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Tipo: Tese
Título: Medida de processos hidrossedimentológicos no Nordeste brasileiro: aplicação ao Rio Jaguaribe (CE) e ao Núcleo de Desertificação de Gilbués (PI)
Título em inglês: Measurement of hydrosedimentological processes in the Brazilian Northeast: application to Jaguaribe River (CE) and to Gilbués Desertification Nucleus (PI)
Autor(es): Pereira, Francisco Jairo Soares
Orientador: Araújo, José Carlos de
Coorientador: Lopes, José Wellington Batista
Palavras-chave: Concentração de sedimentos suspensos;Sensoriamento remoto;Assoreamento de barragens;Erosão;Desertificação;Suspended sediment concentration;Remote sensing;Silting of dams;Erosion;Desertification
Data do documento: 2022
Citação: Pereira, Francisco Jairo Soares. Medida de processos hidrossedimentológicos no Nordeste brasileiro: aplicação ao Rio Jaguaribe (CE) e ao Núcleo de Desertificação de Gilbués (PI). 2022. 117 f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Resumo: Os processos sedimentológicos são relevantes para o Nordeste do Brasil (NEB), cujas principais fontes hídricas são dezenas de milhares de açudes, vulneráveis ao assoreamento. Apesar de sua importância para a gestão ambiental e hídrica na região, esses processos são raramente monitorados. Além disso, é necessário atualizar os métodos de medição, visando melhorar a qualidade dos dados e ampliar espacialmente a área monitorada. Objetivou-se nessa pesquisa: (i) propor e executar técnica de avaliação da concentração de sedimentos suspensos (CSS) em um rio intermitente do semiárido por meio de sensoriamento remoto; (ii) propor e executar técnica de avaliação da retenção de sedimentos em um pequeno reservatório com base em dados obtidos na escala temporal horária; e (iii) avaliar parâmetros hidrossedimentológicos do Núcleo de Desertificação de Gilbués, Piauí, buscando correlação com os processos físicos nas encostas e nas barragens de retenção. Para a consecução do primeiro objetivo, estudou-se o Alto Rio Jaguaribe, Ceará. Foram avaliadas quinze equações de CSS elaboradas com base nas bandas espectrais de imagens do satélite RapidEye, além de nove equações para outros sensores óticos. A CSS medida variou de 67 a 230 mg.L−1. Concluiu-se que as imagens da constelação de satélites RapidEye identificam a moderada CSS, mesmo para baixas vazões, da ordem de 2 m³.s−1. Para o objetivo (ii), selecionou-se uma área experimental (15 ha) em Gilbués, na qual há dezenas de barragens de retenção de sedimentos. Em uma barragem experimental mediram-se, de modo automático e contínuo, chuva, vazão e concentração de sedimentos, sendo o assoreamento medido por meio de VANT. A eficiência de retenção da barragem (TE, medida de 2018 a 2019), foi de 86%. Três modelos não conseguiram simular adequadamente os resultados experimentais: Churchill (TE = 99%), Maryland (94%) e Brune (75%); mas os modelos de Camp (89%) e RETSED (81%) lograram êxito. O modelo de Camp apresentou baixa sensibilidade à hidrodinâmica, enquanto o modelo RETSED representou adequadamente não somente o valor médio, mas a dinâmica hidrossedimentológica na escala horária. As técnicas automáticas foram exitosas na captação de dados precisos, sem as quais as medidas não teriam sido possíveis. Em relação ao objetivo (iii), conclui-se que, em Gilbués, alguns parâmetros são semelhantes aos de outras áreas no NEB, como taxa última de infiltração (20 mm.h-1) e massa específica (1,29 g.cm-3 do solo e 1,21 g.cm-3 do sedimento). Entretanto, há notória predominância de finos (silte e argila), tanto no solo (95%) como no sedimento (97%). Além disso, o delta das barragens é composto por partículas finas que, agregadas, apresentam-se na fração pedregulho; enquanto que no depósito de fundo, a apenas poucos metros de distância, o padrão da deposição é notoriamente diferente do padrão do delta, embora não haja diferença estatística da granulometria nos dois casos.
Abstract: The sedimentological processes are relevant for the Northeast of Brazil (NEB), whose main water sources are tens of thousands of dams, vulnerable to silting. Despite their relevance to environmental and water management in the region, these processes are rarely monitored. In addition, it is necessary to update measurement methods in order to improve data quality and spatially expand the monitored area. The objectives of this research was: (i) to propose and execute a technique for evaluating the suspended sediments concentration (SSC) in an intermittent semiarid river through remote sensing; (ii) propose and implement a technique for evaluating trap efficiency in a small reservoir based on data obtained on the hourly time scale; and (iii) to evaluate hydrosedimentological parameters of the Desertification Nucleus of Gilbués, Piauí, seeking correlation with the physical processes on the slopes and check dams. To achieve the first objective, the Upper Jaguaribe River, Ceará, was studied. Fifteen SSC indices based on the spectral bands of RapidEye satellite images were evaluated, as well as nine indices for other optical sensors. The measured SSC ranged from 67 to 230 mg.L−1. It was concluded that the images of the RapidEye satellite constellation identify moderate SSC, even for low flows, of the order of 2 m³.s−1. For objective (ii), an experimental area (15 ha) was selected in Gilbués, in which there are dozens of check dams. In an experimental check dam, rainfall, flow and sediment concentration were automatically and continuously measured, and silting was measured using a UAV. The trap efficiency (TE, measured from 2018 to 2019) was 86%. Three models failed to adequately simulate the experimental results: Churchill (TE = 99%), Maryland (94%) and Brune (75%); but the Camp (89%) and RETSED (81%) models were successful. The Camp model showed low sensitivity to hydrodynamics, while the RETSED model adequately represented not only the mean value, but also the hydrosedimentological dynamics on the hourly scale. Automatic techniques were successful in capturing accurate data, without which measurements would not have been possible. Regarding objective (iii), it is concluded that, in Gilbués, some parameters are similar to those of other areas in the NEB, such as the stable infiltration rate (20 mm.h-1) and bulk density (1.29 g.cm-3 of the soil and 1.21 g.cm-3 of the sediment). However, there is a notorious predominance of fines (silt and clay), both in the soil (95%) and in the sediment (97%). In addition, the delta of the check dams is composed of fine particles that, aggregated, are present in the gravel fraction; while in the bottom deposit, just a few meters away, the deposition pattern is noticeably different from the delta pattern, although there is no statistical difference in granulometry in the two cases.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/65062
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