Análise da dinâmica da água e do sedimento, com ênfase nos padrões das histereses em bacias hidrográficas

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2019

A erosão, transporte e deposição do sedimento são principais processos na produção de sedimento de uma bacia hidrográfica. Quando o solo erodido na bacia chegar ao canal - ou se a contribuição de sedimento for da própria margem ou leito - a maior parte da carga de sedimento será transportada em suspensão na água. Para medir este sedimento muitos autores utilizam sensores de turbidez, correlacionadas ou não com a concentração de sedimento em suspensão (CSS). As curvas que ajustam esta tendência são geralmente polinomiais, potenciais ou lineares, inserindo assim a incerteza da curva selecionada. Para entender os processos hidrossedimentológicos em uma bacia uma das técnicas muito utilizada é a análises das histereses entre a turbidez-vazão ou CSS?vazão. Visto isto este trabalho tem como objetivo analisar as histereses (turbidez-vazão) em eventos com alta turbidez na bacia hidrográfica do Rio Cubatão do Norte em Joinville (BHRCN). E analisar incertezas geradas na determinação das curvas turbidez-CSS por três equações (linear, potência, polinomial) na Bacia hidrográfica do Rio dos Bugres (seções RB10 e RB11, sendo RB11 a montante da RB10). Para a BHRCN foram utilizados os dados de turbidez devido a falta de dados representativos de CCS. Foram selecionados seis eventos com altos valores de turbidez e determinados os padrões das histereses e taxas de turbidez nos eventos. Evidenciou-se que os eventos relacionados a deslizamento geralmente apresentam um padrão de histerese no sentido anti-horário e padrão não característico. Com as análises das taxas de turbidez foi possível concluir que a taxa de incremento da turbidez está mais relacionada às variáveis de precipitação e às variáveis taxa de recuperação de turbidez com vazão. Na RB10 e RB11 o método de reamostragem de bootstrap foi utilizado para ajustar as curvas turbidez-CSS. Analisando os eventos nas bacias foi possível verificar (i) eventos com fluxo inicial de sedimento, seguindo de uma segundo pico de sedimento de contribuição de sedimento da RB11; (ii) eventos que a RB11 influencia no primeiro pico de sedimento; (iii) eventos que os picos de sedimento não estão correlacionados entre as duas bacias. Foi estimado a concentração máxima de sedimento em suspensão e produção de sedimento resultante das três curvas em duas bacias. Nas análises das histereses CSS-Q na RB10 houve predominância do tipo horária, já há RB11 a tipo de histereses houve predominância do tipo anti-horária e formato 8. O IH variou de 0.6 a -15.51 para a RB11 e 13.67 a -10.77 para a RB10.

Abstract: Erosion, transport and deposition are major processes in sediment yield in a basin. When the soil eroded in the basin arrive at the channel - or if the sediment contribution is from the bank or bed itself - most of the sediment load be carried in suspension in the water. To measure this sediment many authors use turbidity sensors, correlated or not with the suspended sediment concentration (SSC). In this way the turbidity can be related to SSC indirectly. The curves that adjust this trend are usually polynomial, potential or linear, thus inserting the uncertainty of the selected curve. Analysis of hysteresis between turbidity-discharge or SSC -discharge are the most used techniques to analyses this processed. This study aims to analyze the hysteresis (turbidity-discharge) in mass erosion events in the Cubatão do Norte River basin in Joinville (BHRCN). And to analyze uncertainties generated in the determination of the CSS-turbidity curves by three equations (linear, power, polynomial) in the Rio dos Bugres basin (sections RB10 and RB11, RB11 upstream of RB10). For the BHRCN the turbidity data were used due to the lack of data representative of SSC. Six events were selected with high turbidity values occurred in the Cubatão do Norte river watershed, Brazil., were selected. And the hysteresis patterns and turbidity rates are determined. It was evidenced that landslide-related events usually present counter-clockwise and no characteristic hysteresis pattern. In this study with the analyzed of the turbidity rates it was possible to conclude that the IR is more related to the precipitation variables, and the RR with discharge variables. In RB10 and RB11 the bootstrap resampling method was used to adjust the turbidity-CSS curves. Analyzing the events in the basins, it was possible to verify: (i) first peak in RB10 ? initial or first flash flux and a second peak of SSC coming from RB11 in event; (ii) RB10 sediment peaks correspond to the sediment peaks of RB11 in the event; (iii) RB11 does not influence RB10 in the same event. Estimated the maximum suspended sediment concentration and sediment yield resulting from the three curves in two basins.. The analyzed of the SSC-discharge hysteresis in RB10, there was a predominance of clockwise type, RB11 was already present in the type of hysteresis, there was a predominance of anti-clockwise type and figure 8. The IH ranged from 0.6 to -15.51 for RB11 and 13.67 to -10.77 for RB10.