Geomorfologia Fluvial - Apostilas - Engenharia do Ambiente, Notas de estudo de Sociedade e Meio Ambiente

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GEOMORFOLOGIA FLUVIAL Introdução  Estudo dos processos e formas relacionadas ao escoamento dos rios  Rios – agente de transporte mais importante das áreas mais elevadas para baixo (qualquer fluxo canalizado)  Cursos naturais de água doce, com canais definidos e fluxo permanente ou sazonal para um oceano, lago ou outro rio  Principal agente modelador do relevo (erosão, transporte e deposição)  Processo persistente e abrangência do processo  Pode ser classificado quanto a constância no escoamento:  Efêmero – seco a maior parte do ano mas o fluxo estabelece imediatamente após a chuva (lençol freático abaixo do leito fluvial – regiões de fundo rochoso) P Qs Qss Lençol Intermitente – funciona parte do ano e fica seco outra (regiões secas) Perene – drena o ano inteiro P Qs Lençol Qss Qb 1) chuvoso 2) estiagem P Qs Lençol Qss Qb 1) chuvoso 2) estiagem  Classificação quanto ao desenvolvimento geomorfológico  Rios Jovens – com velocidades elevadas, apresentam acentuado potencial erosivo no fundo do canal, presença de rápidos e cachoeira, erosão vertical;  Rios Maduros – são apenas capazes de carrear sedimentos que chegam à calha trazidos por tributários jovens, Início da erosão lateral no canal principal;  Velho ou Senil – correm em regiões bem planas com velocidades baixas, a erosão vertical cessa e a erosão lateral atinge os canais secundários, apresentando constante modificação de curso provocadas pela deposição de sedimentos (meandros).  Classificação quanto a contribuição do aquífero:  Efluente – recebem contribuição do aquífero  Influente – contribuem para a recarga do aquífero Teixeira et. al. (2001) HIDROLOGIA E GEOMETRIA HIDRAULICA  Quantidade de água no canal fluvial é função das águas superficiais e subterrâneas e a proporcionalidade destas duas fontes é função: Clima  Solo Rocha Declividade Cobertura vegetal  Geometria hidráulica é o estudo das relações entre:  vazão e velocidade das águas  forma do canal (vale em V – mais erosivos concentra energia e aumenta a erosão)  carga de sedimentos (+ energia = + velocidade = sed)  declividade (+inclinado = + energia = + velocidade) (2) EUm rio com uma área de secção transversal pequena e uma velocidade baixa tem uma vazão menor (vazão = 3 mx 10m = 30m? x 1 m/s = 30 mº/8). eos a de um rio que tenha uma secção tr com maior área e uma velocidade maior, resultando. numa vazão maior (vazão = 9 mx 10 m = 90 m? x 2 m/s = 180 m! »- jo Figura 14.11 A vazão depende da velocidade e da E soainyrtootçe grp denso Figura 33 Morfometria do canal de escoamento. A largura (1) e a profundidade (h) do canal refe- E [Dados (San Francisco: W. H. Freeman, 1978)] rem-se às grandezas ocupadas pelas águas. O perimetro úmido (P) é a linha externa que assinala o s encontro do nível da água e o leito. A seção transversal 4 é a área do perfil transversal de um rio. Dividindo-se a área pelo perímetro úmido obtém-se o raio hidráulico (R = 4/P), cujo valor é aproximado ao da profundidade média. A declividade do canal é a diferença altimétrica entre dois Press et. al. (2006) pontos (a, e a;) dividida pela distância horizontal projetada entre eles (C). A velocidade é a descarga por unidade de área Christofoletti (1980)  Tipos de fluxo  Laminar – escoa ao longo do canal reto e suave, baixas velocidades e pequeno transporte  Turbulento – quando a velocidade excede o valor crítico e o fluxo torna- se turbulento Press et . al. (2006) Carga de sedimentos  Descarga líquida (Q= A x V, onde A – área da seção e V – velocidade da corrente)  Competência - tamanho máximo de partícula que o rio pode transportar  Capacidade – volume suspensão (silte e argila)  Descarga sólida – carga de fundo e em suspensão, relação linear entre a descarga fluvial e o material em suspensão  Capacidade de erosão das margens e leitos, transporte e deposição dependem:  Carga sedimentar (suspensão, saltação e rolamento)  Tamanho e forma das partículas  Canal fluvial de montante (nascente) a jusante (foz)  Aumenta – o débito (vazão), a largura e a profundidade do canal  Diminui – o diâmetro do sedimento, competência do rio, resistência de fluxo e declividade  Perfil transversal x velocidade e turbulência:  Abaixo da superfície área de maior velocidade  Superfície com ar – atrito – menor velocidade  Leito simétrico e rio retilíneo – maior velocidade no centro do canal  Leito assimétrico e rio meândrico – máxima velocidade e turbulência nas margens côncavas decrescendo para convexa. TRABALHO DOS RIOS  Erosão  Ocorre a partir de processos:  Corrosão (alteração química)  Corrasão (desgaste, atrito mecânico)  Cavitação (pressão de água nas partículas facilitando a fragmentação da rocha)  Erosão da água do rio depende:  Velocidade de turbulência das águas  Volume e tamanho das partículas transportadas Teixeira et . al. (2001) 10 O 50 Tamanho do grão (mm) EE = f= E 20 10 5 2 1 0,5 0,2 0,1 0,05 0,02 JE e! | 0,005 |0,001 0,01 0,002 Press et. al. (2006) EQUILÍBRIO FLUVIAL  Rio equilibrado é aquele que atingiu o estado de estabilidade, de modo que, em determinado período de tempo, a água e a carga de detritos que entram no sistema são compensados pelo que sai  O estado de estabilidade é atingido e mantido pela interação mútua das características do canal. Ele é um sistema auto-regulador, qualquer alteração nos fatores controladores causará uma mudança  Perfil de equilíbrio é alcançado quando se ajusta o débito (vazão), velocidade e carga detrítica. Com a diminuição da declividade e da velocidade, há diminuição da competência da granulometria dos sedimentos dos componentes da carga do leito. TIPOS DE LEITO  Leito – espaço que pode ser ocupado pelo escoamento das águas  Tipos de leito:  Vazante – leito menor que é utilizado para o escoamento da água baixa, contribuição da água subterrânea  Leito menor – encaixado entre margens bem definidas (impede o crescimento vegetal), observa-se depressões (irregularidades) e partes retilíneas e obliquas  Leito maior – regularmente ocupada pela cheia, pelo menos uma vez ao ano (eventos extremos)  Utilizando o critério da litologia  Leito sobre rocha coerente  Leito sob material móvel (canal onde se faz medidas de geometria hidráulica) -—s DIVISOR TOPOGRÁFICO E DE ÁGUAS — LEITO MAIOR — — e | DIQUE LEITO MENOR, DIQUE MARGINAL "> emo eaie-<C MARGINAL Figura 5.1 — Tipos distintos de leito (adaptado de Christofoletti, 1976 e Guerra, 1993). Christofoletti et . al. (1980) te períodos normais, baixo, o rio pode com mais altos da água, o abertos, uma planície ao nível do topo do c: Ela é a parte do vale « OCEANO margens, carregando pRANTICO principal. Press et. al. (2006) TERRAÇOS FLUVIAIS  Os terraços fluviais são:  Antigas planícies de inundação abandonadas  Plataforma aplainada de largura variável  Situada em ocasião que o curso de água não consegue atingir  Os terraços podem se formar por: Movimento eustáticos – mudança no nível de base Oscilação do clima TIPOS DE CANAIS o n Meandrante n Anastomosado E CEE O Reto Retilineo y & o Entrelaçado ni Meandrante Entrelaçado Fig. 10.10 Os quatro tipos fundamentais de canais fluviais. Adaptado de Miall, A.D., 1977.  Canais Retilíneos  Pouco frequentes, geralmente representam trechos ou segmentos curtos.  Canais controlados por linhas tectônicas (falhamentos, fraturas, faixas de cisalhamento)  Canais limitados por cordões arenosos em planícies deltaicas.  Geralmente associados a um leito rochoso homogêneo que oferece igualdade de resistência à erosão fluvial.  Formação de depressões (pools) e barras (riffles) ao longo do perfil longitudinal do leito. Ou seja, mesmo o canal sendo retilíneo, ele pode apresentar feições de canais sinuosos, porque seu talvegue não segue uma linha reta. Fig. 10.37 Bloco-diagrama com as principais feições cons- tituintes de um rio anastomosado. 1 turfeira; 2 pântano; 3 lagoa de inudação; 4 dique marginal; 5 depósito de rompi- mento de dique marginal; 6 canal fluvial; 7 cascalho; 8 areia; 9 turfa; 10 silte arenoso; 11 lama. Modificado de Smith, D.G. & Smith, N. D., 1980. Teixeira et. . (2001) Canais Entrelaçados  Grande volume de carga de fundo. A variação temporal da descarga sedimentar provoca a formação de ramificações ou múltiplos canais separados por barras arenosas, muitas vezes ilhas assimétricas.  O perfil transversal do canal é largo e raso, com uma tendência a ser simétrico. Apresenta ainda pontos elevados (barras ou ilhas) e depressões (talvegue)  Geralmente associados a gradientes relativamente altos com contraste topográfico acentuado  O estabelecimento do padrão entrelaçado está diretamente associado as condições locais de clima, tipo de substrato,cobertura vegetal e gradiente.  Natureza impermeável do substrato + ausência da cobertura vegetal = aumento da erosão do solo, o que leva a um aumento na produção de material detrítico que chega ao canal fluvial.  Precipitações concentradas e longos períodos de estiagem (clima árido e semi-árido) e rápido degelo (clima frio) oferecem as melhores condições para o estabelecimento do padrão entrelaçado VELOCIDADE E CARGA SEDIMENTAR ALTAS (b) Um rio entrelaçado no Alasca [H Onde os rios de velocidade e carga sedi- mentar altas fluem sobre terrenos quase planos e facilmente erodíveis (p.ex., na foz de cânions ou nos bordos frontais de geleiras derretendo)... Período de nível d'água alto (p. ex., de derreti- mento da neve na primavera) ... O movimento rápido da água carregada de sedimento não forma curvas em crescente... ÉH... mas sim cortes através dos sedimentos inconsolidados nas margens dos canais exis- tentes, criando canais rasos entrelaçados e entre-cruzados. Figura panorâmica 14.9 Padrões de canais. (Foto no topo) Um rio meandrante, no oeste de Anchorage, Alasca. &s. são barras de pontal, formadas no lado interno dos laços. [Peter Kresan] (Foto no meio) O segmento inferior do no canal principal, laços e lagos em crescente. [Nathan Benn/Corbis) (Foto inferior) O rio Chitina, Alasca, é entrelaçado canais que se separam e se reúnem. [Tom Bean) Press et. al. (2006)  Fig. 10.17 O rio Japurá (Bacia do Amazonas) exibe padrão transicional entre anastomosado, com grandes ilhas cobertas por vegetação, meandrante de alta sinuosidade com canais aban- donados, e trechos retilíneos provavelmente controlados por estruturas do embasamento (imagem do radar orbital SIR-A, obtida em 1981, NASA). Teixeira et. al. (2001)  Os meandros possuem um caráter dinâmico, ou seja, estão continuamente mudando de posição. Este aspecto dinâmico ocorre devido à erosão das margens externas do meandros, seguido da deposição na margem interna da curvatura (formação das barras de pontal). Erosion at outside bend N En Deposition of point (a) bar at inside bend Position of strongest current (blue arrow) shifts from side to side (9 A Silt and clay deposits in former channel B connections Direction of meander migration E A Maximum velocity B (b) (9)  Comes De vtaNçaS | | otróaiTo cx aouruENTO AMANDONADO OH DAQUES Maciça AREIAS DE BARRAS EM PONTAL CRPONTO 06 OAS aa DEPOSITO RESENAL as DE CANAL cemuro ce cermessões Derasito ve emtencumento | | 06 Camar DEPÓSITOS 0H vAmirA See ntos matasrentes Figura 34 Bloco diagrama ilustrando a distribusção dos di tras deposicionais. em planícies de imundação conforme iversos elementos topográficos e estra- Medeiros. Schalles é Friedman, 197] Christofoletti (1980)  Tipos de canais classificados de acordo com:  Sinuosidade - relação entre o comprimento do talvegue (linha que une pontos mais baixos do canal fluvial) e o comprimento do vale  Se >1,5 – rios com alta sinuosidade  Se< 1,5 – rios de baixa sinuosidade Declividade Relação largura x profundidade (< 10, <40, >40) Grau de entrelaçamento (único canal ou canais múltiplos) Carga de fundo Ú Carga em suspensão » nu pi | : | OE ih HI E 11 12 Fig.10.15 Variações nos padrões de is fluviais em fun- ção do tipo de c a E AISO pe mista A ! ) RR de soa e Cs sand sido Sur, 5 À Eber Hd et. al (2001) ESTRUTURAS GEOMORFOLÓGICAS  Planície de inundação  Delta  Auréola de colmatagem lacustre  Borda de terraço fluvial  Cordão ou dique arenoso  Feixe de cordões arenosos  Leque aluvial  Marca de paleodrenagem Planície de inundação Channel and floodplain deposits of gravel, sand, and clay Delta Cordão arenoso Dique Figura 14.10 A formação de diques naturais pela inundação fluvial. Diques naturais em Vicksburg, Mississipi (EUA). [U. S. Geological Survey, National Wetlands Research Center] Os sedimentos depositados pela inundação de um cana fluvial formam | diques naturais. Antes da inundação Planície de inundação Canal fluvial Quando a inundação ocorre, a água se espalha pela planície de inundação. Durante a inundação À medida que a água deixa o canal, ela perde rapidamente a velocidade e deposita seu sedimento ao longo das bordas adjacentes ao canal. Água da cheia atulhada de sedimento Depois de muitas inundações Dique natural naturais que confinam o rio a0 seu ca- nal no intervalo entre as cheias, mes- mo quando o nível d'água está alto. Press et. al. (2006) Feixe cordão arenoso Leques aluviais Fig. 10.18 No região deséftico do leste do Egito desenvolvem-se leques aluviais a partir de escarpas de idade terciária, associadas qo flanco oeste do ri do Mar Vermelho. Na superfície dos leques ocorrem fragmentos rochosos transporíodos por fluxos grovisocionais e pelas roros chuvos que ocorrem na região. Foto: C. Riccomini. Teixeira et. al. (2001) Barra de pontal VELOCIDADE E CARGA SEDIMENTAR BAIXAS Rios com velocidade e carga sedi- , ae: foindo esa planácioa. Mosnióros mea tio do fuaaaa de inundação quase planas, formam meandros. Os meandros mudam de um lado para o outro, num movimento serpenteante. A corrente é mais rápida na margem externa, a qual é erodida,... ««+ € OS sedimentos passam a depositar-se na margem interna, onde a corrente é mais lenta, formando barras de pontal ou de meandro. À medida que o processo de erosão e deposição continua, as curvas tornam-se mais apertadas e a barra de pontal, maior. Durante uma grande inundação, quando a velocidade e o volume da água aumentam, o rio assume um curso novo e mais curto, cortando caminho através do laço. . Ze aaa $ O laço abandonado permanece mes como um lago em crescente, HIERARQUIA FLUVIAL  Consiste em estabelecer a classificação de determinado curso de água no conjunto total da bacia hidrográfica no qual se encontra  Existem vários tipos de classificação, tais como Horton, Strahler, Scheidegger e Shreve entre outros. Contudo a classificação mais utilizada é a de Strahler  Classificação de Strahler utiliza os seguintes conceitos:  Rede fluvial ou de canais – padrão interrelacionado de drenagem formado por um conjunto de rios em determinada área.  Fonte ou nascente – lugar onde o canal se inicia  Desembocadura – ponto final da rede de drenagem  Confluência – ponto onde dois canais se encontram  Ligamento ou junção – trecho ou segmento que não recebe afluente (fonte e 1a confluência), fica a jusante da 2a confluência, ou desembocadura e 1a junção montante.  Hierarquia fluvial segundo Strahler  Canais de 1a ordem – sem tributário da nascente até a confluência  Canais de 2a ordem – confluência de dois canais de 1a ordem e só recebem afluentes de 1a ordem  Canais de 3a ordem – confluência de dois canais de 2a ordem e podem receber afluente de 2a e 1a ordem  Canais de 4a ordem – confluência de dois canais de 3a ordem e podem receber afluentes de 3a, 2a, e 1a ordem Christofoletti (1980) “o 200 400 600 800 1000 1200 Distância desde as nascentes do rio (km) Altitude acima do nível do mar (m) Nascente Figura 14.13 O perfil longitudinal dos rios Platte e South Plate desde as nascentes deste último, no Colorado central, até a foz do primeiro, no Rio Missouri, em Nebraska. [Dados de H. Gannett, in: Profiles of Rivers in the United States. USGS Water- Supply Paper 44, 1901] Press (2006) TIPOS DE DRENAGEM  Drenagem – Processo indicador da estrutura do terreno que depende:  Pluviosidade  Topografia  Vegetação  Textura do solo  Litologia  Estrutura das rochas  Classificação dos cursos de água utilizando relação do curso com a estrutura  conseqüente – curso do rio determinado pela inclinação das camadas  subsequente – curso d rio se desenvolve ao longo de estruturas (estratos pouco resistentes ou fraturas ou falhas) corre paralelo a direção da camada  obsequente – curso inverso a inclinação das camadas  resequente – fluem na mesma direção dos consequentes, mas nasce em nível mais baixo (reverso da escarpa).  insequente – nenhuma razão para orientação estrutural, áreas planas (sem origem deformacional)  superimposto – rochas erodidas e corre em discordância com os cursos atuais  antecedente – estabelece o curso antes da atividade tectônica e se mantém após o vento  Dendrítico (árvore)  Ramificações irregulares, em todas as direções e variados ângulos de união.  Desenvolve-se em rochas com resistência horizontal uniforme  Indica  Rocha sedimentar horizontal ou dobrada  Ígnea maciça  Metamorfismo de alto grau FIGURE 6-7 Dendritic drainage pattern developing by random headward erosion. (Photo by D. A. Rahm) Easterbrook, 1999  Treliça  Tributários e principais alongados e retos aproximadamente paralelos entre si e ângulo reto de união  Sugere estratos de várias resistências inclinados ou paralelos  Sem origem estrutural – terrenos glaciais ou restinga  Paralelo  Cursos paralelos entre si  Ocorre devido a declives unidirecionais extensos e pronunciados ou cristas lineares alongadas  Controle estrutural com vertentes longas  Retangular  Curva com ângulo reto no principal e tributário  Mais irregular que treliça e sem paralelismo  Condicioname nto estrutural – diáclases e falhas Easterbrook, 1999  Anelar  Tipos de áreas dômicas e bacia erodida em contraste com rochas fracas e duras  Curso de água de forma circular, concêntrica e de poucos troncos  Abatimento de caldeira Easterbrook, 1999  A análise do padrão de drenagem pode indicar:  Textura e permeabilidade Grau de erodibilidade  Estrutura do terreno  Anomalias Referências básicas  Capítulos 3 e 4. Christofoletti, A. Geomorfologia. São Paulo: Edgard Bluncher, 1980  Capítulos 7 e 10. Teixeira, W.; Toledo, M. C. M.; Fairchild, T. R. & Taioli, F. Decifrando a Terra. São Paulo : Oficina de Textos, 2000.  Capítulo 14. Press, F; Siever, Raymond; Groetzinger, John; Jordan, Thomas H. Para entender a terra. São Paulo: Editora Artmed. 4ª edição, 2006