Modelagem hidrológica e hidrodinâmica do Rio Guaraguaçu

Abstract

Resumo: A bacia do rio Guaraguaçu, inserida na Bacia Hidrográfica Litorânea do Paraná, abrange uma área de 311 km². O rio Guaraguaçu enfrenta desafios ambientais, como efluentes de drenagem urbana provenientes da cidade de Pontal do Paraná, além da presença de espécies invasoras, como as Urochloa arracta. Este contexto motivou a realização de um acoplamento de modelos hidrodinâmicos e hidrológicos em dois cenários distintos, visando mensurar a intrusão salina e os processos de renovação das águas no rio Guaraguaçu. A modelagem hidrológica foi realizada a partir do modelo Soil & Water Assessment Tool (SWAT), com o período de calibração para o ano hidrológico de 08/2008 a 07/2009, obtendo resultados satisfatórios. A definição dos cenários de modelagem hidrodinâmica foi feita a partir dos dados hidrológico, sendo o cenário seco para o mês de 07/2022 e o cenário chuvoso para o mês de 02/2020. O acoplamento entre os modelos hidrodinâmicos foi entre o rio Guaraguçu e o Complexo Estuarino de Paranaguá, com malhas sobrepostas. A elevação da superfície livre foi o principal forçante para o domínio simulado, tendo sua variação nas regiões mais internas do rio Cambará no cenário seco. No cenário chuvoso há um amortecimento dos valores da elevação da superfície livre, ocasionado pelo aumento das vazões. Os resultados mostram um comportamento de vazante em quase todas as regiões do domínio modelado. Somente a região mais próxima da embocadura, no cenário seco, teve comportamento de enchente nos períodos de sizígia. Os valores do escoamento residual para um período de 48 horas, a sizígia e a quadratura apresentaram menores velocidades no cenário seco. A taxa de renovação e idade da água tiveram comportamento semelhante para os cenários, com menores valores no cenário chuvoso. O resultado do tempo de residência indica que, no cenário seco, as partículas não conseguem sair do domínio, enquanto para o cenário chuvoso, as partículas são mais facilmente transportadas, saindo do domínio.

Abstract: A Guaraguaçu River basin, located within the Paraná Coastal Hydrographic Basin, covers an area of 311 km². The Guaraguaçu River faces environmental challenges such as urban drainage effluents from the city of Pontal do Paraná and the presence of invasive species like Urochloa arracta. This context motivated the coupling of hydrodynamic and hydrological models in two distinct scenarios to assess saline intrusion and water renewal processes in the Guaraguaçu River. Hydrological modeling was performed using the Soil & Water Assessment Tool (SWAT), calibrated for the hydrological year from 08/2008 to 07/2009, yielding satisfactory results. Hydrodynamic modeling scenarios were defined based on hydrological data, with a dry scenario for July 2022 and a rainy scenario for February 2020.The coupling between hydrodynamic models involved the Guaraguçu River and the Paranaguá Estuarine Complex, with overlapping meshes. The free surface elevation was the main driver for the simulated domain, with its variation in the inner regions of the Cambará River in the dry scenario. In the rainy scenario, there was a damping of free surface elevation values due to increased flow rates. Results show a downstream flow behavior in almost all regions of the modeled domain. Only the region closest to the river mouth, in the dry scenario, exhibited a flood behavior during spring tide periods. Residual flow values for a 48-hour period during spring tide and neap tide showed lower velocities in the dry scenario. The water renewal rate and water age exhibited similar behavior for both scenarios, with lower values in the rainy scenario. The residence time result indicates that, in the dry scenario, particles cannot leave the domain, while in the rainy scenario, particles are more easily transported, exiting the domain.