deslocamento
vertical).
Atrapalho com o lance de
régua negativa.
Fonte: Santos et al. (2001)
- 25 -
Na instalação da seção de réguas, deve-se ter o máximo de cuidado com o
nivelamento das mesmas, e checar periodicamente, o nivelamento de cada lance de
réguas. Isso evita a ocorrência de erros nas leituras das cotas, bem como deve-se
treinar o observador, para que ele possa fazer a substituição emergencial de uma
régua danificada e que este informe o ocorrido ao órgão operador responsável, além
de constar o fato na caderneta de anotações.
Um inconveniente que está associado à seção de régua é o intervalo de
leitura, apenas duas vezes ao dia. Em caso de pequenas bacias, onde a variação do
nível da água oscila com rapidez, perde-se a oportunidade de registrar as variações
de máximo e de mínimo, no intervalo de leitura diária. Para se contornar esse
problema recomenda-se instalar junto a seção de réguas, um linígrafo.
De acordo com a ANA (2009, p.16) sob o ponto de vista funcional existem os
linígrafos de bóia (Figura 5), colocado em poço tranqüilizador (Figura 6) e os
linígrafos de pressão (Figura 7) com transdutor eletrônico de pressão (Figura 8).
Figura 05. Linígrafo de bóia (ANA, 2009)
Figura 06. Poço tranqüilizador (ANA, 2009)
Figura 7 – Linígrafo de pressão (ANA, 2009)
Figura 8 – Transdutor eletrônico do
linígrafo de pressão (ANA, 2009)
- 26 -
Segundo Santos et al (2001, p.62) “a grande desvantagem do linígrafo de
bóia consiste na sua instalação muito dispendiosa, a escavação do poço e da
construção dos condutos de ligação”.
Ainda de acordo com estes autores, outro ponto negativo no linígrafo de bóia
refere-se a sua instalação em locais com afloramento rochoso e solo raso, neste
caso, a abertura do poço tranqüilizador e do canal que liga o poço ao leito do rio,
tem um custo elevado, devido à necessidade do uso de explosivo na sua escavação
(Figura 09).
Figura 9- Instalação de um linígrafo de bóia. Fonte: Santos et al. (2001)
Os órgãos de hidrometria têm dado preferência nos últimos anos à utilização
do linígrafo com transdutor eletrônico de pressão, por ser um equipamento compacto
e robusto, com custo reduzido.
Segundo Chevallier (2012, p.498) com o linígrafo:
É mais prático associar à régua um aparelho automático, chamado linígrafo,
que grava continuamente, ao longo do tempo, as variações do nível. Isto
permite registrar os eventos significativos de curta duração, ocorrendo
especificamente em bacias de pequenas áreas.
A existência de uma estação automática, não dispensa a instalação dos
linímetros adjacentes à mesma, pois estes possuem a função de detectar a
ocorrência de defeitos nos linígrafos, pela tomada de leitura de níveis registrados na
régua e no linígrafo. Caso haja alguma discrepância entre o nível da água observado
- 27 -
na régua com o nível da água registrado pelo linígrafo, confirma-se a existência de
defeitos nos equipamentos, neste caso procede-se a verificação do nivelamento das
réguas, se elas estiverem niveladas, detecta-se que há problema com o linígrafo.
As finalidades das réguas continuam imprescindíveis para a hidrometria,
mesmo com as modernas estações automáticas, como corroboram SANTOS et al.,
(2001).
2.3. Métodos de medição de vazão
Existem diversos métodos de medição de vazão, desde os que empregam
equipamentos caros e sofisticados, até os mais simples e baratos. A escolha do
método adequado deve levar em consideração, as características geométricas e da
velocidade da água no canal fluvial. Neste aspecto, devem-se levar em conta, a
segurança da equipe, equipamentos e a precisão que se deseja obter dos dados
coletados, conforme salientado por (PRUSKI et al. 2002).
Todavia, Santos et al. (2001) salientam que o processo de medição de vazão
deve estar associado a uma cota linimétrica (cota da superfície livre da água), e que
envolvam características geométricas (área molhada, perímetro molhado, raio
hidráulico e largura superficial, profundidade) e de escoamento (velocidade e vazão).
Essas grandezas são definidas em função do nível da água e, portanto, variam com
ele.
Os autores supracitados enfatizam que se deve ter o máximo cuidado com os
cálculos da área molhada e da velocidade do escoamento, por serem utilizados na
calibração da curva-chave.
Recomenda-se ainda que se façam campanhas de medições de vazões, com
a finalidade de detectar possíveis alterações na geometria da seção transversal.
2.3.1. Método do flutuador
Segundo Santos et al. (2001) e Pruski (2002) o método de medir a velocidade
do escoamento do curso d’água com o flutuador é pouco preciso, devido ao objeto
flutuante sofrer influência da ação do vento e não representar à velocidade média do
escoamento, pois a velocidade no perfil transversal é maior no talvegue e descresse
- 28 -
do talvegue para as margens e diminui com a profundidade, sendo menor na
superfície e quase nulo no fundo (dependendo da rugosidade do leito).
A velocidade do escoamento com o uso do flutuador é obtida pelo tempo de
deslocamento do objeto flutuante, num trecho do rio, de comprimento conhecido. O
trecho deve ter um comprimento de dez metros, lança-e o flutuador a cinco metros a
montante e aguarda a passagem dele no início do trecho, cronometra-se o tempo
gasto para atingir o fim do trecho. A velocidade média é obtida pelo quociente do
comprimento do trecho, pelo tempo gasto no deslocamento do flutuador.
O levantamento batimétrico da área da seção transversal pode ser realizado
com sonar de profundidade, ecobatímetro ou pela medição das verticais ao longo da
seção.
De acordo com Santos et al. (2001, p.196),
Utiliza-se este método geralmente quando a vazão do rio é muito alta e
coloca em risco a vida dos hidrometristas ou quando não se tem disponível
no momento, molinete e /ou outros equipamentos necessários à realização
da medição de vazão líquida, por processos mais exatos.
Conforme Pruski et al. (2002) e Santos et al. (2001) o método do flutuador
tem a vantagem de ter um menor custo em relação aos outros equipamentos de
medição de vazão, inclusive pode ser um objeto improvisado como garrafa
preenchida até a metade com água. Entretanto, há os flutuadores sub-superficiais
com haste ajustável a 60% da profundidade do trecho de medição.
Se desprezasse a ação do vento no deslocamento do flutuador no trecho do
rio, haveria a necessidade de se usar um coeficiente redutor, estimado a partir de
perfis teóricos de velocidade em canais.
Desse modo, a velocidade média seria o produto da velocidade média
medida com o flutuador pelo coeficiente redutor.
Assim, a velocidade média registrada pelo flutuador não representa a
velocidade média do trecho, conforme destaca PRUSKI et al. (2002, p.5-6):
A velocidade média do flutuador, entretanto, não representa a velocidade
média de deslocamento, uma vez que a velocidade próxima à superfície,
onde o flutuador se desloca, é diferente da velocidade média do
escoamento. Para obter a velocidade média, deve-se multiplicar a
velocidade média com o uso do flutuador por um fator de correção que
depende da natureza das paredes do canal considerado, sendo os valores
- 29 -
normalmente recomendados os seguintes: canais com paredes lisas
(cimento) 0,85 a 0,95; canais com paredes pouco lisas (canais de terra,
para irrigação) 0,75 a 0,85, e canais com paredes irregulares e ou, com
vegetação nas paredes 0,65 a 0,85.
É imprescindível que se faça várias medições ao longo da seção e que se
realizem no mínimo cinco lançamentos com o flutuador, a fim de determinar a
velocidade média das amostragens.
2.3.2. Método convencional com molinete hidrométrico
De acordo com Santos et al. (2006) o molinete hidrométrico é um aparelho
que mede a velocidade do escoamento em curso de água. Ele é provido de uma
hélice que gira sobre um eixo, com rolamentos inoxidáveis, e quando colocada
contra a corrente, a cada revolução da hélice, um dispositivo magnético gera um
pulso que é transmitido por meio de um cabo eletrocondutor ao contador digital de
pulsos, que registra o número de rotações em um tempo previamente ajustado.
A hélice do molinete é aferida em laboratório de hidráulica credenciado para
determinação da equação de calibração, geralmente expressa pela equação 01.
Esta equação é utilizada no cálculo da velocidade do ponto da vertical, a partir do
número de rotações por segundo.
V = a . (N/t) + b
(01)
Onde:
V = velocidade do escoamento do fluido (m s-1);
N = número de rotações da hélice;
t = duração da medição (s);
a, b = coeficientes de ajuste, obtidos por meio de calibração ou aferição do
molinete.
De acordo com Back (2006, p.9) existem dois tipos de molinetes: os de eixo
horizontal e os de eixo vertical. No Brasil os de eixo horizontal são mais utilizados
para medir a velocidade do fluxo em rios pequenos e médios. Para grandes rios,
tem-se dado preferência ao uso da tecnologia ADCP (Acoustic Doppler Current
Profiler). Quanto a médios cursos d’água, é recomendável o uso do molinete e nos
pequenos cursos de água, a utilização do micromolinete.
- 30 -
O molinete pode ser operado com guincho fluviométrico em uma embarcação
ancorada ou em movimento, pelo método detalhado (medição até seis pontos na
vertical) ou pelo método dos dois pontos a 20 e 80% da vertical. Já no método do
barco em movimento, utilizam-se dois molinetes posicionados a 20 e 80% da
profundidade média da seção (SANTOS et al., 2001).
De acordo, com os autores supracitados, a medição de vazão com o molinete
acoplado a um barco ancorado, consiste em traçar um cabo de aço de uma margem
a outra do ponto de controle, prende-se o barco ao cabo de aço e posiciona-o nas
verticais determinadas. Este método é recomendado para rios com até 300 metros
de largura.
Neste método, deve-se determinar a largura superficial da água, que pode
ser obtida diretamente por meio de trena, indiretamente com medidas de ângulos
horizontais pelo teodolito ou eletronicamente com o distanciômetro. Determinada a
largura da seção, define-se o distanciamento entre as verticais, de acordo com a
largura do rio, baseado na Tabela 02.
Tabela 02 - Referência de distanciamento entre verticais
Largura do rio (m)
Distância entre verticais (m)
≤ 3,00
3,00 - 6,00
6,00 - 15,00
15,00 - 30,00
30,00 - 50,00
50,00 - 80,00
80,00 - 150,00
150,00 - 250,00
≥250,00
0,30
0,50
1,00
2,00
3,00
4,00
6,00
8,00
12,00
Fonte: Santos et al. (2001)
O parâmetro de distanciamento entre verticais tem por objetivo manter a
distribuição adequada do número de verticais na seção transversal, caso ocorra
trecho irregular ao longo do perfil, o distanciamento entre as verticais deverá ser
reduzido, o que possibilita maior precisão na determinação da área e da velocidade
média.
Segundo, Back (2006, p.12)
“O número de verticais é dependente das características geométricas do
leito do rio e das condições de escoamento. Quanto mais irregular for o
fundo do rio e/ou o escoamento, maior o número de verticais necessárias
para a estimativa da vazão com boa precisão.” Salienta que a distância
- 31 -
entre as verticais nem sempre pode ser a mesma ao longo do perfil
transversal, quando houver partes do perfil, cujo leito apresentar
irregularidades pode-se reduzir o distanciamento entre as verticais.
Segundo Santos et al. (2001, p.115) o levantamento batimétrico da seção
transversal “consiste em um levantamento detalhado do relevo da seção molhada,
que poderá ser feito a vau, com guincho hidrométrico, sonar de profundidade e com
o ecobatímetro”.
O levantamento batimétrico com haste a vau, consiste em utilizar a haste
graduada do próprio molinete, para medir a profundidade nas verticais. É efetuado
em rios com profundidade de até 1 metro e velocidade de 1 m s-1.
De acordo com a profundidade da vertical é posicionado o molinete nos
distintos pontos, sendo que o número de pontos em cada vertical é definido
conforme a Tabela 03.
Tabela 03 - Medições de velocidade em função da profundidade
Profundidade (m)
Posição do molinete na vertical em relação à profundidade (P)
0,15 a 0,60
0,6P
0,60 a 1,20
0,2P e 0,8P
1,20 a 2,00
0,2P, 0,6P e 0,8P
2,00 a 4,00
S, 0,2P, 0,4P, 0,6P e 0,8P
> 4,00
S, 0,2P, 0,4P, 0,6P, 0,8P e F
Fonte: Pruski et al (2002). S corresponde à leitura a 0,10 m da superfície da água e F
corresponde a medição com molinete posicionado a 0,25 m de distância do fundo.
Posiciona-se o molinete no ponto a ser tomada a medida, contra o fluxo da
corrente, cronometra-se o tempo, que deve ser ajustado em 30 segundos ou no
intervalo de (30 a 90 segundos) no seletor do contador digital de pulsos, a depender
das características da corrente.
O número de rotações obtido será divido pelo tempo previamente ajustado,
tem-se, então, o número de rotações por segundo registrado pelo molinete.
Adiciona-se o valor das rotações por segundo na equação da hélice do molinete,
onde tem-se a velocidade no ponto da vertical.
A determinação da velocidade média nos pontos da vertical é determinada
pelas equações da Tabela 04, observando-se o método adotado e a profundidade
da vertical
- 32 -
Tabela 04 - Equações para determinação da velocidade média nas verticais
Condição
Ponto único
Equação
Vm
Dois pontos
Três pontos
Vm
Vm
V( 0,6 P )
V( 0, 2 P )
V( 0,8P )
2
V( 0, 2 P )
2 V( 0,6 P )
V( 0,8P )
4
n 1
Mais de três
pontos
V1
Vm
2
Vi
Vn
1
2 (n
1)
Fonte: Pruski et al. (2002, p. 9). Em que n = número de pontos selecionados ao longo da
vertical de medição k, V1. Velocidade na primeira posição i; Vn = velocidade na última posição; e Vi =
velocidades intermediarias.
A medição da profundidade da vertical com o uso do molinete suspenso ao
guincho fluviométrico, a depender da velocidade do fluxo, necessita-se de lastro
hidrodinâmico fixado no molinete.
Segundo Santos et al (2001) e Back (2006) a velocidade no perfil transversal é
variável, tendo as áreas de maior velocidade no talvegue a 20% da profundidade,
diminuindo próximo à superfície, devido ao atrito da corrente de ar. Esta decresce
em direção às margens e ao fundo é quase nula, devido ao aumento da rugosidade.
Ela também, varia em decorrência das características do leito do rio, da forma do
canal e com a oscilação do nível da água, se aumentar o nível da água aumentará
com este a velocidade.
2.3.3. Método químico
É empregado para medir a vazão em rios de montanha e com expressiva
turbulência, onde a utilização do ADCP ou molinete colocam em risco os
equipamentos e a segurança da equipe de hidrometristas. Neste método, define-se
um trecho do rio e lança-se a montante um corante e cronometra-se o tempo gasto
pelo traçador atingir o ponto a jusante. Sendo que o produto utilizado não pode
reagir com a água e nem ser corrosivo conforme enfocam Santos et al., ( 2001).
- 33 -
Segundo Santos et al. (2001, p.180), neste método, o traçador com
concentração conhecida, é injetado com uma vazão constante no rio, medindo-se
sua concentração numa seção a jusante. Para obter a vazão utiliza-se a equação
02, visualizada a seguir:
(02)
Onde: Q = vazão do rio (m³ s-1);
q = vazão da solução salina (L s-¹);
Cs = concentração da solução (g L-¹);
Cr = concentração do sal na água (mg L-¹).
Recomendam os autores supracitados, que antes de iniciar a medição, devese lançar uma solução de corante no ponto de ejeção e observar a sua diluição,
propagação e o tempo de deslocamento da mesma no trecho do rio, o que permite
determinar a passagem da solução no trecho considerado. Este método teve seu
uso intensivo a partir das décadas de 1950 e1960 nos rios das montanhas dos
Alpes.
2.3.4. Método acústico (efeito doppler)
Na medição de vazão pelo método acústico é utilizado o equipamento ADCP
(Acoustic Doppler Current Profiler), este método originou-se da dificuldade de medir
a velocidade, direção e sentido das correntes marítimas com o método convencional
do molinete, devido a mudanças do sentido das mesmas
Este método baseia-se na medição e integração de área e velocidades, sendo
composto por três ou quatro transdutores (sondas) que transmitem pulsos de
ultrasom na água, que colidem com sedimentos, plânctons em suspensão e na
superfície sólida do fundo. O eco produzido retorna aos transdutores, pelo efeito
Doppler, desse modo, estima-se tanto a velocidade e direção da corrente, bem como
a batimetria do perfil da seção fluviométrica.
De acordo com Santos et al. (2001, p.160):
Os equipamentos acústicos de medição de vazão (ADCP) utilizam o efeito
doppler transmitindo pulsos sonoros de freqüência fixa e escutando o eco
- 34 -
que retorna das partículas em suspensão na água (sedimentos e plâncton).
Estes materiais, na média, movem-se com a mesma velocidade da massa
da água em se encontram.
(...) há situações, como em rios muito rasos, em que o método tradicional
ainda é insubstituível, mas aí, os riscos para os hidrometristas são
reduzidos.
O ADCP mede a vazão com rapidez, precisão e segurança ideal para
trabalhos em médios e grandes rios, onde o uso do molinete hidrométrico demanda
tempo e número de recursos humanos. A ocorrência de alteração nas camadas de
correntes na seção por remansos e redemoinhos, não representam problemas para
o ADCP, ele as detectas e faz as correções de velocidades e direção do
escoamento, medindo a velocidade média real.
2.3.5. Método da curva-chave
Segundo Pruski et al. (2002, p.22) “a curva-chave é uma relação entre o nível
da água em um canal ou rio e a sua vazão (...)”. Ela é definida a partir de medições
diretas de vazões e níveis de cota na seção fluviométrica, com medições que
compreendam períodos de cheias e vazantes, para que se tenha uma relação de
cota e vazão unívoca, em que apenas um valor de vazão é associado à determinada
cota.
Para Chevallier (2012, p.510) a relação cota-descarga:
É determinada por uma representação aproximada do traçado da curva de
calibragem, feita a partir dos resultados das medições e apoiada na análise
dos parâmetros de escoamento. A relação cota-descarga é apresentada
sob três formas, geralmente associadas: à representação gráfica, a fórmula
matemática e tabela de calibragem.
Este autor pontua que a relação cota-descarga pode ser apresentada nas
formas gráficas, expressões matemáticas e tabela de calibragem. Na forma gráfica é
utilizada pela relação Q = f(h) no sistema de eixos retangulares, enquanto, que as
expressões matemáticas mais utilizadas são potencial, exponencial e polinomial.
Onde:
Q = vazão (m³ s-¹),
h = cota do nível da água (cm),
- 35 -
Jaccon e Cudo (1989) pontuam que as expressões matemáticas mais
utilizadas no ajuste estatístico da curva-chave são o polinomial e exponencial.
Neste aspecto, alguns parâmetros da geometria da seção devem ser
calculados e analisados, tais como área molhada, perímetro molhado, raio hidráulico
e largura superficial, que variam com o nível. A existência de cota-descarga nãounívoca está relacionada à alteração da calha da seção, seja por obras de
canalização, retirada de areias, construção de ponte a jusante e acúmulo de
sedimentos provocados por ondas de cheias, o que pode resultar em curva em laço.
Com a calibração da curva-chave estabelecida, opta-se pelo processo indireto
de medição de vazões, com dois registros diários, geralmente (07 horas e 17 horas),
ou continuo no tempo nas estações providas de linígrafos, que registram os níveis
d’água. A relação entre nível e vazão, medidos diretamente, permitem estabelecer a
curva de descarga, que por meio de equações matemáticas, transformam as leituras
de cotas na régua e/ou os registros do linígrafo em vazões. Salienta Chevallier
(2012) “o conhecimento dessa relação (curva-chave) permite substituir a medição
contínua das descargas por uma medição contínua das cotas (níveis da água).
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1. Instalação das réguas na seção experimental
A bibliografia básica utilizada tanto, para instalação da seção fluviométrica
experimental, quanto no seu monitoramento basearam-se nas obras de Pruski et al.
(2002), Santos et al. (2001), Back (2006) e em manual de hidrometria da ANA
(2009).
Os materiais e equipamentos utilizados na implantação desta seção
fluviométrica experimental foram os seguintes: 4 (quatro) réguas linimétricas de
madeira numeradas de 2 em 2 centímetros, sendo que cada lance de régua com
dimensão de 1 m x 0,05 m x 0,01 m, 4 suportes de madeira de 2,50 m de
comprimento, 8 estacas de madeira para fixação das hastes, 20 m de mangueira
transparente, nível de bolha, marreta, pregos, martelo, cavadeira manual, concreto,
cabo de aço de 90 m e 2 cavaletes de madeira.
- 36 -
A implantação da seção de réguas contou com o auxílio de um pedreiro nas
aberturas das cavas, fixação das hastes e nivelamento das réguas que ocorreu no
dia 29 de setembro de 2011. Optou-se por esta data, devido ao reduzido nível de
água do rio de Ondas neste período.
O nivelamento e a fixação das réguas linimétricas, consistiram nas
orientações contidas na bibliografia de Santos et al. (2013), onde foram adotados os
seguintes procedimentos:
1) Implantação da 1ª régua com fixação de um suporte (haste) de madeira
no leito do rio de Ondas, nivelada na vertical por meio do nível de bolha. O
cravejamento do suporte se deu por sucessivos golpes de marreta, ficando este
enterrado ao solo a uma profundidade de 1,20 m. Em seguida fixou-se a 1ª régua no
suporte por parafusos, preocupando-se com o nivelamento da mesma, ficando esta
imersa a 56 cm do nível da água, como visualiza-se na Figura 10.
Figura 10 – Primeira régua imersa a 56 cm do NA. Fonte: CEZAR FILHO (2011)
2) Cravejado o 2º suporte a 0,70 m de profundidade no solo e,
já
devidamente nivelado na vertical, procedeu-se o nivelamento do 100 cm da 1ª régua
com o zero da 2ª régua, que foi obtido mediante a utilização de uma mangueira de
nível contendo água. O nível da água de uma das extremidades da mangueira foi
posicionada com a parte superior (100 cm) da 1ª escala e a outra extremidade da
mangueira teve o nível de água posicionado, junto a parte inferior (0 cm) da 2ª
- 37 -
escala,
concluído o nivelamento fixou-se a régua no suporte com parafusos,
visualizado conforme a Figura 11.
Figura 11 – Nivelamento da parte superior (100 cm) da 1ª escala com a parte inferior (0 cm)
da 2ª escala.
Fonte: CEZAR FILHO (2011)
Para o nivelamento das demais escalas seguiu-se a seqüência adotada
anteriormente, tendo a parte superior (100 cm) da 2ª escala nivelada com a parte
inferior (0 cm) da 3ª escala e, assim sucessivamente, até a instalação da 4ª escala.
Na fixação dos suportes (hastes) das escalas 2, 3 e 4 foram abertas cavas de
0,70 m de profundidade no solo, em seguida todas niveladas na vertical e fixadas
ao solo com massa de tipo concreto, conforme Figura 12.
Figura 12. Fixação do suporte da escala – Fonte: CEZAR FILHO (2011)
- 38 -
Visualiza-se, na Figura 13, o conjunto de escalas da estação experimental
Ponte Prainha-Montante, após a conclusão da instalação.
Figura 13 – Escalas linimétricas instaladas na seção experimental
CEZAR FILHO (2011)
O ponto de coordenadas da estação experimental Ponte Prainha-Montante foi
obtido mediante a utilização do GPS geodésico de dupla frequência (L1 e L2), com
tipo de receptor da base ATX900/319144 e antena ATX900 CS tripé, receptor móvel
tipo ATX900/319136 e antena ATX900 GG tripé. Sendo que os receptores do GPS
geodésico foram configurados pelo sistema de
coordenadas UTM e o datum
SIRGAS 23S.
Desse modo, procedeu-se com a instalação da base no ponto de
coordenadas georeferenciado do campus da Prainha, conforme visualiza-se na
Figura 14. Assim, a antena do receptor da base foi posicionada sobre o marco de
coordenadas a uma altura de 1,6310 m, com a contagem do tempo na base iniciado
às 09 h 25’ 58” e encerrado às 16 h 49’ 21”, com um tempo de permanência no
ponto de 7 h 23’ e 23”.
- 39 -
Figura 14. Receptor da base do GPS Geodésico sobre o marco de Coordenadas do
Campus da Prainha – ICADS/UFBA. Fonte: CEZAR FILHO (2012)
Logo após, procedeu-se com a instalação do receptor móvel sobre o marco
de coordenadas da estação experimental Ponte Prainha-Montante visto no Figura
15, com a antena a uma altura de 2.00 m do topo do marco, inicializado às 10 h 05’
04” e encerrado às 16 h 15’ 03”, com um tempo de permanêrncia no ponto de 06 h
09’ 59”.
Figura 15. Marcação do ponto de coordenadas da estação com GPS
Geodésico - Fonte: CEZAR FILHO (2012)
No escritório com os cartões de memória dos receptores do GPS, copiou-se
os dados dos pontos de coordenadas gravados nos receptores para o computador,
do aplicativo Leica Geo Office 7.0, processou-se os dados dos pontos de
coordenadas, utilizando-se da metodologia do Processamento por Ponto Preciso
(IBGE, 2012).
- 40 -
3.2. Aquisição dos dados
Na realização desta pesquisa foram utilizados os seguintes equipamentos: um
contador digital de pulsos marca JCTM, modelo CPD-10 com tempo de ajuste de 1 a
99 segundos Figura 16a; um molinete hidrométrico marca MLN-7 Figura 16b com
número de série do corpo 138.01.11, hélice número JC.138.01.11, diâmetro da
hélice 12,50 cm e válido para operações de medições para N ≤ 22,9900 (RPS –
número de rotações por segundo), com a seguinte curva de calibração dada pela
equação 03; 01 sonar de profundidade marca System, modelo H22PX handheld
Figura 16c que mede na faixa de 0,80 m a 60 m de profundidade e 1 lastro
hidrodinâmico de 13 kg Figura 16d;
V = (0,28497408N) - 0,00613007
(03)
Onde,
V (m s-¹) - é a velocidade medida no ponto da vertical; N - é o número de
rotações por segundo (RPS).
Quando inserido o valor N nesta equação, determina-se a velocidade no
ponto da vertical.
Figura 16. Conjunto de equipamentos: contador digital de pulsos, molinete hidrométrico, sonar
de profundidade, lastro hidrodinâmico. Fonte: CEZAR FILHO (2011)
Além dos equipamentos supracitados, utilizou-se também um barco de
alumínio ancorado ao cabo de aço traçado do ponto inicial (PI) ao ponto final (PF) da
seção Figura 17a; 1 guincho hidrométrico adaptado Figura 17b; trena métrica de 50
m; 02 cordas de seda de 4 m; 02 mosquetões; prancheta; calculadora e caneta.
- 41 -
Figura 17. Barco de alumínio ancorado na seção Fonte: CEZAR FILHO (2011)
O número de rotações por segundo (RPS) é o quociente do número de
rotações pelo tempo de permanência do molinete no ponto da vertical, obtido pelo
emprego da equação 04. O RPS é adicionado à equação da hélice do molinete
MLN-7, que converte o número de rotações por segundo registrados no CPD-10 em
velocidade dada pela equação 04.
N = R/T
(04)
Onde:
N = número de rotações por segundo
(RPS;
R = número de rotações registradas durante o intervalo de tempo;
T = tempo de medição no ponto da vertical (s).
O molinete hidrométrico MLN-7 adotado nesta pesquisa possui a equação de
calibragem da hélice de acordo com o Gráfico 01, conforme o certificado de
calibração número 343-978-1-2011. Enquanto, que o tempo de permanência do
molinete nos pontos das verticais foi ajustado no CPD-10 em 30 segundos.
- 42 -
Velocidade (m s-1)
3,0
y = 0,2850x - 0,0062
R² = 0,9999
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
N (rotações por segundo)
Dados de calibração
Regressão Linear
Gráfico 01. Curva de calibração da hélice do molinete hidrométrico MLN-7
Fonte: Certificado de Calibração nº 343-978-1-2011.
Nesse sentido, o cálculo da velocidade média dos pontos da vertical é
realizado com base nas equações contidas na Tabela 04, sendo que por meio dos
valores das velocidades médias dos pontos das verticais, obtém-se a velocidade
média do perfil da seção transversal, dada em m s -1.
3.3. Ajuste da curva-chave da seção
O monitoramento das vazões da estação Ponte Prainha-Montante, localizada
no baixo curso do rio de Ondas se deu pelo método convencional com o uso de
molinete hidrométrico com o barco ancorado, no período de 31/10/2011 a
29/09/2012.
Essa fase da pesquisa caracteriza-se por trabalhos de campo que
correspondem às medições diretas de velocidade da água na seção, com o emprego
do molinete hidrométrico, pelo método do barco ancorado. Para tanto, utilizou-se
cabo de aço traçado de forma permanente em ambas as margens da seção, ponto
inicial e ponto final visualizado na Figura 18, o que possibilitou otimizar as coletas de
dados em campo, no tocante ao dispêndio de tempo na sua montagem para efetuar
as medições de vazão.
- 43 -
Figura 18 - Cabo de aço traçado do PI- PF da seção
Fonte: CEZAR FILHO (2011)
As etapas seguintes consistiram em determinar nas campanhas de medições
de vazão, os seguintes parâmetros: a área e a velocidade média no perfil transversal
da seção. Nesse sentido, com o barco ancorado ao cabo de aço de forma a permitir
o seu deslocamento transversal, no sentido de ambas às margens, mediu-se a
largura superficial da seção por meio da trena métrica, onde o valor obtido da largura
superficial, e de acordo com a Tabela 01, define-se o distanciamento entre as
verticais.
Já com a utilização guincho hidrométrico adaptado ao barco, procedeu-se
com a fixação do corpo do molinete e o lastro ao cabo suspenso do guincho
hidrométrico, sendo ajustado em 30 segundos o tempo no CPD-10. Desloca-se o
barco para o ponto da vertical considerada, mede-se a profundidade da vertical com
o sonar de profundidade, recorre-se aos parâmetros da Tabela 03, que determina o
número de pontos de medições na vertical em função da profundidade. Em seguida
posiciona-se a hélice do molinete contra o fluxo da corrente no ponto da vertical,
aciona-se a contagem permanecendo com o molinete no ponto, pelo o tempo
previamente ajustado de 30 segundos.
Os resultados dos parâmetros medidos de profundidade da vertical e do
número de rotações da hélice do molinete, nos pontos e profundidades das verticais,
são registrados nas planilhas de aquisição dos dados APÊNDICE A e calculados
posteriormente no escritório e utilizados posteriormente no ajuste da curva de
descarga líquida da seção.
- 44 -
Os cálculos da área molhada e perímetro molhado foram efetuados por meio
de ferramentas e técnicas disponíveis no software AutoCAD, versão 2007. Mediante
a construção de desenho do perfil transversal da seção, obtido a partir dos dados
medidos em campo de largura da seção e do levantamento batimétrico das
profundidades, nas diversas verticais pelo sonar de profundidade modelo h22px
handheld.
Todavia, fez-se necessário configurar o ambiente de trabalho do AutoCAD
como definição da unidade de escala de inserção do metro, com precisão de 2
casas decimais. Assim, foram criadas camadas com dados dos parâmetros de
largura superficial livre da água, profundidade dos pontos das verticais com seus
respectivos distanciamentos para a obtenção do perfil transversal da seção. Os
valores da área e perímetro, foram obtidos por meio do comando list.
Os dados quantitativos medidos em campo foram manipulados e gerenciados
por meio do sistema operacional Microsoft Windows XP, no programa de planilha
eletrônica Excel 2010, gerando tabelas, gráficos, coeficiente de determinação pelo
ajuste, linear que teve como base o método dos mínimos quadrados, para o
ajustamento.
Neste aspecto, foram elaborados os gráficos de cota-vazão, largura-área,
largura-perímetro, largura-vazão e área-raio hidráulico, com os seus respectivos
ajuste da equação matemática e coeficiente de determinação.
O processo de ajustamento das variáveis por meio de regressão foi apoiado
pelo coeficiente de determinação (R²), determinando-se o limiar em 0,70, como
estatisticamente aceitável.
Segundo Toledo (2008), o valor do R² evidência que a correlação será tanto
mais pertinente quanto mais próximo estiver o resultado de 1, e será tanto menos
evidenciada quanto mais próximo o resultado estiver de zero.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1. Instalação da Seção Experimental
Os
dados
produzidos
pelo
monitoramento
fluviométrico
da
estação
experimental Ponte Prainha-Montante foram obtidos pelo período de um ano, sendo
- 45 -
medidos e calculados os seguintes parâmetros: cota (cm), largura (m), profundidade
(m), velocidade (m s-¹), área (m²), perímetro (m), raio hidráulico (m) e vazão (m³ s-1).
As observações efetuadas nas escalas instaladas na seção permitiram a
aquisição dos pares de dados de cota e vazão com ajustes satisfatórios, o que podese inferir que tiveram excelentes nivelamentos vertical e horizontal.
O cálculo da área e do perímetro da seção transversal foram obtidos no
aplicativo AutoCAD 2007, conforme o exemplo de um dos perfis transversais da
seção realizado no dia 01/12/2011 Figura 19.
Figura 19. Perfil transversal da seção elaborado no aplicativo AutoCAD 2007.
Fonte: CEZAR FILHO (2012)
O perfil transversal da seção resulta do levantamento batimétrico das
verticais, ao longo da seção transversal e da largura superficial, o que possibilitou a
obtenção da área e do perímetro molhado. O relevo do fundo da seção é
representado pelo perfil transversal, e a alteração na forma do relevo do fundo do rio
pode indicar mudança nos parâmetros geométricos e de escoamento da seção.
Esses parâmetros variam em função no nível da cota, por isso, demandaramse atenção e cuidados especiais nas medições e cálculos, pois eles subsidiarão no
traçado de calibração da curva-chave.
4.2. Apresentação dos dados
A Tabela 5 contém os valores dos parâmetros geométricos e de
escoamento na seção das variáveis processadas após medidas em campo,
em um total de 27 campanhas de medições, no período de outubro de 2011 a
setembro de 2012.
Este período de monitoramento compreendeu as
sazonalidades de estiagens e cheias, isto é, baixa, média e alta dos níveis
das águas do rio de Ondas em seu baixo curso. No entanto, não foi possível
realizar todas as medições para os pares de cota e vazão de forma que
preenchesse todos os níveis de escoamento da seção.
- 46 -
Tabela 5 – Parâmetros geométricos e de escoamento na seção
Data
31/10/11
11/11/11
16/11/11
25/11/11
01/12/11
06/12/11
10/12/11
14/12/11
16/12/11
07/01/12
13/01/12
03/02/12
28/02/12
09/03/12
17/03/12
24/03/12
16/04/12
23/04/12
22/05/12
31/05/12
27/06/12
13/07/12
30/07/12
22/08/12
28/08/12
14/09/12
29/09/12
Perímetro
Profundidade
Média
Velocidade
Média
(m )
(m)
(m)
54,80
65,20
65,30
77,70
89,50
91,45
79,15
146,80
79,00
79,15
84,80
70,38
66,50
55,29
51,98
66,10
50,16
49,28
52,68
50,63
49,18
48,15
47,46
49,13
47,85
46,83
42,25
80,60
88,60
88,64
90,97
96,87
97,07
92,94
133,04
92,94
92,93
92,77
89,63
88,68
80,65
77,89
88,60
78,76
77,94
78,84
77,88
77,75
77,70
77,68
76,73
76,34
76,37
75,47
2,30
2,40
2,50
2,80
3,10
3,20
2,90
4,10
2,90
2,80
2,90
2,50
2,60
2,20
2,20
2,40
2,20
2,20
2,30
2,20
2,00
2,00
2,10
2,00
2,00
2,00
1,90
Cota
Largura
Área
(cm)
(m)
84
105
104
139
169
173
150
297
150
146
143
115
94
84
77
94
79
70
80
74
65
62
62
58
56
54
49
40,00
44,00
44,00
45,00
48,00
48,00
46,00
66,00
46,00
46,00
46,00
45,00
44,00
40,00
38,50
44,00
39,00
38,50
39,00
38,50
38,50
38,50
38,50
38,00
37,80
37,70
37,38
2
R. H.
Vazão
(m s )
(m)
(m s )
0,67
0,64
0,71
0,63
0,85
0,76
0,76
0,86
0,74
0,84
0,86
0,72
0,74
0,70
0,49
0,72
0,67
0,64
0,69
0,66
0,65
0,63
0,62
0,65
0,60
0,59
0,56
0,68
0,74
0,74
0,85
0,92
0,94
0,85
1,10
0,85
0,85
0,91
0,76
0,72
0,66
0,63
0,73
0,69
0,62
0,67
0,65
0,59
0,58
0,61
0,61
0,63
0,64
0,56
36,72
41,73
46,36
48,95
76,08
69,50
60,15
126,25
58,46
66,49
72,93
50,47
49,21
38,70
25,47
47,59
33,61
31,54
36,35
33,42
31,97
30,33
29,43
31,93
28,71
27,63
23,66
-1
3
-1
Fonte: CEZAR FILHO (2013). Legenda: R. H. = raio hidráulico.
Evidencia-se na Tabela 6 os coeficientes obtidos entre as variáveis, por meio
da correlação de Pearson, adotando-se o limiar de 5% de probabilidade.
Tabela 6 - Matriz de correlação de Pearson dos parâmetros geométricos e de
escoamento da seção
Variáveis
Cota
Largura
Área
Cota
Largura
Área
Perímetro
P. média
V. média
RH
Vazão
1
0,9749
0,9918
0,9769
0,9767
0,8005
0,9650
0,9794
1
0,9882
0,9998
0,9298
0,7606
0,9177
0,9726
1
0,9895
0,9702
0,8028
0,9588
0,9887
Perímetro P. média
1
0,9324
0,7604
0,9199
0,9738
1
0,8486
0,9875
0,9674
V. média
RH
Vazão
1
0,8397
0,8690
1
0,9503
1
Fonte: CEZAR FILHO (2013)
- 47 -
O exame das variáveis indica que há expressivas correlações entre os dados
medidos, com exceção da variável velocidade com os demais parâmetros, bem
como do raio hidráulico com a velocidade média, que estão abaixo do limiar de 0,85.
4.3 O ajuste a curva-chave
Nesta pesquisa, os resultados obtidos das relações entre as variáveis
hidrométricas demonstram um melhor ajuste entre as mesmas, por meio da função
linear, quando comparados aos índices alcançados pelo coeficiente de determinação
(R²).
A análise da curva-chave para as relações dos parâmetros geométricos e de
escoamento tiveram ajustes satisfatórios, todos com valores superiores a 0,90 do
coeficiente de determinação, reflexo dos procedimentos de medidas e cálculos das
variáveis da seção.
Observa-se no Gráfico 02 a relação entre as variáveis, largura e área da
seção transversal, disposto por meio do diagrama de dispersão.
160,00
y = 3,6726x - 91,7774
R² = 0,9766
140,00
Área (m³)
120,00
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
30,0
35,0
40,0
45,0
50,0
55,0
60,0
65,0
70,0
Largura (m)
Medições de campo
Ajuste linear
Gráfico 02. Ajuste estatístico das variáveis largura x área molhada.
Fonte: CEZAR FILHO (2013).
Como se verifica no gráfico supracitado, o ajuste dos dados entre a variável
explicativa (largura) com a variável dependente (área) foram satisfatórios, com
expressivo coeficiente de determinação R² = 0,9766. Isso aponta que houve
- 48 -
precisão nas medições de largura e batimetria da seção e, que o distanciamento
entre as verticais, recomendado por Santos et al. (2001), constantes na Tabela 02,
não precisou ser alterado, ou seja, reduzir o distanciamento entre as verticais, para
se obter maior precisão na relação entre batimetria e valor da área da seção
transversal.
Por conseguinte, nota-se que não há medições para o intervalo entre 48 a 66
metros, para o parâmetro da largura, no entanto, isso poderá ser obtido em outras
oportunidades por outros pesquisadores na continuação das medições.
Acrescenta-se que devido ao ajuste obtido, a área da seção transversal
poderá ser estimada, por meio da obtenção da largura do rio de Ondas. Neste
sentido, é expressivamente mais barato e preciso a medição da largura do rio do
que a área, da seção molhada.
O Gráfico 03 apresenta o resultado da relação entre os dados da variável
independente (largura), com a dependente (perímetro) e a disposição dos pontos
medidos em campo, bem como o ajuste obtido.
Perímetro (m)
150,00
y = 2,0079x + 0,4147
R² = 0,9995
120,00
90,00
60,00
30,00
0,00
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
Largura (m)
Medições de campo
Ajuste linear
Gráfico 03. Ajuste estatístico das variáveis largura x perímetro molhado.
Fonte: CEZAR FILHO (2013).
Com base no valor do R² = 0,9995 obteve-se uma expressiva correlação entre
os dados mensurados, o que indica que houve satisfatória precisão no método de
medição das profundidades das verticais, pelo sonar de profundidade modelo
- 49 -
H22PX handheld e que os perfis transversais foram calculados de forma adequada
no software AutoCAD, apoiados pela metodologia de Santos et al. (2001).
Ressalta-se, pois se a largura e o perímetro molhado estão com este R²,
significa também que há indícios de estabilização do leito do rio de Ondas, no trecho
e período pesquisado
Ao analisar o Gráfico 04 observa-se que os dados das variáveis cota x
profundidade média tiveram um ajuste satisfatório, por meio do valor do
R² =
0,9540, onde a associação entre os pontos das variáveis estão muito próximos da
Profundidade média (m)
curva de tendência, ajustada.
3,50
3,00
2,50
y = 0,0066x + 0,9494
R² = 0,9540
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
0
50
100
150
200
250
300
350
Cota (cm)
Medições de campo
Ajuste linear
Gráfico 04. Ajuste estatístico das variáveis cota x profundidade média.
Fonte: CEZAR FILHO (2013).
Desse modo, infere-se que as medições das profundidades das verticais, bem
como a leitura das cotas foram obtidas a contento. A associação dos pontos das
variáveis medidas não obtiveram desvios expressivos em relação à linha de
tendência, o que evidência uma satisfatória correlação entre as mesmas. Isso
permite que se faça a estimativa do valor da profundidade média (variável
dependente) em função do valor da cota (variável independente), sendo esta última
de fácil observação.
O Gráfico 05 apresenta o resultado entre a relação dos dados das variáveis
cota (independente) x raio hidráulico (dependente), sendo observado um ajuste
entre as variáveis com expressivo coeficiente de determinação (R² = 0,9313).
- 50 -
Raio hidráulico (m)
1,40
y = 0,0024x + 0,4830
R² = 0,9313
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0
50
100
150
200
250
300
350
Cota (cm)
Medições de campo
Ajuste linear
Gráfico 05. Ajuste estatístico das variáveis cota x raio hidráulico.
Fonte: CEZAR FILHO (2013)
Salienta-se
que
próximo
ao
perfil
transversal
desta
estação,
a
aproximadamente 200 metros a jusante, ocorrem com freqüência ações de areeiros
que retiram areias do leito do rio em canoas (embarcação de pequeno porte), mas
em pequena quantidade. Como esse processo acontece a uma distância adequada,
não modifica de forma perceptível a área do perfil da seção, conseqüentemente não
afetaram a relação entre as variáveis cota x raio hidráulico.
Jaccon e Cudo (1989) pontuam que o raio hidráulico é um parâmetro
numérico importante na determinação da curva de descarga da seção fluviométrica,
onde a alteração brusca na forma do leito pode acarretar diminuição ou aumento do
valor do raio hidráulico e, conseqüentemente, modificar a relação de cota-vazão.
Isto indica que há uma relação satisfatória entre as variáveis: cota, largura e
perímetro, expondo a qualidade dos dados obtidos em campo.
No Gráfico 06 apresenta-se a análise do ajuste do conjunto de pontos das
variáveis em análise, largura x vazão que resultaram em um valor de R² = 0,9459,
considerado um ajuste satisfatório
- 51 -
140,00
Vazão (m³ s-1)
120,00
y = 3,5875x - 106,4376
R² = 0,9459
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
30,0
35,0
40,0
45,0
50,0
55,0
60,0
65,0
70,0
Largura (m)
Medições de campo
Ajuste linear
Gráfico 06. Ajuste estatístico das variáveis largura x vazão.
Fonte: CEZAR FILHO (2013).
O ponto positivo em obter a estimativa da vazão, apenas medindo a largura
da seção transversal, é que a largura pode ser medida com facilidade por meio do
distanciômetro ou trena métrica, com isso, há uma redução de custo e tempo.
Durante o período de monitoramento, mais especificamente, no dia
14/12/2011 houve uma cheia com transbordamento da água na margem esquerda,
no entanto, não chegou a cobrir a última régua, conforme visualiza-se na Figura 16.
Caso haja extravasamento de água para qualquer uma das margens, pode
acarretar problemas com a determinação da área e da velocidade do perfil
transversal, conseqüentemente com reflexo no valor da vazão, para cotas a serem
registradas em níveis superiores ao do extravasamento das águas.
O extravasamento da calha nesta seção não ocorre com freqüência, só em
cheia extraordinária. O que fica evidente é a existência de casas na margem
esquerda a jusante da estação, que consolidaram-se, em decorrência dos
infreqüentes picos de cheia, com extravasamentos de leito.
- 52 -
Figura 20. Transbordamento da água para a margem esquerda da seção. Data 14/12/2011
Fonte: CEZAR FILHO (2011).
Quando o nível da água já havia recuado da última régua conforme visualizase na Figura 17, foi efetuada uma medição de vazão com registro de cota a 297 cm.
E em decorrência do atrito da hélice do molinete hidrométrico, com a vegetação
(gramíneas), necessitou-se recuar 16 m de distância do ponto inicial da margem
esquerda, para efetuar medições de velocidade com o molinete, que pode influenciar
na subestimação nos valores de vazão.
Figura 20. Perfil esquemático da seção de réguas. Fonte: CEZAR FILHO (2013).
Entretanto, em análise das conseqüências da enchente do dia 14/12/11 para
possíveis alterações na geomorfologia do trecho da seção, como sedimentação ou
- 53 -
erosão do leito rio, não foram percebidas, pois o padrão do leito do rio permaneceu o
mesmo, comprovado por medições posteriores.
No entanto, pelos próprios resultados dos R² (cota x raio hidráulico e largura x
perímetro) assegura-se que os parâmetros, objeto da análise, não apresentaram
problemas que comprometesse a relação entre as variáveis. De tal maneira,
assegura-se que não houve alterações expressivas na forma do leito do canal que
pudessem prejudicar a estabilidade da seção.
No Gráfico 07 é apresentado o resultado da relação entre as variáveis cota e
vazão, ressaltando a obtenção de um valor expressivo de R² = 0,9592, possibilitando
na definição do ajuste aproximado da curva-chave, para a estação experimental
Ponte Prainha-Montante.
Vazão (m³ s-1)
140,00
120,00
y = 0,3953x + 5,2830
R² = 0,9592
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
0
50
100
150
200
250
300
350
Cota (cm)
Medições de campo
Ajuste linear
Gráfico 07. Curva-chave (cota x vazão) da estação experimental
. Fonte: CEZAR FILHO (2013)
A curva-chave é representada na forma gráfica por um sistema de eixos
retangulares pela relação Q = f(h). Todavia, as expressões matemáticas mais
utilizadas são a potencial, exponencial e polinomial, sendo que a expressão
matemática da curva-chave (cota-vazão) adotada neste trabalho, foi obtida pelo
ajuste linear, em decorrência dos pontos dos valores das variáveis estarem mais
próximos da linha de tendência, bem como pela observância ao coeficiente de
determinação.
- 54 -
No Gráfico 08 é apresentado o resultado do intervalo de confiança, ao nível
de 5% de probabilidade, no ajuste dos dados entre as variáveis cota x vazão. O
desvio em relação ao ajuste das variáveis à reta do coeficiente de regressão, aponta
que os dados medidos estão dentro da faixa do limiar de segurança, exceto duas
medições. Todavia, o uso do ajuste linear foi por meio da utilização do aplicativo
XLSTAT, proveniente do Microsoft Excel, sendo que o gráfico está ajustado para a
correlação linear.
Regressão de Vazão por Cota (R²=0,9592)
140
120
Vazão (m³ s-1)
100
80
60
40
20
0
0
50
100
150
200
250
300
Cota (cm)
Ativas
Modelo
Int. de conf. (Média 95%)
Int. de conf. (Obs. 95%)
Gráfico 08. Ajuste do intervalo de confiança de regressão linear das variáveis cota x vazão da estação
experimental. Fonte: CEZAR FILHO (2013).
Neste aspecto, para se estabelecer uma expressiva correlação entre duas
variáveis, é imprescindível que se meçam uma série de pares de cotas e vazões na
seção de controle, que compreendam as cotas mínimas, médias e altas, o que
necessitaria de um longo período de monitoramento.
Neste trabalho, observa-se que há medições em maior número em cotas
baixas, e um déficit de medições em cotas altas, em decorrência do curto período de
monitoramento e da influência do calendário adotado nas medições, que sofreu
constantes adaptações em decorrência da disponibilidade dos acadêmicos que
auxiliaram nas campanhas de medições.
- 55 -
Para as cotas mínimas há um agrupamento de pontos bem alinhados à linha
de tendência e, no intervalo de 173 a 297 cm, não houve medições, devido a pouca
ocorrência de cheia para este intervalo de cotas.
A ocorrência da cheia e sua depleção do dia 14/12/2011, registrou-se uma
única medição. Por coincidência neste dia estava previsto a realização de uma
medição à tarde, mas percebeu-se a ocorrência da cheia do pela manhã, ao passar
pela ponte da Prainha. E que o barco utilizado nesta pesquisa teve que ser
empregado no resgate de um morador idoso em uma residência na margem
esquerda a jusante da estação, onde o nível da água estava a 6 cm na última régua,
visualizada na Figura 16. Neste aspecto, devido à medição ser realiza à tarde, a
cheia já havia recuado da última régua, no momento em que se iniciou o processo
de medição.
Com a definição da curva-chave a variável dependente vazão poderá ser
então estimada, em função da cota linimétrica observada na régua. Com isso, o
monitoramento diário de medição de vazão torna-se possível, rápido e de baixo
custo operacional.
Como as oscilações nos níveis das cotas em cursos d’água são influenciadas
pela precipitação na área da bacia, como a sua intensidade, duração, distribuição e
freqüência e, que em função, do tamanho e das características morfométricas da
bacia, exige-se que o monitoramento seja realizado em intervalos de tempos curto,
médio e longo.
Assim sendo, pode inferir que o ajuste da curva-chave para esta estação
experimental teve um ajustamento aproximado, em decorrência da carência de
medições principalmente, em cotas médias e altas, conforme se visualiza no gráfico
supracitado, o que não inviabiliza sua utilização.
Quanto
ao referencial de nível da estação experimental Ponte Prainha-
Montante, está georeferenciado sob o ponto de coordenadas: Latitude -12º 08’º
47.73656”,
Longitude
-45º 01’ 00.34125”
e altitude 427,16 m, com precisão
posicional nos eixos x, y e z de 0,0001 m.
Portanto, a precisão na obtenção dos pontos de coordenadas supracitados
foram acurados, conforme a demonstração dos resultados: Latitude 0,0000 m,
Lontitude 0,0000 m e Altitude de 0,0001 m.
- 56 -
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Esta pesquisa consistiu na instalação e operacionalização de uma estação
experimental no rio de Ondas em seu baixo curso. Assim sendo, foram monitorados
parâmetros hidrométricos que fornecerão subsídios ao conhecimento da dinâmica
fluvial, gerando dados ao planejamento e gestão deste manancial superficial.
As análises estatísticas dos dados das variáveis possibilitaram um ajuste
satisfatório, com expressivos coeficientes de determinação para os parâmetros
medidos. Desta forma, a calibração da curva de descarga líquida da estação
experimental Ponte Prainha-Montante foi definida com um valor expressivo do R² =
0,9592, o que garante estimar vazões a partir do nível de cota na régua, quando
adicionado este, à equação da curva-chave desta estação.
Como o processo de medição de vazão de forma direta é oneroso e
complicado, devido uma série de circunstancias, opta-se pelo método indireto que é
fácil e rápido, porém preciso. Na medição direta de vazões se torna desgastante
pelas próprias condições desconfortáveis do ambiente, como sol, calor e manuseio
dos equipamentos e esforço físico. Enfim, é uma tarefa árdua.
Desse modo, as medições de vazão poderão ser realizadas, a partir dos
dados efetuados por um observador diariamente ou contínuo no tempo por meio de
aparelhos automáticos de medições de níveis (linígrafos), calibrados estes, pela
equação de descarga da estação, que converterão cotas observadas em vazões.
Todavia, este trabalho, também poderá servir como suporte para o
desenvolvimento de pesquisas com temas correlatos ao estudo dos ambientes
fluviais, do baixo curso do rio de Ondas, bem como na elaboração de banco de
dados diários de vazões.
- 57 -
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