Avaliação espacial da perda de solo por erosão da bacia experimental de Aiuaba - Ceará através do uso de SIG

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1 Avaliação espacial da perda de solo por erosão da bacia experimental de Aiuaba - Ceará através do uso de SIG Cavalcante, S.P.P. Universidade Federal de Pernambuco / Ceará, saritadepaula@yahoo.com.br Araújo, J.C. Universidade Federal do Ceará, jcaraujo@ufc.br Resumo: Os métodos tradicionais de cálculo da perda de solo por erosão (USLE, por exemplo), obtêm o resultado da bacia como um todo, não sendo possível a análise espacial de áreas críticas com relação à perda de solo por erosão. A utilização de ferramentas de Sistemas de Informações Geográficas possibilita o cruzamento e análise espacial de dados, tornando-se instrumento de gestão ambiental para preservação do meio físico. O presente trabalho trata da avaliação da perda de solo por erosão da Bacia Experimental de Aiuaba Ceara, a partir da análise espacial dos parâmetros interferentes na perda de solo por erosão. Foram utilizados os dados referentes a solos, pluviometria local, topografia (modelo digital de elevação do terreno), cobertura vegetal e uso e ocupação do solo. Foi aplicado o software ArcView 3.2. associado às extensões Spatial Analist para o cálculo da perda de solo pela equação universal de perda de solo (USLE). Com resultados obtidos pôde-se avaliar de maneira preliminar a inter-relação entre os diversos fatores interferentes na perda de solo, bem como, o potencial da perda de solo por erosão da Bacia Experimental de Aiuaba e a influência do tipo de cobertura solo caso a cobertura vegetal fosse caatinga densa e rala, observando-se, como fator preponderante, a declividade nas análises realizadas. Abstract: The traditional methods of calculation of the soil loss for erosion (USLE, for instance), they obtain a single result for basin, not being possible the space analysis of critical areas in relation to the soil loss for erosion. The use of tools of Systems of Geographical Information makes possible the crossing and space analysis of data, becoming instrument of environmental management for preservation of the physical way. The present work treats of the evaluation of the soil loss for erosion of the Experimental Basin of Aiuaba - Ceara, starting from the spacial analysis of the influential parameters in the soil loss for erosion. The referring data to soils, pluviometry, topography (digital model of elevation), vegetable covering and use and occupation of the soil were used. The software was applied ArcView 3.2. associated to the extensions Spatial Analist for IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 401

2 the calculation of the soil loss through the universal equation of soil loss (USLE). With obtained results it could be evaluated in a preliminary way the interrelation between the several influential factors in the soil loss, as well as, the potential of the soil loss for erosion of the Experimental Basin of Aiuaba and the influence of the type of covering soil in the cases of the vegetable covering to be dense and thin caatinga, being observed, as preponderant factors, the slope and the covering soil in the accomplished analyses. 1. INTRODUÇÃO A perda de solo por erosão é a principal causa de assoreamento de açudes e rios no estado do Ceará, diminuição da capacidade de armazenamento dos açudes e de descarga dos rios, além dos efeitos relacionados ao processo de desertificação e degradação ambiental. Atualmente existe uma tendência de avaliação espacial e quantitativa da perda de solo por erosão através do uso do SIG (Sistemas de Informações Geográficas), diversos autores nacionais e internacionais têm realizado trabalhos nesta área. O presente trabalho trata da avaliação espacial da perda de solo por erosão da Bacia Experimental de Aiuaba CE situada numa área de proteção ambiental, que apresenta uma área de ha, através de técnicas de SIG (Sistema de Informações Geográficas). O cálculo da perda de solo por erosão foi realizado através da USLE (equação universal da perda de solo) proposta por WISCHMEIER E SMITH (1978), a partir dos parâmetros de erosividade (pluviometria - série histórica mensal de 1974 a 2004), erodibilidade (solos mapa pedológico), fator topográfico (modelo digital do terreno) e fator de cobertura vegetal e práticas conservacionistas. Nos itens posteriores serão apresentados o local de estudo e a metodologia utilizada. 2. LOCAL DE ESTUDO A Bacia Experimental de Aiuaba está situada na estação ecológica do município de Aiuaba CE na região Inhamuns (Figura 1), e atualmente está sob administração do IBAMA. Tradicional zona de criação de gado, Aiuaba tem uma área de 2.597Km 2 e uma população estimada em habitantes. A área da Reserva abrange uma área de ha. A área é composta de serras baixas, apresentando um relevo acidentado em certos trechos e suavemente acidentado ou aplainado em outros. A vegetação de caatinga arbórea a subarbórea densa, com exceção de algumas roças, quase não foi alterada pela mão humana. A fauna e a flora foram razoavelmente preservadas, principalmente, por se tratar de local distante dos grandes centros. Situada numa das áreas mais secas, a sudoeste do Estado, Aiuaba apresenta uma média de precipitação pluviométrica em torno de 560 mm anuais. 402 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

3 3. METODOLOGIA 3.1. CÁLCULO DA PERDA DE SOLO POR ERO- SÃO A perda de solo por erosão foi avaliada através da Equação Universal de Perda de Solo por Erosão USLE (Universal Soil Loess Erosion) proposta por WISCHMEIER E SMITH (1978). O cálculo da USLE foi realizado através do uso de SIG (sistema de informações geográficas) com o software ArcView 3.2., e considerando as variáveis acima citadas na escala do pixel (10 m x 10 m) FATOR R DE EROSIVIDADE O fator erosividade foi obtido através da expressão proposta por LOMBARDI NETO & MOLDENHAUER (1992). E = R * K * L * S * C * P (I) (II) Onde: E = perda de solo por erosão (ton/ha) R = erosividade da chuva (MJ.mm.ha -1.h -1 ) K = erodibilidade do solo (ton.mj -1.h.mm -1 ) L *S = fator topográfico C * P = fator de cobertura vegetal e uso e ocupação do solo Onde: = Erosividade da chuva chuva mensal de cada mês do período analisado chuva média anual do período analisado Figura 1 Localização da Bacia Experimental de Aiuaba - Ceará IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 403

4 No presente trabalho foi obtido um único valor do fator R de erosividade da chuva para toda a área analisada igual a MJ.ha -1.mm.h -1, calculado a partir dos dados de pluviometria mensal do período de 31 anos entre os anos de 1974 e 2004 da Estação Meteorológica de Tauá (FUNCEME, 2005) através da expressão proposta por LOMBARDI NETO & MOLDENHAUER (1992) FATOR K DE ERODIBILIDADE A erodibilidade foi calculada segundo proposta de (WISCHMEIER & SMITH, 1978), a partir de resultados dos parâmetros geotécnicos obtidos, através da seguinte formulação: No presente trabalho os parâmetros de matéria orgânica, granulometria, estrutura e permeabilidade foram determinados através de ensaios realizados no Laboratório de Mecânica dos Solos da UFC. A Tabela 4 apresenta um quadro resumo dos parâmetros envolvidos no cálculo da erodibilidade. Maiores detalhes a respeito do cálculo da erodibilidade ver CA- VALCANTE ET AL. (2003) Foi obtido um valor médio do fator K de erodibilidade dos solos de 0,048 ton.ha.h/ ha.mj.mm e de 0,059 ton.ha.h/ha.mj.mm considerando amostras indeformadas e deformadas respectivamente na determinação da permeabilidade. No cálculo da U.S.L.E. foi considerado um único valor de erodibilidade para toda a área analisada, adotando-se o maior dos dois valores médios obtidos, no caso o referente às amostras deformadas. (ton.ha.h/ha.mj.mm) Onde: = erodibilidade do solo (III) Tabela 1 Classificação da estrutura (WISCHMEIER E SMITH, 1978) MO = Percentual de matéria Orgânica Sil + Af = Percentual de silte + areia fina Arg = Percentual de argila S 1 = Parâmetro que descreve a estrutura do solo (Tabela 1) P 1 = Parâmetro que descreve a permeabilidade (Tabela 2) Tabela 2. Classificação do Coeficiente de Permeabilidade (a partir de HANN ET AL., 1994) O fator K de erodibilidade foi classificado de acordo com CARVALHO (1994), ver Tabela 3. Para a conversão de unidades do sistema internacional (ton.ha.h/ha.mj.mm) para o sistema métrico (t/ha/(t.m/ha.mm/hora)) multiplicouse os valores obtidos pela aceleração da gravidade 9,8 m/s 2, [(ton.ha.h/ha.mj.mm) x 9,8 m/s 2 = (t/ha/(t.m/há.mm/hora))] 404 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

5 Tabela 3 - Classificação do fator K de erodibilidade (CARVALHO, 1994) FATOR LS TOPOGRÁFICO O fator topográfico foi obtido através da expressão apresentada por HANN ET AL (1994). (IV) Onde: λ = comprimento de rampa médio (no caso da análise espacial de imagens *.grd é igual à largura do pixel = 10 m no caso em estudo). θ = ângulo de declividade do talude (obtido para cada pixel através da extensão Spatial Analist). No presente trabalho o mapa do fator topográfico LS (Figura 4) foi obtido a partir do mapa de declividade (Figura 3) calculado através do geoprocessamento dos dados do modelo digital do terreno em estrutura raster (pixel de 10 m x 10m) (Figura 2) e da delimitação da área da Bacia Experimental de Aiuaba. Vale ressaltar que o modelo digital do terreno foi obtido através do geoprocessamento da carta plani-altimétrica em escala de 1:5000 com curva de nível de 20 em 20 metros, determinada através de um levantamento aerofotogramétrico FATOR CP COBERTURA VEGETAL E PRÁ- TICAS CONSERVACIONISTAS No presente trabalho inicialmente o fator CP foi considerado igual a 1 (equivalente ao solo sem nenhuma proteção vegetal), tendo em vista que a área em estudo é bacia experimental, e que se pretende avaliar o potencial de perda de solo desconsiderando inicialmente a vegetação. Tabela 4 - Quadro resumo do calculo da erodibilidade do sub-horizonte Superficial (1) 0,00 a 0,20 m - Permeabilidade com Amostras Indeformadas e Amostras Deformadas IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 405

6 Com finalidade de realizar uma análise comparativa, calculou-se também o mapa da USLE considerando um fator CP de 0,005 (caatinga densa), medido na bacia pr ARAÚJO, ET AL. (2005), e CP de 0,010 (caatinga rala), medido para savanas na África (REINING, 1992). Na literatura (HAAN ET AL, 1994) existem propostas de classificação do fator C (cobertura vegetal) e P (práticas conservacionistas). Em análises futuras através da análise do mosaico do levantamento aerofotogramétrico realizado na área, pretende-se avaliar a perda de solo em função da cobertura vegetal existente atualmente. 4. RESULTADOS OBTIDOS A partir dos mapas e parâmetros obtidos nos itens anteriores foi obtido inicialmente o mapa potencial de perda de solo por erosão em ton/ ha (Figura 5), considerando o período de 31 anos entre 1974 e 2004, através da equação da USLE proposta por WISCHMEIER & SMITH (1978). Visando avaliar o enquadramento dos resultados obtidos com a classificação apresentada por ALONSO (1994) a partir de FAO, PNUMA, UNEP e UNESCO (1980) (Tabela 5), foi obtido o mapa potencial de perda de solo por erosão em ton/ha/ano, apresentado na Figura 6. A partir da análise do mapa apresentado na Figura 6 obteve-se o gráfico da Figura 7 através do qual observou-se que 61% da área em estudo é suscetível à erosão muito alta (>200 ton/ ha/ano). Estando associada a esta região valores elevados do fator topográfico. As áreas suscetíveis à erosão alta ( ton/ha/ano) totalizam 28,2% do total, em seguida as de erosão moderada moderada (10 50 ton/ha/ano) 6,6% e baixa ( < 10 ton/ha/ano) 4,1%. A título de comparação obteve-se os mapas de perda de solo por erosão (ton/ha/ano) para os casos de toda a área está coberta com caatinga rala (fator CP=0,010) (Figura 8) e com caatinga densa (fator CP=0,005) (Figura 10). Também foi realizada uma análise estatística da distribuição espacial das classes de grau de erosão para estas duas situações de cobertura do solo com caatinga rala (Figura 9) e caatinga densa (Figura 11). No caso da simulação com caatinga rala observou-se que 90,1% da área apresenta erosão classificada como baixa (<10 ton/ha/ano) e 9,8% com erosão moderada (5 10 ton/ha/ano). Para a simulação de cobertura com caatinga densa observou-se que 99,9% da área da bacia apresenta classificação de erosão baixa, sendo 58,04% da área com erosão inferir a 2 ton/ha/ ano (Figuras 12 e 13). Tabela 5 - Classificação do grau de erosão (ALONSO (1994) a partir de FAO, PNUMA, UNEP e UNESCO (1980)) 5. CONCLUSÕES Através do uso de Sistemas de Informações Geográficas, foi possível no presente trabalho a análise espacial da perda de solo por erosão através da simulação de três situações diferentes de cobertura do solo: solo descoberto, solo coberto com caatinga rala, e solo coberto com caatinga densa. As análises realizadas revelaram que no caso do solo descoberto 89,2% da área da bacia apresenta grau de erosão de alto a muito alto, enquanto no caso de solo coberto por caatinga rala e densa apresentaram grau de erosão baixo em 90,1% e 99,9% da área, respectivamente. 406 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

7 Os resultados obtidos indicam como fatores preponderantes, no caso em estudo, o fator topográfico e a cobertura do solo na erosão na bacia. Em etapas posteriores, pretende-se realizar a comparação das áreas com maior susceptibilidade à erosão com a situação atual através do mosaico de fotografias aéreas obtidas para a área analisada no ano de Por fim verifica-se a importância do uso do SIG como instrumento de gestão ambiental, do uso e ocupação do solo, de forma a minimizar a perda de solo por erosão. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALONSO, J. A. (1994) Métodos de Avaluación de la Erosión Hídrica, Madrid, 121 p. ARAÚJO, J. C., BELO, P. S. C., SILVA, R. A. C., FREIRE, M. M., MEDEIROS, P. H. A. (2005) Bacia Experimental de Aiuaba, In: Rigetto (org.), Implantação de Bacias Experimentais no Semi-árido, FINEP, Natal, pp CARVALHO, N. O. (1994) Hidrossedimentologia Prática CPRM / ELETROBRÁS. CAVALCANTE, S. P. P.; ARAÚJO, J. C. & FA- RIAS, T, R. L. (2003) Caracterização Geotécnica e da Erodibilidade dos Solos da Bacia Experimental do Neco Aiuaba Ce, Simpósio Nacional de Recursos Hídricos, Curitiba PR. FAO, PNUMA, UNEP e UNESCO (1980) Metodologia provisional para evaluation de la degradacion delos suelos, Roma, 86 p.il. FUNCEME (2005) HAAN, C. T., BARFIELD, B. J. E HAYES, J. C. (1994) Design Hydrology and Sedimentology for Small Catchments, Academic Press. LOMBARDI NETO & MOLDENHAUER (1992) Equação de Erosividade da Chuva do Município de Campinas, Instituto Agronômico de Campinas. REINING, L. (1992) Erosion in Aridean Hillside Farming Margraf, Hohenheim, Tropical Agricultural Series. WISCHMEIER, W. H.; SMITH, D. D. (1978) Predicting rainfall erosion losses: a guide planning. Washington. D.C., USDA, p. (Handbook, 537). IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 407

8 Figura 2 Modelo digital do terreno da Bacia Experimental de Aiuaba Aiuba - CE. Figura 3 Mapa de declividade da Bacia Experimental de Aiuaba Aiuba - CE. 408 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

9 Figura 4 Mapa do fator topográfico LS da Bacia Experimental de Aiuaba Aiuba - CE. Figura 5 Mapa potencial de perda de solo por erosão em ton/ha - Bacia Experimental de Aiuaba - CE. IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 409

10 Figura 6 Mapa potencial de perda de solo por erosão em ton/ha/ano Bacia Experimental de Aiuaba - CE. Figura 7 Distribuição espacial das classes de grau de erosão para o caso de solo descoberto. 410 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

11 Figura 8 Mapa de perda de solo por erosão em ton/ha/ano Caatinga rala - Bacia Experimental de Aiuaba - CE. Figura 9 Distribuição espacial das classes de grau de erosão para o caso de solo coberto com caatinga rala. IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 411

12 Figura 10 Mapa de perda de solo por erosão em ton/ha/ano Caatinga densa - Bacia Experimental de Aiuaba - CE. Figura 11 Distribuição espacial das classes de grau de erosão -solo coberto com caatinga densa. 412 IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

13 Figura 12 Mapa de perda de solo por erosão em ton/ha/ano Caatinga densa - Bacia Experimental de Aiuaba CE (faixas de 2 ton/ha/ano). Figura 13 Distribuição espacial das classes de grau de erosão -solo coberto com caatinga densa (faixas de 2 ton/ ha/ano). IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA 413

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