batimetria-lago do amor

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL JULLYANA NEVES ARAMAQUI AVALIAÇÃO DE ASSOREAMENTO NO LAGO DO AMOR UFMS PROFESSOR: Dr. Teodorico Alves Sobrinho e Luiz Augusto do Val CAMPO GRANDE - MS Fevereiro/2013 Trabalho apresentado à disciplina Transporte de Sedimentos, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Ambiental - Centro de Ciências Exatas e Tecnologia, Universidade Federal de Mato Grosso do Sul.

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Page 1: Batimetria-Lago Do Amor

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL

JULLYANA NEVES ARAMAQUI

AVALIAÇÃO DE ASSOREAMENTO NO LAGO DO AMOR

UFMS

PROFESSOR: Dr. Teodorico Alves Sobrinho e Luiz Augusto do Val

CAMPO GRANDE - MS

Fevereiro/2013

Trabalho apresentado à

disciplina Transporte de

Sedimentos, como requisito

parcial à obtenção do título de

Engenheiro Ambiental -

Centro de Ciências Exatas e

Tecnologia, Universidade

Federal de Mato Grosso do

Sul.

Page 2: Batimetria-Lago Do Amor

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RESUMO

ARAMAQUI, J.N. (2013). Avaliação de Assoreamento no Lago do Amor - UFMS. Campo Grande, 2013. Trabalho

apresentado à disciplina de Transporte de Sedimentos – Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, Brasil.

A sedimentação dos reservatórios de água corresponde à uma das principais

problemáticas no processo de degradação destes. Caracterizada pelo transporte e deposição de

sedimentos no leito dos rios, o assoreamento é consequência direta do processo de erosão do

solo, onde os mecanismos de atuação são principalmente a gravidade e a pluviosidade. A fim de

entender melhor este mecanismo de degradação, foi desenvolvida na Universidade Federal de

Mato Grosso do Sul, uma pesquisa de campo no Lago do Amor, com o intuito de avaliar o grau

de sedimentação deste, com o auxílio de imagens de satélite, softwares, GPS e o aparelho para

a realização da Batimetria do Lago - Perfilador Acústico Doppler, modelo M9. Com os dados

batimétricos do Lago e as coordenadas de borda, será calculado, com o auxílio do software

Surfer®, o volume de água deste lago, e comparar com a série história de anos anteriores, a fim

de acompanhar o processo de assoreamento do Lago do Amor, tal como eventualmente propor

medidas para conter a intensificação deste processo.

Palavras-Chave: Assoreamento, Lago do Amor, Batimetria.

Page 3: Batimetria-Lago Do Amor

3

ABSTRACT

ARAMAQUI, J.N. (2013). Analysis of siltation in Lago do Amor - UFMS. Campo Grande, 2013. Trabalho apresentado

à disciplina de Transporte de Sedimentos – Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, Brasil.

The sedimentation of water reservoirs corresponds to one of the main problems in the

process of its degradation. Characterized by the transport and deposition of sediment in

riverbeds, siltation is a direct consequence of the process of soil erosion, where mechanisms of

action are mainly gravity and rainfall. In order to better understand the mechanism of degradation,

was developed at the Federal University of Mato Grosso do Sul, a field survey in Lago do Amor,

in order to assess the degree of settling this with the help of satellite images, software , GPS and

apparatus for performing the bathymetry of the lake - Acoustic Doppler Profiler, model M9. With

Lake bathymetric data and the coordinates of boundary is calculated with help of Surfer ®

software, the volume of water of this lake, and compare with the series history in previous years

in order to monitor the process of siltation of Lake Love, as may propose measures to contain the

intensification of this process.

Palavras-Chave: Siltation, Lago do Amor, Bathymetry.

Page 4: Batimetria-Lago Do Amor

4

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 6

2. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 9

2.1. Geral .............................................................................................................................. 9

2.2. Específico ...................................................................................................................... 9

3. MATERIAIS E MÉTODOS ..................................................................................................... 9

3.1. Delimitação do Lago. ..................................................................................................... 9

3.2. Batimetria ..................................................................................................................... 11

3.3. Processamento Digital de Dados ................................................................................. 11

3.4. Avaliação do processo de Assoreamento no Lago do Amor ....................................... 12

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ......................................................................................... 13

4.1. ANO 2008 .................................................................................................................... 13

4.2. Ano de 2011 ................................................................................................................ 16

4.3. Ano de 2013 ................................................................................................................ 19

5. CONCLUSÕES .................................................................................................................... 22

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 23

Page 5: Batimetria-Lago Do Amor

5

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Perfilador Acústico Doppler, modelo M9. ...................................................................... 8

Figura 2 - Mecanismo de atuação do medidor acústico Doppler ................................................... 8

Figura 3 - GPS geodésico............................................................................................................ 10

Figura 4 - Delimitação da Borda .................................................................................................. 11

Figura 5 - Interface Gráfica do Software Surfer 11® .................................................................... 12

Figura 6 - Planilha Batimétrica do Lago do Amor - 2008. ............................................................ 13

Figura 7 - Curvas de Nível em 2008 ............................................................................................ 14

Figura 8 – Modelo Digital de Terreno - 2008 ............................................................................... 14

Figura 9 - Vista Aérea do Lago do Amor em 19/04/2006. Google® ............................................. 15

Figura 10 - Cálculo do Volume do Lago do Amor para o ano de 2008. ....................................... 16

Figura 11 - Curvas de Nível em 2011 .......................................................................................... 17

Figura 12 - MDE 2011 ................................................................................................................. 17

Figura 13 - Vista Aérea do Lago do Amor em 09/10/2011. Google® ........................................... 18

Figura 14 - Cálculo do Volume do Lago do Amor para o ano de 2011. ....................................... 18

Figura 15 - Curvas de Nível em 2013 .......................................................................................... 19

Figura 16 – MDE - 2013.............................................................................................................. 20

Figura 17 - Evolução da Redução de Volume no Reservatório ................................................... 21

Page 6: Batimetria-Lago Do Amor

6

1. INTRODUÇÃO

O assoreamento no leito dos rios é um mecanismo complexo, função de fatores

intrínsecos do corpo hídrico e região de estudo, além de características particulares do regime

de escoamento. Um destes mecanismos é a redução na velocidade de escoamento, onde há a

deposição de partículas no leito. O assoreamento tem ganhado relevância com a intensificação

dos processos erosivos nas bacias hidrográficas e sua ocorrência carece de estudos detalhados

e políticas públicas para a prevenção e redução destes. É natural que o processo de deposição

de sedimentos diminua gradativamente a capacidade dos reservatórios de água e, os dados

sobre a vida útil destes são alarmantes. De acordo com Mahmood (1987), a vida útil média dos

reservatórios existentes em todos os países no mundo decresceu de 100 para 22 anos, onde o

custo anual para promover a remoção dos volumes assoreados é avaliado em 12 bilhões de

reais, aproximadamente.

O processo de erosão e sedimentação é basicamente composto pelas etapas de

desprendimento (splash), transporte e deposição das partículas sólidas oriundas da montante da

bacia hidrográfica e vários são os fatores que afetam o processo, como citado pela International

Commission on Large Dams – ICOLD (1989) abaixo:

Precipitação - quantidade, intensidade e frequência;

Tipo de solo e formação geológica;

Cobertura do solo (vegetação, rochas aparentes e outros);

Uso do solo (práticas de cultivo, pastagens, exploração de florestas, atividades de

construção e medidas de conservação);

Topografia (geomorfologia);

Natureza da rede de drenagem – densidade, declividade, forma, tamanho e

conformação dos canais;

Escoamento superficial;

Características dos sedimentos (granulométricas, mineralógicas etc.);

Hidráulica dos canais.

Page 7: Batimetria-Lago Do Amor

7

Em reservatórios pequenos, o processo de assoreamento ocorre de forma rápida,

podendo acontecer até mesmo em uma única enchente (CARVALHO et al., 2000).

São inúmeros os problemas ambientais decorrentes do processo de erosão e

assoreamento. CARVALHO (1994) afirma que os sedimentos que cobrem o fundo do lago

produzirão modificações da fauna e flora do leito. A água limpa que escoa para jusante da

barragem, já sem os nutrientes que o sedimento transporta, provocará modificações na fauna e

flora, com reflexos ambientais em todo o curso d’água, especificamente na foz. A formação do

estuário e delta no mar poderá sofrer grandes transformações ambientais.

Uma das maneiras de estudar o processo de assoreamento nos reservatórios é através

do estudo da vazão do mesmo, uma vez que a água é um dos principais agentes de transporte

de sedimentos. A curva-chave de um rio é um dos métodos de determinação de vazão em

canais. No entanto, é um método de difícil calibração e ajuste constante, uma vez que as

condições de escoamento de um rio variam constantemente. Os perfiladores acústicos Doppler

são equipamentos de alta tecnologia utilizados para a determinação de vazão nos rios.

RICARDO (2008) descreve o funcionamento dos perfiladores acústicos através de ondas

acústicas em faixas tipicamente compreendidas entre 300 e 3.000 kHz, para medir a vazão

através da mudança de frequência das ondas refletidas por material em suspensão (efeito

Doppler). Deste modo, é possível ainda, obter a profundidade do reservatório através da reflexão

de ondas específicas do fundo. A Figura 1 ilustra um perfilador acústico Doppler, modelo M9 e a

Figura 2, o mecanismo de ação do aparelho.

Page 8: Batimetria-Lago Do Amor

8

Figura 1 - Perfilador Acústico Doppler, modelo M9.

Figura 2 - Mecanismo de atuação do medidor acústico Doppler

O presente trabalho pretende avaliar o processo de assoreamento no Lago do Amor

(UFMS) através de batimetria utilizando o perfilador acústico Doppler, da marca Sontek, modelo

M9 e processamento digital de dados no software Surfer®.

Page 9: Batimetria-Lago Do Amor

9

2. OBJETIVOS

2.1. Geral

Avaliar o assoreamento no Lago do Amor – UFMS, com a utilização de perfilador

acústico Doppler, modelo M9 entre os anos de 2008 a 2013.

2.2. Específico

1. Calcular o volume do reservatório com o auxílio do software Surfer®

2. Comparar os resultados obtidos com os anos anteriores, para o mesmo local.

3. MATERIAIS E MÉTODOS

A realização do trabalho dar-se-á de acordo com o seguinte procedimento:

3.1. Delimitação do Lago.

A delimitação do Lago será feita com o auxílio de um GPS geodésico que fornecerá as

coordenadas da borda do lago. O GPS é colocado na borda, em contato com a água, na posição

vertical, onde o sinal será enviado aos satélites por um período de 30 segundos. A Figura 3

ilustra um GPS geodésico e a Figura 4, a coleta de pontos para a delimitação do lago.

Page 10: Batimetria-Lago Do Amor

10

Figura 3 - GPS geodésico

Page 11: Batimetria-Lago Do Amor

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Figura 4 - Delimitação da Borda

3.2. Batimetria

A batimetria do Lago será realizada através do perfilador Doppler M9, conforme

mostrado anteriormente. Esta será realizada com o auxílio de um barco a motor, onde o

operador e o auxiliar, devidamente protegidos com colete salva-vidas, promoverão a perfilagem

acústica de toda a área do lago. Os dados obtidos serão pós-processados.

3.3. Processamento Digital de Dados

O processamento digital de dados será feito através do software Surfer 11®, onde serão

inseridos os dados obtidos do GPS geodésico para a delimitação do contorno do lago, tal como o

cálculo do volume para os anos de 2008, 2011 e 2013.

Page 12: Batimetria-Lago Do Amor

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Figura 5 - Interface Gráfica do Software Surfer 11®

3.4. Avaliação do processo de Assoreamento no Lago do Amor

A análise do assoreamento no lago será feita analiticamente comparando-se os volumes

adquiridos através do Surfer 11® nos anos de 2008, 2011 e 2013, respectivamente. O processo

será também verificado com o auxílio de imagens de satélites, onde será feita a análise e

verificação visual do processo.

Page 13: Batimetria-Lago Do Amor

13

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

O procedimento foi realizado conforme especificado anteriormente. O tratamento digital

das informações foi realizado no software Surfer 11®, com os seguintes resultados.

4.1. ANO 2008

Foi disponibilizada uma tabela com os dados batimétricos do Lago do Amor no ano de

2008, conforme disposto na Figura 6 abaixo. Para o ano de 2008, a batimetria foi feita através de

profundímetro.

Figura 6 - Planilha Batimétrica do Lago do Amor - 2008.

Vale ressaltar que os valores de profundidade fornecidos são positivos. Para que possa

ser feito o levantamento do contorno, a coluna Profundidade deve ser transformada em termos

de cota Z, isto é, multiplicar pelo fator -1, considerando a borda com Z=0.

Page 14: Batimetria-Lago Do Amor

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Foi então gerado um GRID através destes dados, que forneceu as curvas de nível do

Lago do Amor para o ano de 2008, conforme Figura 7 e o Modelo Digital de Terreno, na Figura

8.

Figura 7 - Curvas de Nível em 2008

Figura 8 – Modelo Digital de Terreno - 2008

Page 15: Batimetria-Lago Do Amor

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A imagem de satélite abaixo foi adquirida através do Google Earth®, cuja área

corresponde à área do Lago do Amor para o ano de 2006.

Figura 9 - Vista Aérea do Lago do Amor em 19/04/2006. Google®

O volume foi então calculado através da aba Grid→Volume. Foi considerada a borda

z=0 para o cálculo. O volume do reservatório calculado foi de 205.823,2 m³, conforme ilustrado

abaixo. O algoritmo usado no processo foi o método da Krigagem.). A krigagem ordinária é

‘linear’ porque suas estimativas são combinações lineares ponderadas dos dados disponíveis; é

‘não-viciada’ porque busca o valor de erro ou resíduo médio igual a 0; e é ‘melhor’ porque

minimiza a variância dos erros.” (Isaaks e Srivastava, 1989).

Page 16: Batimetria-Lago Do Amor

16

Figura 10 - Cálculo do Volume do Lago do Amor para o ano de 2008.

4.2. Ano de 2011

O procedimento foi feito de maneira análoga aos dados fornecidos para o ano de 2011.

Para este ano, a batimetria foi feita através de perfilador acústico. As curvas de nível e o MDE

foram delimitados através do Surfer® e estão disponibilizados nas Figuras 11 e 12.

Page 17: Batimetria-Lago Do Amor

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Figura 11 - Curvas de Nível em 2011

Figura 12 - MDE 2011

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Figura 13 - Vista Aérea do Lago do Amor em 09/10/2011. Google®

Notou-se visivelmente a redução da área do Lago, através da imagem de satélite. A

redução no volume do lago também foi visivelmente verificada no processamento do volume do

Lago (Figura 12).

Figura 14 - Cálculo do Volume do Lago do Amor para o ano de 2011.

Page 19: Batimetria-Lago Do Amor

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Notou-se uma redução significativa no volume do Lago de 205.823,2 m³ para 185.895,80

m³ em um pequeno período de 3 (três)anos.

4.3. Ano de 2013

Para o ano de 2013, foi utilizado como instrumento de batimetria o perfilador acústico

Doppler modelo M9. O procedimento foi realizado de maneira similar aos anteriores e

apresentou os seguintes resultados:

Figura 15 - Curvas de Nível em 2013

Page 20: Batimetria-Lago Do Amor

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Figura 16 – MDE - 2013

O volume calculado para o ano de 2013, de 171.360 m³ apresentou uma redução

drástica comparada com os anos anteriores. A redução de quase 180.000 m³ em apenas dois

anos, confirma a afirmação de CARVALHO et al., (2000) de que os pequenos reservatórios

sofrem assoreamento rápido.

O Gráfico abaixo mostra a redução no volume do Lago, no período de 2002 a 2013. Os

dados da batimetria e volume do ano de 2002 foram obtidos através de análises publicadas

anteriormente.

Page 21: Batimetria-Lago Do Amor

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Figura 17 - Evolução da Redução de Volume no Reservatório

Analisando o gráfico, é possível observar que a tendência de redução segue um padrão

praticamente linear. Foi ainda, adicionada uma linha de tendência no processo, interpolando os

pontos para uma reta ajustada por meio de regressão linear, que melhor expressa o

comportamento do fenômeno. Junto a essa linha de tendência, foi adquirida uma equação de

decrescimento linear, do tipo:

Calculando essa taxa para V = 0, obtém se um tempo aproximado de 29,97 anos ≅ 30

anos. Considerando o tempo inicial do experimento, conclui-se que, que o tempo restante para o

assoreamento total do reservatório seja de 25 anos. É natural que essa estimativa seja otimista,

uma vez que o processo pode se dar em um período de tempo menor, dependendo descarga

líquida que chega ao lago.

205.823,20

185.895,80 171.360,00

y = -6872,9x + 206021 R² = 0,9994

0,00

50.000,00

100.000,00

150.000,00

200.000,00

250.000,00

0 1 2 3 4 5 6

Volume do Reservatório

Volume do Reservatório

Redução do Volume

Page 22: Batimetria-Lago Do Amor

22

5. CONCLUSÕES

O Lago do Amor vem apresentando considerável redução de volume ao longo dos anos;

O processo de assoreamento do Lago é causado pelo carreamento de sedimentos

provindos da montante da bacia, por escoamento superficial, além das contribuições dos

Córregos Bandeira e Cabaça, uma vez que o Lago do Amor é o ponto de união destes

dois córregos;

Os resultados obtidos representam analiticamente a rapidez no processo de

assoreamento do Lago, e o assoreamento total foi calculado para um período restante

de 15 anos, podendo ser menor, caso não haja intervenção;

O assoreamento total do Lago do Amor afetará principalmente regime de escoamento

dos Córregos Bandeira e Cabaça, uma vez contribuem diretamente na recarga deste;

As medidas de intervenção incluem remoção da massa sólida depositada por processos

mecânicos. No entanto, trata-se de um processo oneroso e sua realização depende de

investimento público, o que pode tornar este processo inviável.

Page 23: Batimetria-Lago Do Amor

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6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CARVALHO, N. O. Hidrossedimentologia Prática. CPRM, ELETROBRÁS. Rio de Janeiro, RJ,

1994.

CARVALHO, N. O. et al. O assoreamento de um pequeno reservatório - Itiquira, um estudo

de caso. RBRH, Revista Brasileira de Recursos Hídricos, Volume 5, n. 1. Jan/Mar 2000, 68-79.

Porto Alegre, RS, 2000.

ICOLD, International Commission on Large Dams. Sedimentation control of

reservoirs/Maîtrise de l'alluvionnement des retenues. Committee on Sedimentation of

Reservoirs. Paris, 1989.

ISAAKS, Edward H.; SRIVASTAVA, R.M. An Introduction to Applied Geostatistics. NY:

Oxford University Press, Inc., 1989.

Mahmood, Khalid. Reservoir sedimentation: impact, extent, and mitigation. Technical paper.

No. PB-88-113964/XAB; WORLD-BANK-TP-71. International Bank for Reconstruction and

Development, Washington, DC (USA), 1987