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Title in Portuguese: Dinâmica de sedimentos e granulometria em ambiente semiárido
Title: Sediment dynamics and grain size in a semi-arid environment
Author: Silveira, Paulo Roberto de Souza
Advisor(s): Mamede, George Leite
Keywords: Granulometria
Modelo de Foster
Bacia do Pentecoste
Semiárido
Size grain
Foster model
Pentecost basin
semi-arid
Issue Date: 2019
Citation: SILVEIRA, Paulo Roberto de Souza. Dinâmica de sedimentos e granulometria em ambiente semiárido. 2019. 182 f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Abstract in Portuguese: Granulometria é um dos principais fatores que afetam a dinâmica de sedimentos em bacias hidrográficas, desde seu desprendimento do solo matriz até o transporte ou deposição ao longo das encostas, na rede de drenagem e reservatório. Objetivou-se com esse trabalho analisar o comportamento granulométrico dos sedimentos em uma pequena bacia do semiárido brasileiro, no bioma Caatinga, desde as encostas até o exutório, e elaborar um método simplificado de estimativa do padrão granulométrico dos sedimentos numa bacia, como também da dinâmica granulométrica em reservatório. O estudo foi realizado na bacia hidrográfica do Pentecoste, situada no semiárido do Ceará. A parte experimental da pesquisa foi realizada na Bacia Experimental do Vale do Curú (BEVC) com coleta de dados pluviométricos e hidrossedimentológicos, amostras de solo da bacia de captação, precipitação diária e de escoamentos superficiais, durante a quadra chuvosa entre os anos de 2015 e 2017. Para uma série histórica de precipitação, o modelo CN-SCS foi aplicado para estimativa de séries sintéticas de vazões aportam ao Açude Escola, localizado no exutório da BEVC. Modelos de desprendimento de sedimentos divulgados na literatura foram testados e aplicados para a área de estudo. À partir de dados reais, foi feita uma estimativa do padrão de transporte de sedimentos pela bacia. No reservatório, foram aplicados os modelos de transporte propostos por Haan et al. (1994) e Fifield (2011) desenvolvidos em programa Fortran. Após calibração dos dados e análise dos resultados em comparação com os dados reais de granulometria de sedimentos em pontos específicos no reservatório da BEVC, o modelo foi aplicado numa amostra de reservatórios da bacia hidrográfica do Pentecoste. Foram escolhidas 14 sub-bacias para aplicação da metodologia proposta na BEVC. A análise física dos solos coletados foi realizada com e sem uso de dispersante. Os resultados mostraram que o modelo de desprendimento de sedimento da encosta proposto por Foster et al. (1981) apresentou os melhores resultados quando comparado aos demais, com coeficiente de Nash e Sutcliff (NS) de 0,99, em ambiente de cobertura vegetal mista. Houve um enriquecimento dos componentes argila e silte, da ordem de 5 e 13, respectivamente, e diminuição das concentrações de areia, 0,4, entre os sedimentos contidos no solo matriz e os presentes no escoamento afluente ao reservatório. O modelo de Fifield (2011) para transporte de sedimentos em reservatório apresentou razoável acurácia quando os dados modelados foram comparados com dados granulométricos do interior do açude. Quando os modelos, desprendimento, transporte na bacia e no reservatório, foram aplicados em densa rede de reservatórios, 7 dos 14 reservatórios apresentaram resultados aceitáveis, de acordo com o coeficiente NS calculado, e os demais classificados como inaceitáveis. Foi constatado também que os reservatórios do semiárido têm alta eficiência de retenção de sedimentos.
Abstract: Granulometry is one of the main factors affecting the sediment dynamics in watersheds, from their detachment from the soil to the transport or deposition along the slopes, in the drainage and reservoir network. The objective of this work was to analyze the sedimentation behavior of sediments in a small Brazilian semi-arid basin, in the Caatinga biome, from the slopes to the exudation, and to elaborate a simplified method to estimate the sedimentation standard of sediments in a basin, as well as the dynamics granulometric in reservoir. The study was carried out in the Pentecost basin, located in the semi-arid region of Ceará. The experimental part of the research was carried out in the Curv Valley Experimental Basin (BEVC) with rainfall and hydrosedimentological data collection, soil samples from the catchment basin, daily precipitation and surface runoff during the rainy season between 2015 and 2017. For a historical series of precipitation, the CN-SCS model was applied for the estimation of synthetic series of flows to the School Water, located in the exudate of the BEVC. Sediment detachment models published in the literature were tested and applied to the study area. Based on actual data, an estimate of the sediment transport pattern was made by the basin. In the reservoir, the transport models proposed by Haan et al. (1994) and Fifield (2011) developed in Fortran program. After calibration of the data and analysis of the results in comparison to the actual data of sediment granulometry at specific points in the BEVC reservoir, the model was applied to a sample of reservoirs in the Pentecoste basin. Fourteen sub-basins were chosen for the application of the methodology proposed in the BEVC. The physical analysis of the soils collected was performed with and without dispersant use. The results showed that the slope sediment detachment model proposed by Foster et al. (1981) presented the best results compared to the others, with a Nash and Sutcliff (NS) coefficient of 0.99, under mixed vegetation cover. There was an enrichment of the clay and silt components, of the order of 5 and 13, respectively, and decrease of the sand concentrations, 0.4, between the sediments contained in the matrix soil and those present in the inflow to the reservoir. The model of Fifield (2011) for sediment transport in reservoir presented reasonable accuracy when the model data were compared with granulometric data from the interior of the reservoir. When the models, detachment, transport in the basin and the reservoir were applied in a dense network of reservoirs, 7 of the 14 reservoirs presented acceptable results, according to the calculated NS coefficient, and the others classified as unacceptable. It was also found that the semi-arid reservoirs have high sediment retention efficiency.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/42578
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