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X SIMPÓSIO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA FÍSICA APLICADA

 

 

 

 

DINÂMICA DAS FORMAS DE LEITO E TRANSPORTE DE CARGA DE FUNDO NO ALTO RIO PARANÁ

 

 

 

 

 

Débora Pinto Martins deby.martins@zipmail.com.br

José Cândido Stevaux jcstevaux@uem.br

 

 

 

 

Departamento de Geografia

Universidade Estadual de Maringá - PR - Brasil

 

 

 

 

 

 

Introdução

 

O rio Paraná, principal canal fluvial da bacia do Prata, percorre uma distância aproximada de 3965 km, desde a sua nascente, na confluência dos rios Grande e Paranaíba, até sua foz, no estuário do rio da Prata.

A bacia do Paraná drena uma área de 3.100.000 km², dos quais 45,6% encontram-se em território brasileiro, 29,7% estão na Argentina, 13,2% no Paraguai, 6,6% na Bolívia e 4,8% no Uruguai (OEA, 1971 apud ORFEO & STEVAUX, 2002).

Atualmente grande parte da rede hidrográfica do rio Paraná em território brasileiro encontra-se sob o controle de barragens. Somente nos 200 km compreendidos entre a barragem de Porto Primavera e o remanso do lago de Itaipu o rio corre em seu leito natural.

Estudos relativos a hidrossedimentologia no rio Paraná são restritos, sendo mais freqüentes no seu trecho médio, entre Corrientes e Santa Fé/Argentina. Nesta temática, destacam-se os trabalhos desenvolvidos por Lima et al (1990), Amsler & Gaudin, (1994), Amsler & Schreider, (1999) que vêm pesquisando sobre o transporte de carga de fundo no trecho médio do rio Paraná, em Santa Fé, baseando-se em trabalhos pioneiros de Stuckrath (1969).

Bonetto & Orfeo (1984); Orfeo (1995) e Orfeo & Patiño, (1998), pesquisam sobre a concentração de sólidos suspensos no rio Paraná na região de Corrientes/Argentina

No alto curso do rio Paraná, na região de Porto Rico, as características geomorfológicas e sedimentológicas, foram abordadas por Santos et al. (1989, 1992), Fernadez (1990, 1995), Santos (1991) e Santos et al. (1992), Souza Filho (1993) e Stevaux (1993, 1994) e Stevaux et al. (1995). Nestes trabalhos, são abordados aspectos relacionados à gênese e natureza dos depósitos arenosos, fácies sedimentares, geologia e estratigrafia dos depósitos e morfologia e sedimentologia das formas de leito.

Recentemente, Crispim (2001) avaliou as alterações na hidrologia do canal introduzidas pela construção da Usina Hidrelétrica Engº. Sérgio Mota (Porto Primavera) tomando como referencias parâmetros físicos (sedimentologia, morfologia, vazão e velocidade de fluxo) e parâmetros físico-químicos (pH, condutividade elétrica, O2 dissolvido, temperatura). Stevaux & Takeda (2002), avaliaram as correlações entre a distribuição e diversidade dos organismos bentônicos e os processos geomorfológicos no canal do rio Paraná na seção de Porto São José, a partir de coletas sistemáticas  ao longo dos anos de 1993 a 1995.

Durante os anos de 1986 a 1989 a Itaipu Binacional desenvolveu um projeto sistemático de avaliação da carga transportada pelo rio Paraná e seus principais afluentes, desde o remanso do reservatório de Itaipu até a foz do rio Paranapanema.

A descarga sólida do rio Paraná no trecho de estudo, no período de 1986 a 1988, foi de 30x106 ton/ano, sendo 27x106 ton/ano para carga suspensa e 3x106 ton/ano para carga de fundo (ITAIPU BINACIONAL, 1990 apud STEVAUX, 1993).

Buscando preencher uma lacuna no conhecimento sobre a dinâmica hidro-sedimentológica do rio Paraná, o presente trabalho busca abordar o transporte de carga sedimentar de fundo, baseando-se na migração das formas de leito e as características físicas do material que as compõem.

O trecho escolhido para realização deste trabalho está localizado em Porto São José/PR (22º 45 52 S e 53° 10 34 W) a uma distancia de 35 km a jusante de Porto Primavera. Neste local o rio Paraná apresenta um canal único, com largura média de 1200m, compreendido entre dois trechos anastomosados.

Na margem esquerda do trecho de estudo encontra-se instalada a Estação Fluviométrica de Porto São José, em operação desde 1964. Nesta estação, a vazão média anual é de 8.912 m³/s, com valores extremos de 33.740 m³/s (em 1983) e 2.550 m³/s (em 1969) (ORFEO & STEVAUX, 2002).

O objetivo deste trabalho consiste em caracterizar e quantificar a carga de fundo do canal do rio Paraná através de medidas sistemáticas das formas de fundo. Este trabalho pretende também desenvolver um modelo teórico no que se refere à mobilidade das formas de leito e ao transporte de sedimentos, que possa ser aplicado em outros trechos do rio Paraná e em demais rios com características morfológicas similares.

 

Método do deslocamento de dunas para medição da carga de fundo

 

O método do deslocamento de dunas permite medir indiretamente a carga de fundo em rios aluviais com o fundo coberto por dunas. Neste método o cálculo da carga de fundo Cf de um canal é obtido pela determinação do tamanho das dunas e de sua velocidade de deslocamento (Stuckrath, 1969).

A presente metodologia vem sendo aplicada no médio curso do rio Paraná por pesquisadores da Universidade Nacional del Litoral, Santa Fé, Argentina,(Lima et al.,1990, Amsler & Gaudin, 1994) e vem apresentando bons resultados.

Para realização deste estudo, foram realizadas duas campanhas de campo, cada uma com dois levantamentos ecobatimétricos (Tabela 1).

 

Tabela 1 – Campanhas de campo realizadas no rio Paraná

 

Campanha 1

Campanha 2

1º Levantamento

19/11/2002

22/06/2003

2º Levantamento

06/12/2002

11/07/2003

Intervalo

16 dias

20 dias

 

O sistema utilizado para a coleta dos dados batimétricos é constituído de uma ecossonda modelo Furuno GP-1650F, e um Sistema de Posicionamento Global (GPS), acoplados a um computador portátil.

Na primeira campanha foram definidos e posicionados com GPS 4 pontos (P1, P2, P3, P4), com eqüidistância de 100 m distribuídos ao longo de uma seção transversal no extremo montante do trecho de estudo (Figura 1).

Cada ponto deu origem a um perfil ecobatimétrico principal, obtido com o barco navegando no sentido da corrente, seguindo a zona de maior velocidade de fluxo.

 

Figura 1 – Localização dos Perfis Batimétricos

 

Para cada perfil batimétrico principal foram realizados dois perfis de apoio, paralelos ao perfil principal e separados deste por uma distância de 50m, (P1a, P1b, P2a, P2b, etc.).

 

Figura 2- Localização dos perfis na seção transversal

 

A correspondência entre as medições de posição fornecidas pelo GPS e os dados de profundidade fornecidos pela ecossonda permitiu a obtenção de um conjunto de pontos georreferenciados.

Na campanha seguinte foi realizada uma repetição do levantamento anterior. Com auxílio de um sistema de navegação por GPS, buscou-se percorrer novamente os perfis amostrados no levantamento anterior.

 

Tratamento das Informações Batimétricas

 

Dado o caráter aleatório do movimento das formas de fundo, o deslocamento de uma única duna não representa as condições médias de transporte que se produzem em um determinado trecho do canal (AMSLER & PREDES, 2000).

Para aplicar a equação de Struckat (1969) em um canal aluvial, é necessário conhecer as características morfológicas do trecho de estudo, como por exemplo, a profundidade, a altura das formas de fundo, comprimento, coeficiente de forma, além da velocidade de deslocamento (Figura 3).

 

Figura 3 – Duna típica de uma corrente aluvial. (Ud/∆t - deslocamento/tempo; H – altura das dunas; λ – comprimento da duna) Modificado de Amsler & Predes, 2000.

 

A aplicação desta equação pressupõe formas de leito em equilíbrio, ou seja, as dunas mantém sua forma à medida em que migram para jusante a uma certa velocidade (Ud/t), menor que a velocidade da corrente (AMSLER & PREDES, 2000)

Lima et. al. (1990) e Stevaux et al. (1994) demostraram que as formas de leito existentes no alto rio Paraná encontram-se, em sua maior parte, em condições de equilíbrio, possibilitando assim a aplicação desta metodologia.

 

Morfologia e Deslocamento das formas de fundo

 

Na primeira etapa deste trabalho foi feito um tratamento individual para cada duna e para cada seqüência de dunas de um perfil, medindo-se sua altura (h), comprimento (λ), deslocamento (di) e calculada a velocidade de deslocamento Ud. Posteriormente, calculou-se os valores médios para cada perfil e, a partir destes dados, foi aplicada a equação para quantificar a Cf.

Na primeira campanha (nov dez de 2002), os perfis principais P1, P2 e P4, e os perfis de apoio P3a, P3b e P4a, foram os que apresentaram melhor correspondência, sugerindo uma boa similaridade entre as seqüências de dunas.

Nos demais perfis, onde não foi identificada a mesma seqüência de dunas, observou-se no segundo levantamento um deslocamento lateral na trajetória do barco, não havendo um recobrimento satisfatório do perfil anteriormente levantados Dessa forma, os referidos perfis foram descartados.

Na segunda campanha (jun jul de 2003), foram descartados os perfis P1, P4 e P4b, nos demais perfis houve um recobrimento satisfatório dos mesmos.

Na tabela a seguir são apresentados os valores médios de altura (h), comprimento (λ) e empinamento das dunas, para cada perfil (Tabela 2).

 

Tabela 2 – Caraterização Geométrica das formas de fundo

Caracterização geométrica das dunas por perfil – Campanha 1

 

 

19 e 20/11/2002

Q = 6.627,87 m³/

06 e 07/12/2002

Q = 7.975,00 m³/s

 

Perfil

hm (m)

λm (m)

h/λm

hm (m)

λm (m)

h/ λm

 

Perfil 1

0,80

99,01

0,008

0,85

98,31

0,008

 

Perfil 3

1,07

47,01

0,023

0,95

41,57

0,020

 

Perfil 3 a

1,31

48,39

0,027

1,53

54,16

0,028

 

Perfil 3 b

1,26

46,35

0,027

1,10

45,98

0,025

 

Perfil 4

1,36

68,45

0,020

1,44

67,85

0,021

 

Perfil 4 b

2,12

68,24

0,031

2,16

69,86

0,031

 

 

Caracterização geométrica das dunas por perfil – Campanha 2

 

 

22/06/2003

Q = 6.214,09 m³/

11/01/2003

Q = 7.406,38 m³/s

 

Perfil

hm (m)

λm (m)

h/λm

hm (m)

λm (m)

h/ λm

 

Perfil 2

1,58

56,39

0,029

1,80

59,60

0,030

 

Perfil2 a

1,63

60,03

0,027

1,67

56,83

0,029

 

Perfil 2 b

1,37

81,27

0,017

1,40

96,56

0,017

 

Perfil 3

1,67

57,70

0,030

1,54

56,80

0,028

 

Perfil 3 a

1,49

54,97

0,028

1,49

51,84

0,030

 

Perfil 3b

1,37

56,04

0,025

1,45

53,04

0,028

 

Perfil4 b

1,38

53,02

0,027

1,45

51,96

0,029

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Comparando-se a similaridade das características geométricas, altura (h), comprimento (λi), empinamento (h/λi), constatou-se que estes parâmetros apresentaram poucas variações entre os dois levantamentos de uma mesma campanha. Observou-se ainda que houve pouca variação entre as duas campanhas. Estes resultados comprovam que as dunas que cobrem o fundo do leito mantém suas características geométricas à medida que se deslocam para jusante.

Nas campanhas de campo, foram identificadas formas de fundo variando de 0,60m a 2,60m de altura, sendo que, as maiores alturas das formas de fundo estão localizadas nas maiores profundidades do canal (talvegue).

Na tabela a seguir tem-se a velocidade média de deslocamento das frentes de dunas para cada perfil batimétrico levantado (Tabela 3).

 

 

 

 

 

Tabela 3 – Velocidade de deslocamento linear das formas de fundo por perfil

 

Campanha 1

 

 

Perfil

Udi

 

 

Perfil 1

1,90  m/dia

 

 

Perfil 3

1,80 m/dia

 

 

Perfil 3a

1,60 m/dia

 

 

Perfil 3b

1,70 m/dia

 

 

Perfil 4

1,80 m/dia

 

 

Perfil 4b

1,90 m/dia

 

Campanha 2

Perfil

Udi

Perfil 2

1,65 m/dia

Perfil 2a

1,20 m/dia

Perfil 2b

1,96 m/dia

Perfil 3

1,67 m/dia

Perfil 3a

1,30 m/dia

Perfil 3b

1,53 m/dia

Perfil4b

1,30 m/dia

 

 

Durante o primeiro período analisado (nov dez de 2002) observou-se que a velocidade média de deslocamento linear das formas de fundo foi de 1,89 m/dia (56,8 m/mês), sob uma velocidade de fluxo variando entre 0,59 a 0,81 m/s.

Na segunda campanha de campo (jun jul de 2003), a taxa de deslocamento linear das formas de fundo foi de 1,51 m/dia (45,0 m/mês), sob uma velocidade de fluxo variando entre 0,50 a 0,76 m/s.

Stevaux et al (1994) analisou a migração dos ripples e megaripples, para uma seção longitudinal no talvegue do rio Paraná neste mesmo trecho, obtendo médias de 60 metros mensais, ou seja, uma velocidade média de deslocamento linear de 2,0 m/dia, uma velocidade de migração 5,8 % superior à verificada na primeira campanha e 32,4% superior à verificada na segunda campanha.

 

Quantificação da Carga de fundo (Cf)

 

Hubbell (1964), Simons et al. (1965) e Fredsøe (1981) demostraram que num rio de fluxo permanente, bidimensional, aproximadamente uniforme e que percorre um fundo móvel com formas de leito desenvolvidas e em regime de fluxo inferior, a carga sedimentar de fundo é determinada pela equação de Stukrath(1969), descrita a seguir:

Cf = (1-p)H k ud

Onde:

p

porosidade do material de fundo (~0,4 para areias)

H

altura média das dunas

k

coeficiente de forma das dunas (~0,67 para dunas naturais)

ud

velocidade de deslocamento das dunas

O valor de porosidade (p) adotado de 0,4 foi sugerido por um grande número de autores como o mais aproximado para areia fina à média que predomina no rio Paraná (Stevaux & Takeda, 1995, submetido: Orfeo & Stevaux, 2001).

A constante referente à forma da duna varia geralmente entre 0,50 e 0,66, conforme mencionado por Stukrath (1969) e Lima et al. (1990). Mas recentemente Amsler & Prendes (2000) optaram pela constante de 0,66 após avaliarem estatisticamente uma série de dunas no médio rio Paraná.

A seguir são apresentados alguns dos perfis batimétricos obtidos nas duas campanhas de campo, a partir dos quais foi efetuada a quantificação da carga de fundo.

 

Perfis obtidos na primeira campanha de campo (nov. – dez de 2002)

 

 

Figura 4 - P3 – Perfil Longitudinal 3 – Campanha

 

A partir da equação de Stukrath (1969), determinou-se o transporte de sedimentos por arraste para cada um dos perfis longitudinais do rio Paraná nas duas campanhas realizadas.

Na tabela a seguir são apresentados os valores de carga de fundo obtidos os perfis batimétricos levantados nas duas campanhas de campo (Tabela 4).

 

Tabela 4 – Carga de Fundo (Cf) por perfil

Campanha 1

Perfil

Cf (m³/m dia)

Cf (kg/m s)

Perfil 1

0,89

0,0272

Perfil 3

0,92

0,0282

Perfil 3 a

0,89

0,0272

Perfil 3 b

0,88

0,0269

Perfil 4

0,91

0,0279

Perfil 4 b

0,97

0,0297

 

Campanha 2

 

Perfil

Cf (m³/m dia)

Cf (kg/m s)

 

Perfil 2

0,82

0,0251

 

Perfil 2a

0,73

0,0223

 

Perfil 2b

1,10

0,0337

 

Perfil 3

1,12

0,0343

 

Perfil 3a

0,75

0,0230

 

Perfil 3b

0,80

0,0245

 

Perfil4

0,76

0,0233

 

Transformando-se os volumes de material transportado para peso, o transporte de sedimentos por arraste foi da ordem de 2.940 ton./dia na primeira campanha de campo e de 2.710 ton./dia na segunda campanha.

 

Resultados e Conclusões

 

Comparando-se a similaridade das características geométricas, altura (h), comprimento (λi), empinamento (h/λi) e profundidades médias ao longo da seqüência de dunas, constatou-se que estes parâmetros apresentaram poucas variações entre os dois levantamentos de uma mesma campanha. Observou-se ainda que houve pouca variação entre as duas campanhas. Estes resultados comprovam que as dunas que cobrem o fundo do leito mantém suas características geométricas à medida que se deslocam para jusante.

Durante o primeiro período analisado (nov dez de 2002) observou-se que a velocidade média de deslocamento linear das formas de fundo foi de 1,89 m/dia (56,8 m/mês), sob uma velocidade de fluxo variando entre 0,59 a 0,81 m/s. Na segunda campanha de campo (jun jul de 2003), a taxa de deslocamento linear das formas de fundo foi de 1,51 m/dia (45,0 m/mês), sob uma velocidade de fluxo variando entre 0,50 a 0,76 m/s.

O transporte de carga de fundo no rio Paraná, na seção de Porto São José, calculado com base nos dados extraídos dos perfis longitudinais foram de 2.940 ton./dia na primeira campanha (nov. dez. de 2002) e de 2.710 ton./dia na segunda campanha (jun. jul. de 2003).

Os resultados obtidos até o momento oferecem uma grande quantidade de parâmetros, que podem servir como ponto de partida para um monitoramento extensivo deste trecho do rio. Estes dados podem ainda ser o ponto de partida para a comparação entre o trecho de estudo e outros trechos do rio Paraná ou de qualquer outro rio de vazão semelhante.

 

Referências Bibliográficas

 

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