CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO INFERNINHO, BIGUAÇU - SC.

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uNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAí
bianca maria cAROLINE da silva
Gabriela ANTUNES
caracterização física da bacia hidrográfica do rio inferninho, biguaçu - sc.
itajaí
2015
uNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAí
bianca maria cAROLINE da silva
Gabriela ANTUNES
caracterização física da bacia hidrográfica do rio inferninho, biguaçu - sc.
Trabalho apresentado para composição de avaliação parcial da disciplina de Hidrologia do Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária da Universidade do Vale do Itajaí. 
Professora: Me. Tássia Mattos Brighenti.
ITAJAÍ
2015
INTRODUÇÃO
Uma bacia hidrográfica é caracterizada como a área de captação natural dos fluxos de água originados a partir da precipitação, que faz convergir os escoamentos para um único ponto de saída, denominado exutório. (COLLISCHONN; DORNELLES, 2013)
A delimitação de uma bacia hidrográfica é um dos primeiros e mais comuns procedimentos executados em análises hidrológicas ou ambientais. Para isso, uma ferramenta muito utilizada tem sido as informações de relevo em formato analógico, como mapas e cartas, porém, devido a sua baixa confiabilidade pode comprometer os resultados e a reprodução desses dados. Com o advento e consolidação dos Sistemas de Informações Geográficas e, consequentemente, o surgimento de formas digitais consistentes de representação do relevo, como os Modelos Digitais de Elevação (MDEs), métodos automáticos para delimitação de bacias têm sido desenvolvidos e muito utilizados para caracterização de bacia hidrográfica desde então. (GARBRECHT; MARTZ, 1999 apud CARDOSO et al., 2006)
Com o auxílio dessas ferramentas o planejamento e manejo dos recursos naturais pode ser feito com maior qualidade, ajudando as diversas áreas como: agricultura, captação da água, manutenção da biodiversidade entre outros aspectos.
O presente trabalho tem como objetivo realizar a caracterização física da bacia hidrográfica do Rio Inferninho. Aplicando conceitos e tecnologias como o Sistema de Informação Geográfica (SIG) para auxiliar no processo de obtenção de dados e mapas expostos neste trabalho.
 ÁREA DE ESTUDO
 	 A Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho, pertence à vertente atlântica em Santa Catarina, além de ser considerada uma sub-bacia do rio Tijucas. Esta bacia caracteriza-se por elevações de rochas ígneas e metamórficas não configurando aquíferos. As águas dessa região refletem tanto o substrato como o clima da área que podem ser facilmente degradadas como também captadas. (BARNETCHE, 2006)
 	Segundo o site da Prefeitura de Biguaçu, a bacia tem suas nascentes no município de Antônio Carlos e deságua em Governador Celso Ramos. A área da bacia hidrográfica do Rio Inferninho é de aproximadamente 145,46 km² com uma extensão de aproximadamente de 34,14 km.
 	A área de estudo é passível de vários problemas ambientais como o exemplo do aterro sanitário que se encontra dentro da bacia, o qual lança seus efluentes líquidos, após o tratamento, diretamente no rio Inferninho. Não se sabe o quanto esse lançamento pode prejudicar a qualidade da água que drena a bacia em questão. (ZANANDREA, 2012)
 	O mapa abaixo mostra a localização da área de estudo do presente trabalho.
Mapa 1- Mapa de localização da área de estudo.
METODOLOGIA
DELIMITAÇÃO DA BACIA HIROGRÁFICA
A delimitação da Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho foi realizada no programa ArcMap e são apresentados na figura abaixo os passos utilizados para esta delimitação.
Figura 1 - Passos realizados para delimitação da Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho
 A delimitação da Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho pode ser vista no mapa do item Análise Hidrológica.
HIERARQUIZAÇÃO DA REDE FLUVIAL PELO MÉTODO DE STRAHLER
A rede fluvial utilizada neste trabalho foi a obtida no site da EPAGRI pois a feita a partir das técnicas de delimitação da bacia não eram tão condizentes com a realizada como a rede fluvial escolhida.
 O método de hierarquização de Strahler segue o seguinte princípio: Um curso d’água que parte da nascente recebem a ordem n° 1, a junção de dois rios de ordem n forma um rio de ordem n+1. Diante disto a hierarquização da rede hidrográfica da Bacia do Rio Inferninho foi feita manualmente, atribuindo as ordens de cada trecho de rio na tabela de atributos da hidrográfica dentro do programa ArcGIS, conforme figura abaixo.
Figura 2 - Hierarquização de Strahler na tabela de atributos do Shapefile de Rios da Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho
Essa hierarquização pode ser vista no mapa 03, do item Análise Hidrológica.
ESTIMATIVA DA ÁREA E PERÍMETRO DA BACIA E COMPRIMENTO DO RIO PRINCIPAL
A partir do Shapefile criado na delimitação da Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho calculou-se a áreas da bacia pela ferramenta Calculate Geometry, dentro da tabela de atributos desta camada. O mesmo comando foi utilizado para calcular o perímetro da Bacia Hidrográfica, também no Shapefile de delimitação.
Após o tratamento da camada do rio principal, unindo-a e dissolvendo-a, foi usada a ferramenta Calculate Geometry para calcular o comprimento do rio principal.
LEIS DE HORTON
A primeira Lei de Horton relaciona o número de canais com a ordem dos canais e foi obtida através da contagem, dentro da tabela de atributos, da quantidade de canais de cada ordem, o resultado pode ser visto na figura 03, do item Análise Hidrológica.
A segunda Lei de Horton relaciona o comprimento médio dos segmentos de uma dada ordem com a ordem dos canais, primeiramente foi calculada o comprimento, ou perímetro, para cada curso d’água, dentro da tabela de atributos no programa AcGIS através da ferramenta Calculate Geometry, posteriormente, no programa Excel, esses dados foram compilados e produzido um gráfico que pode ser visto na figura 04, do item Análise Hidrológica.
A terceira Lei de Horton que relaciona a declividade média dos segmentos de ordem “u” com as ordens dos canais foi obtida da seguinte forma: primeiramente através da ferramenta Zonal Statistics as Table, no programa ArcGIS, a partir de duas camadas inseridas na ferramenta, a de declividade e a de comprimento dos trechos de rios para cada ordem, obteve-se como saída uma tabela para cada ordem contendo dados de declividade máxima, média, mínima, entre outros dados. 
	Posteriormente no programa Excel os dados de declividade média obtidos no programa ArcGIS foram compilados e produzido um gráfico com a relação de ordens dos canais e declividade média de cada ordem, como pode ser visto na figura 05, do item Análise Hidrológica.
A quarta Lei de Horton que relaciona a área média de ordem “u’ com a ordem dos canais foi obtida da mesma forma que a confirmação da teriveira Lei de Horton, sendo o seu resultado visto na figura 06, do item Análise Hidrológica.
CURVA HIPSOMÉTRICA E CURVA HIPSOMÉTRICA EM PORCENTAGEM
Através da ferramenta Zonal Statistics as Table, no programa ArcGIS, obteve-se uma tabela contendo 20 intervalos de cotas e área para o rio principal, entre outros dados.
Essa tabela foi exportada para o programada Excel e foram calculadas as áreas acumuladas e áreas acumuladas em % para o rio principal, posteriormente foram elaborados gráficos para esses dados. Estes podem ser visto na figura 07 e 08 do item resultados e discussão.
ALTITUDE MÉDIA E MEDIANA
A partir dos mesmos dados usados para elaborar a curva hipsométrica e a curva hipsométrica em % foram calculadas a altitude média e mediana.
A altitude mediana foi obtida através da interpolação dos dados da curva hipsométrica em %, onde 50% da área acumulada corresponderia no eixo Y a cota mediana ou altitude media, tendo em vista que as cotas utilizadas neste trabalho têm como referencial o nível do mal. 
A altitude média foi obtida através de cálculos no programa Excel dos dados provenientes da tabela utilizada para obter as curvas hipsométricas, sendo primeiramente multiplicada a área de cada intervalor pela
cota média daquele intervalor, e posteriormente dividido o somatório deste valor pelo somatório das áreas dos intervalos.
Os resultados de altitude média e mediana pode ser visto no item resultados e discussão.
ANÁLISE HIDROLÓGICA
As características físicas de uma bacia hidrográfica são de suma importância para o entendimento de seu comportamento hidrológico. Sendo a área da bacia uma das principais características para esta caracterização física, pois além de ter efeito na captação da água da precipitação, é parâmetro fundamental para a obtenção de diversos outros aspectos, relacionados ao comportamento hidrológico da bacia. (ZANANDREA, 2012)
 	Primeiramente a Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho foi delimitada do programa ArcGIS, essa delimitação pode ser vista na figura abaixo.
Mapa 2- Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho e sua hidrografia.
Após delimitar a bacia com o auxílio do software ArcGIS, hierarquizou-se a rede fluvial da mesma pelo método de Strahler-Horton, encontrando os seguintes resultados:
Tabela 1- Resultados encontrados ao realizar a hierarquização pelo método de Strahler-Horton.
Conclui-se que a bacia hidrográfica em estudo possui rio de sexta ordem, caracterizando a bacia com rios de ordem máxima seis, como mostra o mapa abaixo.
Mapa 3 - Ordem dos Canais resultante a partir do método Strahler-Horton para a bacia hidrográfica do rio Inferninho.
A área da bacia (A), parâmetro de suma importância também foi estimado com o auxílio do ArcGIS, o valor encontrado para a bacia em estudo foi de aproximadamente 144,98 km². O perímetro da bacia (P) estipulado com 78,68 km² e o comprimento do rio principal (L) 32,30 km² sendo este valor para a rede fluvial atual com a retilinização dos cursos d’água. Para o número de rio (Nw) foi encontrado o valor de 757 rios e a extensão (Lw) dos mesmos foi 388,89 km.
Outros parâmetros analisados foram a largura média bacia (B), fator de forma (F), índice de compacidade (Kc), densidade de rios (Dr) e densidade de drenagem (Dd) como mostra a tabela abaixo:
Tabela 2 - Parâmetros encontrados para a bacia hidrográfica do rio Inferninho.
	Parâmetro
	Equação
	Bacia
	Largura Média da Bacia (B(km))
	B = A/L
	4,49
	Fator de Forma (F)
	F = A/L²
	0,14
	Índice de Compacidade (Kc)
	Kc = 0,28 × P/√A
	1,83
	Densidade de Rios (Dr(rios/km²))
	Dr = ∑Nw/A
	5,22
	Densidade de Drenagem (Dd(km/km²))
	Dd = ∑Lw/A
	2,68
Sendo a largura média (B) e o comprimento do rio principal, fatores que influenciam na forma da mesma, podemos afirmar que a largura é relativamente menor que o comprimento, caracterizando a bacia com um valor baixo de fator de forma, ou seja, é menos sujeita a enchentes, pois é considerada como uma bacia estreita e longa ocorrendo uma menor possibilidade de chuvas intensas cobrindo simultaneamente toda sua extensão.
O índice de compacidade (Kc), é a relação entre o perímetro da bacia (P) e de uma circunferência de área igual à da bacia (2πr). Sendo que independente o tamanho da bacia, quanto mais irregular for a bacia, maior será este índice. E, quanto menor o Kc, maior a probabilidade de produção de picos de enchentes elevados.
Para a bacia em estudo, o valor de Kc representou um valor médio, ou seja, a bacia não é considerada perfeitamente circular e também não é maior que três, o que caracteriza uma bacia bastante comprida, com o valor de 1,83 a mesma pode ser considerada irregular e mediamente comprida.
A densidade de rios (Dr) é a quantidade de segmentos existentes em determinada bacia por unidade de área, já a densidade de drenagem (Dd) indica o grau de desenvolvimento do sistema de drenagem, ou seja, fornece uma indicação da eficiência da drenagem da bacia. Uma bacia bem drenada, possui menor tempo de concentração, logo, o escoamento superficial concentra-se mais rapidamente e os picos de enchentes são altos.
A bacia do rio Inferninho, apresentou um valor bastante elevado de densidade de rios, o que a caracteriza com um bom valor de número de rios por unidade de área da bacia, em relação a densidade de drenagem o valor encontrado segundo a classificação de Villela e Mattos (1975), enquadra a bacia dentro da faixa de 0,5 e 3,0 km/km² que é considerada mediamente drenada. Conclui-se que, por ser bem drenada a bacia em estudo terá menor tempo de concentração e o pico de enchentes serão altos.
Em relação às leis de Horton, a primeira lei relaciona o número de canais com a ordem dos canais, sendo que o número de canais diminui com o aumento da ordem dos canais de forma regular, existindo uma relação geométrica inversa simples entre o número e a ordem dos canais. O gráfico abaixo mostra os resultados para a bacia em estudo:
Figura 3 - Confirmação da primeira lei de Horton para a bacia hidrográfica do rio Inferninho, Biguaçu – SC.
Podemos analisar que os valores para a bacia confirmaram a primeira lei de Horton, ou seja, foi possível afirmar a relação geométrica inversa simples entre o número de canais e a ordem dos canais para a bacia hidrográfica do rio Inferninho.
A taxa de bifurcação foi calculada pela relação simples entre o número de canais de ordem “u” e o número de canais de ordem “u+1”. Como mostra a tabela abaixo:
Tabela 3 - Resultados encontrados ao calcular a taxa de bifurcação.
A segunda lei de Horton relaciona o comprimento médio dos segmentos de uma dada ordem com a ordem dos canais, tendendo a seguir uma sequência geométrica direta, na qual o primeiro termo é o comprimento médio do segmento de primeira ordem. O gráfico abaixo mostra os resultados encontrados para a bacia em estudo:
Figura 4 - Confirmação da segunda lei de Horton para a bacia hidrográfica do rio Inferninho, Biguaçu – SC.
Com o gráfico é possível observar que os valores para a bacia confirmaram a segunda lei de Horton, ou seja, foi possível afirmar a relação geométrica direta entre o comprimento dos canais e a ordem dos canais para a bacia hidrográfica do rio Inferninho.
A terceira lei de Horton, é a lei da declividade das bacias, onde relaciona-se a declividade média dos segmentos de ordem “u” com a ordem dos canais. Sendo que quanto mais elevada a ordem da bacia, tende a formar uma progressão inversa, que decresce de acordo com uma relação de gradiente constante.
Figura 5 - Confirmação da terceira lei de Horton para a bacia hidrográfica do rio Inferninho, Biguaçu – SC.
A partir da análise do gráfico, conclui-se que a terceira lei de Horton foi confirmada para a bacia em estudo, ou seja, a tendência de progressão inversa foi analisada na bacia hidrográfica do rio Inferninho.
A quarta lei de Horton, é a lei das áreas das bacias, onde relaciona-se a área média de ordem “u’ com a ordem dos canais. Ou seja, as superfícies médias das bacias de segmentos de canais de ordem sucessivas tendem a formar uma progressão geométrica cujo primeiro termo é a área média das bacias de primeira ordem e tem por razão uma relação de crescimento constante.
Figura 6 - Confirmação da quarta lei de Horton para a bacia hidrográfica do rio Inferninho, Biguaçu – SC.
A curva hipsométrica representa graficamente o estudo da variação da elevação dos vários terrenos da bacia hidrográfica com referência o nível do mar. (VILLELA; MATTOS, 1975) 
Podemos observar no mapa abaixo as variações de elevação da Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho em relação ao nível do mar.
Mapa 4 - Elevações da Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho.
Gerou-se a curva hipsométrica e a curva hipsométrica em porcentagem, obtendo os seguintes resultados:
Figura 7 - Curva hipsométrica para a bacia hidrográfica do rio Inferninho, Biguaçu – SC.
Figura 8 - Curva hipsométrica em porcentagem para a bacia hidrográfica do rio Inferninho, Biguaçu – SC.
Além da variação da altitude dada pela curva hipsométrica, outra informação normalmente requerida é a elevação média da bacia, ou altitude média, pois estes elementos influenciam a precipitação e as perdas por evaporação e transpiração e, consequentemente, influenciam o deflúvio médio.
(BARBOSA JÚNIOR, 2012).
A partir da curva hipsométrica foi possível encontrar a altitude média e a altitude mediana. Apresentando os valores respectivamente: 194,59 m e 131,09 m, sendo o último valor encontrado a partir da interpolação da curva em porcentagem.
O perfil do rio, outra característica física de grande importância pelo fato da velocidade de escoamento do rio depender da declividade dos canais, logo, ao conhecer a declividade do curso d’água podemos analisar a velocidade de escoamento. Assim, quanto maior for a declividade do rio, maior será a velocidade de escoamento e bem mais pronunciados e estreitos serão os hidrogramas das enchentes. O perfil longitudinal do rio é apresentado abaixo:
Figura 9 - Perfil longitudinal do rio Inferninho, Biguaçu – SC.
Com o auxílio do gráfico conseguimos observar que até a distância de cerca de 10.000 m o rio apresenta grande declividade, entretanto ao chegar perto da foz essa declividade decai consideravelmente, isso se deve pelo fato de parte do rio principal ser retificado e muito utilizado para irrigação próximas ao curso d’água.
A partir do gráfico de declividade gerado foi possível encontrar a declividade média e a declividade mediana, valores muito utilizados na caracterização física e no planejamento adequado da bacia, como descrito anteriormente. Apresentando os valores de declividade média e declividade mediana, respectivamente 3,06° e 2,08°.
Figura 10 - Declividade do rio Inferninho, Biguaçu – SC.
Devemos levar em consideração a crescente urbanização, o que afeta as características naturais do rio, além da grande retificação do mesmo o qual pode ter influenciado estes resultados consideravelmente.
CONCLUSÃO
Concluímos que a Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho, que localizada entre os municípios de Biguaçu, Tijucas e Governador Celso Ramos, segundo a análise da hierarquização pelo método de Strahler-Horton, possui rios de ordem máxima 6.
Concluímos também que em relação aos parâmetros analisados como largura média bacia (B), fator de forma (F), índice de compacidade (Kc), densidade de rios (Dr) e densidade de drenagem (Dd), a Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho é caracterizada como uma bacia irregular, mediamente comprida, menos sujeita a enchentes, mediamente drenada e com elevada densidade de drenagem (Dd).
As conclusões obtidas através dos cálculos nos levam a crer que a Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho seja uma bacia menos sujeita inundações. Sem levar em consideração que a parte final na bacia, próximo ao exutório, o rio principal é retificado, aumentando o pico de cheia no hidrograma.
Em relação as Leis de Horton, concluímos que através dos dados obtidos, levando em consideração a linha de tendência, todas a quatro Leis de Horton se confirmam na Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho.
Analisando o perfil longitudinal do rio principal concluímos que, até a distância de cerca de 10 km o rio principal apresenta grande declividade, posteriormente o rio segue sempre inferior a cota 50, isso se deve ao fato de que após 12 km de distância, em direção ao exutório, o rio chega a planície, onde este encontra-se retificado.
Em relação ao perfil de declividades do Rio Inferninho, o rio principal da Bacia Hidrográfica do Rio inferninho, concluímos que este apresenta a suas maiores declividades também antes dos 12 km de extensão, em direção ao exutório, pois posteriormente o rio encontra-se em uma planície e retificado.
Por fim concluímos que as variáveis acima mencionadas e calculadas neste trabalho são de grande importância para a caracterização desta bacia e podem ser úteis para outras analises como a ocorrência de enchentes e a dimensão dessas enchentes.
REFERÊNCIAS
BARBOSA JÚNIOR, Antenor Rodrigues. Bacia Hidrográfica. Ouro Preto: Ufop, 2012. Disponível em: <www.em.ufop.br/deciv/departamento/~antenorrodrigues/2_Bacia hidrografica.pdf>. Acesso em: 06 dez. 2015.
barnetche, d. Hidrologia das Águas Superficiais da BACIA do Rio Inferninho, Biguaçu - SC. Disponível em: <repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/88244/234250.pdf?sequence=1>. Acesso em: 23 novembro 2015.
BIGUAÇU, Prefeitura Municipal de. Turismo Náutico. Disponível em: <http://www.bigua.sc.gov.br/turismo/turismo-nautico/>. Acesso em: 04 dez. 2015.
CARVALHO, Daniel Fonseca de; SILVA, Leonardo Duarte Batista da. Bacia Hidrográfica. Rio de Janeiro: Ufrrj, 2006. Disponível em: <http://www.ufrrj.br/institutos/it/deng/leonardo/downloads/APOSTILA/HIDRO-Cap3-BH.pdf>. Acesso em: 04 dez. 2015.
Collischonn, W.; Dornelles, F. Hidrologia para Engenharia e Ciências Ambientais. Editora ABRH, 2013.
GARBRECHT; MARTZ, 1999 apud CARDOSO et al., 2006. Caracterização morfométrica da bacia hidrográfica do rio Debossan, Nova Friburgo, RJ. Disponível em: <www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-67622006000200011&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt>. Acesso em: 24 novembro 2015.
VILLELA, S.M.; MATTOS, A. Hidrologia aplicada. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1975. 245p.
ZANANDREA, f. Estudos de Hidrologia Ambiental na Bacia Hidrográfica do Rio Inferninho - Santa Catarina. Disponível em: < siaibib01.univali.br/pdf/franciele%20zanandrea.pdf>. Acesso em: 24 novembro 2015.