Avaliação da conectividade hidrossedimentológica em uma pequena bacia do planalto dos Campos Gerais no Rio Grande do Sul

Abstract

A compreensão e previsão da dinâmica de sedimentos são um grande desafio. Muitos autores apontam a conectividade dos sedimentos como um dos estudos chave para compreensão da dependência da variabilidade espacial e temporal do processo de transferência de sedimentos e evolução da paisagem. A dinâmica de água e sedimento de uma bacia hidrográfica é controlada pelo (des)acoplamento encosta-canal, o qual é influenciado por vários fatores naturais e antropogênicos. Contudo, os estudos de conectividade hidrossedimentológica ainda são recentes, tendo inúmeros desafios a serem superados além de uma necessidade de explorar quais são os fenômenos e agentes governantes. Neste trabalho foram utilizado o monitoramento hidrossedimentológico e a aplicação de índices para caracterizar e avaliar aspectos da conectividade hidrossedimentológica em uma pequena bacia (0,89 km²), localizada no planalto dos Campos Gerais do Rio Grande do Sul. Os índices são uma combinação de variáveis conceitualmente conhecidas por controlar a organização espacial e a intensidade dos fluxos de sedimentos no sistema. A aplicação dessas ferramentas se demonstrou relevante na caracterização da conectividade estrutural e funcional da área de estudo. As ferramentas aplicadas foram: índice conectividade estrutural (IC), índice de conectividade hidrossedimentológico (IHC) aplicado em eventos observados e índice de conectividade de campo (FIC). A caracterização da conectividade estrutural destacou as depressões naturais do terreno e zonas de cobertura (blankets) como principais elementos de desconectividade da bacia. A conectividade funcional foi avaliada em 5 eventos de diferentes magnitudes, os resultados apresentaram uma correlação maior (0,7) da conectividade com o volume total do evento do que com a vazão máxima (0,3). Além disso, os eventos antecedentes se demonstraram determinantes à estimativa da conectividade funcional. A partir do índice de conectividade de campo (FIC) foi possível validar os índices teóricos na área de estudo, bem como evidenciar a importância de determinados limiares de acoplamento entre as inúmeros fontes de sedimento em um evento conhecido. O índice se demonstrou sensível ao tamanho da bacia, observando a área de estudo a conectividade diminuiu de acordo com o incremento da área de contribuição, mas considerando que a região é cabeceira das escarpas da serra geral em uma escala maior de análise (100 km²), esta tendência não é esperada. A temporalidade da conectividade ficou determinada pela capacidade de infiltração da bacia, onde o volume de chuva necessário para representar a conectividade potencial foi de 150mm.

Understanding and predicting sediment dynamics are a major challenge. Many authors consider sediment connectivity as one of the key studies to understand the dependence of spatial and temporal variability of the sediment transfer processes and landscape evolution. Hydrological and sedimentological dynamics are controlled by hillslope-channel (de)coupling, whIHC is influenced by several natural and anthropogenic factors. However, studies on sediment connectivity are recent and present numerous challenges to be overcome. Furthermore, there is a need to explore and identify sediment connectivity governing processes and phenomena. In this study, hydrosedimentological monitoring and application of indexes were used to access aspects of hydrosedimentological connectivity in a small basin (0.89 km²), located in the Planalto dos Campos Gerais of Rio Grande do Sul. The indexes are a combination of variables conceptually known as controllers of the spatial organization and intensity of sediment flows in the system. The application of these tools proved to be relevant for the characterization of structural and functional connectivity of the study area. The tools applied were: structural connectivity index (CI); hydrosedimentological connectivity index (IHC). applied to observed events; field connectivity index (FIC). The characterization of structural connectivity highlighted natural sinks of the terrain and blankets zones as the main elements of disconnection in the watershed. The functional connectivity was evaluated for 5 distinct magnitude events, the results showed a higher correlation (0.7) between connectivity and the total volume of the event than the maximum discharge (0.3). The field connectivity index (FIC) validated the theoretical indexes in the study area and highlighted the importance of coupling thresholds between the numerous sediment sources in a known event. The indexes proved to be sensitive to spatial scale. In the study area connectivity decreased with the increment of contribution area, though this region is considered as a headwater region of Serra Geral escarpment in a large-scale analysis (100 km²), thus this trend was not expected. The temporality of connectivity was determined through watershed’s infiltration capacity, indicating that a rainfall of 150mm is required to represent potential connectivity.