ANÁLISE QUANTITATIVA DA PERDA DE SOLO NA BACIA DO RIBEIRÃO JOSÉ PEREIRA, ITAJUBÁ - MG

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1 ANÁLISE QUANTITATIVA DA PERDA DE SOLO NA BACIA DO RIBEIRÃO JOSÉ PEREIRA, ITAJUBÁ - MG Maira dos Santos Bueno 1 & Benedito Cláudio da Silva 2 RESUMO O presente trabalho tem por objetivo quantificar temporal e espacialmente a produção de sedimentos na bacia hidrográfica do ribeirão José Pereira, em Itajubá (MG). Para isso, realizouse a simulação da perda de solo na bacia através do modelo Equação Universal de Perda de Solo (EUPS), a partir dos quais geraram-se mapas com o potencial de erosão da bacia, identificando possíveis relações entre a produção de sedimentos e os usos do solo da bacia. Palavras-Chave Sedimentos, Ribeirão José Pereira, Equação Universal de Perda de Solo. QUANTITATIVE ANALYSIS OF SOIL LOSS IN THE JOSÉ PEREIRA RIVER BASIN, ITAJUBÁ - MG ABSTRACT The objective of the present work is to qualify temporally and spatially the sediments production in the José Pereira stream s river basin, in Itajubá (MG). It was performed the soil loss simulation in the river basin using the model Universal Soil Loss Equation (USLE), from which were generated maps with the river basin's potential erosion, identifying possible relations between the sediments production and the basin soils use. Keywords Sediments, José Pereira stream, Universal Soil Loss Equation. 1 Graduanda em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal de Itajubá UNIFEI, mibueno90@yahoo.com.br 2 Professor Adjunto da Universidade Federal de Itajubá UNIFEI, silvabenedito@gmail.com XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 INTRODUÇÃO A produção de sedimentos em uma bacia hidrográfica está diretamente relacionada ao processo erosivo provocado principalmente pela ação antrópica no uso do solo, além disso, fenômenos climáticos naturais intensificam esse processo, causando diversos impactos ambientais na região, como por exemplo, assoreamento do leito do rio. Os danos vinculados com erosão e transporte de partícula são diversos. Entre eles estão à remoção da camada superficial do solo, implicando na redução da fertilidade do mesmo; adsorção, transporte e destino de nutrientes e contaminantes para os cursos d agua, devido ao escoamento superficial, alterando a qualidade da água; impactos ao habitat aquático; redução da capacidade de estruturas hidráulicas como canais, reservatórios e portos, além da redução na longevidade de equipamento de hidrelétricas. (PAIVA et al, 2001). Devido a esses problemas relacionados com a perda de solo em uma bacia hidrográfica, surgiu a necessidade de se realizar uma quantificação da produção de sedimentos através da elaboração de modelos, cujos principais objetivos de um modelo de erosão são: planejamento do controle da erosão, onde se busca identificar áreas mais susceptíveis para a aplicação de recursos, e planejamento dos recursos hídricos, no caso da avaliação de estruturas hidráulicas e modelagem da qualidade da água onde se deseja obter carga de sedimento suspenso. Dentre os modelos desenvolvidos, um dos mais tradicionais é o EUPS Equação Universal de Perda de Solo, que estima a perda de solo por erosão laminar e sulcos para longos períodos. (PAIVA, 2003, apud DALLA, 2011 p.2). A bacia do Ribeirão José Pereira apresenta características que indicam que há um desequilíbrio entre os processos de erosão e sedimentação, deste modo, o presente trabalho visa delimitar as áreas com potencial erosivo na bacia, relacionando-os com os fatores de entrada utilizado no modelo EUPS por meio da utilização de um Sistema de Informações Geográficas. MATERIAS E MÉTODOS Bacia de estudo A área escolhida para o estudo foi a bacia hidrográfica do ribeirão José Pereira, localizada integralmente no município de Itajubá, ao sul do estado de Minas Gerais, entre os meridianos e W e os paralelos e S (LIMA, 2012). Na parte alta da bacia há uma grande área preservada de Mata Atlântica onde sua nascente se localiza na Unidade de Conservação Reserva Biológica da Serra dos Toledos desaguando no rio Sapucaí, no trecho baixo próximo à região central da cidade de Itajubá, região esta que se encontra em processo de expansão. No trecho médio contêm ocupação predominante de pastagens. Possui uma área aproximada de 40 km² e o comprimento do ribeirão José Pereira é de 16,55 km, a vazão média de 0,764 m³/s, e sua área de drenagem são de aproximadamente 39,74 km². Equação Universal de Perda de Solo - EUPS A metodologia empregada por esse trabalho consiste no mapeamento das áreas de produção de sedimento por meio da utilização do modelo EUPS que simula a perda de solo, do qual será gerado um mapa com o potencial de erosão na bacia. A Equação Universal de Perda de Solo (EUPS) desenvolvida por Wischmeier & Smith (1978) é dada pela Equação 1. A = R.K.LS.C.P (1) Onde: A - perda de solo por unidade de área, t/(ha.ano); R - fator erosividade da chuva, Mj.mm/(ha.h); K - fator erodibilidade do solo, t.h/(mj.mm); LS - fator conjunto de comprimento e XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 grau de declive, adimensional; C - fator de uso e manejo do solo, adimensional; P - fator de práticas conservacionistas, adimensional. Erosividade da chuva R O fator de erosividade da chuva, R, é um índice numérico que expressa à capacidade da chuva de causar erosão numa área sem proteção. A perda de terra ocasionada por chuvas numa área cultivada é diretamente proporcional ao produto da energia cinética da chuva pela sua intensidade máxima em 30 minutos, sendo esse produto denominado índice de erosão (EI) (Paiva et al, 2001). O fator de erosividade médio anual para uma localidade, é a soma dos valores mensais do EI. No caso deste trabalho, coletaram-se dados de chuva mensal de série histórica maior ou igual a 20 anos, portanto o valor de R será determinado pela média dos valores anuais. O valor de R para a bacia do ribeirão José Pereira foi calculado utilizando a equação estabelecida por Lombardi Neto e Moldenhauer (1992), descrita a seguir: R = 68,730 ( p2 P )0,841 (2) Onde: R - média mensal do índice de erosão em Mj.mm/ha.h.ano; P - precipitação média mensal em milímetro; P - precipitação média anual em milímetro. Coletaram-se os dados junto à Agência Nacional das Águas (ANA, 2008), de estações pluviométricas de cidades vizinhas mais próximas a área da bacia estudada, que foram georreferenciados em função da posição geográfica das estações para que posteriormente, por meio de interpolações disponíveis no software ArcGIS e aplicando os valores na equação 2, seja possível determinar o valor de R. Erodibilidade do solo K A erodibilidade do solo (K) representa às propriedades inerentes do solo que afetam a maior ou menor facilidade à erosão. Essas propriedades que influenciam a erodibilidade pela água são aquelas que: a) afetam a velocidade de infiltração, a permeabilidade e a capacidade total de armazenamento de água; b) resistem às forças de dispersão, salpico, abrasão e transporte pela chuva e o escoamento (Silva et al., 2010). Para obter os valores de K para cada tipo de solo da bacia do ribeirão José Pereira, foi necessário compará-los com um estudo de Lombardi Neto e Moldenhauer (1992), que determinou os tipos de solos do estado de São Paulo e seus respectivos valores de erodibilidade. Uso e manejo do solo C O fator uso e manejo do solo é a relação esperada entre as perdas de solo de um terreno cultivado em dadas condições, e as perdas correspondentes desse terreno mantido continuadamente descoberto e cultivado. O fator C mede o efeito combinado de todas as relações das variáveis de cobertura e manejo do solo distribuído na bacia. Os valores para esse fator foram estipulados adotando os valores encontrados na literatura, correspondentes ao mapa de uso do solo existente para a bacia estudada. Fator prática conservacionista P O fator P é a relação entre a intensidade de perdas de solo com determinada prática conservacionista e aquelas quando a cultura está plantada no sentido do declive (morro abaixo). As práticas conservacionistas mais comuns para as culturas anuais são o plantio em contorno, plantio em faixas de contorno, terraceamento e alternâncias de capinas (Paiva et al, 2001). Lombardi Neto XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 (2005, citado por Silva et al., 2010) estabeleceu o valor de p para o plantio em nível, em função da declividade, conforme a equação 3 para declividades entre 0,5 a 20%. P = 0, , D + 0, D 2 0, D 3 (3) Para declividades menores que 0,5% foram assumidos o valor de p=0,6 e para declividades maiores que 20% assumiram-se o valor de p = 1. Fator conjunto de comprimento e grau de declive LS O fator conjunto de comprimento e grau de declive, LS, é a relação esperada de perda de solo por unidade de área em um declive qualquer em relação às perdas de solo correspondentes de uma parcela unitária de 22 metros de comprimento e 9% de declive. Pode ser obtido da equação: LS = ( L 22,1 )m. (0, ,0454. S + 0,0065. S 2 ) (4) Onde: m = 0,2 para S<1% ; m=0,3 para 3% S 1% ; m = 0,4 para 5% S 3% e m = 0,5 para S 5%; S - declividade da encosta em %; L - comprimento da encosta em metros (Paiva et al, 2001). Neste trabalho foi adotado o valor de L = 30 metros, pois corresponde ao comprimento que cada pixel do modelo numérico de terreno utilizado. RESULTADOS Para todos os fatores componentes da equação de perda de solo foram obtidos mapas representando a sua distribuição espacial na bacia. Na Figura 1 são apresentados os mapas com a distribuição do valor da erosividade da chuva (R) e da erodibilidade do solo (K). Adotaram-se valores de Lombardi Neto e Moldenhauer (1992) para o fator de erodibilidade (K) de solos do Estado de São Paulo para unidades pedológicas similares às da bacia do Ribeirão José Pereira, resultando nos valores do fator de erodibilidade (K), dispostos na Tabela 2. Adicionando os valores de K para os solos da bacia do ribeirão José Pereira por meio do software ArcGIS, obteve-se o mapa do fator de erodibilidade apresentado na Figura 1. Figura 1 - Fator erosividade da chuva e fator de erodibilidade do solo. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 Tabela 2 Valores do fator erodibilidade (K) adotados para as classes de solos da bacia do Ribeirão José Pereira Tipos de Solos K (t.h/mj.mm) Cambissolo Háplico 0,0348 Gleissolo Háplico 0,0044 Latossolo Vermelho 0,0061 Latossolo Vermelho-amarelo 0,0112 Argissolo Vermelho 0,0228 Argissolo Vermelho-amarelo 0,0466 Para determinar o valor do fator C para as formas de cobertura e usos do solo da bacia foram feitas revisões bibliográficas para obter os valores de cada elemento existente na bacia. Sendo considerada água como área úmida, cultura como agricultura irrigada já que a maioria da plantação da região se dá por meio do plantio de hortaliças e leguminosas, estrada pavimentada e urbanização como afloramento de rocha, solo exposto, pastagem e mata foram adotados os mesmos valores encontrados na literatura. Portanto, os valores do fator de cobertura do solo estão apresentados na Tabela 3. Relacionando os valores do fator C para cada cultura obteve-se o mapa da Figura 3. Tabela 3 Valores do fator de cobertura do solo Cultura Fator C Fonte Área úmida 0,00 Paranhas Filho (2003) Agricultura irrigada 0,018 Farinasso et al (2006) Mata 0,001 Lencastro e Franco (1984) Afloramento de Rocha 0,001 Ribeiro e Alves (2008) Solo exposto 1,000 Farinasso et al (2006) Pastagem degradada 0,01 Silva et al (2010) Para determinar o fator P foi utilizado o mapa de declividade da região da bacia, obtido a partir do modelo numérico de terreno SRTM. A partir da declividade, foram adotados valores do fator P, obtendo assim, o mapa apresentado na Figura 3. Através da declividade da região da bacia em estudo, foi possível determinar através da Equação 4, o valor do fator LS, sendo este apresentado na Figura 4. A partir do fator LS identificouse que nas áreas onde há convergência de acumulação de fluxo, ou seja, onde os sedimentos se acumulam e as declividades são mais acentuadas, o valor de LS tendeu a ser maior. Uma vez determinados os mapas para todos os fatores, foi possível calcular a perda de solo para a toda a bacia, conforme apresentado na Figura 4. O mapa de perda de solo distribuído na bacia do ribeirão José Pereira mostra que os valores que correspondem a até 10 ton/ha.ano são de perda de solo baixa que pertencem aos locais com baixa declividade e em área urbana cujo solo é pavimentado. Os valores entre 10 a 50 ton/ha.ano representa a perda de solo moderada constando em solos que são cobertos por pastagem. A perda de solo alta que está entre 50 a 200 ton/ha.ano se refere às áreas de mata, que apesar da mata proteger o solo contra a erosão, o que ocasionou essa alta perda de solo registrada no mapa foi devido à alta declividade em que a mata se encontra. Finalmente, as áreas indicadas com perda de solo maiores que 200 ton/ha.ano são referentes ao solo exposto que possuem alto grau de erosão fazendo com que haja muita produção de sedimentos nessa região. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 Figura 3 - Fator de uso e manejo do solo e fator práticas conservacionistas Figura 6 - Fator conjunto de comprimento e grau de declive e perda de solo da bacia do Ribeirão José Pereira calculado pela EUPS. CONCLUSÃO O presente trabalho apresentou a quantificação da perda solo em uma bacia hidrográfica com características de ocupação rural e urbana, através da combinação de mapas gerados por diferentes fontes e o uso de um SIG. Os resultados mostram que o uso de um SIG possibilitou realizar a combinação dos fatores que formam a Equação Universal de Perda de Solo EUPS, estimando-se a perda de solo distribuída na bacia do Ribeirão José Pereira. A metodologia se mostrou adequada para esse tipo de análise, uma vez que permite a visualização através de mapas das áreas mais susceptíveis a erosão e consequentemente da produção de sedimento, podendo ser utilizada com subsídio para a priorização de áreas para recuperação ambiental. REFERÊNCIAS ANA. Sistema de Informações Hidrológicas. Brasília, Disponível em Acesso em: nov. de BERTONI, J.; LOMBARDI NETO, F. Conservação do solo. 4. Ed. São Paulo: Ícone, XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 BERTONI, J.; LOMBARDI NETO, F. Conservação do solo. 6. Ed. São Paulo: Ícone, CARVALHO, N. O. Hidrossedimentologia prática. 2. Ed. Rio de Janeiro: Editora Interciência, p. DALLA, L. F. R. Estimativa da produção de sedimentos nas bacias hidrográficas dos rios Santa Maria do Rio Doce e Santa Joana com utilização da EUPS. Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Ambiental. Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória/ES, FARINASSO, M.; et al. Avaliação qualitativa do potencial de erosão laminar em grandes áreas por meio da EUPS utilizando novas metodologias em SIG para os cálculos dos seus fatores na região do Alto Parnaíba-PI-MA. Revista Brasileira de Geomorfologia, ano 7, n. 2, p , GONÇALVES, G. G. G.; DANIEL, O.; COMUNELLO, É.; VITORINO, A. C. T.; ARAÍ, F. K. Determinação da fragilidade ambiental de bacias hidrográficas. Floresta, Curitiba, PR, v.41, n.4, p , out./dez LENCASTRE, A.; FRANCO, F.M. Lições de Hidrologia. Universidade Nova de Lisboa, Lisboa, Portugal, p. LIMA, O. Distribuição de solos em catenas e mapeamento pedológico de sub-bacia hidrográfica piloto na região de Itajubá- MG. Tese de Mestrado em Ciências em Meio Ambiente e Recursos Hídricos. Programa de Pós Graduação em Meio Ambiente e Recursos Hídricos da Universidade Federal de Itajubá, Itajubá/MG, LOMBARDI NETO, F. Relatório fornecido por comunicação pessoal com o pesquisador LOMBARDI NETO, F.; MOLDENHAUER,W.C. Erosividade da chuva: sua distribuição e relação com as perdas de solo em Campinas (SP). Bragantia Revista de Ciências Agronômicas Instituto Agronômico, Campinas, v. 51, n.2, p , PAIVA, J.B.D.; PAIVA, E.M.C.D. Hidrologia aplicada à gestão de pequenas bacias hidrográficas. Porto Alegre: ABRH, PAIVA, E.M.C.D. Métodos de estimativa da produção de sedimentos em pequenas bacias hidrográficas. In: PAIVA, J.B.D.(Org); PAIVA, E.M.C.D. (Org). Hidrologia aplicada à gestão de pequenas bacias hidrográficas. Porto Alegre: ABRH, cap.13, p PARANHAS FILHO, et al. Avaliação multitemporal das perdas de solos na bacia do rio Taquarizinho-MS. Paraná: UFPR, p (Boletim Paranaense de Geociências, 52). RIBEIRO, L. S.; ALVES, M. da G. Quantificação de perda de solo por erosão no município de Campos de Goytacazes/ RJ através de técnicas de Geoprocessamento. In: XIII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 2007, Florianópolis. Anais... Florianópolis, p Disponível em:. Acesso em: 08 set XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 SILVA, F.G.B.; MINOTTI, R.T.; NETO, F.L.; PRIMAVESI,O.; CRESTANA, S. Previsão da perda de solo na Fazenda Canchim SP (EMBRAPA) utilizando geoprocessamento e o USLE 2D. Eng. Sanit. Ambient., Rio de Janeiro, v. 15, n.2, abr./jun WISCHMEIER,W.H.; SMITH,D.D. Predicting Rainfall Erosion Losses: a Guide to Conservation Planning. Agriculture Handbook, n 537. Washington, U.S.D.A. Departament of Agriculture, p. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8