UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA / INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

TESE DE DOUTORADO N^o 071

HENRIQUE LLACER ROIG

DATA DA DEFESA: 15/04/2005
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: PROCESSAMENTO DE DADOS EM GEOLOGIA E ANÁLISE AMBIENTAL
ORIENTADOR: Prof. Paulo Roberto Meneses (UnB)
EXAMINADORES: Prof. Elton Luiz Dantas (UnB); Prof. José Eloi Guimarães Campos (UnB); Prof. Claúdio Riccomini (USP); Profa. Noris Costa Diniz (FT-UnB)

Palavras-chave:  Descarga Sólida, Erosão Laminar, Produção de Sedimentos, Proveniência de Sedimentos - Geoquímica Isotópica Sm-Nd e Rio Paraíba do Sul - Reservatório do Funil

RESUMO

            O Brasil, país com mais de 70% de energia elétrica provida por hidrelétricas, tem sofrido nos últimos anos com o baixo volume de água dos seus reservatórios. Além da falta de chuvas, outro fator preponderante é o acumulo de sedimentos. Os casos de assoreamento têm se multiplicado devido ao aumento da erosão nas bacias hidrográficas.
    Neste trabalho são apresentados os resultados da quantificação da descarga sólida dos sedimentos em suspensão, a determinação da perda do solo da porção paulista da bacia do Rio Paraíba do Sul, além dos resultados da geoquímica isotópica Sm-Nd para a determinação de áreas fonte dos sedimentos transportados pelo rio Paraíba do Sul.
    A quantificação da descarga sólida em suspensão permitiu dividir a bacia do rio Paraíba do Sul em quatro segmentos principais. O trecho entre Santa Branca e São Jose dos Campos apresentou uma baixa produção de sedimentos com uma média de 33 x 10³ t/ano (∆Qss) ou uma produção específica de 2,7 t/km².ano (∆PES). O segundo segmento (São Jose dos Campos - Pindamonhangaba) apresentou um aumento significativo da carga de sedimentos com uma produção de sedimento ao redor de  400 x 10³ t/ano (∆Qss) ou 120 t/km².ano (∆PES). O trecho entre Pindamonhangaba e Rio Comprido apresentou uma grande flutuação da descarga sólida, variando entre  60 e 100 t/ano, com uma baixa produção específica ≈ 7,6 t/ano/km², podendo em alguns períodos indicar o predomínio da sedimentação sobre o transporte. O trecho a montante do reservatório do Funil, entre Cachoeira Paulista e Queluz, é marcado por uma elevação da produção de sedimento, variando ente 600 a 1200 x 10³ t/ano ou 160 t/km².ano. A análise temporal da descarga sólida revelou que o transporte de sedimentos apresenta um fluxo estável ao longo do período analisado (1969-2000), apesar do aumento da degradação ambiental da bacia, marcada por uma perda de pelo menos 60% da sua vegetação nativa.
    O Bacia do rio Paraíba do Sul no Estado de São Paulo apresenta uma taxa de perda do solo média anual entre 0 a 327 t/ha/ano. As áreas mais críticas quanto à erosão (>  120 t/ha.ano), concentram-se nas regiões de relevo fortemente ondulado associadas aos solos rasos ou argilosos onde desenvolve-se a pecuária extensiva, localizados na vertente sul da serra da Mantiqueira próximo ao reservatório do Funil. De um modo geral, a distribuição espacial da susceptibilidade a erosão da bacia apontou para o mesmo quadro apresentado pelo balanço do transporte de sedimento. O segmento Cachoeira Paulista-Queluz apresentou as maiores taxas médias de perda do solo enquanto que a região entre São Jose do Campos e Rio Comprido apresentaram as menores taxas de perda do solo.
    As assinaturas isotópicas Sm-Nd dos sedimentos apresentaram uma variação (e_{Nd (0)} de -16,86 a -21,93 e T_DM de 1,71 a 2,13 Ga) que está associada às diferenças isotópicas das rochas fontes e da porcentagem de ocorrência de cada unidade geológica em cada sub-bacia. As sub-bacias Guaratinguetá e Piquete possuem os maiores valores de T_DM (2,11 e 2,13 respectivamente), que estão relacionados à presença das litologias do Complexo Mantiqueira (T_DM médio de 2,9 Ga) e do Grupo Andrelândia (T_DM de.2,1). As sub-bacias Buquira e São Gonçalo apresentam T_DM de 1,76 e 1,78 respectivamente, e são influenciadas pela presença dos biotita gnaisses do Complexo Embu (1,56-1,67 Ga). 
    O emprego da idade modelo (T_DM) na construção do balanço de massa entre os sedimentos em suspensão e a média ponderada das rochas existente nas bacias de drenagem evidencia a existência de um equilíbrio dinâmico entre os processos intempéricos e de erosão/transposte para este seguimento da bacia do rio Paraíba do Sul, com valores R_sed-rocha para os T_DM  entre 1,08 e 1,02.

     
UNIVERSITY OF BRASILIA / INSTITUTE OF GEOSCIENCES

PhD THESIS N^o 071

DATE OF ORAL PRESENTATION: 15/04/2005
TOPIC OF THE THESIS: Data processing in geology and in environmental analysis
SUPERVISOR: Prof. Paulo Roberto Meneses (UnB)
COMMITTEE MEMBERS:Prof. Elton Luiz Dantas (UnB); Prof. José Eloi Guimarães Campos (UnB); Prof. Claúdio Riccomini (USP); Profa. Noris Costa Diniz (FT-UnB)

KeyWords:  Suspended sediments discharge, Soil Erosion, Sediments Yield, Sediments Provenance – Sm-Nd Isotopic Geochemistry and Paraíba do Sul River – Funil Reservoir

ABSTRACT

            Brazil, a country that has over 70% of its electric power provided by hydroelectric plants, has been enduring hard times over the last few years in view of the low water volume of its reservoirs. Apart from the absence of rains, the sediments accumulation represents another prevailing factor. Siltation cases have multiplied as a result of increased erosion in the hydrographic basins.
    This study presents results of the suspended sediments solid discharge quantification, soil loss determination, and Sm-Nd isotopic geochemistry results for identification of the source areas of sediments transported in the paulista portion of the Paraíba do Sul river basin.
    The quantification of the suspended sediments discharge enabled the division of the basin in four main segments. The interval between Santa Branca and São José dos Campos had a low sediments yield with an average of 33 x 10³ t.year^-1 (∆Qss), or a specific sediment yield of 2.7 t.km.^-2.year^-1 (∆PES). The second segment (São José dos Campos – Pindamonhangaba) showed an increase in the sediments load yielding 400 x 10³ t.year^-1 (∆Qss) or 120 t.km.^-2.year^-1 (∆PES). The interval between Pindamonhangaba and Rio Comprido showed a fluctuation in the suspended sediments discharge, varying from 60 to 100 t/year, with a low specific yield ≈ 7.6 t.km.^-2.year^-1 that indicates the prevalence of sedimentation over transportation. The upstream interval of the Funil reservoir, between Cachoeira Paulista and Queluz, is marked by an increased sediment yield, ranging from 600 to 1200 x 10³ t.year^-1 or 160 t.km.^-2.year^-1. The temporal analysis of the solid discharge revealed that the sediments transportation flow was stable from 1969 to 2000.
    The basin’s annual soil loss average rate varied between 0 and 327 t.ha^-1.year^-1. The areas most critical to erosion (>120 t.ha^-1.year^-1) are concentrated in the heavily undulated relief regions associated with shallow or clayish soils where extensive cattle raising activities take place, mainly along the Serra da Mantiqueira, nearby the Funil reservoir. In general, the spatial distribution of the basin’s susceptibility to erosion indicated a scenario similar to the one in the sediments transportation balance. The Cachoeira Paulista-Queluz segment had the highest soil loss average rates whereas the region between São José dos Campos and Rio Comprido had the lowest.
    The sediments Sm-Nd isotopic signatures showed a variation (e_Nd(0) from –16.86 to –21.93 and T_DM from 1.71 to 2.13 Ga) that is associated with the isotopic differences of the source rocks and the percentage of occurrence of each geological unit in each watershed. The Guaratingueta and Piquete watersheds have the highest T_DM values (2.11 and 2.13, respectively) related to the existence of lithologies of the Mantiqueira Complex (average T_DM 2.9 Ga) and Andrelândia Group (T_DM.2.1). The Buquira and São Gonçalo watersheds have T_DM of 1.76 and 1.78, respectively, and are influenced by the existing biotite gneisses of the Embu Complex (1.56-1.67 Ga).
    The use of the model age (T_DM) to compose the mass balance between the suspended sediments and the weighted average of the existing rocks in the drainage basins clearly shows the existence of a dynamic equilibrium between the weathering and erosion/transportation processes for this segment of the Paraíba do Sul river basin, with R_sed-rock values for T_DMs between 1.08 and 1.02.