Surrogate technologies for suspended solid dynamics assessment in surface waters

Abstract

Resumo: De maneira geral, o termo solidos refere-se a materia que encontra-se suspensa ou dissolvida na agua, resultante dos processos erosivos que ocorrem na bacia hidrogra?ca, p ela e rosao d o l eito e d as margens o u q ue s ao c arreados p or escoamento super?cial. Os solidos podem ser formados por particulas minerais, organicas ou por uma combinacao desses, e sua dinamica em aguas super?ciais e sta vinculada a processos naturais e antropicos na bacia, tais como intemperismo ou pelas diferentes formas de uso do solo. Alem de questoes relativas ao meio ambiente, o conhecimento sobre sua dinamica e uma ferramenta fundamental na avalicao da viabilidade economica de diferentes projetos, tais como implantacao ou manutencao de uma hidrovia, de um porto, de um canal de irrigacao, na construcao de barramentos, entre outros. No entanto, apesar de todos os esforcos e investimentos para que seja estabelecida uma robusta rede de monitoramento, os metodos convencionais implantados na maioria dos postos nem sempre suprem a necessidade de informacoes, seja por questoes operacionais, analiticas ou de seguranca. Dessa forma, nos ultimos anos o uso de tecnologias alternativas para obter informacoes de solidos em aguas super?ciais vem sendo estimulado. Entre elas, tem-se o uso de metodos acusticos, uma tecnica nao intrusiva que permite quanti?car i ndiretamente o s solidos em suspensao em alta resolucao temporal e espacial. Assim sendo, propos-se no presente estudo o desenvolvimento de uma tecnologia do mapeamento dos solidos em suspensao usando medidas acusticas com um ADCP (Per?lador Acustico Doppler) para obter dados hidrosedimentologicos em sistemas loticos e lenticos, tendo como base o modelo da equacao modi?cada d o S ONAR p roposta p or U rick ( 1975). A ideia principal foi aplicar a metodologia que correlaciona a concentracao dos solidos suspensos com o sinal acustico em dois rios (rio Taquari, no Mato Grosso do Sul e no rio Passauna, no Parana) e, em seguida, aplicar as con?guracoes previamente estabelecidas nesses ambientes ao reservatorio do Rio Passauna (a jusante da secao considerada como ambiente lotico do Rio Passauna). Os resultados mostraram que os metodos aplicados a ambientes loticos, com um teor signi?cativo de s olidos nao coesivos e alta concentracao de solidos, podem ser estendidos ao ambiente lentico, com teor signi?cativo de s olidos mais ?nos (mais co esivos, propensos aos processos de agregacao e desagregacao) e baixa concentracao de solidos. Alem disso, os resultados mostraram que foi possivel medir e identi?car variacoes d e s olidos a o longo da coluna de agua dentro da secao transversal, em todos os locais de estudo e nas medicoes longitudinais, de montante para jusante, no ambiente lentico. Palavras-chave: Solidos. ADCP. Tecnologias-Alternativas. Ambientes-Lenticos.

Abstract: In general, solids refer to the matter that is suspended or dissolved in water. It can result from the erosive processes in the watershed, such as runoff, bank erosion or from the riverbed, it can be formed by mineral, organic particles or a combination of both. Its dynamics in surface waters is bound to natural and anthropic processes within the watershed, as weathering or land use. Besides the environmental issues, the knowledge about solid dynamics is a fundamental tool in the assessment of the economic viability of several projects, such as the establishment and/or maintenance of a hydro way, a harbor, an irrigation canal or even the construction of a dam, for energy or water supply. However, despite all efforts and investments to obtain solid information through a robust sedimentometric network, conventional methods still do not always supply the needed information, either by operational, analytical or safety issues and because of it, the use of alternative technologies to obtain solid information in surface waters has been encouraged. Among them, it has been rising the use of acoustic methods, which are a non-intrusive technique that allows indirect quanti?cation of suspended solids in high temporal and spatial resolution. Therefore, the proposed research aims to apply the existent methods based on the formulations proposed by Urick (1975), of the modi?ed SONAR equation and validate a ?eld-scale solid mapping technology using acoustic measurements with an ADCP (Acoustic Doppler Current Pro?ler) to obtain sedimentometric data in lotic and lentic systems. The main idea was to apply the solid-acoustic correlation methodology in two rivers (Taquari River in Mato Grosso do Sul State and at Passauna River, in Parana) and then apply the established settings ?rst d eveloped f or t he l otic environment, in a lentic environment: Passauna Reservoir (in the same watershed as Passauna River). Results have shown that the methods applied to lotic environments, with mostly non-cohesive content and high solid concentration, can be extended to a lentic environment, with mostly cohesive content and low solid concentration. Also, the results shown that the method applied has accomplished the objectives and it was possible to measure and identify solid variation throughout the water column, in all study sites, and longitudinal measurements at the lentic environment. Key-words: Solids. ADCP. Surrogate-Tecnologies. Lentic-Environment.