Floods on meandering river systems: geomorphology and paleoflood hydrology applied to the identification of extreme holocene events on the lower Ribeira de Iguape, Brazil

O aumento da frequência de inundações nos últimos 50 anos e o agravamento de seus impactos revelam que aspectos de tendências espaço-temporais destes fenômenos devem ser analisados. Diferentes ciências se dedicam a compreendê-los e a propor instrumentos de redução e mitigação de impactos. A geomorfologia, por meio do conceito de evento geomorfológico e da cartografia geomorfológica detalhada, permite interpretar as tendências espaço-temporais das inundações e definir graus de suscetibilidade, enfatizando sua espacialidade. A paleohidrologia focaliza dados hidrológicos, morfosedimentares e históricos como proxies para reconstituição de paleovazões, visando incorporá-las a relações de intensidade-frequência, enfatizando atributo temporal. Os estudos de caso de paleohidrologia abrangeram, preferencialmente, rios encaixados em ambientais semiáridos, sendo necessário aplicar sua metodologia em planícies do meio tropical úmido, bem como avaliar colaborações potenciais entre campos do conhecimento para avançar no entendimento das inundações. Este estudo objetivou explicar as tendências espaço-temporais deste fenômeno em um setor de planície fluvial meândrica típica do meio tropical úmido (terço inferior do Ribeira de Iguape), sob perspectivas analíticas múltiplas (geomorfologia e hidrologia de paleoinundações) e por associações entre resultados de cada análise, enfatizando investigação de parâmetros e técnicas de maior eficácia para identificação de tendências das inundações Holocênicas. A pesquisa geomorfológica se baseou no mapeamento geomorfológico detalhado do sistema fluvial; enquanto a investigação paleohidrológica se estruturou nas análises hidrológica (dados fluviométricos instrumentais), hidráulica (modelagem hidrodinâmica) e de hidrologia de paleoinundações. O mapeamento geomorfológico indicou que a diversidade morfológica encontrada implica relações hidráulicas espacialmente descontínuas que impossibilitam estabelecimento de valores únicos de cota-vazão para extremos fluviais. Resultado convergente foi obtido por associações em perfis transversais entre cotas de inundação (hidrodinamicamente simulados) e compartimentos. Elas demonstraram que submersão total da planície ocorre em ordens de vazão distintas entre quatro seções distribuídas de montante a jusante com 2115, 1340, 3026 e 3195m3/s, corroborando para inexistência de associação diretas entre vazões e compartimentos geomorfológicos. Materiais superficiais indicaram estrutura sedimentar homogênea nos pacotes de retaguardas de planícies, e laminar a ondulada nos depósitos mais próximos ao canal, evidenciando capacidade de dissipação de energia na entrada de cunhas remontantes de inundação. Os pacotes mais promissores à análise de paleofluxos foram os obtidos em paleomeandros. Utilização de proxies geoquímicos em testemunhos sondados para identificar variação textural demonstrou correlações significativas (>0.7) entre Zr/Rb e Si/Al e as razões entre areia médias a finas sobre argila e siltes, mas apenas para alguns sistemas deposicionais. Levados a cabo, os proxies geoquímicos texturais promissores, combinados aos resultados da modelagem hidráulica, viabilizaram reconstituição de paleoinundações do Holoceno, incorporadas às relações de intensidade-frequência dos dados instrumentais. Isto redimensionou tendências temporais das inundações, resultado que pode ser incorporado à análise geomorfológica. As aproximações multidisciplinares habilitaram consistente entendimento das tendências espaço-temporais de inundações ao corroborar determinados resultados, ressaltar limites de análises de cada metodologia e indicar como elas podem contribuir diretamente entre si.The increase in flood frequency over the last 50 years and the worsening of its impacts reveal that spacetime trends of these phenomena should be analyzed. Different sciences are dedicated to understanding floods and proposing instruments to reduce and mitigate its impacts. Geomorphology, based on geomorphological event concept and detailed geomorphological mapping, allows us to interpret the spatio-temporal flood trends and define susceptibility degrees, emphasizing the spatial component. Paleohydrology focuses on hydrological, morphosedimentary and historical data as proxies for reconstitution of paleofloods, aiming to incorporate them to intensity-frequency equations, emphasizing temporal component. The majority case studies in paleohydrology field included rivers embedded in semi-arid environments, being necessary to apply its methodology in humid tropical environment floodplains, as well as to evaluate potential collaborations between fields of knowledge to advance the understanding of the floods. This study aimed to explain the spatio-temporal trends of floods in a typical meandrical floodplain of the humid tropical environment (lower Ribeira de Iguape), under multiple analytical perspectives (fluvial geomorphology and paleoflood hydrology) and by associations between results of each analysis, emphasizing investigation of parameters and techniques of greater effectiveness to identify trends of the Holocene floods. Geomorphological research was based on the detailed geomorphological mapping of the fluvial system; while the paleohydrological research was structured in the hydrological (instrumental fluviometric data), hydraulic (hydrodynamic modeling) and paleoinundation hydrology analyzes. The geomorphological mapping indicated that the morphological diversity found implies spatially discontinuous hydraulic relations that make it impossible to establish correspondence between rating-curves values and geomorphological systems. Convergent result was obtained by associations between flood levels (hydrodynamically simulated) and geomorphological compartments in different cross sections along the studied reach. They demonstrated that complete flood of the floodplain occurs in different flow orders between four sections distributed upstream-to-downstream with 2115, 1340, 3026 and 3195m3/s. It corroborates the lack of direct association between flows and geomorphological systems. Surface materials indicated a homogeneous sedimentary structure in the backwater sediments, and laminar to wavy in the deposits closest to the channel, evidencing the capacity of energy dissipation in the entrance of flooding. The most promising fluvial systems for paleoflood hydrology analysis were those obtained in paleomeanders. Use of geochemical proxies in five cores sampled to identify vertical texture variations showed significant correlations (>0.7) between Zr/Rb and Si/Al and the ratios of fine sand over clay and silts, but only for some depositional systems. The highest correlation values of textural proxies, combined with the results of hydraulic modeling, permitted the reconstruction of Holocene paleofloods, which were incorporated into the intensity-frequency equation based on instrumental data. This resized temporal trends of floods, a result that could be incorporated into the geomorphological mapping. The multidisciplinary approaches enabled a consistent understanding of the spatial-temporal flood trends in confirming certain results, highlighting the analysis limits of each methodology and indicating how they can contribute directly to each other