REDUÇÃO DE POLUIÇÃO DISPERSA PELA MATA CILIAR : CÁLCULO DE LARGURA USANDO SIG

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1 REDUÇÃO DE POLUIÇÃO DISPERSA PELA MATA CILIAR : CÁLCULO DE LARGURA USANDO SIG Lília Maria de Oliveira Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo Departamento de Hidráulica e Saneamento Av. Dr. Carlos Botelho-1465 Vila Pureza São Carlos - SP - Brasil Caixa Postal : 250 Fax lilmaria@sc.usp.br Luiz Antonio Daniel Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo Departamento de Hidráulica e Saneamento Av. Dr. Carlos Botelho-1465 Vila Pureza São Carlos - SP - Brasil Caixa Postal : 250 Fax ldaniel@sc.usp.br Palavras chaves: Mata ciliar, Poluição dispersa, SIG, IDRISI

2 Introdução A bacia hidrográfica do ribeirão do Feijão, consiste no principal manancial de abastecimento da cidade de São Carlos, no estado de São Paulo, Brasil, o que faz com que exista uma grande preocupação com a proteção de seus corpos d água. Devido a práticas inadequadas de uso e manejo do solo os corpos d água da bacia, em alguns trechos, apresentam indícios de focos de fontes dispersas de poluição que podem possivelmente estar ocasionando a sua contaminação. O transporte de poluentes advindos de fontes dispersas de poluição geralmente ocorre através do escoamento superficial e subsuperficial. Uma solução que vem sendo largamente utilizada por países da Europa e também nos Estados Unidos para controle destes dois mecanismos de transporte de poluentes é o estabelecimento e preservação da mata ciliar, adjacente aos corpos d água. Quando se pensa no estabelecimento desta faixa de mata ciliar entre o solo ocupado pela agricultura e os corpos d água surgem varias questões de difícil resposta, tais como: Qual seria o tamanho de uma faixa que seja eficiente na remoção de poluentes? Quais os parâmetros a considerar na sua determinação? Como equacionar este problema? Para responder tais questões vários modelos tem sido propostos, dentre eles pode-se citar o de NIESWAND et. al (1990) e PHILLIPS 1989 (a,b,c,d,e). Mas a utilização destes modelos se torna extremamente complexa na prática devido a necessidade de grande número de dados e a difícil manipulação dos mesmos. Uma ferramenta importante no auxilio a obtenção destas respostas e o Sistema de Informações Geográficas (SIG), que é capaz de armazenar grande número de dados e manipular e administrar os mesmos, XIANG (1993, 1996). Objetivos Os objetivos deste trabalho são propor uma metodologia que possa ser utilizada para estimativa da largura mínima adequada de mata ciliar para reter e assimilar poluentes transportados pelo escoamento superficial e subsuperficial, avaliar a eficiência do modelo proposto e de seus parâmetros e comparar os valores obtidos com os valores apresentados pela legislação vigente no Brasil. Metodologia Modelo para cálculo da largura de mata ciliar A eficiência da mata ciliar está relacionada à sua capacidade em reter e assimilar os poluentes transportados pelo escoamento que a atravessa. Alguns poluentes são transportados unicamente pelo escoamento superficial e geralmente vem adsorvidos aos sedimentos. Seu movimento através da mata ciliar depende da energia do escoamento superficial. Outros poluentes são transportados na forma dissolvida, e por isso, além de serem transportados pelo escoamento superficial, podem também se deslocar pelo escoamento subsuperficial. A metodologia adotada nesse trabalho foi a desenvolvida por PHILLIPS (1989a,b), na qual o modelo denominado Modelo de Detenção trata de ambos os escoamentos, superficial e subsuperficial. O modelo foi desenvolvido a partir da lei de Darcy, da equação de Manning e da equação de transporte de sedimentos pelo escoamento superficial, desenvolvida por MOORE & BURT (1986). O modelo de detenção leva em consideração características do solo, como permeabilidade, capacidade de campo, cobertura vegetal, rugosidade e declividade. A determinação da largura de mata ciliar pressupõe a existência de uma faixa de referência, para qual se conhece a largura. Com base no conhecimento dessa faixa de referência e no estabelecimento da eficiência que se deseja atingir, a largura da faixa de mata ciliar, ao longo do corpo d água, é calculada pela equação (1).

3 0, 6 0, 4 0, 7 [( ) ( ) ( ) ( )] 0, 5 L = P L n n K K s s C C b r r b r b b r r b L b : largura de mata ciliar a ser obtida(m); p: eficiência esperada para a largura (L b ); K: permeabilidade; n: rugosidade (coeficiente de Manning) s: declividade; C: capacidade de campo 0, 5 (1) Os índices r e b são relativos à faixa de referência e à faixa calculada, respectivamente. O passo seguinte consistiu em implementar o resultado obtido pela equação (1) ao Sistema de Informações Geográficas (SIG). O software utilizado foi o IDRISI, por ser de fácil trabalho e possuir interface com demais software. Metodologia para traçado da largura da mata ciliar A metodologia adotada para o traçado da largura L b de mata ciliar foi desenvolvida por XIANG (1993, 1996) para ser utilizada no SIG/ARCINFO. Tal metodologia foi escolhida em função da facilidade de aplicabilidade e por apresentar resultados bastante satisfatórios. Os mapas com os valores das variáveis apresentadas na equação (1) foram digitalizados e transferidos para o IDRISI, dentro do qual a equação (1) foi implementada obtendo-se os valores de largura L b, conforme apresentado na figura (1a,b). O traçado da largura necessária para a retenção e remoção de poluentes é feito considerando um índice de contribuição por metro de faixa de mata ciliar, dado pela equação (2) c i = 1 L i c i [0,1] (2) c i - índice de contribuição por metro, para o pixel (i) 1. L i - largura obtida pelo IDRISI a partir da equação (1), para o pixel (i), ou seja, o valor de L b por pixel. Como todas as células (pixel) possuem uma mesma dimensão, por exemplo (10 x 10) metros, é necessário que se calcule o índice de contribuição para cada pixel p ij, que indica qual foi a contribuição total do pixel para se atingir P. Dado um índice de contribuição c i por metro, ν ij pode ser calculado através da multiplicação de c i pela da resolução da célula r, por exemplo 10 metros, ou seja v ij = c i r ν ij [0,1] (3) Para que a eficiência (P) seja satisfeita é necessário que se faça o somatório dos índices de contribuição das células até que seja atingido um valor igual a 100%, ou seja, a soma atinja o valor 1, para a qual a eficiência (P) foi atingida: m n V = V i= 1 j= 1 ij V [0,+ ] (4) Para V=1 traça-se a faixa desejada, com eficiência preconizada inicialmente. 1 Pixel- uma célula da grade raster dos mapas criados pelo IDRISI

4 p 22 p 21 p 11 p 00 p 11 p 12 p 21 p 22 P 1 P 2 p 21 p 12 p 11 p 00 p 11 p 12 p 21 p 22 p 22 p 21 p 11 p 00 p 11 p 12 p 21 p 22 P 2 P 0 p 22 p 21 p 11 p 00 p 00 p 11 p 12 p 31 P 1 P 3 p 22 p 21 p 12 p 11 p 00 p 11 p 12 p 31 (a) (b) FIGURA 1- Representação raster das parcelas do solo e corpo d água Desenvolvimento do trabalho Os mapas de topografia, pedologia, uso e ocupação do solo e hidrografia foram digitalizados. Para complementação das informações dos solos da região foram feitos ensaios de capacidade de campo e de permeabilidade. O estudo se concentrou inicialmente em apenas uma micro-bacia da região, para que fosse possível desenvolver um metodologia que utilizasse o modelo proposto em conjunto com o software IDRISI. Verificada a aplicabilidade do modelo, o estudo poderá ser ampliado para toda a bacia. Os dados de chuva foram obtidos na Estação Climatológica do Centro de Recursos Hídricos e Ecologia Aplicada da Escola de Engenharia de São Carlos - USP e os dados relativos à degradação de substâncias químicas no solo foram extraídos da literatura (HAMMER, 1989). Resultados A largura de referência da mata ciliar foi obtida considerando os valores referentes às condições médias da bacia em estudo, de acordo com valores apresentados na Tabela 1. TABELA 1- Características para mata ciliar de referência Características de referência para mata ciliar C r (cm) 7,88 K r (cm/s) 17,72 s r (%) 6,88 n r 0,100 L r (m) 30 A largura de mata ciliar foi determinada com base na obtenção de 90 % (noventa porcento) de eficiência na remoção de amônia, com velocidade de degradação no solo de 0,0545 h -1, valor obtido em THUT 2 apud HAMMER (1989). O valor de n r foi escolhido para a mata ciliar recomposta com árvores e vegetação rasteira. Para a primeira simulação considerou-se que a faixa de mata ciliar não teria a sua vegetação recomposta, o que corresponderia ao seu isolamento do restante da bacia, ou seja, não se permitiria nenhuma utilização desta faixa para fins agrícolas. Os valores de largura L b obtidos para esta primeira condição variaram de 20 a 80 metros é são apresentados na Figura 2. 2 Thut, Rudolph N. Utilization of artificial mashes for treatment of pulp mill effluents. In: Constructed wetlands for wastewater treatment: Municipal, Industrial and agricultural. Capítulo 19, P (1989)

5 FIGURA 2 - Largura da mata ciliar considerando solo com vegetação composta por gramíneas Na segunda simulação os valores dos parâmetros de referência adotados foram os mesmos apresentados na tabela 1, com a alteração de que o valor de n b foi adotado igual a 0,1, ou seja, considerando recomposição da vegetação da mata ciliar, em contraposição à primeira simulação. Para a segunda simulação os valores de L b obtidos variaram de 10 a 50 m, ou seja, houve redução na largura da faixa de mata ciliar, o que já era esperado pela análise da equação (1). O traçado da mata ciliar está apresentado na Figura 3. FIGURA 3 - Largura da mata ciliar considerando solo com vegetação arbórea em conjunto com vegetação rasteira

6 Analisando-se os resultados apresentados nas figuras (2) e (3) com auxílio do módulo CROSSTAB do IDRISI, que realiza a sobreposição dos dois mapas e compara de maneira geral qual foi a redução de área de mata ciliar da primeira simulação para a segunda obteve-se que, considerando apenas o aumento da rugosidade a largura de mata ciliar, para a remoção de um mesmo poluente, reduziu em aproximadamente 40% (quarenta porcento) com o aumento da rugosidade, ou seja, na figura 2 foram necessários 3092 pixel para que a largura de mata ciliar obtivesse uma eficiência de remoção de amônia de 90%, enquanto na figura 3 apenas 1841 pixel (figura 2) foram suficientes para que se atingi-se a mesma eficiência (90%) obtida para a primeira simulação. Os resultados obtidos pela aplicação do CROSSTAB são apresentados na figura 4 e tabela 2. FIGURA 4 - Resultado da aplicação de CROSSTAB (módulo do IDRISI) entre as Figuras 2 e 3, respectivamente 3. O resultado pode ser interpretado da seguinte forma: Figura 4 : Figura 2 Figura 3, ou seja, a figura 4 é resultado da sobreposição da figura 2 a figura 3. Os números 0,1,2,3 para as Figuras 2 e 3 são: 0: - Área externa a micro-bacia Conde do Pinhal; 1: Área da micro-bacia conde do Pinhal; 2: Mata ciliar; 3: Córrego Conde do Pinhal. Os números 1, 2, 3, 4, 5 e 6 referentes à Figura 4 indicam a relação qualitativa entre as Figuras 2 e 3 que é também apresentada na Tabela 2 Observa-se que a Figura 2 (n b para uso e ocupação atuais do solo) possui exatamente 1251 células (pixel) de mata ciliar a mais que a Figura 3 (n b =0,1), ou seja, a mata ciliar com vegetação recomposta diminuiu aproximadamente 40 % com relação a mata ciliar sem recomposição de vegetação. 3 O resultado da Figura 4, índice 2 (cor amarela) deve ser desconsiderado.

7 TABELA 2 - Resultado do CROSSTAB entre as Figuras 2 e 3. Figura Total Figura Total Conclusões Com relação à metodologia utilizada, pode-se dizer que foi de fácil aplicação. A partir da obtenção dos dados necessários, os cálculos puderam ser rapidamente executados pelo SIG/IDRISI tornando os valores finais de largura de mata ciliar disponíveis em um curto intervalo de tempo. O Código Florestal, Lei Federal n de 15 de setembro de que com pequenas alterações ainda permanece em vigor, estabelece no seu artigo 2 0 que Consideram-se de preservação permanente as florestas (...) e demais formas de vegetação natural situadas: a)- ao longo dos rios ou de qualquer curso d água desde a seu nível mais alto em faixa marginal cuja largura mínima seja: 1)- de trinta metros para os cursos d água de menos de dez metros de largura; Os valores obtidos para a largura da mata ciliar oscilaram entre 20 e 80 metros, na primeira simulação e entre 10 e 50 metros na segunda simulação. Com base nisto e na Lei Federal n (Brasil) conclui-se que para região em estudo o código florestal está superestimado com relação a fontes dispersas de poluição, ou seja, para parcelas de solo onde o modelo preconiza que apenas dez (10) metros de mata ciliar seriam suficientes para proteção do corpo d água o código estabelece trinta (30) metros. Porém na maior parte da área, o código florestal se encontra subestimado com relação a fontes dispersas de poluição, ou seja, o modelo preconiza valores superiores a 30 metros ( valor dado pelo código florestal). Nota-se ainda que o modelo é bastante sensível a mudança do tipo de cobertura do solo da faixa de Mata ciliar, pois como o ganho de rugosidade a largura reduzi-se sensivelmente. Bibliografia HAMMER; DONALD A. (1989) Construced wetlands for wastewater treatment: Municipal, industrial and agricultural. proceedings from the first international conference on constructed wetlands for wastewater treatment held in Chattanooga, Tennessee on june 13-17, 1988, Lewis publishers, INC. United States of America. 819p. MOORE, I. D.; BURCH, G. J. (1986) Modeling erosion and deposition: topographic effects. In: Transactions of the ASAE, V. 29, n 0. 6, Nov.- Dec., p PHILLIPS, J. D. (1989a). An evaluation of the factors determining the effectiveness of water quality buffer zones. In: J. Hydrology, V.107, p PHILLIPS, J. D. (1989b). Evaluation of North Carolina`s estuarine shoreline area of environmental concern from water quality perspective. In: Coastal Management V.17, p XIANG, WEI-NING (1993). A GIS method for water quality buffer generation. In: Int. J. Geographical Information Systems, V. 7, n o 1, p XIANG, WEI-NING (1996). GIS-based riparian buffer analysis: injecting geographic information into landscape planning. In: Landscape and Urban Planning, V. 34, p com as alterações introduzidas pela lei n 7.803, de