SURVEY OF THE MORPHOMETRIC PROPERTIES AT RIBEIRÃO VERMELHO WATERSHED USING GEOPROCESSING

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1 / /gst.v8n2p LEVANTAMENTO DAS PROPRIEDADES MORFOMÉTRICAS DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIBEIRÃO VERMELHO COM O USO DE GEOPROCESSAMENTO José de Oliveira Melo Neto 1*, Carlos Rogério de Mello 1 RESUMO: As características de forma e relevo de uma bacia hidrográfica são preponderantes na distribuição espacial da água na superfície, afetando diretamente os processos de infiltração e escoamento da mesma. A proposta deste trabalho foi levantar as características morfométricas da bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho (BHRV), a fim de identificar o padrão de drenagem e suas relações com o relevo e como estes influenciam o regime hídrico da referida bacia, empregando técnicas de geoprocessamento. Foram utilizadas cartas topográficas da área de estudo para a confecção de mapas de declividade e hipsométrico além de calcular os índices: fator de forma, compacidade, circularidade, densidade de drenagem, densidade de rios, extensão do escoamento superficial e declividade média do Ribeirão Vermelho. Os resultados do levantamento das propriedades morfométricas indicam uma baixa suscetibilidade da bacia a picos de enchentes, favorecendo o processo de infiltração da água em detrimento do processo de escoamento superficial. Palavras-chave: SIG, análise ambiental, escoamento superficial. SURVEY OF THE MORPHOMETRIC PROPERTIES AT RIBEIRÃO VERMELHO WATERSHED USING GEOPROCESSING ABSTRACT: The characteristics of shape and relief of a watershed are preponderant in the spatial distribution of water on the surface, affecting directly the processes of infiltration and runoff. The purpose of this study was to gather the morphometric characteristics at Ribeirão Vermelho Watershed (RVW) with the aim of identify the drainage pattern and its relation to the relief, and how these drainage pattern affect the water regime of the watershed using GIS techniques. Topographic charts of the area of study were used to make slope and hypsometric maps, in addition to calculate the indexes: shape factor, compactness, circularity, drainage density, river density, length of runoff and average slope of the Ribeirão Vermelho. The results of the survey about the morphometric properties indicate a low susceptibility of the watershed with flood peaks, favoring the infiltration of water to the detriment of the process of runoff. Key-words: GIS, environmental analysis, runoff. 1 Universidade Federal de Larvras UFLA. * joseneto_86@hotmail.com. Autor para correspondência. Recebido em: 09/12/2014. Aprovado em: 09/09/2015. Gl. Sci Technol, Rio Verde, v.08, n.02, p , mai/ago

2 J. de O. Melo Neto & C. R. de Mello 104 INTRODUÇÃO A bacia hidrográfica é reconhecida como uma unidade básica de ecossistema terrestre, porque reúne partes do meio ambiente que interagem local e regionalmente por intermédio do fluxo de materiais e organismos mediado pela água (MOULTON; SOUZA, 2006). Os mesmos autores ainda abordam o conceito de bacia hidrográfica como uma referência no espaço, onde ela é a definição topográfica da área de escoamento da chuva por um sistema interligado de corpos hídricos que convergem para uma única saída. Já para Lima e Zakia (2000), as bacias hidrográficas são sistemas abertos, que recebem energia por meio de agentes climáticos e perdem energia através do deflúvio, podendo ser descritas em termos de variáveis interdependentes, que oscilam em torno de um padrão e dessa forma, mesmo quando perturbadas por ações antrópicas, encontram-se em equilíbrio dinâmico. Teodoro et al. (2007) complementam o raciocínio acima apontando que qualquer modificação no recebimento ou na liberação de energia, ou modificação na forma do sistema, acarretará em uma mudança compensatória que tende a minimizar o efeito da modificação e restaurar o estado de equilíbrio dinâmico. O comportamento hidrológico de uma bacia hidrográfica está associado as suas características morfológicas, climáticas e de uso e ocupação do solo influenciando os processos de infiltração, escoamento superficial, subsuperficial e evapotranspiração (RODRIGUES; PISSARRA; CAMPOS, 2008). A caracterização dos aspectos morfológicos de uma bacia hidrográfica, com o intuito de levantar as áreas críticas do ponto de vista da manutenção da água, é condição básica para o planejamento bem sucedido da conservação e aumento da disponibilidade hídrica (MELO NETO et al., 2012). Segundo Christofoletti (1980), o estudo hidrológico e das características físicas de uma bacia hidrográfica tem aplicação nas seguintes áreas: escolha de fontes para abastecimento de água, projeto e construções de obras hidráulicas, projetos de drenagem, irrigação, regularização de corpos d água e controle de inundações, controle da poluição, controle de erosão, navegação, aproveitamento hidroelétrico, operação de sistemas hidráulicos complexos, recreação e preservação do meio ambiente e preservação e desenvolvimento da vida aquática. Alves e Castro (2003) apontam a necessidade do emprego de métodos quantitativos em estudos associados à caracterização morfométrica de bacias hidrográficas a fim de identificar homogeneidades que permitam correlacionar a forma do relevo com a disponibilidade hídrica. Atualmente, a caracterização morfométrica de bacias hidrográficas é feita com a integração de informações de relevo em ambiente de Sistema de Informações Geográficas (SIG) (OLIVEIRA et al., 2010). O avanço na área de geotecnologias através da utilização em conjunto de produtos de sensoriamento remoto com técnicas de geoprocessamento tem permitido um levantamento mais rápido, detalhado e eficaz de informações sobre as bacias hidrográficas em geral (ARAÚJO; TELES; LAGO, 2009). Tem-se como proposta deste trabalho, levantar as características morfométricas da bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho (BHRV), a fim de identificar o padrão de drenagem e suas relações com o relevo e como estes influenciam o regime hídrico da referida bacia, empregando técnicas de geoprocessamento. MATERIAL E MÉTODOS Como uma subunidade da bacia hidrográfica do Rio Grande, a bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho (BHRV) tem sua relevância associada a um contexto local, principalmente, para a população do município de Lavras, Minas Gerais, onde está inserida. A referida bacia faz parte da unidade de planejamento dos recursos hídricos

3 Levantamento das propriedades UPGRH-GD2, possuindo uma área de drenagem de 56,2 km 2 e está localizada entre as coordenadas planas e Sul e e Oeste sob a projeção UTM e referencial geodésico SAD 69 zona 23. Na Figura 1, está espacializada a área de drenagem da bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho. A região possui clima úmido B3, de acordo com a classificação de Thornthwaite, ou seja, com balanço hídrico positivo ao longo de todo o ano e Cwa pela classificação proposta por Köppen, temperado chuvoso (mesotérmico) com inverno seco e verão chuvoso, subtropical e temperatura do mês mais quente maior que 22 C. Figura 1 Área de drenagem da bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho. Os limites da bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho foram definidos por digitalização manual no AutoCAD, utilizando-se as cartas topográficas 1: de Lavras e Itumirim, disponíveis em formato digital no site do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2014). Com base nas cartas topográficas digitalizadas foi gerado um Modelo Digital de Elevação (MDE) que propiciou a construção do mapa de declividade e hipsométrico. Todas as características morfométricas foram obtidas a partir da aplicação de técnicas de geoprocessamento por meio do SIG ArcGIS em sua versão 9.3. A declividade foi agrupada em classes de acordo com a classificação da EMBRAPA (1979): 0-3% (Plano), 3-8% (Suave Ondulado), 8-20% (Ondulado), 20-45% (Fortemente Ondulado) e de 45-75% (Montanhoso). O comprimento do rio principal foi obtido a partir do MDE que possibilitou gerar a rede de drenagem da BHRV e identificar o Ribeirão Vermelho e seus respectivos tributários. Foram calculados os índices morfométricos: fator de forma (Ff), compacidade (Kc), circularidade (Ic), densidade de drenagem (Dd), densidade de cursos d água (Ds), extensão média do escoamento superficial (Cm) e declividade média do rio principal (S), segundo as

4 J. de O. Melo Neto & C. R. de Mello 106 Equações 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7, respectivamente (CHRISTOFOLETTI, 1980). B Ff L (1) Kc 0,28 P A (2) Ic 12,57 A 2 P (3) Lt Dd A (4) Ns Ds A (5) 1 Cm 4 Dd (6) H S l (7) B representa largura média da bacia hidrográfica (km); L representa o comprimento axial da bacia hidrográfica (km); P representa o perímetro da bacia (km); A representa a área da bacia (km 2 ); Lt comprimento total de todos os canais (km); Ns representa o número de cursos d água; ΔH representa a diferença de cota entre o ponto inicial e final do rio principal (m); l representa o comprimento do rio principal entre a sua nascente e foz (km). A ordem da rede de drenagem foi definida, aplicando-se a metodologia proposta por Strahler (1957). RESULTADOS E DISCUSSÃO Um resumo das características físicas da bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho está expresso na Tabela 1. Em que: Tabela 1. Características físicas da bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho Características físicas Valores Características físicas Valores Área de drenagem (km 2 ) 56,20 Declividade média (%) 15 Perímetro (km) 40,35 Declividade máxima (%) 73 Número de rios 101 Altitude máxima (m) 1080 Comprimento total dos rios (km) 59,44 Altitude mínima (m) 760 Comprimento total do rio principal (km) 15,88 Altitude média (m) 890 Devido à sua pequena área de drenagem a BHRV, poder ser classificada como uma bacia hidrográfica de mesoescala (TUCCI, 2007). Com base nos dados de declividade e hipsometria, a bacia apresenta um relevo com características de ondulado, segundo EMBRAPA (1979). Para Cardoso et al. (2006), a declividade influencia a relação entre a precipitação e o deflúvio da bacia hidrográfica e, sobretudo, no aumento da velocidade do escoamento superficial, reduzindo a possibilidade da infiltração de água no solo. Desta maneira, a BHRV apresenta uma tendência de favorecer o processo de escoamento superficial direto. Na Figura 2, estão espacializados os mapas de declividade (a) e hipsométrico (b) para a bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho.

5 Levantamento das propriedades Figura 2 Mapas de declividade (a) e hipsométrico (b) da bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho. A BHRV apresenta uma variação altimétrica de 320 metros, onde as maiores cotas estão localizadas em sua cabeceira e em uma serra situada a noroeste próximo a foz do Ribeirão Vermelho. Segundo Melo Neto et al. (2012), grandes variações de altitude em uma bacia hidrográfica acarretam diferenças significativas na temperatura média que influi diretamente no processo de evapotranspiração. Na Tabela 2, são apresentados os resultados obtidos no cálculo dos índices morfométricos. Tabela 2. Índices morfométricos para a bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho Índices morfométricos Valores Unidade Fator de forma (Ff) 0,22 Adimensional Compacidade (Kc) 1,51 Adimensional Circularidade (Ic) 0,43 Adimensional Densidade de drenagem (Dd) 1,06 km.km -2 Densidade dos cursos d água (Ds) 1,80 rios.km -2 Extensão média do deflúvio (Cm) 0,24 km Declividade média do rio principal (S) 7,56 m.km -1 O fator de forma é um índice indicativo da tendência para enchentes de uma bacia. Uma bacia com um fator de forma baixo é menos sujeita a enchentes que outra de mesmo tamanho, porém, com maior fator de forma (MELO NETO et al., 2012). Uma bacia será mais suscetível a enchentes mais acentuadas quando seu Kc for mais próximo da unidade. Similarmente, o índice de circularidade tende para a unidade, à medida que a bacia se aproxima da forma circular e diminui quando a forma torna alongada. Estes índices indicam que a BHRV tem característica alongada e próxima do formato elíptico, fato este que favorece uma melhor distribuição do escoamento ao longo da bacia hidrográfica. Uma indicação razoável do grau de desenvolvimento de um sistema de drenagem é fornecida pelo índice chamado densidade de drenagem. O estudo da densidade de drenagem indica a maior ou menor velocidade com que a água deixa a bacia hidrográfica. Nessa premissa, a bacia do Ribeirão Vermelho apresenta uma densidade de

6 J. de O. Melo Neto & C. R. de Mello 108 drenagem baixa, favorecendo a permanência da água na bacia por um período maior de tempo. Esta afirmação pode ser referendada ao analisar os resultados da densidade de curso d água e número de ordem da BHRV. A ordem da rede de drenagem (Figura 3) é 4, indicando o baixo grau de desenvolvimento da hidrografia na bacia que também apresenta baixa quantidade de rios por unidade de área. Figura 3 Ordem de drenagem dos cursos d água da bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho. CONCLUSÕES De maneira geral, os resultados do levantamento morfométrico indicaram uma baixa susceptibilidade da bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho a produzir picos de enchentes em condições normais de pluviosidade anual. Em contrapartida, o relevo é movimentado e favorece a ocorrência do escoamento superficial direto. O padrão de drenagem formado pelos cursos d água da bacia caracteriza-se como do tipo dendrítico, apresentando baixo grau de ramificação com drenagem deficiente. Este contraponto entre os resultados apresentados pelo conjunto de índices morfométricos e o componente morfológico reforçam o emprego conjunto das metodologias para auxiliar o analista ambiental na tomada de decisão. Por fim, o emprego de técnicas de geoprocessamento permitiu uma análise precisa e detalhada das características morfométricas da Bacia Hidrográfica do Ribeirão Vermelho. Assim, recomenda-se o emprego de Sistemas de Informações Geográficas para a caracterização ambiental de bacias hidrográficas. REFERÊNCIAS ALVES, J. M. P.; CASTRO, P. T. A. Influência de feições geológicas na morfologia da bacia do rio Tanque (MG)

7 Levantamento das propriedades baseada no estudo de parâmetros morfométricos e análise de padrões de lineamentos. Revista Brasileira de Geociências, v. 33, p , ARAÚJO, E. P. de; TELES, M. G. L.; LAGO, W. J. S. Delimitação das bacias hidrográficas da Ilha do Maranhão a partir de dados SRTM. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 24., 2009, Natal. Anais..., p BRASIL Lei n Disponível em: Acesso em 30 de novembro de CARDOSO, A. C.; DIAS, H. C. T.; SOARES, C. P. B.; MARTINS, S. V. Caracterização morfométrica da bacia hidrográfica do Rio Debossan, Nova Friburgo - RJ. Árvore, v. 30, p CHRISTOFOLETTI, A. Geomorfologia. São Paulo: Edgard Blücher, CURTARELLI, M. P. SIG aplicado à caracterização morofmétrica de bacias hidrográficas estudo de caso da bacia hidrográfica do rio Cubatão do Sul Santa Catarina/Brasil. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 24., 2009, Natal. Anais..., 2009, p EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA EMBRAPA. Serviço Nacional de Levantamento e Conservação de Solos. In: Reunião Técnica de Levantamento de Solos, 10., 1979, Rio de Janeiro, p. 83. IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Cartas topográficas. Disponível em Acesso em 20 de novembro de 2014 MELO NETO, J. O.; GUIMARÃES, D. V.; CHAGAS, R. M.; MÉLLO JÚNIOR, A. V. Caracterização da influência do componente morfológico no regime hídrico da bacia hidrográfica do Rio Jacarecica-SE. In: Encontro de Recursos Hídricos em Sergipe, 5., 2012, Aracaju, Anais..., Aracaju, 2012, p.1-5. MOULTON, T. P.; SOUZA, M. L. Conservação com base em bacias hidrográficas. In: BERGALLO, H.G. Biologia da conservação. Rio de Janeiro: EUERJ, p. OLIVEIRA, P. T. S.; SOBRINHO, T. A.; STEFFEN, J. L.; RODRIGUES, D.B.B. Caracterização morfométrica de bacias hidrográficas através de dados SRTM. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 14, p , RODRIGUES, F. M.; PISSARRA, T. C. T.; CAMPOS, S. Caracterização morfométrica da microbacia hidrográfica do Córrego da fazenda Glória, município de Taquaritinga, SP. Irriga, 13, p , STRAHLER, A. N. Quantitative analysis of watershed geomorphology. Transform. American Geophysical, 248, p , TEODORO, V. L.; TEIXEIRA, D.; COSTA, D. J. L.; FULLER, B. B. O Conceito de Bacia Hidrográfica e a Importância da Caracterização Morfométrica para o Entendimento da Dinâmica Ambiental Local. Revista UNIARA, 20, p , TUCCI, C. E. M. Hidrologia, ciências e aplicação. Porto Alegre: UFRGS/ABRH, LIMA, W.P.; ZAKIA M.J.B. Hidrologia de matas ciliares. In: RODRIGUES; R.R.; LEITÃO FILHO; H.F. Matas ciliares: conservação e recuperação. 2. São Paulo: Universidade de São Paulo, p