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http://hdl.handle.net/1843/47355| Tipo: | Tese |
| Título: | Evolução hidrogeomorfológica de sistemas fluviais afetados por ruptura de barragem de rejeito |
| Autor(es): | Juni Silveira Cordeiro |
| primer Tutor: | Priscilla Macedo Moura |
| primer Co-tutor: | Márcio Benedito Baptista |
| primer miembro del tribunal : | Paulo Tarso Sanches de Oliveira |
| Segundo miembro del tribunal: | Danielle Piuzana Mucida |
| Tercer miembro del tribunal: | Hersília de Andrade e Santos |
| Cuarto miembro del tribunal: | Aloysio Portugal Maia Saliba |
| Resumen: | Alterações no ciclo hidrológico e no aporte de sedimentos resultam em diferentes respostas do sistema fluvial na busca por um novo estado de equilíbrio geomorfológico. Quando esse aporte é resultante do colapso de uma barragem de rejeitos, a compreensão da resposta do sistema fluvial se mostra fundamental para a definição das estratégias empregadas para a restauração dos cursos hídricos impactados. Assim, esta pesquisa visou estabelecer uma metodologia, baseada no emprego da Universal Soil Loss Equation (USLE), para a avaliação da evolução temporal da erosão marginal e dinâmica de sedimentos de sistemas fluviais, utilizando como referência o estudo de caso do sistema fluvial afetado pelo rompimento da Barragem de Fundão, Mariana (MG). Buscaram-se também as caracterizações geomorfológica e a avaliação dos impactos hidrogeomorfológicos desencadeados nesse sistema fluvial. Para isso, os padrões fluviais foram caracterizados por meio de imagens de satélites anteriores ao evento de ruptura. A análise dos impactos hidromorfológicos foi realizada por meio de imagens de satélite e levantamentos de campo. A estimativa de perda de solo foi realizada por meio da USLE, enquanto a avaliação do transporte de sedimentos foi efetuada utilizando dados de monitoramento de estações mantidas pela Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico, Instituto Mineiro de Gestão das Águas e Fundação Renova. Notou-se que o sistema fluvial, antes da ruptura da Barragem de Fundão, possuía características meandrantes, com tendência de evolução para um padrão entrelaçado. As medidas adotadas para mitigar os impactos no sistema fluvial se mostraram muitas vezes inadequadas representadas, por exemplo, pela utilização de enrocamento em margens convexas dos meandros. A análise de sensibilidade em imagens anteriores à ruptura da Barragem de Fundão, utilizando diferentes dados e metodologias, permitiu a definição dos fatores da USLE. Nesta análise de sensibilidade, com relação ao fator erosividade, notou-se que as diferenças de valores médios são muito mais afetadas pela seleção da equação de erosividade do que pelo emprego dos dados provenientes de satélite ou de séries históricas pluviométricas completas. Quanto ao fator topográfico, observou-se que uma menor resolução do modelo digital de elevação (MDE) resulta em taxas de erosão 52% maiores do que aquelas obtidas com um MDE de resolução de maior detalhe. Além disso, a variação do algoritmo empregado (álgebra de mapas, fluxo único ou fluxo múltiplo) resulta em valores médios de erosão com diferenças de até 91%. Dessa forma, para a avaliação das taxas de erosão necessárias à esta pesquisa, o fator topográfico foi obtido a partir de um MDE com resolução de 10 m, considerando o algoritmo de direção de fluxo múltiplo. O fator erosividade foi determinado utilizando dados de precipitação de 62 estações pluviométricas situadas na área delimitada pela Bacia Hidrográfica do Rio Doce. O mapa de solos que contempla a área de estudo, elaborado pela Universidade Federal de Viçosa, aliado à bibliografia e informações fornecidas pela Fundação Renova, permitiram a determinação do fator erodibilidade dos solos e rejeitos. Os fatores de cobertura do solo e de prática conservacionista foram obtidos por meio do Índice de Vegetação de Diferença Normalizada aplicado em 26 imagens do satélite Landsat 8. A maior taxa de erosão foi identificada na imagem de satélite que representa o cenário logo após o rompimento da Barragem de Fundão, correspondendo a uma aumento de cerca de 23% quando comparado com os resultados obtidos na imagem de outubro de 2015. No entanto, a imagem obtida em junho de 2020, que retrata características mais atuais dessa área, indica uma diferença de pouco mais de 1% da taxa de erosão com relação ao cenário anterior ao evento de ruptura. Por sua vez, a avaliação do potencial natural à erosão indica um aumento de aproximadamente 5% na taxa de erosão após o rompimento da Barragem de Fundão. Com relação às medições associadas ao transporte de sedimentos, apenas uma estação de monitoramento mantida pela Fundação Renova possui informações relacionadas às descargas de sedimentos em suspensão, sedimentos de fundo e sólida total, com dados disponíveis apenas a partir de outubro de 2017. Considerando essa estação de monitoramento como exutório da bacia hidrográfica, notou-se que a taxa de erosão é 105 vezes maior do que a descarga sólida total determinada para essa estação. Além de um adequado gerenciamento de riscos associados às estruturas de disposição de rejeitos, ressalta-se a importância de um planejamento e gestão do solo e da água, visando a implementação de estratégias para mitigação dos efeitos das ações antrópicas no meio ambiente. |
| Abstract: | Changes in the hydrological cycle and in the contribution of sediments result in different responses of the fluvial system in the search for a new state of geomorphological equilibrium. When this contribution is the result of the collapse of a tailings dam, understanding the response of the fluvial system is essential for defining the strategies used to restore the impacted water courses. Thus, this research aimed to establish a methodology, based on the use of the Universal Soil Loss Equation (USLE), for the evaluation of the temporal evolution of marginal erosion and sediment dynamics of river systems, using as a reference the case study of the river system affected by the rupture of the Fundão Dam, Mariana (MG). The geomorphological characterizations and the evaluation of the hydrogeomorphological impacts triggered in this fluvial system were also sought. For this, the fluvial patterns were characterized through satellite images prior to the rupture event. The analysis of hydromorphological impacts was carried out through satellite images and field surveys. Soil loss estimation was performed using the USLE, while sediment transport assessment was performed using monitoring data from stations maintained by the National Water and Sanitation Agency, Minas Gerais Institute for Water Management and Renova Foundation. It was noted that the river system, before the Fundão Dam rupture, had meandering characteristics, with a tendency to evolve towards an intertwined pattern. The measures adopted to mitigate the impacts on the river system often proved to be inadequate, represented, for example, using rip rap on the convex edges of the meanders. Sensitivity analysis on images prior to the Fundão Dam failure, using different data and methodologies, allowed the definition of USLE factors. In this sensitivity analysis, about the erosivity factor, it was noted that the differences in mean values are much more affected by the selection of the erosivity equation than using data from satellite or complete rainfall historical series. As for the topographic factor, it was observed that a lower resolution of the digital elevation model (DEM) results in erosion rates 52% higher than those obtained with a higher-detailed DEM. Furthermore, the variation of the employed algorithm (map algebra, single stream, or multiple stream) results in average erosion values with differences of up to 91%. Thus, to evaluate the erosion rates necessary for this research, the topographic factor was obtained from a DEM with a resolution of 10 m, considering the multiple flow direction algorithm. The erosivity factor was determined using precipitation data from 62 rainfall stations located in the area delimited by the Rio Doce Hydrographic Basin. The soil map that includes the study area, prepared by the Federal University of Viçosa, together with the bibliography and information provided by the Renova Foundation, allowed the determination of the soil and tailings erodibility factor. The soil cover and conservation practices factors were obtained through the Normalized Difference Vegetation Index applied to 26 Landsat 8 satellite images. The highest erosion rate was identified in the satellite image that represents the scenario shortly after the rupture of the Fundão Dam, corresponding to an increase of about 23% when compared to the results obtained in the October 2015 image. However, the image obtained in June 2020, which depicts more current characteristics of this area, indicates a difference of little more than 1% of the erosion rate with respect to the scenario prior to the failure event. In tu rn, the assessment of the natural erosion potential indicates an increase of approximately 5% in the erosion rate after the Fundão Dam failure. Regarding the measurements associated with the transport of sediments, only one monitoring station maintained by the Renova Foundation has information related to the discharges of suspended sediments, bottom sediments and total solid, with data available only from October 2017. Considering this station of monitoring as an outlet of the hydrographic basin, it was noted that the erosion rate is 105 times greater than the total solid discharge determined for this station. In addition to adequate risk management associated with tailings disposal structures, the importance of soil and water planning and management is highlighted, aiming at the implementation of strategies to mitigate the effects of human actions on the environment. |
| Asunto: | Engenharia sanitária Recursos hídricos - Desenvolvimento Transporte de sedimento Barragens de rejeitos Transporte de sedimento |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Sigla da Institución: | UFMG |
| Departamento: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL |
| Curso: | Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos |
| Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/47355 |
| Fecha del documento: | 17-mar-2022 |
| Aparece en las colecciones: | Teses de Doutorado |
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