Hydrogeomorphological characterization of a canyon river in southern Brazil : a specific type of a mountain river

Mountain rivers are presented on all continents, representing an important portion of the territories. During the last decades, their utilization has been increasing by many objectives, such as tourism, recreation, water supply, and land use. However, mountain rivers are less studied than alluvial rivers, even though extreme hydrological events used to reach these areas and cause damages in the mountain environments. Furthermore, when considering rivers carved on canyons, the studies are even more scarce. For this reason, the present dissertation aims to identify relevant parameters for characterizing mountain rivers. In addition, it seeks to perform a hydrogeomorphological characterization of a canyon river located in Southern Brazil, which is part of the most extensive canyon chain in South America, inserted in the Aparados da Serra National Park. It was performed an extensive literature review on mountain rivers. Also, field surveys, computational modeling, and statistical analysis were conducted to realize the characterization. The field surveys include measurements on topography, bathymetry, discharge, grain size distribution, and geomorphic units in three reaches of the Boi River. Furthermore, distinct conditions of flow resistance in the three considered reaches along the Boi River were evaluated. The results indicate that canyon rivers are those rivers under the direct influence of canyon environments concerning sediment supply processes, sediment transport, grain size distribution, geomorphic patterns, and hydraulic conditions. In addition, canyon, transition, and floodplain landscapes present different behaviors in terms of river morphometry. Thus, canyon rivers are not restricted to those rivers presented in the canyon landscape but also those in the transition to alluvial rivers. The canyon influence decreases from upstream (close to the gorge) to downstream (towards the floodplain). Also, the canyon landscapes present higher resistance to flow than floodplain landscapes. As the differences are remarkable, it evidences the hydrogeomorphological differences among reaches in the same river.Rios montanhosos estão presentes em todos os continentes, representando uma boa porção dos territórios. Ao longo das últimas décadas, sua utilização vem aumentando com diversas finalidades, tais como turismo, recreação, manancial de água e ocupação territorial. No entanto, rios montanhosos são menos estudados que rios de planície, embora eventos hidrológicos extremos possam apresentar maior potencial de dano no ambiente montanhoso. Quando considerado rios montanhosos escavados em cânions, esses estudos são ainda mais escassos. Por essa razão, a presente tese buscou identificar parâmetros necessários para caracterizar um rio montanhoso, além de realizar a caracterização hidrogeomorfológica de um rio de cânion localizado no sul do Brasil, o qual faz parte da maior cadeia de cânions da América do Sul e que está inserido na área do Parque Nacional de Aparados da Serra. Para tal, foi realizada uma extensiva revisão bibliográfica, trabalhos de campo, modelagem computacional e análises estatísticas para realizar tal caracterização. Os trabalhos de campo envolveram medições topográficas, batimétricas, vazão, distribuição do tamanho de sedimentos e de unidades geomorfológicas de pequena escala em três trechos do rio do Boi, compreendido. Também foram avaliadas as diferentes condições de resistência ao fluxo nos três trechos. Os resultados indicam que rios de cânion são aqueles sob influência direta do ambiente de cânion em relação aos processos de suprimento de sedimentos, transporte de sedimentos, distribuição do tamanho de sedimentos, padrões geomórficos e hidráulicos. Além disso, cânion, transição e planície apresentam diferentes comportamentos em termos de morfometria dos rios. Desse modo, rios de cânion não são restringidos a rios presentes na paisagem de cânion, mas também aqueles na transição para rios aluviais. A influência do cânion decresce de montante (próximo às paredes do cânion) para jusante (em direção à planície). Além disso, os locais identificados como cânion apresentam maior resistência ao fluxo do que aqueles locais identificados como planície. Como as diferenças são consideráveis, fica evidenciado as diferenças hidrogeomorfológicas em diferentes trechos de um mesmo rio

Parâmetros relevantes para caracterização de rios montanhosos : revisão

Mountain rivers are situated in a large portion of the terrestrial surface, especially in headwaters regions, and have been used for various purposes such as recreation, sporting activities, water resources and hydroelectric power generation. However, hydrogeomorphic characteristics of mountain rivers are not fully understood. In this context, the present paper aimed to identify relevant parameters for characterizing rivers in these environments based on bibliographical review. It was identified which parameters have been used and how they have been used to characterize mountain rivers in distinct classifications. The most cited parameters were channel gradient, relation between river width and depth, entrenchment ratio, discharge, sediment transport and grain-size distribution. Also, the current situation related to researches in fluvial geomorphology in mountain rivers in Brazil was evaluated, and the strong need of field survey as basis for the best understanding of mountain fluvial dynamics and characterization was verified.Rios montanhosos estão presentes em uma grande porção dos territórios do planeta, especialmente nas regiões de cabeceiras, e vêm sendo utilizados para diversos fins, tais como recreação e atividades desportivas, mananciais de água e geração de energia hidrelétrica. Entretanto, suas características hidrogeomorfológicas ainda não são plenamente conhecidas. Neste contexto, o presente trabalho abordou os parâmetros relevantes necessários para caracterização de rios nestes ambientes a partir de revisão bibliográfica, em que se buscou avaliar o modo como os rios estavam sendo caracterizados e quais parâmetros hidrogeomorfológicos estavam sendo analisados em diferentes classificações. Os parâmetros mais comumente utilizados na caracterização de rios montanhosos são a declividade do canal, a relação entre largura e profundidade do rio, o grau de entrincheiramento do canal, a vazão, a carga de sedimentos e a granulometria dos sedimentos. Ainda, avaliou-se o cenário brasileiro no que tange a pesquisa em hidrogeomorfologia fluvial em rios montanhosos, constatando-se a necessidade de realizar mais atividades em campo para melhor entendimento da dinâmica fluvial montanhosa e caracterização fluvial

Parâmetros relevantes para caracterização de rios montanhosos : revisão

Mountain rivers are situated in a large portion of the terrestrial surface, especially in headwaters regions, and have been used for various purposes such as recreation, sporting activities, water resources and hydroelectric power generation. However, hydrogeomorphic characteristics of mountain rivers are not fully understood. In this context, the present paper aimed to identify relevant parameters for characterizing rivers in these environments based on bibliographical review. It was identified which parameters have been used and how they have been used to characterize mountain rivers in distinct classifications. The most cited parameters were channel gradient, relation between river width and depth, entrenchment ratio, discharge, sediment transport and grain-size distribution. Also, the current situation related to researches in fluvial geomorphology in mountain rivers in Brazil was evaluated, and the strong need of field survey as basis for the best understanding of mountain fluvial dynamics and characterization was verified.Rios montanhosos estão presentes em uma grande porção dos territórios do planeta, especialmente nas regiões de cabeceiras, e vêm sendo utilizados para diversos fins, tais como recreação e atividades desportivas, mananciais de água e geração de energia hidrelétrica. Entretanto, suas características hidrogeomorfológicas ainda não são plenamente conhecidas. Neste contexto, o presente trabalho abordou os parâmetros relevantes necessários para caracterização de rios nestes ambientes a partir de revisão bibliográfica, em que se buscou avaliar o modo como os rios estavam sendo caracterizados e quais parâmetros hidrogeomorfológicos estavam sendo analisados em diferentes classificações. Os parâmetros mais comumente utilizados na caracterização de rios montanhosos são a declividade do canal, a relação entre largura e profundidade do rio, o grau de entrincheiramento do canal, a vazão, a carga de sedimentos e a granulometria dos sedimentos. Ainda, avaliou-se o cenário brasileiro no que tange a pesquisa em hidrogeomorfologia fluvial em rios montanhosos, constatando-se a necessidade de realizar mais atividades em campo para melhor entendimento da dinâmica fluvial montanhosa e caracterização fluvial

Efeito do Tamanho dos Sedimentos Sobre a Área Atingida Por Fluxos de Detritos: Estudo de Caso da Bacia do Arroio Böni, Serra Gaúcha

The present paper aimed to evaluate the size sediment effects on runout area damaged by debris flow by using Kanako-2D in Böni Watershed, Serra Gaucha. This watershed presents a vast history of natural disasters, highlighting the events occurred in 1982 and 2000. The sediment sizes considered in the simulations and evaluated in terms of erosion, deposition and reached area were 0.15, 0.30, 0.50, 1.0, 1.3, 2.0 and 3.0 m. The sediment size strongly influenced on the erosion, deposition and total area reached by debris flow. Fine-grained sediments presented higher mobility, traveling greater distances and reaching larger areas than coarse-grained sediments. The obtained results confirm that Kanako-2D can be an important tool to predict susceptible areas to debris flow.O presente trabalho teve por objetivo avaliar o efeito do tamanho dos sedimentos sobre a área atingida por fluxos de detritos por meio do uso de Kanako-2D, utilizando como estudo de caso a bacia do arroio Böni na Serra Gaúcha. Tal bacia hidrográfica apresenta vasto histórico de recorrência de desastres naturais, em especial os ocorridos nos anos 1982 e 2000. Foram utilizados os diâmetros de 0,15, 0,30, 0,50, 1,0, 1,3, 2,0 e 3,0 m nas simulações e avaliadas as áreas de erosão e deposição, bem como a área total atingida. O tamanho dos sedimentos influenciou fortemente as áreas de erosão, deposição e a área total atingida. Sedimentos menores apresentaram maior mobilidade, percorrendo maiores distâncias e atingindo maiores áreas. Os resultados obtidos confirmam que a utilização de modelagem computacional na modelagem de fluxos de detritos pode ser importante ferramenta na predição de áreas susceptíveis a estes fenômenos

Análise geomorfométrica de uma bacia montanhosa com presença de cânion : estudo de caso da bacia do Rio Boi

The river channels and the drainage network play an essential role in landscape evolution. Hydrogeomorphic studies provide valuable information to understand river basins and their processes by identifying relevant morphometric factors within river systems. In this sense, the aim of the present study was to carry out a geomorphometric analysis of the Boi River basin. Inside the basin having the Canyon Itaimbeizinho, there are three remarkable parts, Plateau, Hillslope, and Alluvial Plain. For the three parts, Area (A), Length of the Main River (L), Drainage Density (Dd), River Frequency (Rf), Sinuosity of the Main River (Si), Mean Topographic Index (TIm), and Lineament Density (Lm) were determined. Also, the Box-Counting method was performed to analyze the fractal dimension of the drainage network (DF) and river channels (df). Relations between these variables were verified through Pearson correlation analysis and the adjusted coefficient of determination. Parameters such as A, Si, and TIm are related to drainage network development (DF). While Dd, Dr, and Lm were associated with the development of river channels (df). The study allowed identifying geomorphological characteristics that provide relevant information for analyzing the Boi River basin parts. Geomorphometric studies can complement risk management and prevention studies, applied in the identification of areas with danger potential for the community.Os canais fluviais e a rede de drenagem possuem um importante papel na evolução da paisagem. Estudos hidrogeomorfológicos fornecem informação valiosa para o entendimento das bacias hidrográficas e seus processos, uma vez que identificam fatores morfométricos relevantes dentro dos sistemas fluviais. Portanto, o objetivo deste trabalho foi caracterizar geomorfometricamente a bacia do Rio Boi e as regiões de Planalto, Encosta e Planície (SC/RS). Para as três regiões foram avaliados os fatores: Área (A), Comprimento do Rio Principal (L), Densidade de Drenagem (Dd), Densidade de Rios (Rf), Sinuosidade do Rio Principal (Si), Índice Topográfico médio (TIm) e Densidade de Lineamentos (Lm). Foi aplicada a metodologia de Box-Counting para avaliação da dimensão fractal da rede de drenagem (DF) e dos canais fluviais (df). Verificou-se mediante análises de correlação de Pearson e o coeficiente de determinação ajustado que A, Si e TIm estão relacionados com o desenvolvimento da rede de drenagem (DF), enquanto Dd, Rf e Lm estiveram mais associados ao desenvolvimento dos canais fluviais (df). O estudo permitiu a identificação de características geomorfológicas que fornecem informação relevante para a análise das diferentes regiões da bacia do Rio do Boi. Estudos geomorfometricos tem potencial de complementar estudos de manejo e prevenção de risco, aplicáveis na identificação de áreas com potencial perigoso para a comunidade

Sediment transport for nonuniform sediment mixtures: the Egiazaroff equation and its application in a canyon river in Brazil

Understanding the sediment yield and transport is one of the major topics of hydrosedimentology today. Although there are several methods to evaluate the incipient movement, the Shields model is mostly-used. However, the model proposed by Shields assumes that the sediments are uniform in an homogeneous and non-cohesive mixture. As such conditions are not easily found in nature, Egiazaroff proposed a sheltering coefficient, which considers the sediments in a non-homogeneous mixture in a wide range of granulometry. This coefficient allows correcting the Shields critical shear stress for nonuniform mixtures and can be used in mountain rivers, where the sediment size varies in several orders of magnitude. The equation proposed by Egiazaroff has been neglected for so many years in Brazil, and it is not mentioned in hydraulics or hydrosedimentology books . Thus, the present paper aimed to introduce the model proposed by Egiazaroff. Applying this equation to one natural river in a canyon, southern Brazil, the paper shows the good performance of this equation and recommends its use in mountain rivers in Brazil.A compreensão da produção e do transporte de sedimentos é um dos principais tópicos da hidrossedimentologia atualmente. Embora existam diversos métodos para avaliação de início de transporte de sedimentos, o modelo de Shields é largamente utilizado. No entanto, o modelo proposto por Shields pressupõe que os sedimentos apresentam tamanho uniforme em uma mistura homogênea e não-coesa. Como tais condições não são facilmente encontradas na natureza, Egiazaroff propôs um coeficiente de abrigo de sedimentos que considera os sedimentos em uma mistura não-homogênea em uma ampla faixa granulométrica. Esse coeficiente permite corrigir a tensão de cisalhamento crítica de Shields para misturas não-uniformes e pode ser utilizado em rios montanhosos, onde o tamanho dos sedimentos varia em várias ordens de magnitude. A equação proposta por Egiazaroff vêm sendo negligenciada há anos no Brasil, não sendo mencionada nos livros de hidráulica ou hidrossedimentologia. Assim, o presente trabalho teve como objetivo introduzir o modelo proposto por Egiazaroff aplicando esta equação a um rio natural de um cânion no sul do Brasil e indicar o seu uso, visto que os resultados demonstram um bom desempenho da equação