Escoamento Superficial - Bacia Do Rio Itabapoana

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO ESPÍRITO SANTO COORDENADORIA DE TRANSPORTES CURSO TÉCNICO INTEGRADO DE INFRA-ESTRUTURA DE VIAS DE TRANSPORTES E ESTRADAS

ALBERTO FREDERICO SALUME COSTA BRIAN EGÍDIO SILVA TEIXEIRA GEOVANI FIRME REIS RAFAEL GEGENHEIMER DE ALMEIDA

ESTUDO HIDROLÓGICO DA BACIA DO RIO ITABAPOANA COM FOZ NA CIDADE DE BOM JESUS DO NORTE (ES)

VITÓRIA JULHO, 2009

ALBERTO FREDERICO SALUME COSTA BRIAN EGÍDIO TEIXEIRA SILVA GEOVANI FIRME REIS RAFAEL GEGENHEIMER DE ALMEIDA

ESTUDO HIDROLÓGICO DA BACIA DO RIO ITABAPOANA COM FOZ NA CIDADE DE BOM JESUS DO NORTE (ES)

Trabalho de determinação do tempo de permanência na bacia e do coeficiente escoamento superficial da bacia do Rio Itabapoana, com foz na cidade de Bom Jesus do Norte (ES), apresentado ao professor Fábio Márcio Bisi Zorzal, da disciplina de Hidrologia do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo – IFES, para obtenção de pontos para aprovação no quinto semestre do Curso Técnico de Infra-Estrutura de Vias de Transportes e Estradas.

VITÓRIA JULHO, 2009 1

Sumário 1

Listas .................................................................................................................................... 4 1.1

Lista de Figuras .......................................................................................................... 4

1.2

Lista de Gráficos ......................................................................................................... 4

1.1

Lista de Tabelas ......................................................................................................... 5

2

Introdução ............................................................................................................................ 6

3

Revisão da literatura ........................................................................................................ 10

4

5

3.1

Sistema de Alerta e Prevenção contra Enchentes de Manaus ......................... 11

3.2

Sistema de Alerta e Prevenção contra Cheias do Rio Doce ............................. 13

3.3

Sistema “Alerta Rio” ................................................................................................. 13

3.4

Reservatórios de contenção ................................................................................... 15

3.5

Diques ou barragens ................................................................................................ 15

Metodologia do trabalho .................................................................................................. 17 4.1

Coleta de dados ........................................................................................................ 17

4.2

Tabulação dos dados............................................................................................... 19

4.2.1

Estação nº 2041014 ........................................................................................ 20

4.2.2

Estação nº 2141014 ......................................................................................... 22

4.3

Confecção dos gráficos ........................................................................................... 24

4.4

Definições .................................................................................................................. 24

Resultado e suas análises .............................................................................................. 26 5.1

Estação pluviométrica nº 2041014 ........................................................................ 26

5.1.1

Série 26/10/1958 a 07/11/1958 ...................................................................... 26

5.1.2

Série 18/11/1959 a 26/11/1959 ...................................................................... 27

5.1.3

Série 6/12/1986 a 17/12/1986 ........................................................................ 28

5.1.4

Série 27/12/1995 a 05/01/1996 ...................................................................... 29

5.1.5

Primeiro comparativo parcial .......................................................................... 30

5.2

Estação pluviométrica nº 2141014 ........................................................................ 31

5.2.1

Série 01/02/1944 a 12/02/1944 ...................................................................... 31

5.2.2

Série 27/10/1958 a 09/11/1958 ...................................................................... 32

5.2.3

Série 17/11/1959 a 26/11/1959 ...................................................................... 34

5.2.4

Série 18/12/1995 a 25/12/1995 ...................................................................... 35

5.2.5

Segundo comparativo parcial ......................................................................... 36

5.3

Comparativo final ...................................................................................................... 37

5.3.1

Séries 26/10/1958 a 07/11/1958 e 27/10/1958 a 09/11/1958 ................... 37 2

5.3.2

Séries 17/11/1959 a 26/11/1959 e 18/11/1959 a 27/11/1959 ................... 39

5.3.3

Séries 18/12/1995 a 25/12/1995 e 27/12/1995 a 05/01/1996 ................... 40

6

Conclusão e considerações finais ................................................................................. 44

7

Referências ....................................................................................................................... 45

3

1 Listas 1.1 Lista de Figuras Figura 1 - Municípios que compõe a bacia do Rio Itabapoana. Fonte: Projeto Managé/UFF ------ 6 Figura 2 - Vista Geral do Rio Itabapoana Fonte: Projeto Managé/UFF ------------------------------------- 7 Figura 3 - Vista da cidade de Bom Jesus do Norte - ES, com detalhe para o Rio cruzando a cidade. Projeto Managé/UFF------------------------------------------------------------------------------------------------- 8 Figura 4 - Efeito da chuva na cabeceira do rio Itabapoana sobre a cidade de Bom Jesus do Norte (ES). Fonte: Gazeta Online. ----------------------------------------------------------------------------------------- 9 Figura 7 - Resumo do ciclo hidrológico. Fonte: http://www.dpi.inpe.br/~camilo/hidro/apresentacoes/cbasicos/sld016.htm ------------------------------ 10 Figura 8 - Foto tirada dia 28/06/2008, durante uma enchente, no Porto de Manaus. A cota era de 28,02 metros. Fonte: CPRM ------------------------------------------------------------------------------------------- 11 Figura 9 - Foto tirada dia 15/06/2007, no Porto de Manaus durante o período de vazante. A cota era de 16,17 metros. Fonte: CPRM ------------------------------------------------------------------------------ 12 Figura 10 - Cotagrama de Manaus que compara chuva registrada até maio desse ano com 2008 e 1953. Fonte: CPRM------------------------------------------------------------------------------------------------- 12 Figura 11 - Boletim de monitoramento de cheias da bacia do Rio Doce. Fonte: CPRM ----------- 13 Figura 12 - Pluviômetro automático do Sistema Alerta Rio. Fonte: GEORIO--------------------------- 14 Figura 13 - Boletim de condições de chuva na cidade às 15h00min do dia 30/06/2009. Fonte: GEORIO ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 14 Figura 14 - Reservatório construído em Santo André (SP) pelo Departamento de Águas e Energia Elétrica. Fonte: DAAE -------------------------------------------------------------------------------------------- 15 Figura 15 - Moradores levando sacos de areia para reforçar um dique na Louisiana (EUA). Fonte: Terra ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 16 Figura 5 - Demarcação da área de estudo, com destaque para o município de Bom Jesus do Norte e estações pluviométricas e fluviométricas. ----------------------------------------------------------------- 17 Figura 6 - Detalhe do Rio Itabapoana, juntamente com os municípios localizados à sua margem e identificação das estações pluviométricas (verdes) e fluviométricas (vermelhas). ---------------- 18

1.2

Lista de Gráficos

Gráfico 1 - Estação pluviométrica nº 2041014 (Rio Preto) - Série 26/10/1958 a 07/11/1958 ...... 26 Gráfico 2 - Estação pluviométrica nº 2041014 (Rio Preto) - Série 18/11/1959 a 26/11/1959 ...... 27 Gráfico 3- Estação pluviométrica nº 2041014 (Rio Preto) - Série 06/12/1986 a 17/12/1986 ....... 28 Gráfico 4 - Estação pluviométrica nº 2041014 (Rio Preto) - Série 27/12/1995 a 05/01/1995 ...... 29 Gráfico 5 - Estação pluviométrica nº 2141014 (Ponte do Itabapoana) - Série 01/02/1944 a 12/02/1944 ................................................................................................................................................ 31 Gráfico 6 - Estação pluviométrica nº 2141014 (Ponte do Itabapoana) - Série 27/10/1958 a 09/11/1958 ................................................................................................................................................ 32 Gráfico 7 - Estação pluviométrica nº 2141014 (Ponte do Itabapoana) - Série 17/11/1959 a 26/11/1959 ................................................................................................................................................ 34 Gráfico 8 - Estação pluviométrica nº 2141014 (Ponte do Itabapoana) - Série 18/12/1995 a 25/12/1995 ................................................................................................................................................ 35 Gráfico 9 – Gráfico único estações da Ponte do Itabapoana e do Rio Preto -Intervalo 26/10/1958 a 09/11/1958 ........................................................................................................................ 38 Gráfico 10 - Série única de 17/11/1959 a 26/11/1959 das duas estações pluviométricas ........... 39 Gráfico 11 - Precipitação por Vazão da Estação Pluviométrica da Ponte do Itabapoana............ 40 Gráfico 12 - Precipitação por Vazão da Estação Pluviométrica do Rio Preto ................................ 40

4

Gráfico 13 - Comparação entre as estações pluviométricas no período de 18/12/1995 a 05/01/1996 ................................................................................................................................................ 42

1.1

Lista de Tabelas

Tabela 1 - Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 26/10/1958 a 07/11/1958 ........................................................................................................................ 20 Tabela 2 - Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 18/11/1959 a 26/11/1959 ........................................................................................................................ 20 Tabela 3- Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 6/12/1986 a 17/12/1986 .......................................................................................................................... 21 Tabela 4 - Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 27/12/1995 a 05/11/1995 ........................................................................................................................ 21 Tabela 5 Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 01/02/1944 a 12/02/1944 ........................................................................................................................ 22 Tabela 6 - Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 27/10/1958 a 09/11/1958 ........................................................................................................................ 22 Tabela 7 - Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 17/11/1959 a 26/11/1959 ........................................................................................................................ 23 Tabela 8 - Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 18/12/1995 a 25/12/1995 ........................................................................................................................ 23 Tabela 9 - Comparativo entre o Coeficiente de Run-Off e o tempo de permanência de cada série. .......................................................................................................................................................... 30 Tabela 10 - Comparativo entre o Coeficiente de Run-Off e o tempo de permanência de cada série. .......................................................................................................................................................... 36 Tabela 11 - Comparativo entre o Coeficiente de Run-Off e o tempo de permanência médios de cada estação pluviométrica .................................................................................................................... 37 Tabela 12 - Comparação entre as estações pluviométricas no período de 18/12/1195 a 05/01/1996 ................................................................................................................................................ 41

5

2 Introdução O presente trabalho trata do estudo hidrológico das influências do Rio Itabapoana sobre a cidade de Bom Jesus do Norte – ES, a partir da análise de gráficos relacionando Chuva por Vazão e de dados de estações pluviométricas e fluviométricas da região, a fim de propor soluções às freqüentes enchentes e inundações bruscas na cidade. A bacia hidrográfica do Rio Itabapoana possui uma área de drenagem de 4.875 km² e inclui dezoito municípios nos estados do Espírito Santo, Minas Gerais e Rio de Janeiro. Alguns municípios, entre eles Bom Jesus do Norte, estão inseridos inteiramente dentro da área de drenagem da bacia. O mapa abaixo mostra as cidades drenadas pela bacia:

Figura 1 - Municípios que compõe a bacia do Rio Itabapoana. Fonte: Projeto Managé/UFF

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O rio Itabapoana é limitado ao norte pela bacia do Itapemirim, ao sul pela bacia do Paraíba do Sul, a oeste pelas Serra do Caparaó e bacia do rio Doce e a leste pelo Atlântico. Como pode ser visto no mapa, ele separa o Espírito Santo e o Rio de Janeiro, possuindo 264 km de extensão. Nasce na Serra do Caparaó, em Alto Caparaó (MG), inicialmente com o nome de rio Preto. Após confluência com o rio Verde, ele passa a ser denominado Rio Itabapoana, que deságua no Oceano Atlântico. Na zona de baixo curso, encontra-se uma concentração de lagoas, muitas das quais já foram drenadas por proprietários rurais da região. Há pouca documentação técnica sobre elas (ANA, 2001). A população total dos dezoito municípios é de 628.919 habitantes, dos quais 248.147 residem no interior da bacia, ou seja, são diretamente afetadas pelo rio.

Figura 2 - Vista Geral do Rio Itabapoana Fonte: Projeto Managé/UFF

O rio Itabapoana é de extrema importância para a região, já que suas águas são usadas para abastecimento público, abastecimento de agroindústrias, dessedentação de animais e irrigação. Entretanto, o rio também recebe efluentes orgânicos das agroindústrias e esgoto sanitário sem qualquer tratamento. Apenas 24% da população capixaba residente na região são atendidas pelo sistema de tratamento de esgoto. Além disso, há extração de areia e atividade mineradora no leito do rio. Pelo fato do rio possuir muitas

7

cachoeiras e corredeiras, há um grande poder de depuração desses problemas ambientais em alguns trechos. O município de Bom Jesus do Norte, objeto de estudo deste trabalho, possui 8.608 habitantes e uma área 89,34 km2, que é totalmente drenada pela bacia.

Figura 3 - Vista da cidade de Bom Jesus do Norte - ES, com detalhe para o Rio cruzando a cidade. Projeto Managé/UFF

Durante o curso do rio há algumas usinas hidrelétricas instaladas, devido ao grande potencial da bacia. São elas: UHE Rosal, pertencente à CEMIG, possui seis quilômetros de extensão e 128,5 hectares de área de inundação, totaliza um volume acumulado de 10,9 X 106 metros cúbicos e gera 55 megawatts de energia; e a UHE Franca Amaral. Também há Pequenas Hidrelétricas, que geram menos de 30 megawatts, construídas e em projeto, como a PCH Nova Franca Amaral. Essa situação ambiental caótica e a falta de mecanismos eficientes de drenagem de águas pluviais e as barragens e reservatórios de usinas hidrelétricas nas cidades arredores ao Rio, com certa freqüência os habitantes da bacia são atingidos por enchentes, como a que ocorreu no início de janeiro deste ano. Segundo o site G11, o nível do Rio Itabapoana subiu mais de quatro metros que o normal, afetando várias cidades, entre elas, Bom Jesus do Norte e Apiacá (ES). O site Gazeta Online informa que dentro da cidade de Bom Jesus do Norte a água atingiu meio metro de altura. A água teria vindo da

1

http://g1.globo.com/Noticias/Rio/0,,MUL944692-5606,00ENCHENTES+VOLTAM+A+CASTIGAR+O+NORTE+E+NOROESTE+FLUMINENSE.html

8

cabeceira do rio, no Alto do Caparaó, segundo a Defesa Civil2. Para moradores, foi a maior enchente dos últimos 30 anos: 90% da população foi afetada e a entrada e saída para outros municípios foi impedida pela água3. Foi declarada situação de calamidade pública4:

Figura 4 - Efeito da chuva na cabeceira do rio Itabapoana sobre a cidade de Bom Jesus do Norte (ES). Fonte: Gazeta Online.

Essa situação se repete todo ano, agravando os problemas de saúde pública e as condições sócio-econômicas dos moradores, que pressionam às Prefeituras a tomar medidas mitigatórias. Apresenta-se o estudo hidrológico do Rio em função da cidade de Bom Jesus do Norte para que sejam discutidas soluções estruturais, como diques de contenção e reservatórios de retenção da água, bem como implantação de mecanismo de alerta e prevenção de enchentes e deslizamentos, entre outros.

2

http://gazetaonline.globo.com/_conteudo/2009/04/73494rio+itabapoana+sobe+e+comeca+alagar+bom+jesus+do+norte.html 3 http://gazetaonline.globo.com/_conteudo/2009/01/484022bom+jesus+do+norte+vive+pior+enchente+dos+ultimos+30+anos.html 4 http://oglobo.globo.com/pais/mat/2009/01/12/espirito-santo-confirma-cinco-mortes-porleptospirose-apos-as-chuvas-655822222.asp

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3 Revisão da literatura A utilização de modelos de chuva-vazão é bastante difundida no campo da Engenharia Hidráulica e no estudo de Hidrologia e serve, entre outras coisas, para prever fenômenos hidrológicos, como a vazão de um rio num determinado dia.

Figura 5 - Resumo do ciclo hidrológico. Fonte: http://www.dpi.inpe.br/~camilo/hidro/apresentacoes/cbasicos/sld016.htm

A água quando se precipita da atmosfera, se acumula no solo e, dependendo das características físico-químicas deste, inicia a infiltração para o subsolo, onde alcança o lençol freático e o aqüífero, que é um reservatório subterrâneo de água. Mas essa água, ao invés de penetrar no solo, pode escoar por efeito da gravidade para algum rio. Ocorre que de alguma forma a água precipitada irá para o rio, pois os aqüíferos servem para recarregar esses rios quando há pouca precipitação. Basicamente, isso é o ciclo hidrológico. Em certas ocasiões é necessário prever o comportamento de determinado rio. Para isso, utiliza-se de variáveis de entrada como a quantidade de precipitação, de vazão e de evapotranspiração durante um determinado período de tempo. Com esses dados, é possível simular o comportamento da variação de nível do referido rio, podendo prever catástrofes, como enchentes, e servir de base para estudos hidrológicos, como este trabalho.

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Já foram implementados diversos mecanismos de alerta e prevenção contra enchentes. O Serviço Geológico do Brasil (CPRM) mantém, atualmente, três sistemas desse tipo em Manaus, na Bacia do Rio Doce e no Pantanal.

3.1 Sistema de Alerta e Prevenção contra Enchentes de Manaus As cheias na Amazônia geralmente são um fenômeno natural que fazem parte da dinâmica dos rios da bacia. No caso das enchentes na orla de Manaus e em seus entornos, elas são causadas em sua maior parte pelas contribuições do Rio Solimões e de seus afluentes à margem direita e, em menor grau, aos tributários da margem esquerda, entre eles o Rio Negro. As cheias em Manaus apresentam um longo tempo de percurso devido às dimensões gigantescas da bacia e à baixa declividade nos principais corpos d’água da bacia. Isso facilita a sua previsibilidade com vários dias de antecedência. As cheias potencialmente danosas possuem um tempo de recorrência de mais ou menos onze anos e sua magnitude é creditada justamente às características da área da bacia. O Sistema de Alerta de Manaus funciona desde 1989. Sua metodologia é, através de cotas medidas por uma estação fluviométrica no Porto de Manaus, estabelecer a relação entre as cotas de um determinado dia com um pico de cheia. Com isso, é possível prever chuvas com até 75 dias de antecedência, sendo que essas previsões são validadas todos os dias, pois quanto mais próxima

é

a

previsão,

mais

precisa

ela

é.

Figura 6 - Foto tirada dia 28/06/2008, durante uma enchente, no Porto de Manaus. A cota era de 28,02 metros. Fonte: CPRM

11

Figura 7 - Foto tirada dia 15/06/2007, no Porto de Manaus durante o período de vazante. A cota era de 16,17 metros. Fonte: CPRM

No último dia 01/06/2009 foi emitido o terceiro alerta do ano. Em 31/05/2009, a cota do Rio Negro foi de 29,14 metros, cujo pico de cheia ordinariamente ocorre no mês de junho. O alerta previa uma cota entre 29,15 e 29,69 metros, que é 0,75 metros maior que em 2008 e 0,32 metros menor que em 1953 (maior pico de vazão registrado desde então). Em 24/06/2009, o rio atingiu 29,69 metros de profundidade e continuou subindo dois centímetros por dia, quase igualando o recorde de 19535; é a maior enchente dos últimos 50 anos.

Figura 8 - Cotagrama de Manaus que compara chuva registrada até maio desse ano com 2008 e 1953. Fonte: CPRM 5

http://www.estadao.com.br/noticias/geral,rio-atinge-nivel-de-maior-enchente-em-50-anos-noam,392549,0.htm

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Em 24/06/2009, o rio atingiu 29,69 metros de profundidade e continuou subindo dois centímetros por dia, quase igualando o recorde de 19536; é a maior enchente dos últimos 50 anos.

3.2 Sistema de Alerta e Prevenção contra Cheias do Rio Doce O Sistema de Alerta do Rio Doce é operado desde outubro de 1997 pelo CPRM em pareceria a Agência Nacional de Águas e com o Instituto Mineiro de Gestão de Águas (IGAM). Consiste em coleta e análise de dados de diversas entidades, elaboração de previsão hidrológica e transmissão de informações para a Polícia Militar, Corpo de Bombeiros, Defesa Civil e Prefeituras de dezesseis municípios que margeiam os rios Piranga, Piracicaba e Doce.

Figura 9 - Boletim de monitoramento de cheias da bacia do Rio Doce. Fonte: CPRM

A figura acima é o Boletim de Monitoramento e Previsão retirado do sítio do sistema na internet no dia 30/06/2009 às 16h14min.

3.3 Sistema “Alerta Rio” O Sistema de Alerta contra Enchentes e Deslizamentos “Alerta Rio” é operado pela Fundação Instituto de Geotécnica do Município do Rio de Janeiro. È 6

http://www.estadao.com.br/noticias/geral,rio-atinge-nivel-de-maior-enchente-em-50-anos-noam,392549,0.htm

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composto por 32 estações, espalhadas pela capital fluminense. Essas estações são constituídas de pluviômetros automáticos, uma CPU (unidade de processamento), rádio UHF, antena, painel solar e bateria. As leituras são feitas de forma automática pela CPU e transmitidas via rádio para a estação central, dispensando operadores. O painel solar e a bateria garantem o funcionamento ininterrupto do aparelho, que envia suas informações a cada quinze minutos.

Figura 10 - Pluviômetro automático do Sistema Alerta Rio. Fonte: GEORIO

Os dados das estações são disponibilizados no sítio do sistema a cada quinze minutos.

Figura 11 - Boletim de condições de chuva na cidade às 15h00min do dia 30/06/2009. Fonte: GEORIO

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Sistemas de alerta e prevenção são soluções não estruturais para o problema das enchentes. Dentre as medidas estruturais encontradas, destacam-se a construção de diques de contenção e reservatórios que armazenam a água da chuva e após a precipitação, são despejadas no rio de forma gradativa.

3.4 Reservatórios de contenção A finalidade de um reservatório é amortecer o pico de cheia afluente de determinado rio. É uma solução sustentável com manutenção menos custosa, embora tenha que ser contínua. Podem ter usos múltiplos durante o período de estiagem. Entretanto, nem sempre há espaço suficiente para construção de um reservatório e, em caso de falha da operação, as conseqüências para a bacia serão desastrosas.

Figura 12 - Reservatório construído em Santo André (SP) pelo Departamento de Águas e Energia Elétrica. Fonte: DAAE

3.5 Diques ou barragens Os diques são utilizados para impedir a saída do excesso do volume de água para a cidade. No Piauí, o Governo quer construir diques nas cidades que sofrem constantemente com transbordamentos de rios, a fim de resolver o problema definitivamente7. Já existe um dique construído em 2004 de forma emergencial na Cidade de Poty Velho: ele tem 216 metros de extensão e custo um milhão de reais. No município de Castelo do Piauí, o Governo quer

7

http://www.45graus.com.br/geral/39193/governo_construira_diques_em_cidades_ribeirinhas.html

15

construir uma barragem com capacidade armazenar 2,8 bilhões de metros cúbicos de água. Em junho de 2008, diques existentes conseguiram conter a pressão das águas no Rio Mississipi, meio-oeste norte-americano, em meio às piores enchentes dos últimos 15 anos. As tempestades torrenciais e tempestades mataram dezenas de pessoas e causaram um prejuízo enorme, que poderiam ter sido piores caso os diques não tivessem suportado8.

Figura 13 - Moradores levando sacos de areia para reforçar um dique na Louisiana (EUA). Fonte: Terra

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http://noticias.terra.com.br/mundo/interna/0,,OI2967755-EI8141,00Diques+evitam+novas+enchentes+nos+Estados+Unidos.html

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4 Metodologia do trabalho Dividiu-se a confecção deste estudo em partes. Primeiramente, levantaram-se os dados sobre a bacia e das séries históricas. Após isso, fez-se a tabulação dos dados obtidos, resultando em gráficos e análises que serão apresentados em Resultado e suas análises.

4.1 Coleta de dados A pesquisa deste trabalho foi iniciada com a coleta de dados sobre o a bacia do Rio Itabapoana, tais como área da superfície de drenagem e suas características naturais, bem como situação ambiental atualmente. Para tanto, foi utilizada a “SNIRH - Série Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos – Bacias Hidrográficas do Atlântico Sul – Trecho Leste” da Agência Nacional de Águas – ANA, sinopse sobre o Estado do Rio de Janeiro, item 3 - Planos e Estudos de Bacia Hidrográfica, subitem IV – Caracterização das Bacias Hidrográficas. Não foi utilizada a sinopse do Espírito Santo, pois as informações sobre a bacia do Rio Itabapoana se encontram na sinopse do RJ, já que se trata de uma bacia federal, ou seja, que está presente em mais de um Estado da Federação; Prosseguiu-se o trabalho demarcando a área de estudo através do gerador de mapas do Sistema Nacional de Informações Hidrológicas Hidroweb da ANA. Foram ativadas as seguintes camadas: Estados, Bacias, Hidrografia, Sedes Municipais, Estações Pluviométricas e Estações Fluviométricas.

Figura 14 - Demarcação da área de estudo, com destaque para o município de Bom Jesus do Norte e estações pluviométricas e fluviométricas.

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Legenda:

ícones

cinza

(sedes

municipais),

ícones

verdes

(estações

pluviométricas), ícones vermelhos (estações fluviométricas), traços azuis (hidrografia) e traço vermelho espesso (bacia hidrográfica). Pela demarcação da área, escolheram-se as estações que serão utilizadas neste trabalho, conforme disposição geográfica e disponibilidade de dados das séries históricas. Considera-se o município de Bom Jesus do Norte como a foz (ou ponto-problema) deste estudo, portanto, se faz necessário tomar estações pluviométricas localizadas a montante da foz e próximas a nascente do Rio Itabapoana, que é na Serra do Caparaó, e estações fluviométricas localizadas na foz ou o mais próximo possível a jusante, para que se estabeleça o tempo que uma chuva na nascente do rio leva para chegar à foz, fazendo o nível do rio se elevar. Abaixo, detalhe do Rio Itabapoana junto com alguns municípios adjacentes. Nota-se a localização das estações, devidamente identificadas pelo seu referido código: NASCENTE

Figura 15 - Detalhe do Rio Itabapoana, juntamente com os municípios localizados à sua margem e identificação das estações pluviométricas (verdes) e fluviométricas (vermelhas).

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Para elaboração dos gráficos de chuva-vazão, utilizar-se-á das seguintes estações pluviométricas: •

Código 2041014 – Localizado no Rio Preto, afluente do Rio Itabapoana, no município de Dores do Rio Preto (ES). É operada pelo Serviço Geológico do Brasil – CPRM;

•

Código 2141014 - Localizada na Ponte do Itabapoana, que cruza o rio, em Mimoso do Sul (ES). É operada pelo Serviço Geológico do Brasil – CPRM.

E a seguinte estação fluviométrica: •

Código 5783000 – Localizada no mesmo local que a estação nº 2141014. Também operada pelo Serviço Geológico do Brasil – CPRM possui área de drenagem igual a 2.854 km².

4.2 Tabulação dos dados Para confecção dos gráficos relacionando chuva e vazão, tabularam-se os dados das séries históricas através da planilha eletrônica disponibilizada pelo professor. Os dados restantes, como vazão do escoamento básico, vazão do escoamento superficial, volume escoado e coeficiente de escoamento superficial (coeficiente de Run-Off), foram gerados pela própria planilha. As tabelas produzidas seguem abaixo.

19

4.2.1

Estação nº 2041014

Tabela 1 - Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 26/10/1958 a 07/11/1958 Área de drenagem (A) = 2854 km² Dia 26/10/1958 27/10/1958 28/10/1958 29/10/1958 30/10/1958 31/10/1958 1/11/1958 2/11/1958 3/11/1958 4/11/1958 5/11/1958 6/11/1958 7/11/1958

Intervalo de Altura de chuva tempo (h) h (mm) 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312

0 3,700000048 8,600000381 8,800000191 0,300000012 4,099999905 10,30000019 46,20000076 45,40000153 0 0 0 0 Total = Incremento = Vescoado = Vprecipitado = Crunoff =

Vazão do rio Q (m³/s)

Vazão do escoamento básico (m³/s)

20,60000038 20,60000038 19,29999924 22,63333368 32,59999847 24,66666698 34,20000076 26,70000029 33,40000153 28,73333359 43,09999847 30,76666689 68,09999847 32,80000019 65,90000153 34,83333349 90,19999695 36,86666679 86,40000153 38,9000001 75,19999695 40,9333334 59,20000076 42,9666667 45 45 127,400003 mm 2,033333302 86446077,81 m³ 363599608,6 m³ 0,237750745

Vazão do escoamento superficial (m³/s)

Volume do escoamento superficial (m³)

0 0 7,93333149 7,500000477 4,666667938 12,33333158 35,29999828 31,06666803 53,33333015 47,50000143 34,26666355 16,23333406 0

0 0 2741759,363 2592000,165 1612800,439 4262399,396 12199679,41 10736640,47 18431998,9 16416000,49 11842558,92 5610240,253 0 86446077,81

Tabela 2 - Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 18/11/1959 a 26/11/1959 Área de drenagem (A) = 2854 km² Dia 18/11/1959 19/11/1959 20/11/1959 21/11/1959 22/11/1959 23/11/1959 24/11/1959 25/11/1959 26/11/1959

Intervalo de Altura de chuva tempo (h) h (mm) 24 48 72 96 120 144 168 192 216

0 13,19999981 40,20000076 4,800000191 1,200000048 70,80000305 1,299999952 1,100000024 0 Total = Incremento = Vescoado = Vprecipitado = Crunoff =

Vazão do rio Q (m³/s)

Vazão do escoamento básico (m³/s)

45 45 70,5 50,64999962 61,40000153 56,29999924 95,5 61,94999886 102 67,59999847 112 73,24999809 112 78,89999771 106 84,54999733 90,19999695 90,19999695 132,6000038 mm 5,649999619 64350724,22 m³ 378440411 m³ 0,170041894

Vazão do escoamento superficial (m³/s)

Volume do escoamento superficial (m³)

0 19,85000038 5,100002289 33,55000114 34,40000153 38,75000191 33,10000229 21,45000267 0

0 6860160,132 1762560,791 11594880,4 11888640,53 13392000,66 11439360,79 7413120,923 0 64350724,22

20

Tabela 3- Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 6/12/1986 a 17/12/1986 Área de drenagem (A) = 2854 km² Vazão do Vazão do Intervalo de Altura de chuva Vazão do rio escoamento Dia escoamento tempo (h) h (mm) Q (m³/s) superficial básico (m³/s) (m³/s) 6/12/1986 24 0 15,80000019 15,80000019 0 7/12/1986 48 76,19999695 22 18,31818199 3,681818008 8/12/1986 72 14,30000019 46,90000153 20,83636379 26,06363773 9/12/1986 96 33,20000076 58,59999847 23,35454559 35,24545288 10/12/1986 120 21,10000038 59,5 25,87272739 33,62727261 11/12/1986 144 29,39999962 191 28,39090919 162,6090908 12/12/1986 168 6,300000191 137 30,909091 106,090909 13/12/1986 192 10,10000038 69,40000153 33,4272728 35,97272873 14/12/1986 216 2 67,40000153 35,9454546 31,45454693 15/12/1986 240 1,200000048 77,90000153 38,4636364 39,43636513 16/12/1986 264 0 68,40000153 40,9818182 27,41818333 17/12/1986 288 0 43,5 43,5 0 Total = 193,7999985 mm Incremento = 2,518181801 Vescoado = 173352961,8 m³ Vprecipitado = 553105195,8 m³ Crunoff = 0,313417706

Volume do escoamento superficial (m³) 0 1272436,304 9007593,201 12180828,52 11621585,41 56197701,78 36665018,15 12432175,05 10870691,42 13629207,79 9475724,158 0 173352961,8

Tabela 4 - Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 27/12/1995 a 05/11/1995 Área de drenagem (A) = 2854 km² Dia 27/12/1995 28/12/1995 29/12/1995 30/12/1995 31/12/1995 1/1/1996 2/1/1996 3/1/1996 4/1/1996 5/1/1996

Intervalo de Altura de chuva tempo (h) h (mm) 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240

0 0 20,20000076 15,19999981 20,20000076 42,20000076 16,20000076 0 0 0 Total = Incremento = Vescoado = Vprecipitado = Crunoff =

Vazão do rio Q (m³/s)

Vazão do escoamento básico (m³/s)

118 118 102 120,4444444 110 122,8888889 102 125,3333333 98,90000153 127,7777778 207 130,2222222 312 132,6666667 327 135,1111111 216 137,5555556 140 140 114,0000029 mm 2,444444444 181939200 m³ 325356008,2 m³ 0,55920037

Vazão do escoamento superficial (m³/s)

Volume do escoamento superficial (m³)

0 0 0 0 0 76,77777778 179,3333333 191,8888889 78,44444444 0

0 0 0 0 0 26534400 61977600 66316800 27110400 0 181939200

21

4.2.2

Estação nº 2141014

Tabela 5 Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 01/02/1944 a 12/02/1944 Área de drenagem (A) = 2854 km² Dia 1/2/1944 2/2/1944 3/2/1944 4/2/1944 5/2/1944 6/2/1944 7/2/1944 8/2/1944 9/2/1944 10/2/1944 11/2/1944 12/2/1944

Intervalo Vazão do Vazão do de Altura de Vazão do rio escoamento escoamento tempo chuva h (mm) Q (m³/s) básico superficial (h) (m³/s) (m³/s) 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288

0 0 13,60000038 5,400000095 9,100000381 37,40000153 34,59999847 10,60000038 22,39999962 45,59999847 2,900000095 0 Total = Incremento = Vescoado = Vprecipitado Crunoff =

75,19999695 75,2 62,5 81,90909 90,19999695 88,61818 136 95,32727 157 102,0364 225 108,7455 217 115,4545 225 122,1636 183 128,8727 359 135,5818 164 142,2909 149 149 181,5999994 mm 6,709091187 247832905,1 m³ 518286398,4 m³ 0,478177521

0 0 1,581818 40,67273 54,96364 116,2545 101,5455 102,8364 54,12727 223,4182 21,70909 0

Volume do escoamento superficial (m³) 0 0 546676,1719 14056495,31 18995433,4 40177571,48 35094109,57 35540247,66 18706385,74 77213323,83 7502661,914 0 247832905,08

Tabela 6 - Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 27/10/1958 a 09/11/1958 Área de drenagem (A) = 2854 km² Dia 27/10/1958 28/10/1958 29/10/1958 30/10/1958 31/10/1958 1/11/1958 2/11/1958 3/11/1958 4/11/1958 5/11/1958 6/11/1958 7/11/1958 8/11/1958 9/11/1958

Intervalo de tempo (h) 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336

Altura de chuva h (mm) 0 29,10000038 5,099999905 0,899999976 11,80000019 59,79999924 16,20000076 0,200000003 0 0,6 1,6 0 0 0 Total = Incremento = Vescoado = Vprecipitado Crunoff =

Vazão do Volume do Vazão do Vazão do rio escoamento escoamento escoamento Q (m³/s) básico superficial superficial (m³/s) (m³) (m³/s) 19,29999924 19,3 32,59999847 20,25385 34,20000076 21,20769 33,40000153 22,16154 43,09999847 23,11538 68,09999847 24,06923 65,90000153 25,02308 90,19999695 25,97692 86,40000153 26,93077 75,19999695 27,88462 59,20000076 28,83846 45 29,79231 37,70000076 30,74615 31,70000076 31,7 125,3000005 mm 0,953846271 123740749,4 m³ 357606201,3 m³ 0,346025178

0 12,34615 12,99231 11,23846 19,98461 44,03077 40,87692 64,22307 59,46923 47,31538 30,36154 15,20769 6,953846 0

0 4266830,465 4490141,985 3884012,977 6906682,651 15217033,38 14127065,16 22195494,31 20552566,62 16352195,77 10492947,81 5255778,279 2403249,271 0 123740749,4

22

Tabela 7 - Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 17/11/1959 a 26/11/1959

Área de drenagem (A) =

Dia

Intervalo de tempo (h)

17/11/1959 18/11/1959 19/11/1959 20/11/1959 21/11/1959 22/11/1959 23/11/1959 24/11/1959 25/11/1959 26/11/1959

24 48 72 96 120 144 168 192 216 240

2854 km² Altura de chuva h (mm)

Vazão do Vazão do Volume do Vazão do rio escoamento escoamento escoamento Q (m³/s) básico superficial superficial (m³/s) (m³/s) (m³)

0 0 36,20000076 6,199999809 3,900000095 7,199999809 9,399999619 0 0 0 Total = Incremento = Vescoado = Vprecipitado

51,90000153 51,9 45 56,15556 70,5 60,41111 61,40000153 64,66667 95,5 68,92222 102 73,17778 112 77,43333 112 81,68889 106 85,94444 90,19999695 90,2 62,9000001 mm 4,255555047 45054721,58 m³ 179516600,3 m³

Crunoff =

0,250978024

0 0 10,08889 0 26,57778 28,82222 34,56667 30,31111 20,05556 0

0 0 3486719,824 0 9185280,176 9960960,352 11946240,53 10475520,7 6931200,879 0 45054721,58

Tabela 8 - Dados de Chuva e Vazão do Rio Itabapoana - EP: 2041014 - EF: 57830000 18/12/1995 a 25/12/1995 Área de drenagem (A) = 2854 km²

Dia

18/12/1995 19/12/1995 20/12/1995 21/12/1995 22/12/1995 23/12/1995 24/12/1995 25/12/1995

Interva lo de tempo (h) 24 48 72 96 120 144 168 192

Vazão do escoament o básico (m³/s)

Vazão do escoament o superficial (m³/s)

Volume do escoamento superficial (m³)

0 2,200000048 6,300000191 17,79999924 9,300000191 4,5 15,30000019 0 Total = Incremento = Vescoado = Vprecipitado

124 124 111 126,7143 95,5 129,4286 154 132,1429 218 134,8571 202 137,5714 167 140,2857 143 143 55,39999986 mm 2,714285714 67786971,43 m³ 158111599,5 m³

0 0 0 21,85714 83,14286 64,42857 26,71429 0

0 0 0 7553828,571 28734171,43 22266514,29 9232457,143 0 67786971,43

Crunoff =

0,428728642

Altura de chuva h (mm)

Vazão do rio Q (m³/s)

23

4.3 Confecção dos gráficos Com as tabelas devidamente preenchidas, os gráficos eram gerados automaticamente. Foram feitos todos os ajustes necessários caso houvesse algum erro na geração dos gráficos. Ocorreu de o Volume do Escoamento Superficial ficar com valores negativos. Nessa situação, a célula foi zerada, para facilitar a análise. Após elaboração dos gráficos individuais de cada série, elaboraram-se gráficos comparando séries que tivessem períodos iguais e fossem de estações pluviométricas diferentes. Tiraram-se as curvas de Escoamento Superficial e de Escoamento Básico, pois neste caso eles não foram necessários para a análise feita.

4.4 Definições Das fases do ciclo hidrológico, a mais importante para a Engenharia é o Escoamento Superficial, que é a fase que trata da ocorrência e do transporte d’água pela superfície terrestre, já que a maioria dos estudos hidrológicos trata do aproveitamento d’água e à proteção contra os fenômenos do seu deslocamento, que é o escopo deste trabalho. O escoamento superficial abrange desde o excesso de precipitação causado por uma chuva intensa e se desloca pelo terreno até o escoamento de um rio, que pode ser alimentado tanto pelo excesso de chuva quanto pelas águas subterrâneas que compõe o Escoamento Básico. Fatores climáticos como intensidade e duração da chuva influenciam diretamente Escoamento Superficial, pois quanto maior a intensidade, mais rápido o solo atinge sua capacidade de infiltração, ou seja, aumenta sua saturação até um ponto em que a água passa a escoar superficialmente. Outro fator importante são as chuvas antecedentes, pois uma precipitação que ocorre quando o solo está úmido devido a uma chuva anterior, terá maior facilidade de escoamento. Há também fatores fisiográficos da bacia, entre eles sua forma, sua permeabilidade, sua capacidade de infiltração e sua topografia. As obras hidráulicas, como as propostas especificadas na Revisão da Literatura, também influenciam o Escoamento Superficial, pois uma barragem 24

que acumula água num reservatório reduz as vazões máximas do escoamento superficial, retardando sua propagação. Os gráficos do modelo curva-vazão utilizados neste trabalho são compostos por: •

Precipitação e vazão medidas por estações hidrometereológicas;

•

Curva de escoamento superficial direto;

•

Curva de escoamento básico, que é a contribuição do lençol freático para manter o rio “em funcionamento”.

25

5 Resultado e suas análises Procedeu-se com a elaboração dos gráficos a partir dos dados coletados de estações

pluviométricas

e

fluviométricas

pertencentes

á

rede

hidrometereológica da Agência Nacional de Águas (ANA) aplicando o método escolhido para este estudo e que foi explicado no capítulo Metodologia do Trabalho. Os gráficos obtidos e suas análises para cada situação seguem abaixo.

5.1 Estação pluviométrica nº 2041014 5.1.1

Série 26/10/1958 a 07/11/1958

O período estudado totaliza 312 horas ou 13 dias. Com a tabulação dos dados das séries históricas das estações pluviométrica e fluviométrica, obteve-se um Coeficiente de Escoamento Superficial igual a 23,77% e o seguinte gráfico: Altura de chuva h (mm)

100

Vazão do rio Q (m³/s)

90

Vazão do escoamento superficial (m³/s) Vazão do escoamento básico (m³/s)

Precipitação (mm) e Vazão (m³/s)

80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

50

100

150

200

250

300

350

Tempo (h)

Gráfico 1 - Estação pluviométrica nº 2041014 (Rio Preto) - Série 26/10/1958 a 07/11/1958

Do dia 20/10/1958 até 26/10/1958 os pluviômetros não registraram chuvas, ou seja, a precipitação foi igual a zero, então foram 6 dias de estiagem seguidos. A vazão medida em 26/10 foi de 20,6 m³/s e no dia seguinte 19,29 m³/s e a precipitação foi 0 mm e 3,7 mm, respectivamente, ou seja, o rio estava se “esvaziando” sob efeito da evaporação e do reabastecimento do aqüífero 26

ocorridos devido ao aumento da vazão em função das precipitações ocorridas nos dias 17/10 e 19/10, que foram iguais a 22,7 mm e 21,29 mm. Essas precipitações não foram incluídas nesta análise, pois nos dias 15, 16 e 18 desse mês as precipitações registradas foram iguais a 0 mm. A curva de escoamento básico está um pouco alta devido à vazão de 7/11 não ser igual ou próxima a vazão registrada no primeiro dia da série. A curva de vazão e a curva de altura de chuva se correspondem nos dois primeiros picos. Não houve um 3º pico de chuva, somente de vazão. Aparentemente, o 3º pico de vazão com tempo igual a 216 horas ocorreu também em função de outra chuva. Considerando isso e o fato da estação pluviométrica estar localizada a certa distância da fluviométrica, para cálculo do tempo de manutenção subtraise o tempo do 3º pico de vazão (216 horas) pela precipitação que antecede o pico de chuva (168), obtendo 48 horas, ou 2 dias. 5.1.2

Série 18/11/1959 a 26/11/1959

Totalizam-se 216 horas ou 9 dias de estudo e um Coeficiente de Escoamento Superficial igual a 17,0%, com o seguinte gráfico:

200

Altura de chuva h (mm)

Precipitação (mm) e Vazão (m³/s)

Vazão do rio Q (m³/s) Vazão do escoamento superficial (m³/s) Vazão do escoamento básico (m³/s)

150

100

50

0 0

50

100

150

200

250

Tempo (h)

Gráfico 2 - Estação pluviométrica nº 2041014 (Rio Preto) - Série 18/11/1959 a 26/11/1959

27

Num primeiro momento, há um pico de chuva após o primeiro pico de vazão. Quando o pico de chuva ocorre em tempo igual a 72 horas (3 dias), a curva da vazão decai um pouco. Após isso, a chuva cessa e a vazão se eleva de forma distribuída, ou seja, sem grandes picos. No segundo pico de chuva em tempo igual a 144 horas (6 dias), a vazão continua subindo levemente. Mesmo após nova cessão da chuva, a vazão decai de forma gradativa. Conclui-se que essa vazão não foi influenciada somente pela chuva representada. Para efeito de cálculo do tempo de permanência, considera-se que a vazão em tempo igual a 96 horas (4 dias) como pico de vazão correspondente ao pico de chuva em tempo igual a 6 dias. Efetua-se a subtração entre tais picos para obter o tempo de manutenção (ou permanência) na bacia igual a 48 horas ou 2 dias. 5.1.3

Série 6/12/1986 a 17/12/1986

Nesta série estudam-se 288 horas ou 12 dias de precipitação e vazão. Obtevese um Coeficiente de Escoamento Superficial igual a 31,34%. O gráfico abaixo representa a comparação ente a precipitação e vazão medidas no período:

200

Altura de chuva h (mm)

Precipitação (mm) e Vazão (m³/s)

Vazão do rio Q (m³/s)

150

Vazão do escoamento superficial (m³/s) Vazão do escoamento básico (m³/s)

100

50

0 0

50

100

150

200

250

300

350

Tempo (h)

Gráfico 3- Estação pluviométrica nº 2041014 (Rio Preto) - Série 06/12/1986 a 17/12/1986

28

Ocorre um primeiro pico de chuva em tempo igual a 48 horas, sucedido pelo aumento da vazão de forma gradativa. Segue com precipitações oscilando entre 10 e 40 mm. O pico de vazão ocorre em tempo igual a 144 horas ou 6 dias. Ressalva-se que tal pico de vazão pode ter sido em função de outras chuvas não medidas por essa estação, visto que a série se encontra no mês de dezembro, que é tipicamente o mês de alta da vazão média do rio, devido ao fato do ciclo hidrológico ser mais acelerado no verão. Entretanto, para efeito de cálculo, considera-se o maior pico de vazão como correspondente ao maior pico de chuva. Efetua-se a subtração entre eles, obtendo tempo de manutenção igual a 96 horas ou 4 dias. 5.1.4

Série 27/12/1995 a 05/01/1996

São 240 horas ou 10 dias de estudo neste período e o Coeficiente de Escoamento Superficial igual a 55,9%. De acordo com a tabulação de dados apresentada em Metodologia do Trabalho, obtém-se o gráfico representado abaixo: Altura de chuva h (mm)

350 Vazão do rio Q (m³/s)

300 Vazão do escoamento superficial (m³/s)

Precipitação (mm) e Vazão (m³/s)

250 Vazão do escoamento básico (m³/s)

200

150

100

50

0 0

50

Tempo (h) 100

150

200

250

300

Gráfico 4 - Estação pluviométrica nº 2041014 (Rio Preto) - Série 27/12/1995 a 05/01/1995

29

O período desta série, notoriamente no início do ano, é quando costuma ocorrer enchentes na cidade de Bom Jesus do Norte. Nota-se aqui o maior pico de vazão alcançando 327 m³/s. No caminho oposto, a precipitação medida apresenta-se muita baixa, inferior a 50 mm. Conclui-se que essa vazão não é fruto somente da chuva aqui representada. Entretanto, considera-se o pico de chuva desta amostra de 42,2 mm ocorrido em tempo igual a 144 horas ou 6 dias, correspondente ao pico de vazão ocorrido em tempo igual a 192 horas ou 8 dias. Efetua-se o cálculo, encontrando um tempo de permanência igual a 48 horas ou 2 dias. 5.1.5

Primeiro comparativo parcial

Para relacionar a chuva e a vazão até aqui, utilizou-se da estação fluviométrica nº 57830000 localizada na Ponte do Itabapoana, em Mimoso do Sul (ES) e a estação pluviométrica nº 2041014 localizada no Rio Preto, afluente do Rio Itabapoana, no município de Dores do Rio Preto (ES). Segue abaixo, tabela comparativa entre os valores do Coeficiente de Escoamento Superficial e do Tempo de Permanência obtidos pelos dados das referidas estações: Tabela 9 - Comparativo entre o Coeficiente de Run-Off e o tempo de permanência de cada série.

Série

Coeficiente de

Tempo de

Escoamento

permanência em dias

Superficial (%) 26/10/1958 a 07/11/1958

23,77

2

18/11/1959 a 26/11/1959

17,00

2

6/12/1986 a 17/12/1986

31,34

4

27/12/1995 a 05/01/1996

55,90

2

Média entre as séries

32,00

2,5

Nota-se que os Coeficientes obtidos são bastante diferentes entre si e que no período de 6/12/1986 a 17/12/1986 obteve-se um tempo de permanência discrepante em relação às outras séries. Considerando-se somente os dias e meses das séries, o intervalo desta comparação foi de 26/10 a 05/01, ou seja, a passagem da primavera para o 30

verão, quando o ciclo hidrológico ocorre de forma mais intensa devido ao aumento da temperatura que faz a evaporação se acelerar e por conseqüência a precipitação. Percebe-se de modo geral, o aumento gradual da vazão máxima registrada de série pra série, bem como a precipitação, exceto na última amostra, onde a precipitação na estação estudada não foi a única a influir no aumento da vazão do rio. Como relatado na Introdução, o aumento do nível do rio no início do ano está geralmente associado a chuvas intensas em sua cabeceira no Alto do Caparaó.

5.2 Estação pluviométrica nº 2141014 5.2.1

Série 01/02/1944 a 12/02/1944

O período estudado totaliza 288 horas ou 12 dias. Obteve-se um Coeficiente de Escoamento Superficial igual a 47,81% e o seguinte gráfico: Altura de chuva h (mm)

400

Vazão do rio Q (m³/s)

Precipitação (mm) e Vazão (m³/s)

350

Vazão do escoamento superficial (m³/s)

300

Vazão do escoamento básico (m³/s)

250 200

'

150 100 50 0 0

50

100

150

200

250

300

Tempo (h)

Gráfico 5 - Estação pluviométrica nº 2141014 (Ponte do Itabapoana) - Série 01/02/1944 a 12/02/1944

Trata-se do mês de fevereiro, onde ainda há um intenso ciclo hidrológico. A vazão de 359 m³/s no 10º dia da série evidencia isso, sendo o pico de vazão neste gráfico.

31

Ocorreu que a precipitação máxima no período foi de 45,59 mm. Não se pode afirmar que o aumento da vazão foi somente em função da chuva aqui representada. Justamente por se tratar de um período com precipitações intensas, essa vazão provavelmente ocorreu em função de chuvas em outros pontos da bacia de drenagem do rio. Como nesta série, as estações utilizadas estão no mesmo local e tanto o pico de chuva quanto o de vazão foram no 10º dia, considera-se o tempo de permanência na bacia menor que 24 horas. Também não há dados em intervalos menores que 24 horas, portanto, o tempo de permanência nesse caso é igual a 24 horas ou 1 dia. 5.2.2

Série 27/10/1958 a 09/11/1958

Trata-se de um total de 336 horas ou 14 dias estudados, encontrando um Coeficiente de Escoamento Superficial igual a 34,60% e o seguinte gráfico:

Altura de chuva h (mm) Vazão do rio Q (m³/s) Vazão do escoamento superficial (m³/s) Vazão do escoamento básico (m³/s)

100 90

Precipitação (mm) e Vazão (m³/s)

80 70 60 50

'

40 30 20 10 0 0

50

100

150

200

250

300

Tempo (h)

Gráfico 6 - Estação pluviométrica nº 2141014 (Ponte do Itabapoana) - Série 27/10/1958 a 09/11/1958

32

Este gráfico ilustra a vazão do rio em função da precipitação, medidas no mesmo local. No início da série, a vazão estava em torno de 20 m³/s, nível bem baixo. Inicia-se a precipitação, saindo de 0 mm até 29,10 mm, de um dia para o outro. Entretanto, a vazão não acompanhou o pico de chuva, mas estava se elevando de forma gradativa, provavelmente houve uma recarga no aqüífero. A chuva cessou e a vazão declinou em consequência disso, para depois ambas se elevarem em pico, obtendo 59,80 mm e 68,09 m³/s. Após isso, a chuva cessou e assim permaneceu até o fim da série com precipitações pequenas. A vazão deu uma leve declinada e voltou a subir, alcançando 90,20 m³/s, maior valor dessa série. Para o tempo de permanência desta situação, fazem-se duas análises: •

Como as estações fluviométrica e pluviométrica estão no mesmo local, provavelmente, o tempo de permanência é igual ou menor que 24 horas.

•

O último e 2º pico de chuva ocorrido no 6º dia da série “causou” o maior pico de vazão no 8º dia, obtendo-se assim um tempo de permanência igual a 48 horas ou 2 dias.

A primeira análise é a mais correta para esta série, embora não se disponha de dados medidos em intervalos menores que 24 horas. Opta-se pela média aritmética das duas análises, encontrando um tempo de permanência igual a 36 horas ou 1,5 dia.

33

5.2.3

Série 17/11/1959 a 26/11/1959

Nesta série, estudam-se 240 horas ou 10 dias. Calculou-se através da tabulação dos dados das estações o Coeficiente de Escoamento Superficial igual a 25,09% e o seguinte gráfico:

Precipitação (mm) e Vazão (m³/s)

120

100

80 Altura de chuva h (mm) Vazão do rio Q (m³/s)

60

Vazão do escoamento superficial (m³/s) Vazão do escoamento básico (m³/s)

'

40

20

0 0

50

100

150

200

250

Tempo (h)

Gráfico 7 - Estação pluviométrica nº 2141014 (Ponte do Itabapoana) - Série 17/11/1959 a 26/11/1959

Inicia-se a série com a vazão declinando nos dois primeiros dias, enquanto a precipitação se manteve zero. No 3º dia a precipitação alcançou cerca de 40 mm, sendo o pico de chuva desta série, acompanhado pelo aumento da vazão que de 45 m³/s foi para 70,5 m³/s no mesmo dia. Após isso, a chuva declinou e não chegou a mais que 10 mm nos dias seguintes, cessando definitivamente no 8º dia, embora a vazão continuasse se elevando e terminou esta série com 90,20 m³/s, quase o dobro do início da amostragem. Provavelmente o rio se manteve cheio em função de outras chuvas, o que justifica a curva de escoamento

básico

bastante

acentuada.

Considera-se

o

tempo

de

permanência novamente igual a 24 horas ou 1 dia.

34

5.2.4

Série 18/12/1995 a 25/12/1995

Nesta série, estudam-se 192 horas ou 8 dias. Obteve-se o Coeficiente de Escoamento Superficial igual a 42,87% e o seguinte gráfico:

Altura de chuva h (mm)

300

Vazão do rio Q (m³/s)

250

Vazão do escoamento superficial (m³/s)

Precipitação (mm) e Vazão (m³/s)

Vazão do escoamento básico (m³/s)

200

150

100

50

0 0

50

100 Tempo (h)

150

200

Gráfico 8 - Estação pluviométrica nº 2141014 (Ponte do Itabapoana) - Série 18/12/1995 a 25/12/1995

Por a série ser no mês de dezembro, espera-se uma quantidade de chuva relativamente alta. Não foi o caso, pois no total foram 55 mm e,por exemplo, a primeira amostra desta estação pluviométrica chegou a 181 mm no total. A série inicia com uma razoável declividade da curva de vazão enquanto a curva de chuva sobe gradativamente. O maior pico de chuva ocorreu no 4º dia com cerca de 20 mm e a vazão máxima foi de 218 m³/s no 5º dia. A maior chuva desse mês, conforme dados da estação, ocorreu no dia 05/12 com 40 mm. Nos dias 03 e 04, a precipitação foi igual a zero e no dia 06, igual a 0,8 mm. O pico de vazão no 5º dia foi em função de uma chuva que ocorreu em outro local, mas nota-se que a vazão voltou a subir no 4º dia (154 m³/s) em 35

função do pico de chuva no mesmo dia. Obtém-se, então, um tempo de concentração igual a 24 horas ou 1 dia. 5.2.5

Segundo comparativo parcial

Para relacionar a chuva e a vazão das últimas séries, utilizou-se da estação fluviométrica nº 57830000 localizada na Ponte do Itabapoana, em Mimoso do Sul (ES) e a estação pluviométrica nº 2141014 localizada no mesmo local. Segue abaixo, tabela comparativa entre os valores do Coeficiente de Escoamento Superficial e do Tempo de Permanência obtidos pelos dados das referidas estações: Tabela 10 - Comparativo entre o Coeficiente de Run-Off e o tempo de permanência de cada série.

Série

Coeficiente de

Tempo de

Escoamento

permanência em dias

Superficial (%) 01/02/1944 a 12/02/1944

47,81

1

27/10/1958 a 09/11/1958

34,60

1,5

17/11/1959 a 26/11/1959

25,09

1

18/12/1995 a 25/12/1995

42,87

1

Média entre as séries

37,59

1,1

Nota-se

que

os

Coeficientes

obtidos

permanecem

pouco

regulares.

Considerando-se somente os dias e meses das séries, o intervalo desta comparação foi de 27/10 a 12/02, ou seja, a passagem da primavera para o verão, quando o ciclo hidrológico ocorre de forma mais intensa devido ao aumento da temperatura que faz a evaporação se acelerar e por conseqüência a precipitação. Nota-se que o tempo de permanência se manteve praticamente constante em um dia devido ao fato das estações estarem localizadas no mesmo local. Presumivelmente, esse tempo de permanência é menor que 24 horas, mas não há dados medidos em intervalos menores.

36

5.3 Comparativo final Este trabalho consiste em relacionar precipitação e vazão do Rio Itabapoana, com foz na cidade de Bom Jesus do Norte, utilizando-se de duas estações pluviométricas e uma fluviométrica. Levando em conta o primeiro e o segundo comparativo parcial, segue tabela com a média entre as estações: Tabela 11 - Comparativo entre o Coeficiente de Run-Off e o tempo de permanência médios de cada estação pluviométrica

Coeficiente de Escoamento

Tempo de

Superficial Médio

permanência médio

(%)

(em dias)

Rio

32,00

2,5

do

37,59

1,1

34,8

1,8

Estação Pluviométrica 2041014

(Dores

do

Preto) 2141014

(Ponte

Itabapoana) Média entre as estações

Ou seja, tomando como base a estação fluviométrica nº 57830000, que é a mais próxima da cidade-foz, o tempo de permanência médio é de 1,8 dia ou 43 horas e o Coeficiente de Escoamento Superficial (ou Run-Off) é 34,8%. Ressalva-se que somente as estações utilizadas não são precisas o suficiente para estabelecer o tempo de permanência na bacia. O coeficiente de escoamento superficial das duas estações pluviométricas apresenta-se coerente, com média igual a 34,8%. Algumas séries apresentam semelhança de data entre si, melhorando a análise, pois são duas estações pluviométricas influenciando uma mesma estação fluviométrica num mesmo período e, com alguma chance, na mesma chuva. 5.3.1

Séries 26/10/1958 a 07/11/1958 e 27/10/1958 a 09/11/1958

A série de 26/10/1958 a 07/11/1958 refere-se à estação pluviométrica nº 2041014 (Rio Preto) e a de 27/10/1958 a 09/11/1958 refere-se à estação pluviométrica

nº

2141014

(Ponte

do

Itabapoana).

Como

elas

estão 37

praticamente no mesmo período de tempo,faz-se um gráfico único com intervalo entre 26/10/1958 e 09/11/1958:

Altura de chuva h (mm) - Est. Rio Preto Vazão do rio Q (m³/s)

100

Altura de chuva h (mm) - Est. Ponte Itabapoana

Precipitação (mm) e Vazão (m³/s)

120

80

60 ' 40

20

0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

Tempo (h)

Gráfico 9 – Gráfico único estações da Ponte do Itabapoana e do Rio Preto -Intervalo 26/10/1958 a 09/11/1958

Nesta situação, a precipitação na Estação da Ponte do Itabapoana foi mais intensa, embora os picos de chuva das estações se assemelhem. Pelo contexto, a vazão acompanhou a precipitação nas duas estações, perfazendo a mesma oscilação, ou seja, quando as precipitações medidas caíram, a vazão acompanhou. O pico máximo de vazão, por volta 90 m³/s ocorreu em função do somatório das duas chuvas, preferivelmente, já que nas análises individuais constatou-se que a vazão atingida (o pico de vazão foi o mesmo nas duas séries) não era somente em função de uma estação. Considerando os picos de chuva como um só, para efeito de cálculo do tempo de permanência, faz-se a média aritmética entre os mesmos. O pico de chuva da estação da Ponte do Itabapoana ocorreu em tempo igual a 168 horas e do Rio Preto em 192 horas, tirando a média, encontra-se 180 horas ou 7,5 dias. O pico de vazão ocorreu em tempo igual a 216, efetua-se a subtração, obtendo o tempo de permanência igual a 36 horas ou 1,5 dia. 38

5.3.2

Séries 17/11/1959 a 26/11/1959 e 18/11/1959 a 27/11/1959

A série de 17/11/1959 a 26/11/1959 refere-se à estação pluviométrica nº 2141014 (Ponte do Itabapoana) e a de 18/11/1959 a 27/11/1959 refere-se à estação pluviométrica nº 2041014 (Rio Preto). Elas estão no mesmo período de tempo, embora a segunda inicie e termine um dia depois. Faz-se um único gráfico comparando as duas séries, com um intervalo de tempo entre 17/11/1959 a 27/11/1959:

Altura de chuva h (mm) - Est. Rio Preto Vazão do rio Q (m³/s)

100

Altura de chuva h (mm) - Est. Ponte Itabapoana

Precipitação (mm) e Vazão (m³/s)

120

80

60 ' 40

20

0 0

50

100

150

200

250

300

Tempo (h)

Gráfico 10 - Série única de 17/11/1959 a 26/11/1959 das duas estações pluviométricas

Percebe-se semelhança entre o primeiro pico de chuva de cada estação pluviométrica. Depois há o maior pico de chuva da série, medido pela estação do Rio Preto e nota-se que a vazão após oscilar bastante (declina no início, eleva-se, declina novamente), entre em trajetória de elevação, em função das duas chuvas medidas e principalmente do pico de chuva na estação do Rio Preto. Comparando-se o maior pico de chuva e o maior pico de vazão, encontra-se um tempo de permanência igual ou menor a 24 horas, recorrendo ao problema de não se terem medições em intervalos menores que um dia.

39

5.3.3

Séries 18/12/1995 a 25/12/1995 e 27/12/1995 a 05/01/1996

A série de 18/12/1995 a 25/12/1995 refere-se à estação pluviométrica nº 2141014 (Ponte do Itabapoana) e a de 27/12/1995 a 05/01/1996 refere-se à estação pluviométrica nº 2041014 (Rio Preto). Entre elas há dois dias que não foram analisados. Abaixo, os gráficos obtidos com cada uma:

Altura de chuva h (mm) Vazão do rio Q (m³/s)

Precipitação (mm) e Vazão (m³/s)

300 250 200 150 100 50 0 0

50

100 150 Tempo (h)

200

250

Gráfico 11 - Precipitação por Vazão da Estação Pluviométrica da Ponte do Itabapoana

Altura de chuva h (mm)

Precipitação (mm) e Vazão (m³/s)

350 300

Vazão do rio Q (m³/s)

250 200 150 100 50 0 0

50

100

150 Tempo (h)

200

250

300

Gráfico 12 - Precipitação por Vazão da Estação Pluviométrica do Rio Preto

Nota-se certa semelhança entre as curvas de chuva e vazão, embora haja uma diferença de dois dias entre elas. O primeiro gráfico mostra o início da precipitação no intervalo total e termina com a vazão em torno de 150 m³/s. Já no segundo gráfico, a precipitação se mantêm similar ao gráfico anterior, com 40

chuvas abaixo de 50 mm, embora do primeiro para o segundo se nota um aumento da quantidade de chuva. Já a vazão no segundo gráfico, está mais baixa que a última vazão do período anterior, talvez pela baixa precipitação neste intervalo de tempo e pela recarga de aqüíferos. Neste caso, são dois picos de vazão que provavelmente ocorreram em função de outras chuvas que não foram medidas pelas estações pluviométricas. É importante ressaltar que se trata de um período chuvoso, pois a vazão atingiu um nível tão alto de quase 350 m³/s, no início do ano de 1996. Como se trata do período em que costumam ocorrer as maiores enchentes fazse um gráfico único, para efeito de uma análise mais apurada do tempo de permanência, a partir da seguinte tabulação de dados:

Dia

Tempo (h)

Altura de chuva h (mm) - Ponte do Itabapoana

18/12/1995 19/12/1995 20/12/1995 21/12/1995 22/12/1995 23/12/1995 24/12/1995 25/12/1995 26/12/1995 27/12/1995 28/12/1995 29/12/1995 30/12/1995 31/12/1995 1/1/1996 2/1/1996 3/1/1996 4/1/1996 5/1/1996

24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456

0 2,200000048 6,300000191 17,79999924 9,300000191 4,5 15,30000019 0 21,29999924 0 0 8,800000191 0,5 2,200000048 81,40000153 16,79999924 0 0 0

Altura de chuva h (mm) - Est. Rio Preto

Vazão do rio Q (m³/s)

0 124 0 111 58,40000153 95,5 72,19999695 154 0 218 0 202 0 167 10 143 5,199999809 173 0 118 0 102 20,20000076 110 15,19999981 102 20,20000076 98,90000153 42,20000076 207 16,20000076 312 0 327 0 216 0 140

Tabela 12 - Comparação entre as estações pluviométricas no período de 18/12/1195 a 05/01/1996

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Obteve-se o gráfico abaixo:

Altura de chuva h (mm) - Est. Rio Preto

Precipitação (mm) e Vazão (m³/s)

350 300

Vazão do rio Q (m³/s)

250

Altura de chuva h (mm) - Ponte do Itabapoana

200 '

150 100 50 0 0

100

200

300

400

500

Tempo (h)

Gráfico 13 - Comparação entre as estações pluviométricas no período de 18/12/1995 a 05/01/1996

Analisando conjuntamente o efeito das chuvas medidas nas duas estações sob a vazão, obtém-se uma melhor precisão na análise. Foram dois grandes picos de chuvas com cerca de 80 mm, um em cada estação: o primeiro no Rio Preto e o segundo na Ponte do Itabapoana. Há também dois grandes picos de vazão que acompanham os picos de chuva, bem como suas oscilações. O pico de chuva do Rio Preto no 4º dia relaciona-se com o primeiro pico de vazão no 5º dia; portanto, um tempo de permanência igual a 24 horas, talvez menos, já que não há dados em intervalos menores e também, há certa distância geográfica entre a estação do Rio Preto e a fluviométrica que fica em Mimoso do Sul. Já o segundo pico de vazão no 17º dia, que foi o maior da série, com 327 m³/s, relaciona-se com o maior pico de chuva no 15º dia de 81 mm medido pela estação da Ponte do Itabapoana e também com outro pico de chuva na mesma data, medido pela outra estação, com 42 mm. Para esta situação, encontra-se 42

um tempo de permanência igual a 48 horas, maior que o tempo de permanência encontrado anteriormente (24 horas), o que é incoerente, pois naquela situação, trata-se de uma estação com maior distância geográfica. Como não há outro pico de chuva que possa se relacionar com a maior vazão, provavelmente esta foi em função de outras chuvas também, ou seja, o nível do rio aumentou em função das chuvas medidas pelas estações no Rio Preto e na Ponte do Itabapoana, mas também foi influenciado por alguma outra chuva de grande intensidade que pode ter ocorrido na cabeceira do rio. Talvez tenham ocorridos enchentes nesse período, justamente pela elevada vazão em função de várias chuvas no percurso do rio.

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6 Conclusão e considerações finais As estações utilizadas não foram suficientes para determinar o Coeficiente de Escoamento Superficial e o Tempo de Permanência na bacia, pois em alguns casos descritos no capítulo anterior, o pico de vazão não correspondeu ao pico de chuva, ou seja, as chuvas medidas não influenciaram sozinhas àquela vazão. Principalmente quando se trata de intervalos entre o dezembro e janeiro, que são os mais chuvosos e quando o rio apresenta maior nível, em função de chuvas em sua cabeceira, no Alto do Caparaó (MG). Durante a coleta de dados, escolheu-se uma estação localizada no Caparaó, mas não foi possível adotá-la, pois ela é operada pelo Instituto Nacional de Metereologia (INMET) e sua série histórica só pode ser obtida via correspondência oficial com o Instituto, o que foi feito pelo Núcleo Pedagógico do IFES e até a presente data não se obteve resposta. Necessita-se também de dados de estações fluviométricas a montante da foz para elaboração de curva-chave do rio, o que não foi possível, pois a única disponível nestas condições pertence à UHE Rosal, da CEMIG, e seus dados não estão disponíveis no Hidroweb da ANA. Procurou-se destacar as condições ambientais da região do Rio Itabapoana, que se encontra assoreado e recebe esgoto sanitário sem qualquer tratamento. Este trabalho propôs soluções estruturais e não-estruturais para prevenção de enchentes na cidade de Bom Jesus do Norte, entretanto, deve-se pensar na situação ambiental do Rio, o que não era o escopo deste trabalho.

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