Delimitação de Microbacias

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UEM-UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CAMPUS DO ARENITO
DELIMITAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE MICROBACIA
DISCIPLINA: HIDROLOGIA 
ACADÊMICOS: LARISSA KATHLEEN DE CASTRO		RA: 93875
		 MATHEUS BERGER				RA: 94774
CIDADE GAUCHA - PR
AGOSTO - 2017
UEM-UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CAMPUS DO ARENITO
LARISSA KATHLEEN DE CASTRO		RA: 93875
MATHEUS BERGER				RA: 94774
DELIMITAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE MICROBACIA
Professor: Carlos Henrique
Relatório da aula prática de hidrologia, como parte das exigências do curso de Engenharia Agrícola para obtenção de nota.
CIDADE GAUCHA - PR
AGOSTO – 2017
INTRODUÇÃO
A caracterização morfométrica de uma bacia hidrográfica é um dos primeiros e mais comuns procedimentos executados em análises hidrológicas ou ambientais, e tem como objetivo resolver as várias questões relacionadas com o entendimento da dinâmica ambiental local e regional.
Segundo Antonelli e Thomaz (2007), a combinação dos diversos dados morfométricos permite a diferenciação de áreas homogêneas. Estes parâmetros podem revelar indicadores físicos específicos para um determinado local, de forma a qualificarem as alterações ambientais. Destaca-se também sua importância nos estudos sobre vulnerabilidade ambiental em bacias hidrográficas.
A Política Nacional de Recursos Hídricos, instituída pela Lei nº 9.433, de 8 de janeiro de 1997, incorpora princípios e normas para a gestão de recursos hídricos adotando a definição de bacias hidrográficas como unidade de estudo e gestão. Assim, é de grande importância para gestores e pesquisadores a compreensão do conceito de bacia hidrográfica e de suas subdivisões.
A bacia hidrográfica é definida como um conjunto de terras drenadas por um rio e seus afluentes, formada nas regiões mais altas do relevo por divisores de água, onde as águas das chuvas, ou escoam superficialmente formando os riachos e rios, ou infiltram no solo para formação de nascentes e do lençol freático. As águas superficiais escoam para as partes mais baixas do terreno, formando riachos e rios, sendo que as cabeceiras são formadas por riachos que brotam em terrenos íngremes das serras e montanhas e à medida que as águas dos riachos descem, juntam-se a outros riachos, aumentando o volume e formando os primeiros rios, esses pequenos rios continuam seus trajetos recebendo água de outros tributários, formando rios maiores até desembocarem no oceano (Barrella et al., 2001).
As sub-bacias são áreas de drenagem dos tributários do curso d’água principal. Para definir sua área os autores utilizam-se de diferentes unidades de medida. Para Santana (2004), bacias podem ser desmembradas em um número qualquer de sub-bacias, dependendo do ponto de saída considerado ao longo do seu eixo-tronco ou canal coletor. Cada bacia hidrográfica interliga-se com outra de ordem hierárquica superior, constituindo, em relação à última, uma sub-bacia. Portanto, os termos bacia e sub-bacias hidrográficas são relativos.
Dentro dessas subdivisões da bacia, aparece também na literatura o termo microbacia. Microbacias é o ecológico, que considera a menor unidade do ecossistema onde pode ser observada a delicada relação de interdependência entre os fatores bióticos e abióticos, sendo que perturbações podem comprometer a dinâmica de seu funcionamento. Esse conceito visa à identificação e o monitoramento de forma orientada dos impactos ambientais (MOSCA, 2003; LEONARDO, 2003). As alterações na quantidade e qualidade da água do deflúvio, em função de chuvas intensas e ou em função de mudanças no solo, são detectadas com mais sensibilidade nas microbacias do que nas grandes bacias (LIMA; ZAKIA, 2000).
O objetivo desse trabalho é realizar a delimitação da microbacia do rio Ribeirão do Salto e determinar os parâmetros morfométricos da bacia como: área, perímetro, coeficiente de compacidade (kc), fator de forma (kf), declividade, tempo de concentração (tc), densidade de drenagem (DD) e o comprimento do talvegue (L), e apresentar mapas de elevação, declividade, direção de fluxo e ordem dos rios.
MATERIAIS E MÉTODOS
Área de Estudo
Rondon é um município brasileiro localizado no estado do Paraná, com as coordenadas 23° 24’ 39’’ S (Latitude) e 52° 45’ 41’’ Oeste (Longitude), faz limite com os municípios de Cidade Gaúcha, Guaporema, Cianorte, Paraiso do Norte, Indianópolis e Tapejara, com uma extensão de 550.855 km². 
A microbacia hidrográfica do rio Ribeirão do Salto está localizada ao Sudeste do município de Rondon, entre as coordenadas geográficas 23°18’48,15’’ e 23°33’54,03’’ de latitude sul e 49°14’5,78” e 52°50’35,64’’ de longitude oeste, com área total de aproximadamente 237,97 km². A foz do mesmo encontra-se junto ao Rio Ivaí.
Aplicação do Programa QGIS na determinação dos parâmetros morfométricos
	Primeiramente, selecionou-se um arquivo SRTM (imagem de radar), utilizado para determinar a elevação e a altimetria. O MDE (Modelo Digital de Elevação) é um SRTM. Para delimitar a microbacia, utilizou-se o MDE encontrado no site earthexplorer.usgs.gov, onde foram coletadas as imagens cartográficas.
	Logo em seguida, realizou-se o recorte da área que abrange a bacia estudada, utilizando um vetor dos municípios do Paraná, reduzindo o tamanho da imagem e tornando os processamentos mais ágeis.
Localizando-se o local de estudos, pegou-se o mapa de elevação digital (digital elevation) disponível no site do EarthExplorer. Usando o programa QGIS versão (2.18.12) acessou-se o item ‘’Elevation Grid’’, salvando o arquivo pré-selecionado no formato ‘’Tif’’.
Informando-se o raster ‘’D8 ContributingArea’’, com a limiar no valor de 100, criou-se as drenagens mais ‘’densas’’ e em sequência, no campo ‘’StreamRaster Grid’’, especificou-se o local de saída e o nome do arquivo a ser salvo. Ainda no QGIS, abrindo o ‘’Menu Camada’’, selecionou-se a opção ponto e o implantou na área escolhida para o desmembramento da microbacia, marcando-se 0 no número do ‘’id’’. Determinando com isso, o final da bacia excolhida para o trabalho.
Definindo-se o limite da bacia, usou-se o algoritmo ‘’D8 FlowDirection Grid’’, no local ‘’OutletsShapefile’’, foi selecionado o ponto criado anteriormente e no local ‘’D8 ContributingDirection Grid’’, alocou-se o local para criação do arquivo, gerando o desligamento da bacia selecionada.
Após a obtenção dos arquivos de direção de fluxo, realizou-se o cálculo das direções de fluxo acumuladas (Flow Accumulation), o qual representa a rede de drenagem sendo possível montar uma nova grade, contendo os valores de acúmulo da água presentes em cada pixel. Cada pixel recebe um valor dos pixels que corroboram para que a água chegue até ele. A partir da direção de fluxo, o fluxo acumulado é obtido somando-se a área das células (quantidade de células) na direção do fluxo (ou escoamento) (Mendes e Cirilo, 2001). A definição da rede de drenagem foi feita a partir da direção de fluxo acumulado. 
A função Add Streams adiciona as linhas que representam os cursos obtidos nesta fase. A função através da qual os fluxos que compõem a grade de fluxos são segmentados, de maneira que cadeias de pixels que representam trechos de rios entre uma bifurcação e outra, ou entre o início de um trecho e uma bifurcação ou, ainda, entre uma bifurcação e o último píxel da área considerada, recebem os mesmos valores (cores), identificando os pixels que pertencem a uma micro-bacia. 
A delimitação de bacias ou microbacias é realizada com apoio nos mapas de fluxo acumulado e direção de fluxo com a função Watershed. Com as informações processadas na função Watershed, delimitou-se as bacias, sendo convertidas logo em seguida no formato vetorial na função raster.
Logo após ter delimitado a microbacia e feito os processos anteriores, com o programa QGIS, usou-se as ‘’ferramentas de análise de rede de drenagem’’ no TauDEM, e se acessou o ‘’Alcance e fluxos de bacias hidrográficas’’. Selecionou-se os respectivos arquivosgerados pelos processos anteriores em cada campo (‘’Pit FilledElevation Grid’’, ‘’D8 Flow Direction Grid’’, ‘’D8 Drainage Area’’ e ‘’Steam Raster Grid’’) e salvou-se estes arquivos, alocando os nomes e os locais.
Por fim, com o vetor da microbacia delimitado, determinou-se os seguintes atributos: perímetro e área da bacia, comprimento da rede de drenagem, densidade da rede de drenagem, comprimento e declividade do curso principal, declividade média da bacia, fator de forma e coeficiente de compacidade, altitude máxima e mínima, sinuosidade do rio principal, extensão média do escoamento superficial e tempo de concentração: 
	Equação
	Parâmetro
	Descrição
	
Kc: coeficiente de compacidade;
P: perímetro (m);
A: área de drenagem (m2).
	Coeficiente de Compacidade
	Relaciona a forma da bacia com um círculo. Está associado à suscetibilidade de enchentes na bacia, e foi obtida com base na equação
	
Kf: fator de forma;
P: perímetro (m);
L: comprimento do curso principal da bacia (m).
	Fator de Forma
	Relaciona a forma da bacia com a de um retângulo. É também um indicativo da possibilidade de enchentes
	
Dd: Densidade de drenagem (m/m2);
L: o comprimento total dos cursos da bacia (m);
A: área de drenagem (m2).
	Densidade de drenagem
	Este índice constitui um indicativo muito importante do escoamento superficial da água, o que reflete uma maior ou menor intensidade dos processos erosivos na esculturação dos canais.
	
tc: tempo de concentração (min);
Δh: diferença de altitude (m);
L: comprimento do talvegue (m).
	Tempo de concentração
	Obtido a partir método direto, calculando o tempo do escoamento em todos os percursos da bacia.
	
D: declividade (%);
Δh: diferença de altitude (m);
L: comprimento do curso principal da bacia.
	Declividade
	Diferença de altitude entre o início e o fim da drenagem dividida pelo comprimento da drenagem. Tem relação com a velocidade do escoamento.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 1 são apresentados os resultados da caracterização morfológicas da bacia em estudo 
A bacia hidrográfica é um elemento básico para a geração de modelos de predição do escoamento, neste contexto a do rio Ribeirão do Salto localizada entre os municípios de Rondon-PR e Indianópolis-PR, apresenta área de drenagem de 237,97 Km² com perímetro de 126,60 Km, caracterizando uma bacia de grande porte. 
O coeficiente de compacidade observado foi de 2,30. Segundo Cardoso et al. (2006) um coeficiente mínimo igual à unidade corresponderia a uma bacia circular e, para uma bacia alongada, seu valor é significativamente superior a 1. Uma bacia será mais suscetível a enchentes mais acentuadas quando seu coeficiente for mais próximo da unidade. Em relação Anais XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 13 a 18 de abril de 2013, INPE 
Desta forma, a partir dos parâmetros analisado constata-se que a bacia apresenta forma mais alongada, não favorecendo a inundação e topologia favorável ao escoamento superficial quando esses parâmetros são considerados isoladamente e em condições normais de precipitação.
Conforme os resultados do coeficiente de compacidade (Kc=2,30) e do fator de forma (kf=0,22) presentes na tabela abaixo, pode-se dizer que há menos possibilidade de chuvas intensas cobrindo ao mesmo tempo toda a extensão da bacia.
 Tabela 1 –caracterização morfológica do rio Ribeirão do Salto 
	Características Físicas
	Unidade de Medida
	Resultados
	Perímetro (P)
	Km
	126,5988184
	Área de drenagem (A)
	Km2
	237,9666119
	Comprimento do rio principal (L)
	Km
	32,894508
	Coeficiente de compacidade (Kc)
	/
	2,308446064
	Fator de forma (Kf)
	/
	0,213240265
	Densidade de drenagem (Dd)
	km/km²
	0,141025651
	Tempo de concentração (tc)
	minutos
	421,0987764
	Altitude média
	m
	383
	Altitude max 
	m
	485
	Altitude min
	m
	281
	Declividade
	%
	0,613475882
O relevo de uma bacia tem forte influência sobre os fatores hidrológicos, pois a velocidade do escoamento superficial e consequentemente o tempo de concentração são determinados pela inclinação do terreno.
A declividade média de uma bacia hidrográfica tem elevada importante no escoamento superficial da água, dentre outros processos. Desta forma, verifica-se que a bacia do rio Ribeirão do Salto apresenta declividade média igual 0,62%. De acordo com a classificação do IBGE (2007), essa a bacia pode ser considerada como de relevo plano, uma vez que sua declividade é inferior a 3%.
Quanto ao tempo de concentração, que representa o tempo em que toda a área da bacia estará contribuindo para o escoamento, desde que a duração da chuva excedente seja no mínimo igual ao tempo de concentração, foi obtido através do método direto, obtendo-se o valor de 415,86 minutos. O tempo de concentração tem relação com o fato da forma da bacia se afastar da forma de uma circunferência, o que retarda o tempo de concentração, além de outros fatores. 
É importante exaltar que o tempo de concentração de uma bacia hidrográfica, principalmente, no caso de pequenas bacias urbanas, é um parâmetro importante para a estimativa de vazões de cheia.
	
Figura 1.Classes de declividade da microbacia hidrográfica do rio Ribeirão do Salto localizada entre os municípios de Rondon e Indianópolis, a noroeste do Paraná-PR, Brasil.
A declividade de uma bacia hidrográfica relaciona-se com diversos processos hidrológicos, como a infiltração, umidade do solo e o escoamento superficial. É um dos fatores que determinam o tempo de duração do escoamento superficial e de concentração da precipitação nos leitos dos cursos da água. 
Figura 2. Mapa de elevação da microbacia hidrográfica do rio Ribeirão do Salto localizada entre os municípios de Rondon e Indianópolis, a noroeste do Paraná-PR, Brasil.
A variação da altitude e a elevação média de uma bacia são importantes pela influência que exercem sobre a precipitação, perdas de água por evaporação e transpiração. Altas variações da altitude numa determinada bacia ocasionam diferenças consideráveis na temperatura média e consequentemente na evapotranspiração
Figura 3. Classes de ordem da microbacia hidrográfica do rio Ribeirão do Salto localizada entre os municípios de Rondon e Indianópolis, a noroeste do Paraná-PR, Brasil.
	A classificação da ordem dos canais reflete o grau de ramificação ou bifurcação dentro de uma bacia. Constatou-se que a microbacia em questão possui uma ramificação de 5° ordem. Rios de primeira ordem correspondem a nascentes e quanto maior for a ordem, maior será a extensão da bacia e o tempo que levará para o volume de água percorra toda a rede de drenagem. 
Pode-se dizer, que, a microbacia estudada é de grande extensão e consequentemente terá um tempo maior para que o volume de água consiga transitar por toda a rede de drenagem. 
Figura 4. Mapa da direção de fluxo da microbacia hidrográfica do rio Ribeirão do Salto localizada entre os municípios de Rondon e Indianópolis, a noroeste do Paraná-PR, Brasil.
	 A direção de fluxo define relações hidrológicas entre os pontos diferentes dentro de uma bacia hidrográfica. A continuidade topológica é necessária para as direções de fluxo, para que ocorra uma drenagem bem-sucedida. Na rede de drenagem, a direção de fluxo é obtida pela função ‘’flow direction’’.
CONCLUSÃO
REFERÊNCIAS