Análise de Sedimentos

Quando os sedimentos não ficam suspensos, eles continuam adicionando camadas sobre camadas no fundo.

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Influência das tempestades na sedimentação

Lembre-se de uma época em que você olhou para um rio. Você notou as partículas de argila que se movem pela água e vão rio abaixo? Esses pequenos pedaços de solo erodido são chamados sedimento. 

Eles podem realmente fazer uma grande diferença para o rio e a área ao redor dele. Isso pode trazer benefícios ou danos também. 
Tempestades significativamente influenciam os rios aumentando o fluxo da água e sua velocidade, bem como a quantidade de sedimentos. Somente uma tempestade pode trazer metade do sedimento movido em um ano. 
Quando a água se move mais rápido, leva muito mais detritos da paisagem circundante. O movimento o suspende e torna o rio mais turvo. 
O sedimento suspenso é fácil de ver apenas por pegando a água do rio em um copo. Sem qualquer movimento, o sedimento vai se depositar no fundo. Esses depósitos sedimentados se transformam em lama que pode tornar o rio intransitável ou fluir para fora de suas margens eventualmente.

Efeitos dos sedimentos nos rios

 

Os efeitos dos sedimentos trazem vantagens e desvantagens aos locais circundantes. A parte boa é que os sedimentos são um bom recurso agrícola graças aos seus minerais. Uma quantidade razoável cria um solo rico em diferentes países e climas.
 
As coisas ficam complicadas quando há muita coisa acontecendo com o rio ou muito pouco. Essa falta de equilíbrio leva a consequências negativas.  Por razões de controle de inundação, este sentimento deve ser tomados longe, tipicamente com dragagem. As práticas agrícolas modernas dependem de rios e cursos d'água que não ultrapassam suas margens.
 
Quando uma tempestade provoca inundações, ela pode destruir tudo o que surgir no caminho do rio caudaloso. Depois da tempestade, também há uma quantidade enorme de lama com cheiro desagradável deixada ao redor que é muito difícil de se livrar.
 
Quando os sedimentos não ficam suspensos, eles continuam adicionando camadas sobre camadas no fundo. Muito disso pode transformar um reservatório em um impraticável que pode mal ser usado anymore.
 
Os sedimentos encontram o final da estrada no reservatório. Os reservatórios precisam de planos de dragagem ativos para manter os sedimentos de montante sob controle. Os sedimentos transportados por dragagem são gerenciados por meio de dragagem manuseio de lama usando pipelines de lama.

T
o construir um sistema de dragagem e bombeamento, a caracterização dos sedimentos é feita. Os sedimentos que ocorrem naturalmente contêm várias quantidades de agregados de lama, areia e cascalho. A separação de sedimentos de ocorrência natural em classes de sedimentos, com base na análise do tamanho do grão, requer que sejam definidos limites na quantidade de lama, areia e cascalho que cada classe contém. 

Classificação de sedimentos de ocorrência natural

Classificações de grãos de sedimentos, graus de sedimentos, graus de sedimentos compostos e agregados de sedimentos

Diretrizes para nomear e abreviar os componentes das classes sedimentares e não sedimentares e as propriedades dos substratos.

Uma classe de sedimento, conforme determinado pela análise do tamanho do grão, contém um ou mais dos componentes listados em A abaixo. Por exemplo, uma areia lamacenta de granulação grossa de cascalho (mgcgS) é uma classe de sedimento contendo três componentes, lama, cascalho e areia de granulação grossa, listados em ordem crescente de porcentagem de peso. Uma classe de sedimento, conforme determinado pela análise visual das imagens do fundo do mar, contém os componentes listados em B abaixo. Por exemplo, um cascalho de seixos rolados (pcG) é uma classe de sedimentos que consiste em seixos e seixos, não listados em ordem crescente de abundância. Uma classe não sedimentar listada em C abaixo é um depósito de concha ou um afloramento de rocha ou lama semiconsolidada. Um substrato sem camadas contém uma classe de sedimentos (por exemplo, areia lamacenta de grãos finos; mfgS) ou uma classe sem sedimentos (por exemplo, afloramento rochoso; R). As propriedades de mobilidade e estratificação do substrato estão listadas em D abaixo. Substratos em camadas contêm pelo menos duas classes de sedimentos ou uma classe de sedimentos e uma classe de não sedimentos (por exemplo, um folheado parcial de areia de granulação grossa ondulada em lama semiconsolidada imóvel (r_cgS / i_scM). Consulte a figura 5 e as tabelas 6 , 7 e 9 para um resumo das classes de sedimentos e não sedimentos. <, Menor que;>, maior que; ≤, menor ou igual a; ≥, maior ou igual a.

Classes de sedimentos baseadas na análise do tamanho do grão

Fontes de Sedimentos e Contaminação de Sedimentos

A dragagem de manutenção dos canais de navegação não cria sedimentos. Os sedimentos são produtos dos processos naturais de erosão, transporte e sedimentação do solo. Em qualquer bacia hidrográfica, as atividades humanas podem alterar esses processos de várias maneiras. As práticas agrícolas e florestais podem aumentar a erosão do solo. Esses usos do solo, juntamente com a urbanização, podem alterar a hidrologia geral da bacia hidrográfica, mudando os padrões de fluxo em córregos e rios. Mudanças nos fluxos junto com modificações na morfologia do riacho e do canal do rio podem alterar os padrões de erosão e deposição nesses canais.

Os sedimentos fluviais são aqueles que são transportados por rios e riachos. Canais de navegação aprofundados e dragagem de manutenção interrompem o fluxo natural de sedimentos fluviais para os Grandes Lagos. Muito do desenvolvimento humano em torno dos Grandes Lagos foi centrado em portos e portos localizados na foz dos rios. Em muitos casos, o canal natural do rio foi aprofundado em até seis metros. Os sedimentos transportados pelo rio são mais propensos a se depositar no fundo neste canal profundo, onde as correntes do rio são mais lentas.

Outro tipo de sedimento é a areia de grão fino. O movimento natural dessas areias ao longo da costa é chamado de deriva litorânea. Esses sedimentos arenosos se depositam em canais e portos profundos que se estendem até lagos.

A dragagem não cria contaminação de sedimentos. As características físicas dos sedimentos variam de acordo com a origem dos sedimentos, as propriedades do solo na bacia hidrográfica e a hidráulica do curso d'água. As características químicas dos sedimentos também irão variar, dependendo das características da bacia hidrográfica, a presença, tipo e número de fontes de contaminantes, incluindo:

• escoamento urbano e agrícola;
• transbordamentos / desvios de esgoto;
• descargas de águas residuais industriais e municipais;
• lixiviados de aterros sanitários / descargas de águas subterrâneas; • derramamentos de óleo ou produtos químicos;
• descargas ilegais;
• deposição de ar;
• produção biológica e;
• depósitos minerais naturais.

A taxa de deposição de sedimentos em canais de navegação aprofundados pode ser mitigada controlando os sedimentos na fonte por meio de práticas de conservação do solo, proteção e restauração de zonas úmidas e medidas para aliviar a erosão de margens e margens. Os níveis de contaminação em sedimentos também podem ser reduzidos por meio da prevenção da poluição de fonte pontual e não pontual e remediação de depósitos de sedimentos contaminados no local.

As reduções na descarga de sedimentos e poluentes em rios e afluentes devem incluir melhorias no tratamento de águas residuais, separação de sistemas de esgoto combinados, controles de poluição do ar, conservação do solo e prevenção de poluição difusa. Os esforços resultarão na redução dos níveis de contaminantes encontrados nos sedimentos. Na maioria dos portos, os sedimentos dragados hoje são significativamente mais limpos do que aqueles dragados há vinte ou trinta anos. No entanto, existe um lapso de tempo substancial entre a implementação dos controles de origem e o aparecimento de sedimentos mais limpos. Isso é causado pelo reservatório de contaminantes em sedimentos já existentes na hidrovia que migram lentamente para jusante. Consequentemente, a necessidade de dragar e gerenciar sedimentos contaminados deve continuar a longo prazo para obter melhores resultados. 

Agricultura e sedimentos

Em regiões agrícolas, as fontes de sedimentos incluem erosão de lençóis e riachos, desenvolvimento de ravinas e alargamento de valas de drenagem. Os campos agrícolas em bacias hidrográficas têm extensas redes de drenagem subterrânea e superficial. As entradas para as placas de drenagem são outra fonte de sedimentos e as taxas de escoamento aumentadas promovidas pela drenagem artificial podem aumentar a erosão do fluxo através das redes de bacias hidrográficas.

Contribuições da topografia de colinas para sedimentos

Encostas altas ou penhascos perto de rios ou afluentes podem ser uma grande fonte de sedimentos. . Os penhascos podem ser muito grandes, com mais de 50 m de altura e 100s de comprimento mínimo ao longo do riacho. A erosão em penhasco é causada pela erosão do rio na ponta do pé, que provoca a ruptura da encosta por queda de grãos, afundamento, ravina e queda de blocos. A taxa de erosão do penhasco também é influenciada pela estratificação das propriedades do material, como resistência, condutividade hidráulica e tamanho do grão, a orientação do penhasco e a quantidade de abastecimento de água subterrânea que pode determinar caminhos de infiltração e pressões perto da superfície do penhasco . Os penhascos que contribuem com a maior parte dos sedimentos para o rio são altos, úmidos, cortados ativamente pelo riacho, sem vegetação e compostos de camadas de sedimentos mais fracas.

Erosão e sedimentos de blefe

O controle da erosão escarpada exige, em última análise, a proteção da ponta do talude contra erosão e recuo futuros. Bluffs podem continuar a erodir e fornecer sedimentos ao rio por décadas após a proteção dos dedos do pé; o controle de drenagem e a revegetação de taludes são fatores importantes para limitar a erosão futura. Ao desenvolver um orçamento de sedimentos para estimar a contribuição geral dos penhascos, os desafios são determinar as taxas de erosão dos penhascos e seus controles, identificar todos os penhascos que estão erodindo ativamente e desenvolver um meio confiável de atribuir taxas de erosão a todos os penhascos na bacia hidrográfica .

Contribuições de ravinas para sedimentos

Pequenos vales íngremes, chamados de ravinas, cortam as falésias, conectando as terras altas e largas ao canal do rio entalhado abaixo. As ravinas variam amplamente em tamanho, forma, relevo e rios próximos. Ao contrário dos penhascos, ravinas são erodidas por uma combinação de encostas e processos fluviais. Embora erosivas, ravinas podem armazenar e erodir sedimentos. As ravinas exibem um acoplamento próximo entre os processos de encosta e canal: a incisão do canal no fundo da ravina desencadeia a erosão da encosta por queda e queda de grãos. Embora a causa final das ravinas seja a queda na elevação entre as terras altas e o canal do tronco principal inciso, o impulsionador imediato da erosão é o volume e a taxa de água descarregada na ravina, que pode ser aumentada pela descarga dos sistemas de drenagem das terras altas. Em sua extremidade superior, as ravinas podem ter penhascos verticais agudos ou encostas mais suaves com florestas. Os canais da ravina podem se transformar em feições menores chamadas de ravinas, que servem como a extremidade superior do canal da ravina e geralmente são controladas por medidas de controle de inclinação e margens. Algumas ravinas maiores armazenam grandes quantidades de sedimentos no fundo do vale. Sob condições de crescente descarga de água, essas ravinas podem deixar de armazenar para liberar sedimentos e podem se tornar algumas das maiores fontes individuais de sedimentos.

Erosão do banco de vapor 

A erosão das margens dos riachos fornece sedimentos diretamente para o rio, embora a contribuição líquida de sedimentos das margens dos riachos e das planícies aluviais atrás deles não seja facilmente aparente. A contribuição líquida de sedimentos depende do equilíbrio entre a erosão das margens do riacho e a deposição de sedimentos ao longo da margem do rio e nas planícies aluviais adjacentes ao rio. Essa deposição compensatória é freqüentemente negligenciada na determinação do balanço de sedimentos do fundo de um vale. A contribuição líquida de sedimentos da migração do canal será o equilíbrio entre o volume erodido de um lado e o volume depositado do outro lado. Também pode haver diferenças no tamanho do grão entre bancos em erosão e depósitos. O balanço geral de sedimentos para o fundo do vale também deve incluir a deposição de sedimentos nas planícies de inundação.

Métodos para rastrear e calcular sedimentos

  1. Medição de fluxo
  2. Medição local de erosão e armazenamento de sedimentos
  3. Impressão digital de sedimentos
  4. Orçamentos de sedimentos

Medição de fluxo

Os medidores de fluxo geralmente consistem em duas operações separadas. Um envolve medições periódicas da taxa de fluxo ou vazão de água e do nível de água do rio. A partir dessas informações, é desenvolvida uma relação entre o nível de água e o descarte e
um registro contínuo de registro de nível de água é usado para fornecer uma estimativa contínua de vazamento de água. A segunda operação envolve a amostragem periódica de sólidos suspensos. A relação entre o total de sólidos suspensos (SST) e a descarga de água é desenvolvida e o registro de fluxo contínuo é então usado
para estimar a carga de TSS durante o período de registro. Medidores de fluxo em afluentes geralmente devem ser operados quando o solo não está congelado se sua área congela na primavera até o outono e depois removidos durante o inverno. As cargas de TSS são, portanto, sazonais, embora se presuma que pouco transporte ocorra durante o inverno.

A rede de medidores identifica a quantidade total de sedimentos transportados pelo rio mainstem, bem como as contribuições de sedimentos das principais sub-bacias. Embora a medição forneça uma medida da quantidade de sedimento que passa por uma estação fluvial, não pode fornecer informações sobre as fontes individuais. No entanto, em sete bacias hidrográficas tributárias, vários medidores são operados com medidores acima e abaixo das partes inferiores incisas dos vales dos rios. A comparação das cargas nos medidores a montante e a jusante ajuda não apenas a isolar a quantidade de sedimento produzida nessas partes íngremes da bacia hidrográfica, mas também fornece uma restrição sobre o sedimento produzido pelos penhascos e ravinas abundantes encontrados nesses locais.

Medição local de erosão e armazenamento de sedimentos

A erosão em locais pode ser medida por meio de levantamentos diretos ou por mudanças medidas em fotografias aéreas tiradas em momentos diferentes. As medições de erosão em campo, particularmente em ravinas e penhascos, permitem que as contribuições de fontes individuais sejam determinadas. Como essas taxas de erosão variam fortemente no tempo (um grande evento pode mover mais sedimentos do que o total ao longo de muitos anos), pode ser difícil extrapolar com segurança as taxas de erosão locais para períodos de tempo mais longos. A comparação de fotos aéreas tiradas em momentos diferentes permite que a erosão seja medida em períodos de tempo mais longos, mas geralmente com menos precisão do que as medições locais no campo. Tanto para penhascos quanto para ravinas, as taxas de erosão variam amplamente de um lugar para outro em função de uma série de fatores, portanto, é necessária uma base para extrapolar as taxas medidas para áreas maiores. Como muitos fatores controlam a taxa de erosão, é importante restringir essas extrapolações com outras evidências, particularmente de registros de medidores e geoquímicos
impressão digital.

Impressão digital de sedimentos

Nas últimas décadas, "impressões digitais radiométricas" e outros traçadores geoquímicos associados a sedimentos têm sido usados ​​para separar a erosão terrestre (campo) da erosão não-campo (margens de rios, penhascos, ravinas, ravinas) (Walling and Woodward, 1992, He e Owens , 1995; Collins et al. 1997; Schottler e Engstrom, 2002). A deposição atmosférica de radioisótopos como 210Pb e 137Cs enriquecem os solos na superfície da Terra. Quando erodidos, esses materiais carregam uma “impressão digital” radiométrica, enquanto os sedimentos derivados de materiais mais profundos, como por erosão de penhascos e ravinas, têm exposição mínima às entradas atmosféricas e, portanto, são esgotados nesses rastreadores. Comparar a assinatura do traçador de fontes de campo e não de campo com a assinatura de sedimentos suspensos em rios permite a contribuição de cada
fonte de erosão a ser calculada.

Amostras de TSS e núcleos de sedimentos de áreas de deposição fluvial (remansos, reservatórios, lagoas de várzea) ao longo dos principais afluentes e do tronco principal do Rio Minnesota foram coletados e analisados ​​para traçadores de radioisótopos. As amostras de TSS fornecem uma medida de distribuição de fonte baseada em eventos, enquanto as amostras de núcleo podem fornecer uma assinatura integrada por um período de tempo mais longo. Uma proporção simples de impressões digitais fluviais para fontes é usada para calcular as contribuições de fontes de campo e não de campo

Orçamentos de sedimentos

Uma ferramenta poderosa para identificar fontes de sedimentos é um orçamento de sedimentos. Este é um balanço de massa - não muito diferente de um talão de cheques - no qual a diferença entre entradas e saídas deve ser igual a quaisquer mudanças no armazenamento. Usamos um orçamento de sedimentos para avaliar e restringir as estimativas de erosão de vários métodos. Por exemplo, se usarmos observações de campo e fotos aéreas para estimar a quantidade anual de sedimento erodido e depositado dentro de uma sub-bacia, essa diferença líquida (entrada - saída) deve ser igual à quantidade de sedimento que passa por um medidor na foz da bacia. Se a combinação for ruim, temos algumas dicas para melhorar nossas estimativas de fontes e sumidouros de sedimentos. Se tivermos fechado o orçamento da melhor forma possível, qualquer discrepância remanescente dá uma indicação da incerteza no
estimativas combinadas de erosão e deposição. Em geral, tentamos reunir o máximo possível de linhas de evidência - na verdade, fechando o orçamento para qualquer período de tempo ou escala de bacia hidrográfica para a qual haja informações de sedimentos disponíveis.