O PAPEL DO ÂNGULO DA ENCOSTA E DA FORMA DAS VERTENTES NA DISTRIBUIÇÃO DAS FEIÇÕES EROSIVAS DA BACIA ÁGUA DA FACA, PIRATININGA (SP).

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1 O PAPEL DO ÂNGULO DA ENCOSTA E DA FORMA DAS VERTENTES NA DISTRIBUIÇÃO DAS FEIÇÕES EROSIVAS DA BACIA ÁGUA DA FACA, PIRATININGA (SP). Rodrigo Augusto Stabile (rstabile@ymail.com) Universidade de São Paulo Bianca Carvalho Vieira (biancacv@usp.br) Universidade de São Paulo. RESUMO O objetivo deste trabalho é analisar como o ângulo da encosta e a forma das vertentes estão relacionadas à ocorrência da erosão linear em uma bacia hidrográfica (Água da Faca) de embasamento sedimentar. Para este fim, a pesquisa dividi-se em três etapas: elaboração dos mapas de Ângulo da Encosta e de Forma das Vertentes (em perfil, em planta, e sua associação) a partir de um Modelo Digital de Terreno (MDT); mapeamento das feições erosivas lineares; e, análise conjunta, baseada em histogramas e tabelas relacionados aos produtos anteriores. Estes produtos permitem o cálculo de dois índices: Freqüência de Distribuição de cada classe (FD), ou seja, razão entre o número de células de cada classe e o total de células da bacia; e, Concentração de Erosão (CE), que é a razão entre o número de células de cada classe afetadas pela erosão linear e o total de células afetadas na bacia. A partir destes índices (calculados para os quatro mapas) é possível tecer considerações sobre como cada parâmetro e suas categorias exercem influência na distribuição da erosão linear na área de estudo. Os cálculos mostraram uma tendência de maior ocorrência erosiva nas classes mais altas de declividade (acima de 5 graus), com exceção das áreas acima de 15 graus normalmente cobertas por vegetação secundária. Quanto à forma das vertentes, é clara a maior ocorrência da erosão linear nas formas côncavas, seja em planta, perfil ou na sua associação; esta maior ocorrência é seguida pela distribuição nas formas convexas, mas com intensidade bem menor; e, por último, as formas retilíneas têm menor influência sobre a distribuição das feições erosivas da bacia hidrográfica da Água da Faca. Palavras-chave: ângulo da encosta; forma das vertentes; erosão. ABSTRACT The objective of this research is to analyze how the slope angle and the slope curvature are related to the gully erosion occurrence in a basin (Água da Faca) with sedimentary basement. The methodological steps were: elaboration of slope angle and slope curvature maps (profile, plan and its association) by a Digital Elevation Model (DEM); mapping the gully erosion forms; and, analysis based in graphs and tables. These products allow the calculation of two indexes: Distribution Frequency (DF) of each class, that is the ratio between the cells of each class and the total of cells of the basin; and, Erosion Concentration (EC), that is the ratio between the cells of each class affected by the gully erosion and the total of affected cells of the basin. From these indexes we do considerations about how each parameter and its classes exert influence on the distribution of the gully erosion. The calculations demonstrated a trend of the most erosive occurrence on slopes with more slope angle (> 5 degrees), except areas with more than 15 degrees, generally covered by vegetation. The calculations for the curvature, profile curvature and plan curvature showed a great trend of the gully erosion on the concave parts of the slopes. This major occurrence is followed by the distribution on the convex slopes, and the minor erosion concentration is found on straight slopes. Key-words: slope angle; slope curvature; erosion.

2 1. INTRODUÇÃO A temática deste estudo é motivada, entre outros fatores, pelo significado da problemática da erosão às mais diversas sociedades. A erosão, ao ocorrer de maneira acelerada, pode ser considerada um problema sócio-ambiental, na medida em que degrada o recurso natural solo, assoreia cursos d água, afeta infra-estruturas urbanas e rurais, etc. Estas conseqüências muitas vezes têm por causa a utilização agrícola inadequada das terras, planejamento urbano impróprio, bem como outras atividades antrópicas que desconsideram a dinâmica do meio para seu uso (DAEE, 1990; GUERRA, 1994; ALMEIDA FILHO, 2000; LEPSCH, 2002; entre outros). Atualmente, estima-se que 80% das terras cultivadas do Estado de São Paulo estejam passando por processos erosivos acima dos limites naturais de recuperação do solo, compondo uma perda anual de cerca de 200 milhões de toneladas de terra, em parte advinda das milhares de voçorocas existentes no estado (DAEE, 1990; KERTZMAN et al., 1995). O compartimento mais afetado pela erosão no estado é o Planalto Ocidental, onde o substrato arenítico e os solos com grandes descontinuidades hidráulicas somam-se a outras características naturais e antrópicas que dão às terras de tal compartimento a propriedade de serem muito afetadas pelos processos erosivos, sendo, portanto, classificadas por IPT (1994) como uma área de muita suscetibilidade a erosão por sulcos, ravinas e voçorocas. Para este estudo foi selecionada a bacia Água da Faca (Figura 1), pois a mesma inclui classes morfológicas e pedológicas muito representativas do seu entorno e se destaca na ocorrência de feições erosivas lineares (STABILE & VIEIRA, 2008). Para a compreensão da erosão, assim como de quaisquer processos morfogenéticos, é necessário um maior entendimento dos fatores que atuam na sua formação e desenvolvimento, e de como são ultrapassados os limites críticos de estabilidade das vertentes que permitem a sua ocorrência (MEIS et al., 1985). Neste sentido tais autores sugerem que, sendo a erosão muito controlada pela hidrologia do ambiente em que ela se insere, é necessária uma melhor análise dos fatores e mecanismos que controlam os processos hidrológicos e erosivos. Por sua vez COLTRINARI (1987) atribui parte da dificuldade na compreensão dos efeitos da morfogênese ao conhecimento precário dos atributos da superfície onde ocorrem os processos, em particular a forma e a inclinação das vertentes. Deste modo, analisar quanto cada parâmetro da topografia de uma vertente influi na distribuição dos fluxos hídricos e conseqüentemente na distribuição dos focos erosivos é de grande importância para a compreensão da erosão. A forma e o ângulo das vertentes, bem como outros parâmetros topográficos, são fatores que devem ser ponderados em qualquer ação humana no meio, a fim de atenuar os impactos conseqüentes destas ações.

3 rio Batalha Bauru rio Tietê (médio curso) B. H. Água da Faca Piratininga N FIGURA 1: Localização da Área de Estudo (Bacia Hidrográfica da Água da Faca, Piratininga, SP). Figura modificada de: MIRANDA, E. E. e COUTINHO, A. C. (Coord.). Brasil Visto do Espaço. Campinas (SP): Embrapa Monitoramento por Satélite, Disponível em < Acesso em 19 de maio de BIGARELLA (2003) afirma que as áreas mais suscetíveis a erosão localizam-se nas cabeceiras das bacias, principalmente nas maiores declividades; e que, em vertentes com perfil convexo-côncavo, a energia do fluxo chega próxima do máximo na parte mais íngreme, geralmente na porção central do perfil, de modo que a maior parte da ação erosiva ocorre abaixo desta zona, onde os fluxos tornam-se canalizados e se formam as ravinas. No mesmo caminho, SANTOS & CASTRO (2006), em estudos de toposseqüências, discorrem que no Platô de Bauru (SP) a ruptura de declive côncava entre o terço superior e médio das vertentes favorece a instalação de fluxos superficiais erosivos, inclusive pelas características pedológicas: Latossolos na porção superior convexa e Argissolos no terço médio côncavo. SALOMÃO (1994) ao realizar estudos de toposseqüências nas Colinas Médias do Platô de Bauru (SP), afirma que nestas colinas (com declividades entre 10 e 20% e menos de 500 metros de comprimento) a maioria das voçorocas ocorre no terço inferior das vertentes a partir de rupturas de declive, e em cabeceiras de drenagem, enquanto as ravinas ocorrem principalmente nas porções intermediárias, onde as declividades permitem concentrações superficiais das águas pluviais. CASTRO (2005) afirma que, na alta bacia do rio Araguaia, as voçorocas de pequeno e médio porte se concentram nas amplas cabeceiras de drenagem concavizadas dos tributários do rio

4 Araguaia em vertentes longas (de 700 a mais de 3000 metros) e declives de até 12%, perpendiculares aos canais relativamente encaixados. Expõe ainda que os focos maiores localizam-se diretamente conectados ao rio Araguaia igualmente em setores concavizados das vertentes. Em oposição, FURLANI (1980) apresenta que, nas unidades tabuliformes afetadas por voçorocamento na região de Casa Branca (SP), as voçorocas desenvolvem-se em encostas com perfis convexos (com inclinação menor que 1% no topo e até 13% na base), descrevendo que, neste local, raramente encontra-se voçorocas em colinas ou espigões sem que pelo menos um segmento da encosta seja convexo. DAEE (1990) observou na bacia do Peixe-Paranapanema uma alta correlação entre voçorocamento e características de declividade e tamanho dos interflúvios. No geral, relevos mais declivosos e/ou com menores interflúvios mostraram-se mais suscetíveis ao desenvolvimento das voçorocas. Outra característica que este estudo considerou importante para a deflagração de voçorocas é a existência em uma mesma encosta de ruptura de declive, delimitando pequenos embaciamentos, na maioria das vezes situados em cabeceiras de drenagens. Partindo destas considerações, o objetivo desta pesquisa é analisar como o ângulo da encosta e a forma das vertentes estão relacionados à ocorrência da erosão linear na bacia hidrográfica da Água da Faca, Piratininga (SP). 2. MATERIAIS E MÉTODOS Para a efetivação dos objetivos do trabalho foram estabelecidas as seguintes etapas metodológicas: Mapeamento do Ângulo da Encosta e da Forma das Vertentes; Mapeamento das Feições Erosivas por meio de fotografias aéreas; e, Análise Conjunta da relação entre a erosão e os parâmetros topográficos por meio dos índices de Freqüência de Distribuição (FD) e Concentração de Erosão (CE). O mapeamento dos parâmetros topográficos foi realizado a partir de um Modelo Digital de Terreno (MDT) com resolução de 4 m² por meio do módulo Topo to Raster (ferramenta 3D Analyst) do programa ArcMap 9.2 (ArcGis 9). Com o MDT gerado, a elaboração dos mapas foi feita utilizandose os módulos específicos de cada mapa (ferramenta 3D Analyst) do programa ArcMap 9.2 (ArcGis 9), criando os mapas de ângulo da encosta, curvatura, curvatura em perfil e curvatura em planta. A definição das classes ângulo da encosta foi feita por meio da observação e análise da distribuição das curvas de nível da bacia e de perfis topográficos de diversos pontos da bacia. Desta maneira foram definidas cinco classes de ângulo para o Mapa de Ângulo da Encosta: de 0 a 3 graus, de 3 a 5, de 5 a 8, de 8 a 15 e acima de 15 graus. As categorias dos mapas de curvatura foram definidas após diversos testes para adequação dos tipos de curvatura às informações das curvas de nível, dividindo-as em côncavas, retilíneas e

5 convexas. Nesta etapa, os cálculos adotados pelo programa fornecem valores positivos ou negativos para as curvaturas côncavas e convexas, de acordo com o mapa, e valores nulos para a curvatura retilínea. VALERIANO (2003) e VALERIANO & CARVALHO JÚNIOR (2003) utilizando outro método, mas que fornece padrões de valores semelhantes, afirmam que uma parcela muito pequena do que estimamos ser retilíneo apresenta curvatura rigorosamente nula, sendo necessária assim uma faixa de tolerância. Os valores definidos para cada classe estão apresentados na Tabela 1. TABELA 1: Distribuição das classes dos mapas de Curvatura Convexa Retilínea Côncava Mapa de Curvatura > 0,08-0,08 0,08 < -0,08 Mapa de Curvatura em Perfil < -0,04-0,04 0,04 > 0,04 Mapa de Curvatura em Planta > 0,06-0,06 0,06 < -0,06 O mapeamento das feições erosivas foi realizado utilizando-se sete fotografias aéreas em escala aproximada de 1: de Primeiramente as fotografias foram digitalizadas e posteriormente georeferenciadas por meio do programa ArcMap 9.2 (ArcGis 9). Em seguida foi realizado o mapeamento das feições com o auxílio do esteroscópio de bolso. Nesta etapa, as feições erosivas foram delimitadas por meio de polígonos correspondentes às suas áreas (Figura 2). Com o objetivo de melhor avaliar a relação entre os parâmetros topográficos selecionados e a distribuição das feições erosivas da Água da Faca, foram calculados índices relativos à correlação entre as categorias de ângulo da encosta e curvatura e o mapa de feições erosivas. FIGURA 2: Exemplo do mapeamento de feições erosivas sobre fotografias aéreas por meio do estabelecimento de polígonos correspondentes às suas áreas.

6 O primeiro índice calculado foi a Freqüência de Distribuição (FD) de cada classe que é a razão entre o número de células de cada classe (N) e o total de células da bacia (T = células) N FD = 100 T Em seguida foi calculada a Concentração de Erosão (CE), que é razão entre o número de células, de cada classe, afetadas pela erosão linear (N e ) e o total de células afetadas na bacia (T e ). CE = N T e e 100 As considerações acerca do papel que o ângulo da encosta e a curvatura exercem na distribuição das feições erosivas são baseadas nas comparações entre estes dois índices nas diversas classes dos mapas. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES A relação entre Concentração de Erosão (CE) e Freqüência de Distribuição (FD) tem uma relação clara de aumento associado ao aumento do ângulo da encosta, tendo um pico na classe de 8 a 15 graus, que ocupando apenas 15,3% (FD) da área da bacia, tem 27,6% (CE) das feições (Figura 3). Sobre isto, SALOMÃO (1994), tratando de parte da bacia do médio e baixo Tietê, afirma ter observado maiores concentrações de ravinas e voçorocas em relevos mais movimentados, mostrando a grande influência da declividade no favorecimento da concentração das águas superficiais. A única exceção para esta tendência de aumento da erosão com o aumento do ângulo da encosta é a classe de ângulos maiores que 15 graus, na qual CE volta a ser menor que FD. Para explicar tal fato foram elaboradas duas hipóteses principais, que podem estar associadas. A primeira propõe que as vertentes com ângulos acima de 15 graus não permitem um grande desenvolvimento do solo diminuindo as possibilidades de ocorrência erosiva. Deste modo, as vertentes com maior ângulo de inclinação coincidem com menores espessuras de recobrimento, ou com camadas menos suscetíveis ao intemperismo e carreamento pelos agentes morfogenéticos atuais (SALOMÃO, 1994). A segunda hipótese advém do fato destas áreas terem sido historicamente ocupadas com menor intensidade, sendo menos interessantes à atividade agrícola. Assim, em muitos destes locais predomina a vegetação secundária ou capoeira e pasto sujo, diminuindo o importante papel das atividades antrópicas na gênese e desenvolvimento da erosão.

7 FIGURA 3: Comparação entre os valores da Freqüência de Distribuição (FD) e Concentração de Erosão (CE) para as classes do Mapa de Ângulo da Encosta. O padrão de aumento da relação entre CE e FD identificado alia-se ao fato das feições erosivas situarem-se em locais como as zonas de cabeceiras e o terço inferior das vertentes, que têm maior ângulo da encosta que seu entorno, apontando que o aumento do PE de acordo com o ângulo da encosta não é só conseqüência do simples aumento dos ângulos, mas também da associação destes com setores de vertente específicos. Os valores de Freqüência de Distribuição (FD) e Concentração de Erosão (CE) foram semelhantes para a Curvatura, Curvatura em Perfil e Curvatura em Planta (Figuras 4 a 6). Por este motivo e por serem parâmetros que estão conexos, estes foram analisados conjuntamente. No geral, a distribuição das áreas de cada classe é bastante homogênea, contudo a Concentração de Erosão (CE) difere significativamente de acordo com as classes. É muito clara a maior ocorrência erosiva em vertentes côncavas, estando associadas a cabeceiras de drenagem e anfiteatros de encosta. CASTRO (2005) encontrou uma associação semelhante na alta bacia do rio Araguaia, afirmando que as voçorocas estão localizadas principalmente nas cabeceiras de drenagem côncavas ou nas proximidades dos canais de drenagem também em setores concavizados das vertentes. Pode-se explicar tal relação pela ocorrência de convergência de fluxos hídricos pluviais nestes locais, permitindo o incremento de sua força de retirada e transporte de partículas do solo. KIRKBY & CHORLEY (1967) afirmam que a curvatura côncava em perfil, potencializando os fluxos hídricos, e a curvatura côncava em planta, produzindo a convergência destes fluxos, estão entre os principais fatores associados aos processos erosivos. MEIS et al. (1985) encontraram resultados semelhantes no médio vale do Paraíba do Sul, onde 65% das voçorocas ativas situavam-se em áreas côncavas (complexos de rampa), as quais

8 representavam menos de 30% da área total em estudo. Estes autores ainda afirmam que os segmentos côncavos das vertentes mostram um maior espessamento e complexidade das relações laterais e verticais dos corpos coluviais. Deste modo, em conseqüência da convergência dos fluxos d água superficiais e subsuperficiais, e das freqüentes descontinuidades ou truncamentos entre os corpos com propriedades diferenciadas, estas zonas representam áreas-críticas para o desencadeamento dos processos erosivos nos dias atuais. FIGURA 4: Comparação entre os valores da Freqüência de Distribuição (FD) e Concentração de Erosão (CE) para as classes do Mapa de Curvatura. FIGURA 5: Comparação entre os valores da Freqüência de Distribuição (FD) e Concentração de Erosão (CE) para as classes do Mapa de Curvatura em Perfil. FIGURA 6: Comparação entre os valores da Freqüência de Distribuição (FD) e Concentração de Erosão (CE) para as classes do Mapa de Curvatura em Planta.

9 Por outro lado, as vertentes convexas e retilíneas apresentaram ocorrência erosiva muito menor que as áreas côncavas, contudo ainda assim as convexidades têm maior concentração de feições que as vertentes retilíneas. Tal fato pode ser explicado pelas vertentes convexas, assim como as côncavas, situarem-se em locais de relevo mais movimentado nas cabeceiras da bacia. Já as vertentes retilíneas estão visivelmente relacionadas a áreas mais planas e vertentes mais suaves. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Esta pesquisa demonstrou a complexidade de se analisar quais são e como os fatores controladores da erosão atuam na sua distribuição. O ângulo da encosta, a curvatura, a curvatura em perfil e a curvatura em planta são características da vertente que têm papel relevante na distribuição das feições erosivas, estando associadas, principalmente à forma e intensidade dos fluxos hídricos. Por meio da avaliação destes fatores demonstrou-se que os processos erosivos ainda necessitam de estudos mais aprofundados sobre os mecanismos que atuam na sua origem e desenvolvimento, voltando-se a parâmetros às vezes negligenciados como a curvatura. A associação entre parâmetros topográficos, mais do que a atuação de um parâmetro isolado, potencializa a possibilidade da ocorrência erosiva, como foi demonstrado nas cabeceiras da Água da Faca, onde a associação entre curvaturas côncavas e ângulos da encosta entre 5 e 15 graus estão relacionados a boa parte das feições erosivas mapeadas na bacia. Demonstrando como cada fator analisado influi na distribuição das feições erosivas, este trabalho pode, por meio dos mapeamentos e resultados, subsidiar etapas futuras objetivando a investigação da dinâmica hidrológica destas vertentes, de modo a compreender a gênese e dinâmica dos processos erosivos.

10 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALMEIDA FILHO, G. S. (2000) Diagnóstico de Processos Erosivos Lineares associados a Eventos Pluviosos no município de Bauru, SP. Campinas (SP): UNICAMP, 224p. Dissertação de Mestrado Universidade Estadual de Campinas. BIGARELLA, J. J. (2003) Estrutura e Origem das Paisagens Tropicais e Subtropicais. Florianópolis (SC): Ed. da UFSC, v. 3, p CASTRO, S. S. (2005) Erosão Hídrica na Alta Bacia do Rio Araguaia: distribuição, condicionantes, origem e dinâmica atual. Revista do Departamento de Geografia, São Paulo (SP), n. 17, p COLTRINARI, L. Z. D. (1987) Formas e Depósitos de Vertente na Bacia de Taubaté, Sudeste do Brasil. Datilografado, 24p. DAEE. (1990) Controle de Erosão. São Paulo (SP): Departamento de Águas e Energia Elétrica (Secretaria de Energia e Saneamento do Estado de São Paulo) / Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), 2. ed., 92 p. FURLANI, G. M. (1980) Estudo Geomorfológico das Boçorocas de Casa Branca. São Paulo (SP): USP, 380p. Dissertação de Mestrado Universidade de São Paulo. GUERRA, A. J. T. (1994) Processos Erosivos nas Encostas. In: GUERRA, A. J. T.; CUNHA, S. B. (Orgs.). Geomorfologia: uma atualização de bases e conceitos. Rio de Janeiro (RJ): Bertrand Brasil, p IPT (1994) Carta Geotécnica do Estado de São Paulo, Escala 1: São Paulo (SP): Instituto de Pesquisas Tecnológicas. KERTZMAN, F. F. et al. (1995) Mapa da Erosão no Estado de São Paulo. Revisa do Instituto Geológico, São Paulo (SP), volume especial, p KIRKBY, M. J.; CHORLEY, R. J. (1967) Throughflow, Overland Flow and Erosion. Bulletin of the International Association of Scientific Hydrology, vol. 12, n. 3, p LEPSCH, I. F. (2002) Formação e Conservação dos Solos. São Paulo (SP): Oficina de Textos, 178p. MEIS, M. R. M. et al. (1985) As Descontinuidades das Formações Coluviais como Condicionantes dos Processos Hidrológicos e da Erosão Linear Acelerada. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE CONTROLE DE EROSÃO, 1985, Maringá (PR). Anais do SIMPÓSIO NACIONAL DE CONTROLE DE EROSÃO. Maringá (PR): Associação Brasileira de Geologia de Engenharia ABGE, p SALOMÃO, F. X. T. (1994) Processos Erosivos em Bauru (SP): Regionalização Cartográfica Aplicada ao Controle Preventivo Urbano e Rural. São Paulo (SP): USP, 200p. Tese de Doutorado Universidade de São Paulo. SANTOS, L. J. C.; CASTRO, S. S. (2006) Lamelas (Bandas Onduladas) em Argissolo Vermelho-Amarelo como indicadores da Evolução do Relevo: o caso das Colinas Médias do

11 Platô de Bauru (SP). Revista Brasileira de Geomorfologia, União da Geomorfologia Brasileira, ano 7, n. 1, p STABILE, R. A.; VIEIRA, B. C. (2008) Distribuição das Feições Erosivas da Bacia Água da Faca, Piratininga (SP): uma análise geomorfológica preliminar. In: VII SIMPÓSIO NACIONAL DE GEOMORFOLOGIA, 2008, Belo Horizonte (MG). Anais do VII SIMPÓSIO NACIONAL DE GEOMORFOLOGIA. Belo Horizonte (MG): União da Geomorfologia Brasileira (UGB). VALERIANO, M. M. (2003) Curvatura Vertical de Vertentes em Microbacias pela análise de Modelos Digitais de Elevação. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande (PB): DEAg/UFCG, v. 7, n. 3, p VALERIANO, M. M.; CARVALHO JÚNIOR, O. A. (2003) Geoprocessamento de Modelos Digitais de Elevação para Mapeamento da Curvatura Horizontal em Microbacias. Revista Brasileira de Geomorfologia, União da Geomorfologia Brasileira, ano 4, n. 1, p