DISCRETIZAÇÃO ESPACIAL E TEMPORAL DA EROSIVIDADE DA CHUVA NO MUNICÍPIO DE ALFREDO WAGNER E REGIÃO ADJACENTE EM SANTA CATARINA

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1 DISCRETIZAÇÃO ESPACIAL E TEMPORAL DA EROSIVIDADE DA CHUVA NO MUNICÍPIO DE ALFREDO WAGNER E REGIÃO ADJACENTE EM SANTA CATARINA Tatiane Checchia 1 ; Masato Kobiyama 2 ; Alexandre Alves 3 & Pedro Luiz Borges Chaffe 4 RESUMO --- Existe grande preocupação relacionada à perda de solo no município de Alfredo Wagner-SC e sua região devido à vulnerabilidade do relevo e ao mau uso e manejo do solo. O presente trabalho teve como objetivo discretizar espacialmente e temporalmente a erosividade dos mesmos. Para obter um melhor resultado na análise espacial da erosividade em Alfredo Wagner, foram utilizadas duas estações existentes no município e onze estações vizinhas mais próximas. Esta discretização espacial e temporal da erosividade da chuva permite a compreensão dos fenômenos erosivos e associá-los aos fenômenos climáticos. Verificou-se que existem duas estações distintas durante o ano: uma de chuvas intensas e a outra de estiagem A primeira compreende o período entre outubro a março e predominam a ocorrência das lestadas. A segunda, de abril a setembro, predominam os complexos convectivos de mesoescala. Existe uma tendência crescente no sentido de Leste para Oeste durante os meses de setembro a maio, e o contrário, de Oeste para Leste, durante os meses de junho, julho e agosto. Os resultados obtidos no presente trabalho irão facilitar sobremaneira no manejo e a conservação do solo e água. ABSTRACT --- There is a large preoccupation concerning soil loss in Alfredo Wagner municipal and its region - SC due to relief vulnerability and inadequate land-use. The objective of this work was to do the spatial and temporal erosivity discretization of this area. To get a more accurate spatial analysis of the erosivity in Alfredo Wagner, the data obtained at two rainfall stations in this municipal and at eleven ones nearby the municipal were utilized. This spatial and temporal discretization of rainfall erosivity allows the comprehension of the erosive phenomena and to associate them to climatological ones. It was verified that there are two different seasons during the year: one of intense rainfall and the other of dry. The former is the period from October to March and is characterized with lestada occurance. The latter is from April to September, and there is a predominance of meso-scale convective complexes. There is an increasing tendency in the East to West direction during the period of September to March, and in the opposite direction (West to East) during June to August. The results obtained in the present work will facilitate the soil and water management. Palavras-chave: erosividade, discretização espacial e temporal, Alfredo Wagner 1 Doutoranda do Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental, UFSC e bolsista CNPq. UFSC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Campus Trindade, Cx. Postal: 476, CEP: Florianópolis, SC. Fone: R217, tatiane@ens.ufsc.br 2 Professor do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, UFSC. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Campus Trindade, Cx. Postal: 476, CEP: Florianópolis, SC. Fone: R217, kobiyama@ens.ufsc.br 3 Bolsista de trabalho, eng_alexandrealves@yahoo.com.br 4 Bolsista de trabalho, plbchaffe@yahoo.com.br

2 INTRODUÇÃO Devido à localização do Brasil, em grande parte da sua totalidade na região tropical, verificase que os processos relacionados à erosão hídrica apresentam maior interesse por ocorrerem mais freqüentemente, processar-se com maior rapidez e causar grandes prejuízos para a agrícola, como também a diversas outras atividades econômicas e ao próprio meio ambiente (Pereira et al., 2003). Estes prejuízos, sob o ponto de vista da perda de solo, são amplamente discutidos e de suma importância em termos de degradação ambiental. Este solo erodido é transportado até os cursos d água provocando outros impactos como: (1) redução da qualidade da água pela presença de sedimentos e suas associações com agrotóxicos e nutrientes; (2) assoreamento; (3) enchentes e (4) inundações provocadas por alterações no regime fluvial e que afetam a fauna, a flora e as atividades humanas (Silva et al., 2003). Um dos parâmetros que influenciam diretamente na magnitude dos processos erosivos é a erosividade da chuva. A erosividade pode ser descrita como a habilidade dos agentes erosivos provocar o destacamento e o transporte de partículas de solo (Lal e Elliot, 1994). Corresponde ao primeiro estágio dos processos erosivos: a erosão por embate. É decorrente da energia do impacto das gotas de chuva de encontro ao solo, que além de desintegrarem parcialmente os agregados naturais, libertam as partículas finas, deslocando-as e projetando-as a uma certa distância (Lopes, 1980). Conceitualmente a erosividade é descrita como uma interação entre a energia cinética e o momento do escoamento superficial. O índice de erosividade é função da intensidade e duração da precipitação, e da massa, diâmetro e velocidade da gota de chuva (Hudson, 1971 e Oduro-Afriyie, 1996). Muitos estudos foram realizados a fim de relacionar perda de solo com a erosividade. Fournier (1956) concluíram que chuvas com alta intensidade produzem, em geral, escoamentos superficiais suficientes para gerar erosão laminar após superarem a capacidade de infiltração do solo. Existe grande preocupação relacionada à perda de solo no município de Alfredo Wagner- SC e sua região. O presente trabalho teve como objetivo discretizar espacialmente e temporalmente a erosividade dos mesmos. A região de estudo é caracterizada por um relevo de grande susceptibilidade à erosão e os resultados obtidos no presente trabalho irão facilitar sobremaneira no manejo e a conservação do solo e água.

3 ÁREA DE ESTUDO O município de Alfredo Wagner, localizado a 120 km da capital catarinense, Florianópolis, possui às nascentes do Rio Itajaí do Sul, que fazem parte no Alto Vale do Rio Itajaí (Figura 1). A área deste município é 733,4 km2, e a sede urbana está cartograficamente localizada na latitude Sul de 27º42 01 e longitude Oeste de 48º Figura 1 Localização do Município de Alfredo Wagner. Alfredo Wagner localiza-se na Serra Geral, faixa de transição entre o litoral e o planalto catarinense, possuindo um ecossistema de transição, caracterizando-se pela beleza natural e exuberante de sua paisagem e pela abundância de recursos hídricos. A paisagem típica do contexto local é caracterizada pela topografia acidentada e fundos de vale extensos e estreitos. No entanto, a intensa ação antrópica, pelo manejo inadequado dos recursos naturais e do solo, tem potencializado a ocorrência de enchentes e o comprometimento da qualidade das águas locais (Seibt, 2002). Este município possui as nascentes de três rios, o Rio Caeté (principal nascente do Rio Itajaí do Sul), Águas Frias, e Adaga. O encontro destes três rios, quase no mesmo local, forma o Rio Itajaí do Sul, um dos três componentes da grande bacia do Rio Itajaí-Açu. O centro urbano do município está localizado justamente nesta junção, num fundo de vale, que proporciona e caracteriza a freqüente ocorrência de enchentes, potencializadas pelas chuvas orográficas que ocorrem nas cabeceiras destes rios, decorrentes do encontro das massas de ar Polar e Tropical Atlântica, às quais a Serra Geral serve de anteparo. O Clima local se classifica como mesotérmico úmido, com verões quentes, sem estação seca definida. As chuvas predominam na primavera e no verão, sendo sua media anual em torno de 1700 mm. A temperatura média anual é de 19 C, oscilando entre 2 C negativos e 30 C positivos. É comum a ocorrência de geadas no inverno. A umidade relativa do ar média é de 85%. (Seibt, 2002 e Checchia et al., 2004).

4 O processo de uso e ocupação do solo se deu nas proximidades dos cursos d água, possibilitando aos proprietários o fácil acesso a este recurso. A pequena dimensão da propriedade adquirida aliada à topografia de declividade acentuada e vegetação densa resultaram na necessidade de retirada da vegetação nativa, para dar lugar a agricultura, o que iniciou o processo de degradação do ambiente local. A ocupação rural, não tem sido obstáculo para a população que tem sua principal fonte de renda na monocultura intensificada no cultivo da cebola, em áreas não agricultáveis, causando esgotamento do solo potencializado pelo uso e aplicação de produtos químicos. A ocupação é favorecida pela falta de instrumentos administrativos para controle da ocupação rural tanto no que se refere à cota ou área de proteção ciliar (Checchia e Kobiyama, 2004). O monitoramento de dados pluviométricos, desta região vem sendo realizado pela EPAGRI (Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina S.A.) e pela ANA (Agência Nacional das Águas). Esses dados estão disponibilizados via Internet pela ANA. MATERIAIS E MÉTODOS Para obter um melhor resultado na análise espacial da erosividade em Alfredo Wagner, foram utilizados os dados das cinco estações vizinhas mais próximas do município e mais duas estações localizadas dentro do município, totalizando sete estações pluviométricas para a analise (de P1 a P7 no Quadro 1). Além destas sete estações pluviométricas, foram utilizadas para elaboração dos mapas de isoerosividade mais seis estações mais afastadas do município (de P8 a P13 no Quadro 1). A Figura 2 contém a localização das estações pluviométricas utilizadas e o Quadro 1 contém as características de cada uma. Wischmeier & Smith (1958) estudaram 8250 parcelas anuais de 60 estações experimentais dos Estados Unidos e mostraram o fator que melhor correlacionou com a erosão foi à energia cinética. Foram testadas várias regressões múltiplas e a melhor forma de estimar a perda de solo em parcelas experimentais foi o produto da energia cinética da precipitação pela sua intensidade máxima em 30 minutos. Foster et al. (1981) ao fazer a conversão para a unidade de SI obtiveram as equações (1) e (2): E = 0,119+0,08731 log I (quando I < 76 mm/h) (1) E = 0,283 (quando I > 76 mm/h) (2) onde: E é energia cinética [MJ/(ha.mm)]; e I é a intensidade da chuva [mm/h]. O limite de 76 mm/h é imposto para a intensidade devido ao fato de que para um tamanho mediano de gota a energia da chuva não aumenta com o aumento da sua intensidade (Wischmeier e Smith, 1978).

5 Quadro 1 - Descrição das estações hidrológicas analisadas. Código na ANA Nome Rio Município Operadora Latitude Longitude P LOMBA ALTA Rio Itajaí-Açu P SALTINHO Rio Itajaí do Sul ALFREDO WAGNER ALFREDO WAGNER Altitude (m) Área de Drenagem (km2) EPAGRI 27:43:50 S 49:22:58 W EPAGRI 27:41:00 S 49:21:55 W P URUBICI Rio Canoas URUBICI CPRM 27:59:19 S 49:34:39 W P RANCHO QUEIMADO P ANITAPOLIS P P P P P P P P BARRAGEM SUL LEOBERTO LEAL VILA CANOAS SANTA ROSA DE LIMA GARCIA DE ANGELINA POCO FUNDO ITUPORANGA (PCD INPE) SÃO BONIFÁCIO Rios Tubarão, Araranguá e... Rios Tubarão, Araranguá e... RANCHO QUEIMADO EPAGRI 27:40:21 S 49:00:22 W ANITAPOLIS EPAGRI 27:54:43 S 49:07:55 W Rio Itajaí-Açu ITUPORANGA EPAGRI 27:30:07 S 49:33:11 W Rio Alto Braço LEOBERTO LEAL EPAGRI 27:30:27 S 49:17:15 W Rio Canoas LAGES CPRM 27:48:09 S 49:46:41 W Rio Braço do Norte Rios Tubarão, Araranguá e... Rio Cubatão SANTA TEREZINHA EPAGRI 28:03:03 S 49:07:07 W - - ANGELINA EPAGRI 27:29:21 S 48:59:17 W SANTO AMARO DA EPAGRI 27:42:10 S 48:48:07 W 55 - Rio Itajaí do ITUPORANGA EPAGRI 27:23:55 S 49:36:21 W Sul Rios Tubarão, SÃO EPAGRI 27:54:04 S 48:55:28 W Araranguá e... BONIFÁCIO Período de Dados 01/ / / / / / / / / / / / / / / P12 P6 P7 P10 P2 P4 P1 Alfredo Wagner P11 P8 P13 P5 P3 P9 Mapa de Localização das Estações Utilizadas Município de Alfredo Wagner e Vizinhanças Legenda: Localização das Estações Pluviométricas Utilizadas Divisão Política dos Municípios 0 Km 10 Km 20 Km Figura 2 Localização das estações pluviométricas utilizadas. A erosividade anual (R) é determinada através da soma do coeficiente EI 30, calculado para cada evento de chuva classificado como erosivo, ocorrido durante o período de um ano, de acordo com a equação (3). R = m i= 1 EI 30 (3)

6 onde: m é o número de chuvas erosivas no período de um ano e EI 30 é o produto da energia cinética da chuva pela intensidade de um evento pluviométrico de 30 minutos de duração. Para o cálculo de R, Wischmeier (1976) propõe séries de dados com períodos superiores a 20 anos, esperando assim incluir variações cíclicas dos parâmetros climáticos (Silva & Dias, 2003). Portanto é necessária a obtenção de registros pluviográficos ou da separação e anotação manual das chuvas individuais, de suas lâminas (mm) e duração (minutos) que são os dados necessários ao cálculo do EI 30. Contudo, devido à escassez ou inexistência dos registros pluviográficos nos locais de estudo e as análises dos diagramas dos pluviógrafos para determinação da energia cinética serem extremamente morosas e trabalhosas, diversos autores tentaram correlacionar o índice de erosão com fatores climáticos, fatores esses de fácil medida e que não requerem registros de intensidade de chuva (Silva, 1999). Para o cálculo da erosividade em Alfredo Wagner e região foi utilizada a equação descrita por Rufino et al. (1993) e sugerida por Silva (2004) para o cálculo da erosividade nos estados da região sul do Brasil, descrita abaixo como equação (4). Ri = (4.2 pi ) (4) onde: R i é o fator R para o mês i (MJ mm ha -1 ano -1 ); e p i é a precipitação mensal média (mm). Os valores da erosividade de um local podem ser plotados em mapas de erosividade ou mapas isoerodentes. Estes mapas são elaborados a partir da interpolação de dados em ambiente de SIG. Os mapas isoerodentes têm grande importância na disponibilização de informações sobre o potencial erosivo de uma região Silva (2004), possibilitando assim a implementação de medidas que minimizem os processos erosivos nestes locais. A fim de se obter uma homogeneidade, foi padronizada a utilização de 20 anos de dados para todas as estações e o cálculo da erosividade mensal foi realizado em planilha eletrônica. Posteriormente estes dados foram interpolados através do gradeamento geoestatístico de Kriging com a utilização de programa SURFER e foram geradas as linhas de isoerosividade mensal e anual para a bacia hidrográfica e regiões adjacentes. Foi adotado as coordenadas geodésicas das estações como os valores x e y, e o valor médio da erosividade mensal e total anual para z. RESULTADOS E DISCUSSÃO O Quadro 2 apresenta os valores médios da erosividade mensal e anual para as 13 estações pluviométricas analisadas. A partir destes dados foram gerados os mapas de isoerosividade mensal referentes às Figuras 3 a 14, e isoerosividade anual referente à Figura 15.

7 Quadro 2 Valores da erosividade mensal e anual para as estações utilizadas. Código na ANA P Nome Lomba Alta P Saltinho Município Alfredo Wagner Alfredo Wagner Janeiro Fevere iro R (MJ mm ha -1 mês -1 ) Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setem bro Outubr o Novem bro Dezem bro R (MJ mm ha - 1 ano -1 ) 844,3 713,8 468,3 380,2 477,1 438,0 650,2 528,3 593,5 657,4 502,7 618,2 6872,0 701,6 665,5 431,6 367,3 429,1 411,4 614,7 497,5 531,5 610,9 462,7 589,5 6313,3 Anual P Urubici Urubici 733,6 713,0 479,9 418,1 496,7 448,0 634,4 515,6 595,4 597,5 536,2 646,6 6814,7 P Rancho Queimado Rancho Queimado 1202,7 1098,1 694,9 435,8 500,9 400,5 605,9 486,2 686,5 855,8 654,2 904,5 8525,8 P Anitápolis Anitápolis 1073,1 1109,5 786,9 470,2 535,9 438,9 629,1 520,7 651,0 681,5 692,1 973,4 8562,5 P P P P P Barragem Sul Leoberto Leal Vila Canoas Santa Rosa de Lima Garcia de Angelina Ituporanga 769,1 702,9 482,4 373,6 475,8 408,9 589,3 511,2 520,4 632,9 512,2 625,2 6603,9 Leoberto Leal 778,5 753,7 487,0 391,7 474,0 417,7 589,1 501,7 566,8 642,4 530,3 627,3 6760,1 Lages 674,7 630,0 421,6 424,9 444,3 441,0 553,8 487,9 577,8 670,5 521,4 539,1 6386,9 Santa Terezinha 1252,3 1334,2 831,8 481,6 468,1 377,4 534,5 402,2 692,4 827,6 584,0 778,1 8564,0 Angelina 1020,6 971,7 692,4 469,8 469,0 402,6 561,2 480,0 621,1 677,2 584,3 797,8 7747,7 P Poço Fundo Santo Amaro da Imperatriz 1016,1 899,8 543,1 370,5 406,5 339,7 436,6 446,4 571,7 690,1 587,0 565,4 7173,1 P Ituporanga (Pcd Inpe) Ituporanga 756,2 722,9 428,5 445,1 499,4 446,8 644,7 534,8 582,4 659,5 536,5 652,4 6909,1 P São Bonifácio São Bonifácio 1015,0 1042,7 775,6 392,9 445,9 402,2 533,6 429,9 532,8 597,9 589,5 926,3 7684,1 Nas Figuras 3 a 14 ocorre uma distribuição não-uniforme da erosividade no decorrer do ano. Nos meses de outubro a março podemos observar que o comportamento da erosividade é diferente dos meses de abril a setembro. Os primeiros correspondem aos meses de precipitação intensa e os segundos correspondem aos meses de estiagem. A alta erosividade nos meses de outubro a março pode ser justificada devido à ocorrência de sistemas convectivos locais e lestadas. Lestadas é um termo local dado para chuvas que ocorrem com vento do quadrante leste e caracterizadas por forte instabilidade atmosférica (Haas, 2003). Estes ventos provenientes do oceano carregam grande quantidade de ar úmida que resulta em precipitações intensas ao se depararem com os obstáculos do relevo provocados pelas Serras do Maracujá, Boa Vista e Serra dos Faxinais, resultando chuvas intensas orográficas na região. Abaixo destas Serras encontram-se os municípios de São Bonifácio, Águas Mornas, Rancho Queimado, Angelina, Anitápolis e Santa Rosa de Lima. Acima delas encontram-se Urubici, Leoberto Leal, Ituporanga e Lages. Nos municípios de Rancho Queimado, Anitápolis e Santa Rosa de Lima que se localizam imediatamente no sopé das Serras, os valores da erosividade são superiores aos outros municípios na maioria dos meses.

8 Em Alfredo Wagner e na região situada no alto vale do Rio Itajaí, entre os meses de outubro e março, ocorre o plantio e posterior colheita da cebola e o solo encontra-se com pouca cobertura. Isto resulta no comprometimento da qualidade da água resultante de altas taxas de sedimentos suspensos nos corpos d água. Entre abril e setembro ocorre uma redução dos valores da erosividade. Neste período predominam as precipitações resultantes da passagem de frentes frias que geralmente são caracterizadas por uma baixa intensidade pluviométrica. Podemos observar a ação do complexo convectivo de mesoescala CCM na região. Estes CCM s geralmente se formam no leste dos Andes e se deslocam para leste e sudoeste, atingindo os estados do Sul do Brasil. Possuem forma aproximadamente circular e tempo de vida relativamente mais longo do que um sistema convectivo isolado, isto é, no mínimo 6 horas, sendo mais freqüente de 10 a 20 horas de duração (Silva Dias, 1996). Existe uma tendência decrescente do valor da erosividade no sentido leste-oeste de outubro a maio. Nos meses de junho, julho e agosto esta tendência é crescente, o que confirma a ação do CCM na região. Nestes meses, a maior erosividade encontra-se nos municípios situados acima das Serras. Em Alfredo Wagner e na região do alto vale do Itajaí, neste período geralmente o solo encontra-se coberto por plantas leguminosas como mucuna ou ervilhaca, as quais funcionam como adubação orgânica para posterior plantio. A probabilidade de ocorrência de erosão é, portanto, é muito baixa. Na Figura 15 que apresenta o mapa de isoerosividade anual observar-se a mesma tendência de erosividade decrescente no sentido leste-oeste. O seu comportamento é muito parecido com o comportamento dos meses de janeiro e fevereiro (Figuras 3 e 4). Mais uma vez se pode observar a influência das lestadas nos processos erosivos da região. CONCLUSÃO A discretização espacial e temporal da erosividade, realizada com o auxílio de técnicas de geoprocessamento é importantes para a compreensão dos fatores que influenciam nos processos erosivos, podendo ser utilizada como norteadora de práticas agrícolas que minimizem estes processos.por exemplo, os períodos com maiores valores de erosividade devem apresentar maior cobertura e, conseqüentemente, maior proteção do solo. Com isso, o presente trabalho realizou a discretização espacial e temporal da erosividade no município de Alfredo Wagner e em sua região no Estado de Santa Catarina. O resultado mostra que

9 o comportamento de isoerosividade anual é muito parecido com aquele dos meses de janeiro e fevereiro. Para futuros estudos detalhados da erosividade da região será necessária a obtenção de dados de intensidade de chuva em mm/hora que resultem num algoritmo que permita uma melhor aproximação da realidade. Com este tipo de estudos, serão reduzidos os erros resultantes das modelagens de erosão. Estes modelos irão permitir um planejamento adequado do uso e conservação conseqüente dos recursos naturais. AGRADECIMENTOS O presente trabalho foi realizado dentro do Projeto Planejamento participativo de recursos hídricos na região das nascentes do Rio Itajaí do Sul coordenado pelo Professor César A. Pompêo da UFSC. Portanto os autores agradecem a FINEP pelo auxílio financeiro. Também agradecem ao Professor Reinaldo Haas da UFSC e ao Sr. Emerson Marcelino (doutorando da UNICAMP) pelas valiosas dicas.

10 Figura 3 Mapa de isoerosividade mensal para janeiro. Figura 4 - Mapa de isoerosividade mensal para fevereiro.

11 Figura 5 - Mapa de isoerosividade mensal para março. Figura 6 - Mapa de isoerosividade mensal para abril.

12 Figura 7 - Mapa de isoerosividade mensal para maio. Figura 8 - Mapa de isoerosividade mensal para junho.

13 Figura 9 - Mapa de isoerosividade mensal para julho. Figura 10 - Mapa de isoerosividade mensal para agosto.

14 Figura 11 - Mapa de isoerosividade mensal para setembro Figura 12 - Mapa de isoerosividade mensal para outubro

15 Figura 13 - Mapa de isoerosividade mensal para novembro. Figura 14 - Mapa de isoerosividade mensal para dezembro.

16 Figura 15 Mapa de isoerosividade anual. BIBLIOGRAFIA CHECCHIA, T. ; KOBIYAMA, Masato. (2004). Preliminary study for analysis of the agricultural sustainability in the valley of the Caeté river, Alfredo Wagner, SC. in Anais do IV Workshop Advances in Energy Studies, Campinas, Jun CHECCHIA, T.; KOBIYAMA, M.; SILVA, R. V.; ALVES, A. (2004). Análise preliminar da evolução dos deslizamentos no vale do Rio Caeté, Alfredo Wagner, SC. in Anais do V Simpósio Nacional de Geomorfologia e I Encontro Sul-americano de Geomorfologia, Santa Maria, Ago FOSTER, G. R.; McCOOL, D. K.; RENARD, K. G.; MOLDENHAUER, W. C. (1981). Conversion of the universal soil loss equation to SI metric units. Journal Soil and Water Conservation. V. 36, pp FOURNIER, F. (1956). The effect of climatic factors on soil erosion: estimates of solids transported in suspension in runoff. Assoc. Int. Hydrol. Publ. 38:6. HAAS, Reinaldo. (2003) O que é Lestada. Jornal da Lagoa da Conceição, Florianopolis-SC, 12 fev. HUDSON, N. W. (1971). Raindrop size. Soil Conservation. Nova Iorque: Cornell University Press, pp

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