Solid discharge in a microbasin of the Amazon region

Authors

Keywords:

Sediment transpor, silting, forecast.

Abstract

The processes of water erosion and sedimentation occur naturally, however, they are being accelerated by human activities. Many microbasins lack information regarding the water resource, land use and occupation, as is the case of the Caiabi River microbasin, in which sediment production is potentiated by agricultural practices. The objectives of this study were to evaluate sediment transport in the Caiabi River and establish a rating curve for solid discharge from data obtained between 2018 and 2020, involving measurements of suspended sediment concentration, bed-load sediments and flow.The suspended and total solid discharges were established as a function of the flow rate through power, exponential, polynomial and linear equations, which parameters were adjusted by the method of least squares. The statistical evaluation of the rating curves indicated that the total solid discharge estimated from associations between suspended and bed-load sediments is the one that best represents the transport of sediments in the Caiabi River while the exponential model offers the best fit to the observed data.

 

Author Biographies

Cássio Fernando Simioni, Profissional Liberal

Bacharel em Engenharia Civil pela Universidade do Estado de Mato Grosso (UNEMAT). Pós-graduado (Título de Especialista) em Engenharia de Segurança do Trabalho pela Faculdade Afirmativo. Mestrando em Ciências Ambientais pela Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT) na área de Recursos Naturais.

Frederico Terra de Almeida, Universidade Federal de Mato Grosso - UFMT - campus Sinop

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ (1995), mestrado em Engenharia Agrícola pela Universidade Federal de Viçosa - UFV (1997) e doutorado em Produção Vegetal pela Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro - UENF (2000). Atualmente (desde 03/2006) é professor Adjunto da Universidade Federal de Mato Grosso, ministrando aulas na graduação de Hidrologia e Manejo de Bacias Hidrográficas, e na pós-gradução de Recursos Naturais e Erosão e Sedimentação. Tem experiência na área de Irrigação e Drenagem, Geotecnia Ambiental e Gerenciamento de Recursos Hídricos com diversos trabalhos publicados em eventos e meios científicos afim aos temas. Atualmente vem desenvolvendo trabalhos de pesquisa na área de Agrometeorologia, Gerenciamento de Recursos Hídricos e Manejo de Água e Solo em Bacias Hidrográficas (erosão), com Projetos financiados pela FAPEMAT e CNPq.

Cornélio Alberto Zolin, Brazilian Agricultural Research Corporation (Embrapa): Sinop, Mato Grosso, BR

Possui graduação em Engenharia Agrícola pela Universidade Estadual de Maringá - UEM (2007) e doutorado pelo programa de Pós-Graduação em ciências, área de concentração em Irrigação e Drenagem, da Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiros" (ESALQ/USP) da Universidade de São Paulo (2010). Tem experiência na área de Engenharia Agrícola com ênfase em Gestão de Recursos Hídricos, atuando principalmente nos seguintes temas: gestão dos recursos hídricos em bacias hidrográficas, modelagem hidrológica, irrigação e aspectos técnicos, econômicos e sociais relacionados à água. É integrante do Grupo de Pesquisa em “Gestão de Recursos Hídricos em Bacias Hidrográficas” da ESALQ/USP, do Grupo de Pesquisa em “Restauração Ecológica” (Embrapa Agrossilvipastoril) e participa como líder do grupo de “Estudos estratégicos de Palma de óleo em Mato Grosso” (Embrapa Agrossilvipastoril). É pesquisador da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) em Mato Grosso (Embrapa Agrossilvipastoril –Sinop/MT), onde atua na área de Manejo, Conservação e Uso de Recursos Hídricos. De 2013 a 2014 foi pesquisador visitante do United States Department of Agriculture (USDA)/ Agricultural Research Service (ARS), Hydrology and Remote Sensing Laboratory, Beltsville-MD.

Eduardo Morgan Uliana, Universidade Federal de Mato Grosso - UFMT - campus Sinop

Professor Adjunto II na Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT), campus de Sinop - MT. Docente permanente do Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos (PPGRH) da UFMT - Campus de Cuiabá. Possui graduação em Engenharia Ambiental (2010), Mestrado em Produção Vegetal (2012) e doutorado em Engenharia Agrícola (2016). Tem experiência na área de Engenharia Ambiental atuando principalmente nos seguintes temas: hidrologia, hidráulica, qualidade do meio físico ambiental, engenharia de água e solo, geoprocessamento e modelagem hidrológica.

Adilson Pacheco de Souza, Universidade Federal de Mato Grosso - UFMT - campus Sinop

Professor Adjunto IV da Universidade Federal de Mato Grosso, lotado no Instituto de Ciências Agrárias e Ambientais do Campus Universitário de Sinop, desde janeiro/2010. Possui Doutorado (2012) e Mestrado (2009) em Agronomia (Irrigação e Drenagem) pela FCA/UNESP e graduação em Engenharia Agrícola (2007) pela UFRRJ. Desenvolve projetos de pesquisas em ciências ambientais e ciências agrárias, envolvendo as subáreas de agrometeorologia, bioclimatologia vegetal, recursos hídricos e conservação de água e solo. Credenciado como docente permamente nos Programas de Pós-Graduação em Física Ambiental (PPGFA) e Ciências Ambientais (PPGCAM). Atua como líder dos Grupos de Pesquisa "Interações Ambiente e Planta" e "Tecnologias de Recursos Hídricos no Centro-Oeste" no DGP/CNPq.

Adriana Marques, Federal Institute of Education Science and Technology: Itapetininga, São Paulo, BR

Doutoranda em Engenharia Mecânica na Universidade de Brasília - UnB. Possui mestrado em Engenharia Civil pela Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP e graduação em Economia na UNIP. Atualmente é professora do Instituto Federal de São Paulo ? IFSP - ITP, assessora de relações internacionais ? ARINTER e representante do núcleo de estudos afro-brasileiros e indígenas - NEABI no campus. Atua como avaliadora de cursos de ensino superior pelo INEP/MEC e como avaliadora de cursos técnicos. e, é avaliadora do INEP/MEC. Desde 2003 é fellow do Programa Lead Internacional, organização ligada ao desenvolvimento de lideranças na temática da sustentabilidade. Trabalha e pesquisa na área de instalações hidráulicas, tratamento de água e esgoto para comunidades tradicionais e na área de educação com o viés da mitigação da evasão escolar utilizando ferramentas estatísticas e econométricas. Coordenou o projeto Mulheres Mil no IFSP. Atuou como Assistente de Direção e coordenadora na segunda maior universidade privada do Brasil. Coordenou o curso de edificações. Atuou como coordenadora do Programa Ambientes Verdes e Saudáveis ? PAVS no treinamento de agentes de saúde da Zona Norte de São Paulo. Possui experiência na área ambiental, mais de quinze anos de docência em graduação, pós-graduação, cursos técnicos e cursos de formação continuada. Participou de projetos e treinamento pelas Nações Unidas (UN), Fundação Rockfeller e Fundação Kellog no Japão, México, Inglaterra e Itália. Atualmente desenvolve projetos utilizando ciências de dados na área de construção civil e educação, coordena o projeto de Inovação tecnológica em Nucleação com o tema visão computacional aplicada a construção civil- Edital 777 da PRP-IFSP..

References

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7181: Solo-análise granulométrica. Rio de Janeiro, 2016, 12p.

AHN, K. H.; STEINSCHNEIDER, S. Time‐varying suspended sediment‐discharge rating curves to estimate climate impacts on fluvial sediment transport. Hydrological Processes, v. 32, n. 1, p. 102-117, 2018.

ALMAGRO, A.; THOMÉ, T. C.; COLMAN, C. B.; PEREIRA, R. B.; JUNIOR, J. M.; RODRIGUES, D. B. B.; OLIVEIRA, P. T. S. Improving cover and management factor (C-factor) estimation using remote sensing approaches for tropical regions. International Soil and Water Conservation Research, v. 7, n. 4, p. 325-334, 2019.

ANA - AGÊCIA NACIONAL DE ÁGUAS (BRASIL). Medição de descarga líquida em grandes rios: manual técnico. 2ª ed. Brasília: ANA, 2014. 94p

ANDRADE, L. N. P. S.; CHAVES, I. J. F.; SILVA, L. A. Caracterização hidrossedimentológica no rio Paraguai Pantanal de Cáceres – Mato Grosso. Revista GeoPantanal, v. 8, n. 14, p. 129-151, 2013.

ANDRADE, B. C.; MACHADO, C. S. D.; CARVALHO, L. R.; SILVA ANDRADE, L. N. P. Aporte de sedimentos no rio Teles Pires: ambiente de confluência entre o rio Matrinxã no município de Nova Canaã do Norte/Mato Grosso. Os Desafios da Geografia Física na Fronteira do Conhecimento, v. 1, p. 947-952, 2017.

ANDRIETTI, G.; FREIRE, R.; AMARAL, A. G. D.; ALMEIDA, F. T. D.; BONGIOVANI, M. C.; SCHNEIDER, R. M. Índices de qualidade da água e de estado trófico do rio Caiabi, MT. Revista Ambiente & Água, v. 11, n. 1, p. 162-175, 2016.

APHA – AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard Methods for examination of water and wastewater. 22ª ed. Washington: APHA, 2012. 1360p.

AQUINO, I. G.; ROIG, H. L.; OLIVEIRA, E. S.; GARNIER, J.; GUIMARÃES, E. M.; KOIDE, S. Variação temporal da descarga sólida em suspensão e identificação de minerais a partir de aperfeiçoamento de método de amostragem automática no Córrego Riacho Fundo, Brasília, Distrito Federal. Geologia USP. Série Científica, v. 18, n. 2, p. 171-185, 2018.

BELLINASO, T. B.; DORNELLES, F.; GOLDENFUM, J. A. Avaliação de incertezas na determinação de curvas-chave de sedimentos ajustadas por mínimos quadrados. In: XVII SIMPÓSIO BRASILEIRO DE RECURSOS HÍDRICOS, 2007, São Paulo. Anais... São Paulo: ABRH, v. 17, 2007, p. 1-20.

BERNINI, H.; MARTINEZ, J. M.; OLIVETI, D.; ROIG, H. L.; PINHEIRO, J. A. C. Descarga Sólida em Suspensão e dinâmica fluvial na bacia do rio Madeira: um perfil no período de cheia hidrológica. In: IX SEMINÁRIO LATINO-AMERICANO E V SEMINÁRIO IBERO-AMERICANO DE GEOGRAFIA FÍSICA, 2016, Guimarães. Anais... Braga: CEGOT, Universidade do Minho, 2016, p. 1-12.

BUSSI, G.; DADSON, S. J.; BOWES, M. J.; WHITEHEAD, P. G. Seasonal and interannual changes in sediment transport identified through sediment rating curves. Journal of Hydrologic Engineering, v. 22, n. 2, p. 06016016-1-06016016-8, 2017.

CARVALHO, N. O. Hidrossedimentologia Prática. 2ª ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2008. 599p.

COLMAN, C. B.; GARCIA, K. M. P.; PEREIRA, R. B.; SHINMA, E. A.; LIMA, F. E.; GOMES, A. O.; OLIVEIRA, P. T. S. Different approaches to estimate the sediment yield in a tropical watershed. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v. 23, p. 1-9, 2018.

DAMAS MACHADO, C. S.; SANTO ANDRADE, F. J. D. E.; SILVA ANDRADE, L. N. P.; SANTOS, M. Ambiente de confluência: um estudo de caso no rio Cavalo Morto, afluente da margem esquerda do rio Teles Pires no município de Nova Canaã do Norte-Mato Grosso. Os Desafios da Geografia Física na Fronteira do Conhecimento, v. 1, p. 860-865, 2017.

DE GIROLAMO, A. M.; PAPPAGALLO, G.; LO PORTO, A. Temporal variability of suspended sediment transport and rating curves in a Mediterranean River basin: The Celone (SE Italy). Catena, v. 128, p. 135-143, 2015.

FILIZOLA, N.; GUYOT, J. L. Suspended sediment yields in the Amazon basin: an assessment using the Brazilian national data set. Hydrological Processes, v. 23, n. 22, p. 3207-3215, 2009.

GALLARDO, A. L. C. F.; SILVA, J. C.; GAUDERETO, G. L.; SOZINHO, D. W. F. A avaliação de impactos cumulativos no planejamento ambiental de hidrelétricas na bacia do rio Teles Pires (região amazônica). Desenvolvimento e Meio ambiente, v. 43, Edição Especial: Avaliação de Impacto Ambiental, p. 22-47, 2017.

GARRIDO, J. W. A.; SOUSA, T. M. I.; ISMAEL, L. L.; CRISPIM, D. L.; FERREIRA, P. M. L.; QUEIROZ, M. M. F. Determinação das curvas-chave de descargas de sedimentos em suspensão na bacia hidrográfica do Rio Piancó-Piranhas-Açu. Eng. sanit. ambient, v.23, n.1, p. 69-75, 2018.

GHAFARI, H.; GORJI, M.; ARABKHEDRI, M.; ROSHANI, G. A.; HEIDARI, A.; AKHAVAN, S. Identification and prioritization of critical erosion areas based on onsite and offsite effects. Catena, v. 156, p. 1-9, 2017.

HOROWITZ, A. J. An evaluation of sediment rating curves for estimating suspended sediment concentrations for subsequent flux calculations. Hydrological processes, v. 17, n. 17, p. 3387-3409, 2003.

LATUF, M. O.; AMARAL, E. F. Estimativa da curva de descarga sólida em suspensão do rio Acre. In: CONGRESSO INTERNACIONAL DE HIDROSSEDIMENTOLOGIA, 2015, Porto Alegre. Anais... Porto Alegre: ABRH, 2015, p. 1-3.

LATUF, M. O.; MUSSELLI, D. G.; CHINEN, H. S. S.; CARVALHO, P. H. S. Aporte sedimentar em suspensão na bacia do rio Machado, sul de Minas Gerais. Caderno de Geografia, v. 29, n. 1, p. 16-35, 2019.

LIMA, C. S.; LIMA, T. E.; SOUZA, C. A. Aspectos hidromorfológicos no baixo curso do rio cabaçal, município de Curvelândia-MT. REVISTA EQUADOR, v. 7, n. 1, p. 20-33, 2018.

MACHADO, N. G.; ESPINOSA, M. M.; BIUDES, M. S.; PENHA, J. M. F. Efeitos do uso do solo sobre riachos de cabeceira na bacia do Rio Cuiabá, Mato Grosso. Ciência e Natura, v. 34, n. 2*, p. 175-192, 2012.

MACHADO, A. D.; ANDRADE, B. C.; LEANDRO, G. R. S.; ANDRADE, L. N. P S. Transporte de sedimentos a jusante da UHE-COLÍDER, no corredor fluvial do rio Teles Pires, Nova Canaã do Norte-Mato Grosso. Os Desafios da Geografia Física na Fronteira do Conhecimento, v. 1, p. 959-964, 2017a.

MACHADO, A. D.; SILVA ANDRADE, L. N. P.; MACHADO, C. S. D.; CARVALHO, L. R. Levantamento e análise de depósitos de sedimentos no corredor fluvial do Rio Teles Pires, entre Itaúba e Nova Canaã do Norte/Mato Grosso. Os Desafios da Geografia Física na Fronteira do Conhecimento, v. 1, p. 915-920, 2017b.

MANTOVANI, V. A.; DA SILVA AMORIM, J.; RODRIGUES, A. F.; JUNQUEIRA, R.; CARVALHO, R. N.; OLIVEIRA, A. S. Estimativas da taxa de entrega de sedimentos e áreas susceptíveis à erosão em uma bacia hidrográfica no sul de Minas Gerais – Brasil. Revista da Universidade Vale do Rio Verde, v. 16, n. 2, p. 1-10, 2018.

MARIMON, B. S.; LIMA, E. S.; DUARTE, T. G.; CHIEGERATTO, L. C.; RATTER, J. A. Observations on the vegetation of northeastern Mato Grosso, Brazil. IV. An analysis of the Cerrado-Amazonian Forest ecotone. Edinburgh Journal of Botany, v. 63, n. 2-3, p. 323-341, 2006.

MENEZES, D; MARCUZZO, F. F. N. Curva-chave de sedimentos com tramos separados por vazão e tempo: elementos do traçado e ajuste. In: XXIII SIMPÓSIO BRASILEIRO DE RECURSOS HÍDRICOS, 2019, Foz do Iguaçu. Anais... Porto Alegre: ABRH, 2019, p. 1-10.

MOGES, M. A.; ZEMALE, F. A.; ALEMU, M. L.; AYELE, G. K.; DAGNEW, D. C.; TILAHUN, S. A.; STEENHUIS, T. S. Sediment concentration rating curves for a monsoonal climate: upper Blue Nile. Soil, v. 2, n. 3, p. 337-349, 2016.

MONTANHER, O. C.; NOVO, E. M. L. M.; SOUZA FILHO, E. E. Temporal trend of the suspended sediment transport of the Amazon River (1984–2016). Hydrological sciences journal, v. 63, n. 13-14, p. 1901-1912, 2018.

MOTOVILOV, Y. G.; GOTTSCHALK, L.; ENGELAND, K.; RODHE, A. Validation of distributed hydrological model against spatial observations. Agricultural and Forest Meteorology, v. 98, p. 257–277, 1999.

OUELLET-PROULX, S.; ST-HILAIRE, A.; COURTENAY, S. C.; HARALAMPIDES, K. A. Estimation of suspended sediment concentration in the Saint John River using rating curves and a machine learning approach. Hydrological Sciences Journal, v. 61, n. 10, p. 1847-1860, 2016.

PEIXOTO, D. W. B.; GUASSELLI, L. A.; PEREIRA FILHO, W. Estimativa de concentração e sedimentos em suspensão a partir de imagens LANDSAT 8 em PCHS no rio Ivaí-RS. Geociências, v. 37, n. 1, p. 147-154, 2018.

ROCHA, D. M. M.; SILVA ANDRADE, L. N. P. S.; CRUZ ANDRADE, B.; SOUZA, C. A.; GONZALEZ, A. Z. D. Dinâmica fluvial do rio Boa Esperança no município de Terra Nova do Norte/Mato Grosso. Caminhos de Geografia, v. 19, n. 68, p. 168-185, 2018.

SANTOS, H. G.; JACOMINE, P. K. T.; ANJOS, L. H. C.; OLIVEIRA, V. A.; LUMBRERAS, J. F.; COELHO, M. R.; ALMEIDA, J. A.; ARAÚJO FILHO, J. C.; OLIVEIRA, J. B.; CUNHA, T. J. F. Sistema brasileiro de classificação de solos. 5ª ed. Brasília: Embrapa, 2018. 356p. 2018.

SANTOS, I.; FILL, H.D.; SUGAI, M.R.V.B.; BUBA, H.; KISHI, R.T.; MARONE, E.; LATERT, L.F. Hidrometria aplicada. Curitiba: Instituto de Tecnologia para o desenvolvimento, 2001. 372p.

SCHLEISS, A. J.; FRANCA, M. J. JUEZ, C.; CESARE, G. Reservoir sedimentation. Journal of Hydraulic Research, v. 54, n. 6, p. 595-614, 2016.

SHUZHEN, L.; JIANPING, Z.; YONG, L.; GANGCAI, L. Impacts of human activities on the land desertification in the Dry-Hot Valley of the Jinshajiang River. Archives of Agronomy and Soil Science, v. 48, n. 4, p. 349-356, 2002.

SILVA, V. P. R.; SILVA, M. T.; SOUZA, E. P. Influence of land use change on sediment yield: a case study of the sub-middle of the São Francisco River basin. Engenharia Agrícola, v. 36, n. 6, p. 1005-1015, 2016.

SOUZA, A. P.; MOTA, L. L.; ZAMADEI, T.; MARTIM, C. C.; ALMEIDA, F. T.; PAULINO, J. Classificação climática e balanço hídrico climatológico no estado de Mato Grosso. Nativa, Sinop, v. 1, n. 1, p. 34-43, 2013.

SYVITSKI, J. P.; VÖRÖSMARTY, C. J.; KETTNER, A. J.; GREEN, P. Impact of humans on the flux of terrestrial sediment to the global coastal ocean. Science, v. 308, n. 5720, p. 376-380, 2005.

VANZELA, L. S.; GRECCO, D. L.; COSTA NETO, J. N. D.; SANTOS, G. O. Evaluation of sediment production and siltation in a small earth dam in Fernandópolis, SP. Engenharia Agrícola, v. 34, n. 5, p. 912-924, 2014.

WANG, W.; LU, Y. Analysis of the mean absolute error (MAE) and the root mean square error (RMSE) in assessing rounding model. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, v. 324, n. 1, p. 012049, 2018.

WATANABE, M.; DE OLIVEIRA, F. A.; NUNES, D. D.; DA SILVA NUNES, A. C.; DE AGUIAR CAVALCANTE, M. M.; DE AGUIAR, T. C. Análise do impacto do desmatamento no aporte sedimentar de bacias pareadas na Amazônia Ocidental: bacias do rio Mutum-Paraná, Rondônia (Brasil). Revista Brasileira de Geomorfologia, v. 19, n. 3, p. 601-615, 2018.

WMO – WORLD METEOROLOGICAL ORGANIZATION. Guide to hydrological practices. Data acquisition and processing, analysis, forecasting and other applications. 5º ed. WMO-No 168, 1994. 770p.

ZAIATZ, A. P. S. R.; ZOLIN, C. A.; VENDRUSCULO, L. G.; LOPES, T. R.; PAULINO, J. Agricultural land use and cover change in the Cerrado/Amazon ecotone: A case study of the upper Teles Pires River basin. Acta Amazonica, v. 48, n. 2, p. 168-177, 2018.

ZHAO, G.; KONDOLF, G. M.; MU, X.; HAN, M.; HE, Z.; RUBIN, Z.; WANG, F.; GAO, P.; SUN, W. Sediment yield reduction associated with land use changes and check dams in a catchment of the Loess Plateau, China. Catena, v. 148, p. 126-137, 2017.

Published

2021-07-19

How to Cite

Simioni, C. F., Almeida, F. T. de, Zolin, C. A., Uliana, E. M., Souza, A. P. de, & Marques, A. (2021). Solid discharge in a microbasin of the Amazon region. Ciência E Natura, 43, e73. Retrieved from https://periodicos.ufsm.br/cienciaenatura/article/view/64223

Most read articles by the same author(s)