UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ - UFC CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E AMBIENTAL JOSEFA MARCIANA BARBOSA DE FRANÇA AVALIAÇÃO DA DEGRADAÇÃO DO AÇUDE ACARAPE DO MEIO-CE COM USO DE MODELO MATEMÁTICO E GEOTECNOLOGIA FORTALEZA - CE 2013 JOSEFA MARCIANA BARBOSA DE FRANÇA AVALIAÇÃO DA DEGRADAÇÃO DO AÇUDE ACARAPE DO MEIO-CE COM USO DE MODELO MATEMÁTICO E GEOTECNOLOGIA Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado Profissional em Gestão de Recursos Hídricos do Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental da Universidade Federal do Ceará, como parte dos requisitos parcial para obten- ção do Título de Mestre em Gestão de Recur- sos Hídricos. Área de concentração: Recursos Hídricos Orientador. Prof. Francisco de Assis de Souza Filho, D.Sc. Coorientador. Prof. Paulo Cesar Colonna Rosman, Ph.D. FORTALEZA – CE 2013 II Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará Biblioteca de Pós-Graduação em Engenharia - BPGE F881a França, Josefa Marciana Barbosa de. Avaliação da degradação do Açude Acarape do Meio-CE com uso de modelo matemático e geotecnologia. / Josefa Marciana Barbosa de França. – 2013. 106 f. : il. color., enc. ; 30 cm. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologi- a, Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental, Programa de Pós- Graduação em Engenharia Civil, Fortaleza, 2013. Área de Concentração: Recursos Hídricos Orientação: Prof. Dr. Francisco de Assis de Souza Filho. Coorientação: Prof. Dr. Paulo Cesar Colonna Rosman. 1. Recursos Hídricos. 2. Modelagem computacional. 3. Sensoriamento remoto. 4. Água - Qualidade. 5. Morfometria. I. Título. CDD 627 III JOSEFA MARCIANA BARBOSA DE FRANÇA AVALIAÇÃO DA DEGRADAÇÃO DO AÇUDE ACARAPE DO MEIO-CE COM USO DE MODELO MATEMÁTICO E GEOTECNOLOGIA Dissertação apresentada ao Mestrado Profissional em Gestão de Recursos Hídricos do Depar- tamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental, da Universidade Federal do Ceará, como par- te dos requisitos para obtenção do Título de Mestre em Gestão de Recursos Hídricos. Área de concentração: Recursos Hídricos. Aprovada em: ______/______/________. BANCA EXAMINADORA _________________________________________________ Prof. Francisco de Assis de Souza Filho, D.Sc.(Orientador) Universidade Federal do Ceará (UFC) _____________________________________________________ Prof. Paulo Cesar Colonna Rosman, Ph.D. (Coorientador) Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) ____________________________________________________ Prof., Iran Eduardo Lima Neto, Ph.D. Universidade Federal do Ceará (UFC) ____________________________________________________ Prof., Francisco Osny Eneas da Silva, Dr. Universidade Federal do Ceará (UFC) IV A minha amada mãe, Noberta Borges Barbosa. (In memoriam) V AGRADECIMENTOS Para a elaboração do presente estudo recebi a colaboração de várias pessoas. Den- tre estas, mencionarei algumas que considero fundamentais e peço desculpa as demais por não fazer menção. Gostaria de agradecer a Secretária de Recursos Hídricos (SRH) pelo financiamen- to do projeto de Mestrado e a Companhia de Gestão dos Recursos Hídricos (COGERH) por incentivar a capacitação profissional. Aos orientadores, Prof. Dr. Francisco de Assis de Souza Filho, por sua disponibi- lidade e interesse em me ajudar nas horas em que o procurava, e ao Prof. Dr. Paulo Cesar Co- lonna Rosman, sempre muito atencioso e que me ensinou as funcionalidades do modelo ma- temático SisBaHiA. Ao amigo de longa distância, Flávio Wachholz, por sua atenção e constante cola- boração em conhecimentos de sensoriamento remoto aplicado aos recursos hídricos. Ao professor Jean Michel Martinez pelas informações em sensoriamento remoto. A professora Ticiana Marinho de Carvalho Studart, coordenadora do mestrado, por sua organização e dedicação para a realização da pós-graduação Stricto Sensu. A professora, Ana Bárbara, pelas considerações feita no trabalho referente a quali- ficação. Aos demais professores membros da banca: Iran Eduardo Lima Neto e Francisco Osny Eneas da Silva. As colaboradoras da UFC, Terezinha e Maria Marlene por toda sua dedicação ao curso. Grata ao Wictor Lemos pela colaboração e apoio. Á minha querida írmã, Kátia Borges Barbosa, por sua ajuda, constante paciência e dedicação. Ao Diretor Presidente da COGERH, Francisco Rennys Aguiar Frota, pela com- preensão e liberação dos técnicos que frequentam ao mestrado. Á Walt Disney, gerente da GEDOP, por toda afeição ao setor, assim como, pela compreensão concedida a mim, para participar dos cursos de qualificação para desenvolver esta pesquisa. Aos colegas do trabalho: Rafael Reis, pelo apoio ao projeto de modelagem. Fran- cimeyre Freire Avelino, pela organização e disponibilização das informações do setor de mo- VI nitoramento qualitativo. Luciana Matos, que também colabora na organização das informa- ções. A todos os colegas que me ajudaram em campo como o Deilton. Ao apoio familiar de meu Pai, Jobem Defensor Barbosa, e dos meus írmãos, A- cassiana Borges Barbosa e Francisco Wilami Borges Barbosa. “Agradeço a Deus por tudo” VII RESUMO Um dos grandes desafios da gestão ambiental é compatibilizar a preservação com os usos múlti- plos, sendo fundamental o conhecimento dos fatores condicionantes das modificações das condi- ções naturais dos reservatórios e respectiva bacia hidrográfica. Neste contexto, o presente trabalho aborda temas como: caracterização morfométrica da bacia hidrográfica e hidráulica do açude Aca- rape do Meio – CE; simulação da circulação hidrodinâmica para o ano de 2012 a partir do pro- grama SisBaHiA, assim como, a estimação do tempo de residência e das taxas de renovação; e para averiguar aspectos da evolução dos processos de degradação da qualidade da água, proces- sou-se quatro imagem de satélite Landsat 5 – TM. A partir da análise dos resultados da pesquisa, constatou-se que: a bacia hidrográfica do açude Acarape do Meio tem aproximadamente 10,31% da área degradada; identificou-se que a bacia hidráulica tem formato dendrítico com elevado de- senvolvimento de perímetro. Quanto aos aspectos relacionados à modelagem ambiental estimou- se que o comportamento da circulação hidrodinâmica apresentou baixa velocidade das correntes; a taxa de renovação da água no período de chuva atingiu 100% nas áreas de reentrâncias; também se identificou que o tempo de residência é mais elevado nas áreas rasas e dendríticas. Com relação à presença de componentes ópticos ativos, constatou-se que ocorreu o aumento na resposta espec- tral das imagens Landsat 5 – TM, referente ao período de 11 anos (2001 a 2011), que se relaciona com o aumento da clorofila a ao longo dos anos, que é consequência do processo de eutrofização. Palavras-chave: Morfometria. Circulação Hidrodinâmica. Sensoriamento Remoto. Qualidade da água. VIII ABSTRACT One of the great challenges of environmental management is compatible the preservation with the water multiple uses, with fundamental knowledge of the factors conditioning the changes of the natural conditions of the reservoirs and their watershed. In this context, this paper ad- dresses topics such as: morphometric characterization of the Acarape do Meio (Ceará State) river basin and it hydraulic weir; simulation of hydrodynamic circulation for the year 2012 with the SisBaHiA program, as well as the estimation of the residence time and renewal fees, and to investigate aspects of the evolution of the processes of degradation of water quality, from four satellite images Landsat 5 - TM. From the analysis of the survey results, it was found that the catchment area of the dam Acarape do Meio has approximately 10,31% of the degraded area and it was found that the hydraulic basin has dendritic format with high perime- ter development. For the aspects related to environmental modeling, it was estimated that the hydrodynamic behavior of circulating currents showed low speeds, the renewal rate of the water during the rainy season reached 100% in the areas of recesses and also it was found that the residence time is higher in the shallow and dendritic areas. With respect to the presence of active optical components, it was found that there was an increase in the spectral response of Landsat 5 - TM for the 11 years period (2001 to 2011), which relates to the increase of chlo- rophyll a throughout the years, which is a eutrophication consequence. Keywords: Morphometry. Hydrodynamic Circulation. Remote Sensing. Water Quality. IX SUMÁRIO 1. CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO ................................................................................. 1 1.1 Considerações Iniciais ................................................................................................. 1 1.2 Objetivos ..................................................................................................................... 3 1.3 Organização do Trabalho ............................................................................................. 3 2. CAPÍTULO 2 - CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA ...................................................... 5 2.1 Descrição da Área ....................................................................................................... 5 2.2 Solos .......................................................................................................................... 7 2.3 Vegetação ................................................................................................................... 8 2.4 Indicadores Socioeconômicos ................................................................................... 10 2.5 Uso e Ocupação