Densidade de drenagem e conectividade hidrológica em uma bacia de cabeceira na Lagoa do Peri

Abstract

A extensão da rede de drenagem pode variar sazonalmente ou entre eventos de precipitação, expressando-se como canais intermitentes e efêmeros. Os locais com ocorrência de escoamento podem se expandir, contrair e fragmentar, tornando a rede de drenagem ativa amplamente variável para diversas configurações topográficas, geológicas e climáticas. Apesar desse comportamento da hidrografia em bacias de cabeceira ser amplamente reconhecido, ainda é pouco clara a interação entre os processos de geração de escoamento superficial e os locais e frequência de ocorrência do escoamento nos canais. Esta dissertação avaliou a dinâmica da rede drenagem de uma vertente efêmera-intermitente e a conectividade através do escoamento superficial, em uma encosta da Lagoa do Peri, Brasil. Monitorou-se a ocorrência de escoamento superficial utilizando detectores de escoamento superficial, mediu-se o nível de água subterrânea e caracterizou-se as propriedades do solo. O monitoramento ocorreu de junho de 2018 até agosto de 2019, totalizando 44 períodos de precipitação. Para avaliar a dinâmica da drenagem calculou-se a densidade de drenagem ativa e a densidade de drenagem conectada através de matrizes de adjacência. Estes índices foram correlacionados através do coeficiente de Pearson com as variá- veis meteorológicas de precipitação total, intensidade máxima de chuva e índice de precipitação antecedente. Os limiares para a conexão da encosta com o exutório através do escoamento superficial foi avaliada através de uma modelo de regressão logística. A densidade de drenagem aumentou em até 22 vezes seu valor entre períodos, e foi maior que a rede de drenagem conectada, devido à fragmentação do fluxo. A densidade de drenagem teve correlação com a precipitação total e a intensidade máxima de 5 minutos dos períodos monitorados. Existe um limiar de precipitação total de 18 mm a partir do qual a encosta se conecta ao exutório através do escoamento superficial. O modelo de regressão logística confirmou a hipótese da dependência do limiar da densidade de drenagem conectada à precipitação total e à intensidade máxima de 5 minutos. As características fisiográficas e a profundidade do solo controlam os mecanismos de geração de escoamento, indicando ocorrência de escoamento por saturação próximo à superfície. A vazão nos canais se mantém até que as perdas superem a disponibilidade de água, tornando os rios efêmeros e fragmentados. Onde o solo é raso, o lençol profundo encontra o nível do canal e contribui com o fluxo por escoamento de retorno, caracterizando o canal como intermitente.

Abstract: The drainage network length can vary seasonally or between rainfall events, which in turn determines if a channel is intermittent or ephemeral. The streams can expand, contract and fragment, making the active drainage network variable for various topographic, geological and climatic configurations. Although this hydrographic behavior is widely recognized in headwater basins, the interaction between runoff generation processes and the locations and the frequency of occurrence of flow in the streams remain unclear. This thesis evaluates the drainage network dynamics of ephemeral and intermittent streams and their connectivity through surface runoff in a hillslope in the Peri?s Lagoon, Brazil. Surface runoff occurrence was monitored using overland flow detectors. Groundwater level was monitored, and soil proprieties were characterized. The monitoring period was from June 2018 to August 2019, with 44 periods of precipitation in total. To evaluate the drainage dynamics, the active drainage density and the connected drainage density were calculated by adjacency matrices. Such indexes were correlated using Pearson coefficient with the meteorological variables of total precipitation, maximum rainfall intensity and antecedent precipitation index. The threshold for hillslope connectivity with the outlet was evaluated using a logistic regression model. Drainage density increased up to 22 times between periods and it was higher than the connected drainage network due to streamflow fragmentation. Drainage density was correlated with total precipitation and maximum intensity of 5 minutes on monitored periods. There is a total precipitation threshold of 18 millimeters in which the slope connects to the basin?s outlet through surface runoff. Physiographic characteristics and soil depth control the overland flow generation, indicating the occurrence of saturation flow near the surface. The flow in the channels is maintained until the losses exceed the water availability, making the rivers ephemeral and fragmented. Where the soil is shallow, groundwater levels intersect the stream bed and contribute to the flow by return flow, and the channel becomes intermittent.