1A dinâmica nos ambientes fluviais acarreta mudanças nos padrões de produção, transporte e deposição de sedimentos ao longo do curso de um rio com o decorrer do tempo (Silva, 2012). Entender essa dinâmica é de extrema importância, uma vez que os corpos hídricos atendem diversas necessidades humanas. Eles são utilizados como vias naturais de transporte, fonte de alimentos e produção de energia elétrica.

2As alterações no leito dos rios obedecem a uma dinâmica condicionada por forças naturais que podem ser afetadas pela ação humana. No último século, essas alterações refletem a extensiva e intensiva ação do homem sobre os ambientes fluviais, de tal modo que as atividades antrópicas passaram a contribuir, não só para degradação do meio natural, mas também para aceleração do processo de alteração das bacias fluviais, levando à intensas e impactantes modificações na paisagem em pequenos intervalos de tempo. A forma com que esses impactos ocorrem nos corpos hídricos podem ser classificados como direto e indireto. Os impactos indiretos ocorrem quando as ações antrópicas derivadas da urbanização causam mudanças na capacidade do canal e nos processos fluviais. Os efeitos diretos decorrem das obras de engenharia construídas no interior dos cursos fluviais, como construção de barragens, hidrelétricas e desvios, causando mudanças na dinâmica de canais fluviais (Pereira, 2014; Girão e Barros, 2015).

3A instalação de empreendimentos em corpos hídricos para a geração de eletricidade tem sido frequente por conta da crescente demanda por energia elétrica. No Brasil, as usinas hidrelétricas são responsáveis pela geração de mais de 75% da eletricidade do País (ANEEL, 2017). Visando o menor impacto na instalação desses empreendimentos, novos conceitos de hidroelétricas estão sendo adotados em todo território nacional. As Pequenas Centrais Hidroelétricas (PCHs) são projetadas para operar com menor caudal, diminuído assim, as áreas de alagamento, e consequentemente, os impactos ao seu entorno. No entanto, mesmo com a implantação de novas tecnologias, é reconhecido o potencial degradante desses empreendimentos (Latini e Pedlowski, 2016).

4Diversos trabalhos mostram que as usinas hidrelétricas constituem fontes renováveis de energia, no entanto, a construção de barragens pode causar impactos ecológicos e sociais significativos, tanto a jusante como a montante (Greathouse et al., 2006; Goldemberg e Lucon, 2007; Manyari e Carvalho, 2007). Uma consequência possível é que a instalação desses empreendimentos em um corpo hídrico pode afetar o processo natural de transporte e deposição de sedimentos ao longo do canal fluvial, além de inundar áreas, causando o deslocamento de comunidades humanas, e aumento de surtos de parasitas (Greathouse et al., 2006; Buiatti e Paulo, 2010).

5Apesar dos diversos problemas relacionados ao licenciamento ambiental, em 2007 foi autorizada a construção do Complexo Hidrelétrico do Rio Madeira, que é constituído por duas usinas (Usina Hidrelétrica de Jirau - UHE de Jirau, e a Usina Hidrelétrica de Santo Antônio - UHE de Santo Antônio), no estado de Rondônia (Fearnside, 2014; Fearnside, 2019). A construção da UHE de Santo Antônio e da UHE de Jirau ocorreu em 2008. O complexo foi oficialmente concluído em janeiro de 2017, com um potencial instalado de 7.480 MW (ANEEL, 2017).

6Esses empreendimentos foram idealizados para suprir, principalmente, a demanda de energia da região Sudeste do Brasil. Embora sua implantação seja de grande importância estratégica para o desenvolvimento econômico brasileiro, uma vez que a construção das usinas faz parte de uma macropolítica, cujo objetivo é integrar obras de infraestrutura que compõe o eixo Norte-Sul (Cavalcante e Santos, 2012), tais empreendimentos podem causar uma série de interferências no padrão da rede de drenagem, como por exemplo, mudanças dramáticas na estrutura e função física, química e biológica de rios e córregos (Sousa, 2000; Greathouse et al., 2006). Avaliações abrangentes sobre os impactos ambientais ocasionados pela implantação de barragens são raras, principalmente em regiões tropicais, onde frequentemente são restringidas pela disponibilidade limitada de informações (Finer e Jenkins, 2012).

7Nesse contexto, esse trabalho avaliou a morfologia fluvial e a dinâmica de sedimentos suspensos a jusante do complexo hidrelétrico do rio Madeira, entre a área urbana do município de Porto Velho, no Estado de Rondônia, e o Município de Humaitá, no estado do Amazonas.

Material e Métodos

Área de estudo

8A área onde foi desenvolvido esse estudo compreende o trecho no rio Madeira entre os limites urbanos dos municípios de Porto Velho, no estado de Rondônia e de Humaitá, no estado do Amazonas, localizado na região norte do Brasil, sob as coordenadas geográficas de 7º30’22” Sul e 63º01’15”W a 07º59'77,1"S e 61º39'51,2"W (Figura 1).

9O clima na região é quente e úmido com estação seca pouco pronunciada. A temperatura média anual varia entre 25ºC e 27°C, a umidade relativa do ar fica em torno de 85%. A precipitação pluviométrica média anual situa-se na faixa de 2.400 mm. O período mais chuvoso vai de janeiro a março, com precipitações mensais entre 300 e 350 mm, enquanto a época mais seca ocorre de junho a agosto, com médias mensais em torno de 50 mm (Duarte e Silva Filho, 2019).

10O rio Madeira é um tributário da margem direita do Rio Amazonas, tendo sua nascente na Cordilheira dos Andes, onde recebe o nome de rio Mamoré. É um rio caudaloso de águas barrentas podendo apresentar em grande parte do seu treco largura superior a 1 km (Teixeira e Maia, 2009). No trecho considerado nesse estudo, o rio exibe dois picos hidrológicos bem definidos, caracterizados por níveis mais altos de água no período mais chuvoso (janeiro a março) e níveis mais baixos no período de menores índices de pluviosidade (julho a setembro). Na área urbana do município de Porto Velho-RO, o rio apresenta vazão média de 41,30 m³.s^-1, e profundidade média de 11,50 metros. Já na área urbana do município de Humaitá, a vazão média é de 52,40 m³. s^-1, mas a profundidade atinge 17,50 m (HidroWeb, 2018).

11Os sistemas de geração de energia adotado na construção das barragens de Santo Antônio e Jirau no rio Madeira denominado “fio d’água”, sendo cada uma construídas em diferentes períodos. A UHE de Santo Antônio, localizada sob coordenadas geográficas 8°47’52.17” S e 63°57’6.68” O, cerca de 5 km da área urbana do município de Porto Velho, deu-se início o processo de construção em setembro de 2008, e em 2011 o reservatório começou armazenar água, dando início a operação da primeira turbina de geração de energia em 30 de março de 2012, o funcionamento efetivo da hidrelétrica deu-se em novembro de 2016, com um total de 50 turbinas em funcionamento. A construção da UHE de Jirau (sob coordenadas 9°15’53.97”S e 64°38’59.87”O) localizada cerca de 100 km distante da UHE de Santo Antônio deu-se início o processo de construção em junho de 2009, com inicio de armazenamento de água em outubro de 2012, e funcionamento da primeira turbina em setembro de 2013. O funcionamento efetivo da hidrelétrica deu-se em dezembro de 2016, com 50 turbinas em funcionamento (Santos et al., 2018).

Obtenção e Processamento dos Dados

12Para avaliar as possíveis alterações na morfologia fluvial na área de estudo, foi realizado um mapeamento do uso e ocupação do solo com base em imagens do sensor orbital Landsat 5 e 8 entre 1984 a 2018. As cenas foram obtidas junto ao banco de dados do Serviço Geológico dos Estados Unidos-USGS (website Earth Explorer). O período de estudo contemplou os anos de 1984, 1991, 2001, 2011 e 2018. A Tabela 1 apresenta as principais características das cenas utilizadas.

13Para seleção das cenas sob a orbita ponto (232/65 e 232/66), levou-se em consideração o menor percentual de cobertura de nuvens. Desse modo, foram obtidas cenas entre os meses de junho a setembro, justamente no período em que tradicionalmente o Rio Madeira apresenta menores vazões nos pontos de medição localizados nas áreas urbanas dos municípios de Porto Velho e Humaitá, conforme dados fluviométricos nas respectivas estações (dados não publicados mas disponíveis no banco de dados do HYBAM).

14O processamento de dados foi realizado com auxílio do software QGIS 3.2.0 “Borton”, com o qual foi delimitada uma área de contorno (no formato Shapefile) ao longo do curso do corpo hídrico (906,423 km²), que serviu como limite para realizar o recorte da área de interesse. As cenas originais foram reprojetadas para o sistema de referência de coordenadas Universal Transversal de Mercator/UTM, base de referência SIRGAS 2000, Zona 20S. Em seguida, foi realizada a correção atmosférica pelo método DOS1 (Dark Object Subtraction), conforme descrito por Leroux et al. (2018), posteriormente, foi realizada uma composição colorida (3R, 4G e 5B para o Landsat-5 e 4R, 5G e 6B para o Landsat-8) com intuito de identificar os alvos amostrais com maior facilidade.

15A classificação supervisionada das imagens orbitais foi realizada com auxílio do Semi Automatic Classification Plugin (versão 6.2.2 – Greenbelt), de acordo com o método descrito por Duarte e Silva (2019), e aplicando o classificador máxima verossimilhança (MAXVER). O método MAXVER calcula a probabilidade de distribuição para as classes, relacionadas ao teorema de Bayes, estimando-se um pixel pertence a uma classe de cobertura do solo. Em particular, as distribuições de probabilidade para as classes são assumidas como forma de modelos normais multivariados (Richards e Jia, 2006). A função discriminante descrita por Richards e Jia (2006), é calculada para cada pixel de acordo com a Equação 1:

16Onde corresponde as classes, o vetor de assinatura espectral de um pixel; a probabilidade que a classes correta seja ; o determinante da matriz de covariância dos dados na classe k; corresponde ao inverso da matriz de covariância, e corresponde ao vetor de assinatura espectral da classe. Em seguida, foi feita a avaliação do índice Kappa que é uma medida de concordância que fornece uma ideia do quanto as observações se afastam daquelas esperadas, indicando, assim o nível de precisão (McHugh, 2012)

17A avaliação da Concentração de Sólidos em Suspensão (CSS) foi realizada a partir de dados obtidos junto ao Serviço de Observação dos Controles Geodinâmico, Hidrológico e Biogeoquímico da erosão/alteração e dos transportes de matérias nas bacias dos rios Amazonas (HYBAM, 2018). Devido à ausência de registros para os anos de 1984 e 1991, foram obtidos dados apenas para os anos de 2001, 2006, 2011 e 2018 nas estações localizadas na área urbana dos municípios de Porto velho e Humaitá, sob geocódigo 15400000 e 15630000 respectivamente.

18Os dados de CSS foram submetidos à análise de variância (ANOVA) e teste de Tukey (5%) para verificar ocorrência de alterações significativas ao longo do período avaliado. A análise foi delineada em um esquema fatorial duplo (4x12), considerando quatro anos e doze meses. As análises foram realizadas em linguagem de programação R (R CORE TEAM, 2019).

Resultados e Discussão

Análise do uso do solo e dinâmica de bancos de areia fluvial

19A Tabela 2 apresenta as classes definidas e identificadas por meio da classificação supervisionada das imagens para os anos de 1984, 1991, 2001, 2011 e 2018, bem como os indicadores de qualidade da classificação.

20Com os dados obtidos para o ano de 1984, foi possível notar que 57,80% da área estudada estava ocupada por floresta, 40,09% por água, 1,14% refere-se à pequenas áreas antropizadas, às margens do corpo hídrico e pequenas vicinais, os demais 0,98% correspondiam às áreas ocupadas por bancos de areia fluvial, às margens do rio e ao entorno de pequenas ilhas. Nesse primeiro período de análise, é importante chamar a atenção para condições em que o corpo hídrico se encontrava, uma vez que as demais considerações foram feitas tomando-se esse ano como referência.

21No período compreendido entre 1984 a 1991, observou-se um aumento de 50% nas áreas ocupadas por banco de área fluvial em relação ao período anterior, tomando-se o valor do incremento em relação ao valor inicial como base, atingindo cerca de 1,47% do total no ano 1991. É importante destacar o crescimento significativo da classe de uso do solo por atividade antrópica, que teve um aumento de 155% no mesmo período considerado. Tal resultado é explicado, principalmente, pelo maior número de novas vicinais e ao desflorestamento da área ao logo do trecho estudado.

22A tendência de redução de área ocupada por floresta foi observada para o ano de 2001, onde a redução dessas áreas foi acompanhada pelo aumento de bancos de areia fluvial e áreas antropizadas. Nesse período, as áreas ocupadas por bancos de areias passaram de 1,47% no ano de 1991 para 2,62% em 2001, enquanto as áreas antropizadas passaram de 2,90% para 3,10% no ano de 2001.

23O momento no qual ocorreram maiores alterações no canal fluvial foi no ano de 2011, sendo que as modificações estruturais realizadas para a implementação do complexo hidrelétrico do rio Madeira podem ser apontadas como responsáveis pelas modificações observadas. Nota-se que as áreas ocupadas por bancos de areia fluvial mais que dobraram em relação aos períodos anteriores, saindo de 2,62%, em 2001, atingindo o valor de 5,42% em 2011. Esse aumento ficou distribuído, principalmente entre as margens de pequenas ilhas, e próximo as curvas do rio.

24O aumento observado no período entre 2001 e 2011 foi confirmado em 2018, pois nota-se que os percentuais observados para as áreas ocupadas por bancos de areia fluvial aumentaram significativamente. Em 2018 essas áreas totalizaram 53,12 km² no trecho considerado para o estudo, ou seja, um aumento de 478% entre 1984 a 2018. Coincidentemente ou não, esse aumento pode ter ocorrido após o início da construção dos empreendimentos hidrelétricos.

25Para confirmar essa hipótese, é necessário avaliar a dinâmica de banco de areia fluvial em função da data de aquisição das imagens de satélite, pois, a distribuição espacial e extensão do banco de areia são altamente influenciados pela vazão e pela quantidade sólidos em suspensão transportados. Dessa forma, a Tabela 3 apresenta a data de aquisição das cenas, bem como o percentual de área ocupada por água, e a cota e vazão média do rio Madeira em Porto Velho/Humaitá para cada ano avaliado.

26Em 2018 foi observado o menor volume caudal do rio, nesse período a menor cota e vazão observada pode ser o responsável pela maior área exposta de banco de área fluvial identifica pelo mapeamento. Entretanto, o comportamento oposto não foi observado. Por exemplo, em 2011 observou-se valores superiores de cota/vazão em relação a 2001, mesmo assim, as áreas ocupadas por banco de areia fluvial foram maiores em 2011 que no período anterior, ou seja, nesse período avaliado, a área ocupada por banco de areia fluvial não está estritamente relacionada a cota/vazão do rio, mas provavelmente a dinâmica do canal fluvial.

27Estudos anteriores indicaram uma redução no coeficiente de escoamento superficial na bacia do Alto rio Madeira, principalmente no período da estação seca, durante a estação de águas baixas entre os meses de agosto a outubro (Molina-Carpio, 2017; Espinoza et al., 2019). Nesse caso, as tendências de redução de vazão do rio no período de seca podem estar influenciando no transporte e deposição de sedimentos, uma vez que o rio não tem vazão suficiente para transportar os sedimentos na região de planície (Espinoza et al., 2019).

28Quando se trata de formação de depósito de sedimentos, os bancos de areia fluviais desempenham um papel fundamental na determinação da morfologia dos canais fluviais, além de afetarem o padrão do curso de água (Manyari e Carvalho, 2007). Esse efeito pode ser observado na Figura 2 e 3, a qual apresentam as classes de uso do solo em recortes na área de estudo. Esses recortes auxiliam na caracterização da dinâmica de bancos de areia fluviais que ocorreu em toda área ao longo do período avaliado.

29Na Figura 2, observa-se a evolução dos locais ocupados por bancos de areia fluvial em um recorte espacial cerca de 40 km da área urbana do município de Porto Velho-RO, no qual é possível se observar que o trecho destacado apresentava uma considerável quantidade de bancos de areia já no ano de 1984, além de uma quase imperceptível interferência antrópica. Nos períodos seguintes (1991, 2001, 2011 e 2018) observar-se acúmulos consideráveis de sedimentos nesse local, e em último estágio, no ano de 2018 onde os primeiros bancos de areia fluvial formados em 1984 já se encontram ampliados e consolidados, e em alguns casos, com presença de cobertura vegetal estável. Além do mais, é possível notar que a alteração antrópica passou a ser notória nessa na área, principalmente na região oeste localizado a margem direita do rio Madeira.

30No recorte espacial apresentado na Figura 3, localizado cerca de 80 km da área urbana do município de Humaitá-AM, também foi observado o aumento das áreas ocupadas por bancos de areia fluvial, bem como a presença de atuação antrópica nas proximidades do corpo hídrico. Nesse recorte, os locais ocupados por bancos de areia no ano de 1984 somavam uma área de 0,76 km², e em 2018 atingiram 2,83 km².

31Pereira et al. (2015) observaram que antes da construção e funcionamento dos empreendimentos hidroelétricos no rio Madeira, o corpo hídrico possuía um padrão de transporte de sedimentos homogêneo, porém, após o estabelecimento dos empreendimentos observou-se que esse padrão foi alterado, assim como a velocidade de fluxo do canal fluvial. O autor também destaca o surgimento de problemas referente desmoronamentos de encostas do rio, principalmente em sua margem direita (Pereira et al., 2015; Rainey e Rainey, 2016). Tal fenômeno, conhecido como terras caídas traz como consequência o aumento do fluxo de sedimentos, o possível assoreamento do rio e o uma possível expansão da área inundada por conta da diminuição da profundidade do leito.

32Nosso grupo de pesquisa tomou para si a tarefa de desenvolver trabalhos de monitoramento dos impactos da construção do complexo hidroelétrico no rio Madeiro sobre sua dinâmica de sedimentação, esse é o primeiro de uma série que o grupo de Pesquisa Agricultura e Ambiente pretende desenvolver. A mudança na dinâmica de deposição só se tornará mais evidente com o passar dos anos, mas a alteração no fluxo de sedimentos expresso por meio da CSS já pode ser mensurada e analisada.

Concentrações de Sólidos em Suspensão (CSS)

33Parte dos sedimentos do rio Madeira é proveniente do processo de intemperização que atua nas Cordilheira dos Andes, outra parte decorre da movimentação dos sedimentos pela erosão fluvial, o fenômeno das terras caídas, anteriormente mencionado. Os altos índices de precipitação abastecem o fluxo de sedimentos, ricos em nutrientes e matéria orgânica da Amazônia, alimentando um ecossistema de várzea que está entre os mais produtivos da Terra (Finer e Jenkins, 2012). O impedimento do fluxo natural desse sistema de transporte de matéria pode significar uma perda gradativa da biodiversidade que por ele é favorecida, afetando a estabilidade não apenas da fauna e flora aquática e terrestre que dependem dessa dinâmica, mas também a vida de agricultores tradicionais que dependem de terras de várzea agricultáveis (Cavalcante e Santos, 2012).

34Pereira et al. (2015), analisando o fluxo de sedimentos no rio Madeira, observaram uma indicação de retenção de CSS no reservatório da Usina Hidrelétrica de Santo Antônio, provocando a descarga sólida total do curso d’água a montante do reservatório. Um problema direto decorrente desse fato reflete tanto a montante quanto a jusante. A montante, os sedimentos mais grossos, como a areia, tendem a migrar para o fundo do reservatório, funcionando como um segundo impedimento, o que pode ocasionar em “remanso superior”, e com isso o nível da água tende a aumentar a montante da barragem, alagando maiores extensões. A jusante, por sua vez, é afetada pela falta de sedimentos e nutrientes disponíveis retidos a montante (Finer e Jenkins, 2012; Fearnside, 2014).

35O estudo de impacto ambiental realizado por empresas responsáveis pela construção dos empreendimentos hidrelétricos estimava que o reservatório de Santo Antônio iria reter cerca de 19% de sedimento transportado pelo rio naquele trecho, por outro lado, Pereira et al. (2015) observou uma redução média de 45% dos valores observados a jusante do reservatório em relação aos observados a montante.

36A Tabela 4 apresenta os valores médios de CSS na estação de Porto Velho e Humaitá avaliados entre os anos de 2001 a 2018, bem como os resultados da análise de variância (ANOVA) entre as médias mensais dentro de cada ano.

37Para a estação localizada no município de Porto Velho, a análise de variância dos valores médios mensais não apontou diferença significativa de CSS nos meses de janeiro a agosto para nenhum dos quatro anos avaliados (com exceção de maio). O mesmo foi observado na estação localizada no município de Humaitá-AM, com exceção para o mês de fevereiro e dezembro. Nesse caso, os resultados obtidos pela análise estatística não indicam uma redução da concentração de CSS em função da construção do complexo hidrelétrico.

38A Figura 4 apresenta os valores médios mensais de vazão e concentração e CSS normalizados para a mesma ordem de grandeza (normalização pelo método Min-Max) para uma melhor compreensão da dinâmica de vazão/CSS ao longo do tempo.

39Observa-se que a dinâmica da CSS apresenta forte relação com a sazonalidade regional observado nas flutuações entre os meses de novembro a abril (período de cheia), e menores valores observados entre os meses de maio a outubro (período de seca), além do mais, observa-se que existe mudança na concentração de fluxo de CSS de ano para ano (variabilidade interanual), e períodos mais longos, com maior aporte de sedimentos, como observado entre 2001 a 2003 em Porto Velho, e anos com menores taxas como observados em 2015 e 2017 em Humaitá, caracterizando como tendências.

40Apesar da análise estatística não indicar uma redução significativa do aporte de CSS entre meses para o período de 2001 a 2018, analisando os gráficos escalonados é possível observar que ocorreu uma redução significativa no aporte de CSS em Humaitá entre 2005 a 2017, essa tendência não é observada na estação em Porto Velho, o que possibilita deduzir que parte desse material fica retido entre as duas estações de medição. Porém, em 2018 a concentração de CSS novamente apresentou um aumento, podendo ser caracterizado como uma tendência natural do rio, impossibilitando, até o momento, deduzir que a construção do complexo hidrelétrico é responsável por essa redução.

Considerações Finais

41Os impactos ocasionados pela construção de barragens em corpos hídricos são diversos e amplos, no entanto, a falta de dados sistemáticos e de longo prazo sobre o fluxo hídrico, nível da água, morfologia do canal fluvial e características de sedimentos de leito impendem análises detalhadas de ordem espacial e temporal.

42Esse trabalho avaliou a morfologia fluvial e dinâmica de sedimentos suspensos a jusante do complexo hidrelétrico do rio Madeira. Os resultados indicaram o aumento de áreas ocupadas por bancos de areia fluvial, além de perda de vegetação nativa por desmatamento impulsionado pela atividade agropecuária, tanto em áreas próximas as margens do rio, e nas proximidades do perímetro urbano de Porto Velho e Humaitá.

43Apesar da análise estatística sobre a concentração de CSS não permitir deduzir que a construção do complexo hidrelétrico no rio Madeira alterou a dinâmica de sedimentos no rio para o período avaliado, a analise indicou uma tendência de redução de CSS em Humaitá, que pode estar relacionada a variabilidade interanual de deposição do rio. O surgimento de bancos de areia e o estabelecimento de vegetação nesses locais indica a estabilidade desses ambientes, processo natural que ocorre em rios em estágio de formação.

Agradecimentos

44Os autores agradecem a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas - FAPEAM e a Universidade Federal do Amazonas-UFAM pelo auxílio financeiro concedido (auxílio n° PIB-E/0235/2017), ao Grupo de Pesquisa Agricultura e Ambiente do Instituto de Educação, Agricultura e Ambiente-IEAA-UFAM, e a United States Geological Survey e HYBAM pela disponibilidade dos dados.