orografia, topografia e erosão

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1 orografia, topografia e erosão a degradação do solo por erosão hídrica h implica a conjugação dos processos de desagregação e destacamento das partículas do solo com os processos de transporte ao longo das encostas Soils on sloping areas infiltrate less than the normal precipitation; hence, there is runoff. Foth Angle of slope and vegetative cover affect moisture effectiveness by governing the proportion of surface runoff to infiltration. White As the steepness of slope increases, there is greater water runoff and soil erosion. The net effect is a retardation of soil genesis. Generally, an increase in slope gradient is associated with less plant growth and organic matter content, less weathering and clay formation, and less leaching and eluviation. CATENA a suite of contiguous soils extending from hill top to valley bottom. The parent material is the same,, and soil profile differences develop as a result of variations in drainage and aeration. There can also be differential sorting of eroded material and accumulation of solutes according to slope.

2 a degradação do solo por erosão hídrica h implica a conjugação dos processos de desagregação e destacamento das partículas do solo com os processos de transporte ao longo das encostas sob um ponto de vista orográfico e topográfico > declive > comprimento > geometria são parâmetros relevantes porque condicionam > caudal > velocidade > concentração / distribuição do escoamento superficial LS é uma razão de perda de solo por unidade de área, tomando como referência uma parcela com 22,1 m de comprimento e declive uniforme de 9%. LS é uma grandeza adimensional, comportando-se como um factor de ajustamento do produto R K, na USLE ou na RUSLE.

3 LS o comprimento da encosta Em geral, a perda de solo por unidade de área aumenta substancialmente com o aumento do comprimento da encosta, em virtude do aumento de concentração do escoamento superficial e, consequentemente, da capacidade de destacamento e transporte. Estudos experimentais mostraram que a perda de solo por unidade de área tende a ser proporcional a uma potência do comprimento da encosta. Por isso, matematicamente admite-se ser L = (λ/22,1)( m em que λ é o comprimento da encosta, em metros e, de forma grosseira, m = 0,5 se a inclinação da encosta é igual ou superior a 5% m = 0,4 se a inclinação da encosta se encontra entre 3 e 4% m = 0,3 se a inclinação da encosta se encontra entre 1 e 3% m = 0,2 se a inclinação da encosta é inferior a 1% Esta equação foi muito sujeita a críticas, pelo seu simplismo. Foi revisto o cálculo de m, tomando em consideração a razão β entre a erosão distribuída (principalmente causada pela chuva) e a localizada (causada pelo escoamento superficial). m = β / (1 + β) em que β = (sen Θ / 0,0896) / [ 3,0 (sen Θ) 0,8 + 0,56 ] Θ é o ângulo do declive, em graus Estes valores estão tabelados (Table 4-5), para facilitar o ser uso. λ é a distância medida em projecção horizontal, a partir do ponto onde se inicia o escoamento superficial até ao ponto onde o declive se reduz e consequentemente se inicia a deposição dos sedimentos arrastados, ou até ao ponto onde o escoamento superficial entra num curso de água bem definido

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5 LS o declive da encosta Θ é o declive. Soil loss increases mory rapidly with slope steepness than it does with slope length. Deve ser estimado no terreno com recurso a um inclinómetro ou, em alternativa, a partir de cartas topográficas que apresentem uma equidistância entre curvas de nível não superior a 1 metro. O recurso a cartas com maiores equidistâncias entre curvas de nível tem de ser feito com muito cuidado, sob pena de introduzir erros significativos na cartografia de LS. S = 10,8 sen Θ + 0,03 para s < 9% S = 16,8 sen Θ - 0,50 para s >= 9% S = 3,0 (sen Θ) 0,8 + 0,56 para encostas com menos de 5 metros declive % Θ S = 10,8 sen Θ + 0,03 S = 16,8 sen Θ -0,50 0,2 0,1 0,05 0,5 0,3 0,09 1 0,6 0,14 2 1,1 0,24 3 1,7 0,35 4 2,3 0,46 5 2,9 0,58 6 3,4 0,67 8 4,6 0, ,7 1, ,8 1, ,0 1, ,1 2, ,3 2, ,0 3, ,7 4, ,8 5, ,6 7, ,0 8,15

6 Só em raras situações se encontram encostas de declive uniforme, pelo que o cálculo de LS é feito por segmentos. Cada segmento (LS i ) é uma parcela da encosta, de declive constante. Ao se utilizarem Cartas Topográficas, admite-se que cada segmento é uma parcela de terreno entre duas curvas de nível subsequentes, ou entre várias curvas de nível, desde que se mantenha constante o declive. Para cada segmento calcula-se, então, o seu LS i LS i = S i (λ m+1 i λ m+1 i-1 ) / / [(λ i λ i-1 ) X (22,1) m ] em que S i é o S do segmento i λ i é o comprimento do segmento i λ i-1 é o comprimento do segmento acima O LS total é LS = (LS i λ i ) / λ i

7 EXEMPLO DE CÁLCULO MANUAL DE LS i Secção de uma Folha da Carta Militar de Portugal, à escala 1: Delimitação de uma bacia hidrográfica e dos cursos de água existentes

8 Traçado de 74 segmentos perpendiculares às curvas de nível, desde a linha de festo até à linha de talvegue CARTA DE LS i NUMA BACIA HIDROGRÁFICA DE PEQUENAS DIMENSÕES os LS i são inferiores nas encostas mais curtas e aumentam nas mais longas quando o declive decresce significativamente na base da encosta, proporcionando zonas de deposição, o LS i reduz-se também...

9 Uma análise atenta ao cálculo de LS em encostas heterogéneas evidencia que os segmentos maiores e os posicionados mais próximo da base da encosta têm importância acrescida no factor topográfico da RUSLE. O modelo, pela sua simplicidade, assume ser a largura da encosta constante, desde o topo até à base (Fig. 1a). Admitindo a hipótese, em geral mais aproximada da realidade, de que a largura é variável, o contributo de cada segmento poderia ser determinado em função da sua área (Fig. 2b), em alternativa ao comprimento (Fig. 1a). Este é o modelo de Moore e Burch, estabelecido em 1987 LS p = (c X H / 22,1) 0,4 X X (s / 0,0896) 1,3 X Z c = F / (b / H) F é a área da encosta b é a largura média do último segmento H é o comprimento da encosta s é o seno do declive Z é um factor relacionado com a razão escoam. distribuído / localizado

10 Comparações entre os parâmetros LS e LS p mostraram existir uma correlação entre ambos. Por esse motivo, LS pode ser recalculado tendo em atenção a geometria da encosta e até da bacia hidrográfica, substituindo-se, para tal, no cálculo de LS, H por c H. H Este produto (c c H) H adopta, no modelo de Moore e Burch, a designação de catchment shape parameter (csp). Tal substituição leva a que, em encostas convergentes, o seu comprimento seja tratado como se fosse mais longo, enquanto que em encostas divergentes o seu comprimento seja tratado como mais curto. INTRODUÇÃO AO CÁLCULO AUTOMÁTICO DE LS O cálculo automático do factor topográfico da RUSLE obriga à existência prévia de um modelo digital da encosta ou da bacia hidrográfica, em geral designado como DTM (digital terrain model) ou DSM (digital surface model). A metodologia TIN (triangulated irregular network) é uma das que podem ser aplicadas para criar o DSM de uma encosta, ao qual pode depois ser aplicado um modelo de escoamento superficial. O TIN é um conjunto de superfícies triangulares planas, ajustadas de forma optimizada à superficie do território (Fig. 1c). Uma base de dados topográfica (curvas de nível e pontos cotados) é utilizada para a identificação e posicionamento dos vértices dos triângulos que constituem o TIN.

11 O algoritmo para triangulação de Delauney é um dos mais utilizados para a construção do TIN, a partir da base de dados topográfica. O TIN reúne diversos aspectos positivos: a densidade dos pontos que definem os vértices dos triângulos é variável, ou seja, um maior número de pontos por unidade de área assegura maior detalhe ao DSM, enquanto que um número mais reduzido de pontos pode ser suficiente para descrever zonas de exposição e declive homogéneos os pontos têm localização irregular, ou seja, não há necessidade de obedecerem a qualquer padrão regular O TIN é também uma base para a aplicação de um modelo de escoamento superficial. Qualquer triângulo não horizontal recebe escoamento superficial dos triângulos contíguos posicionados imediatamente acima e transmite para os triângulos contíguos posicionados imediatamente abaixo... o princípio do modelo de escoamento superficial (Fig. 1d) aplicado a um TIN A quantificação da repartição ou associação do escoamento superficial, em função das sub-áreas dos triângulos (Fig. 2).

12 EXEMPLO DE CÁLCULO AUTOMÁTICO DE LS parcelas de estudo base topográfica TIN

13 escoamento superficial LS de toda a área LS das parcelas

14 RASTER GIS: outros procedimentos para cálculo automático de LS estão baseados na transformação da superfície contínua do território numa quadrícula regular de células. A cada uma das células é atribuído um valor único e uniforme, que passa, assim, a representar todo o território, de uma forma bastante mais simplificada. INTRODUÇÃO AO CÁLCULO AUTOMÁTICO O declive e a exposição, por exemplo, são estimados através de associações de células. Em geral, malhas de 3 X 3. Tanto o declive como a exposição da célula central são determinados por comparação com as posições relativas dessa célula e das oito envolventes. A exposição permite determinar o sentido do escoamento superficial. A terceira questão a que é necessário responder é a da estimação do comprimento da encosta... maximum downhill slope flow direction direction of maximum downhill slope high points (local maxima) non-cumulative slope length slope legth (cumulative slope length) f (noncumulative slope length, slope angle, high points, flow direction) Exemplo de cálculo de λ através de um modelo GRID (RASTER GIS) DEM 25 células resolução 100 metros em cada célula valor médio da altitude em metros

15 flow direction maximum downhill slope angle non-cumulative downhill slope length (in metres) from the centre of cell to the centre of the next cell along flow direction cumulative downhill slope length (in metres)