Avaliação espacial da perda de solo por erosão da bacia ... · de solo por erosão da Bacia Experimental de Aiuaba – Ceara, a partir da análise espacial dos parâmetros interferentes

401IV COBRAE - Conferência Brasileira sobre Estabilidade de Encostas - Salvador-BA

Avaliação espacial da perda de solo por erosão da baciaexperimental de Aiuaba - Ceará através do uso de SIG

Cavalcante, S.P.P.Universidade Federal de Pernambuco / Ceará, [email protected]

Araújo, J.C.Universidade Federal do Ceará , [email protected]

Resumo: Os métodos tradicionais de cálculo da perda de solo por erosão (USLE, por exemplo),obtêm o resultado da bacia como um todo, não sendo possível a análise espacial de áreas críticascom relação à perda de solo por erosão. A utilização de ferramentas de Sistemas de InformaçõesGeográficas possibilita o cruzamento e análise espacial de dados, tornando-se instrumento degestão ambiental para preservação do meio físico. O presente trabalho trata da avaliação da perdade solo por erosão da Bacia Experimental de Aiuaba – Ceara, a partir da análise espacial dosparâmetros interferentes na perda de solo por erosão. Foram utilizados os dados referentes asolos, pluviometria local, topografia (modelo digital de elevação do terreno), cobertura vegetal euso e ocupação do solo. Foi aplicado o software ArcView 3.2. associado às extensões SpatialAnalist para o cálculo da perda de solo pela equação universal de perda de solo (USLE). Comresultados obtidos pôde-se avaliar de maneira preliminar a inter-relação entre os diversos fatoresinterferentes na perda de solo, bem como, o potencial da perda de solo por erosão da BaciaExperimental de Aiuaba e a influência do tipo de cobertura solo caso a cobertura vegetal fossecaatinga densa e rala, observando-se, como fator preponderante, a declividade nas análisesrealizadas.

Abstract: The traditional methods of calculation of the soil loss for erosion (USLE, for instance),they obtain a single result for basin, not being possible the space analysis of critical areas inrelation to the soil loss for erosion. The use of tools of Systems of Geographical Information makespossible the crossing and space analysis of data, becoming instrument of environmentalmanagement for preservation of the physical way. The present work treats of the evaluation of thesoil loss for erosion of the Experimental Basin of Aiuaba - Ceara, starting from the spacial analysisof the influential parameters in the soil loss for erosion. The referring data to soils, pluviometry,topography (digital model of elevation), vegetable covering and use and occupation of the soilwere used. The software was applied ArcView 3.2. associated to the extensions Spatial Analist for

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the calculation of the soil loss through the universal equation of soil loss (USLE). With obtainedresults it could be evaluated in a preliminary way the interrelation between the several influentialfactors in the soil loss, as well as, the potential of the soil loss for erosion of the Experimental Basinof Aiuaba and the influence of the type of covering soil in the cases of the vegetable covering tobe dense and thin caatinga, being observed, as preponderant factors, the slope and the coveringsoil in the accomplished analyses.

1. INTRODUÇÃO

A perda de solo por erosão é a principal causade assoreamento de açudes e rios no estado doCeará, diminuição da capacidade dearmazenamento dos açudes e de descarga dosrios, além dos efeitos relacionados ao processode desertificação e degradação ambiental. Atu-almente existe uma tendência de avaliação es-pacial e quantitativa da perda de solo por ero-são através do uso do SIG (Sistemas de Infor-mações Geográficas), diversos autores nacio-nais e internacionais têm realizado trabalhosnesta área.

O presente trabalho trata da avaliação es-pacial da perda de solo por erosão da BaciaExperimental de Aiuaba – CE situada numa áreade proteção ambiental, que apresenta uma áreade 11.525 ha, através de técnicas de SIG (Siste-ma de Informações Geográficas).

O cálculo da perda de solo por erosão foirealizado através da USLE (equação universalda perda de solo) proposta por WISCHMEIERE SMITH (1978), a partir dos parâmetros deerosividade (pluviometria - série histórica men-sal de 1974 a 2004), erodibilidade (solos –mapapedológico), fator topográfico (modelo digitaldo terreno) e fator de cobertura vegetal e práti-

cas conservacionistas. Nos itens posterioresserão apresentados o local de estudo e ametodologia utilizada.

2. LOCAL DE ESTUDO

A Bacia Experimental de Aiuaba está situada naestação ecológica do município de Aiuaba – CEna região Inhamuns (Figura 1) , e atualmenteestá sob administração do IBAMA. Tradicio-nal zona de criação de gado, Aiuaba tem umaárea de 2.597Km2 e uma população estimada em20.937 habitantes. A área da Reserva abrangeuma área de 11.525 ha.

A área é composta de serras baixas, apre-sentando um relevo acidentado em certos tre-chos e suavemente acidentado ou aplainadoem outros.

A vegetação de caatinga arbórea asubarbórea densa, com exceção de algumas ro-ças, quase não foi alterada pela mão humana. Afauna e a flora foram razoavelmente preserva-das, principalmente, por se tratar de local dis-tante dos grandes centros.

Situada numa das áreas mais secas, a sudo-este do Estado, Aiuaba apresenta uma médiade precipitação pluviométrica em torno de 560mm anuais.


Figura 1 – Localização da Bacia Experimental de Aiuaba - Ceará

3. METODOLOGIA

3.1. CÁLCULO DA PERDA DE SOLO POR ERO-SÃO

A perda de solo por erosão foi avaliada atravésda Equação Universal de Perda de Solo por Ero-são USLE (Universal Soil Loess Erosion) pro-posta por WISCHMEIER E SMITH (1978).

E = R * K * L * S * C * P (I)

Onde:E = perda de solo por erosão (ton/ha)R = erosividade da chuva (MJ.mm.ha-1.h-1)K = erodibilidade do solo (ton.MJ-1.h.mm-1)L *S = fator topográficoC * P = fator de cobertura vegetal e uso e ocu-pação do solo

O cálculo da USLE foi realizado através douso de SIG (sistema de informações geográfi-

cas) com o software ArcView 3.2., e consideran-do as variáveis acima citadas na escala do pixel(10 m x 10 m).

3.2. FATOR R DE EROSIVIDADE

O fator erosividade foi obtido através da ex-pressão proposta por LOMBARDI NETO &MOLDENHAUER (1992).

(II)

Onde:

= Erosividade da chuva

chuva mensal de cada mês do períodoanalisado

chuva média anual do períodoanalisado


No presente trabalho foi obtido um único valordo fator R de erosividade da chuva para toda aárea analisada igual a 175.860 MJ.ha-1.mm.h-1,calculado a partir dos dados de pluviometriamensal do período de 31 anos entre os anos de1974 e 2004 da Estação Meteorológica de Tauá(FUNCEME, 2005) através da expressão pro-posta por LOMBARDI NETO &MOLDENHAUER (1992).

3.3. FATOR K DE ERODIBILIDADE

A erodibilidade foi calculada segundo propos-ta de (WISCHMEIER & SMITH, 1978), a partirde resultados dos parâmetros geotécnicos ob-tidos, através da seguinte formulação:

(III)

(ton.ha.h/ha.MJ.mm)Onde:

= erodibilidade do solo

MO = Percentual de matéria OrgânicaSil + Af = Percentual de silte + areia finaArg = Percentual de argilaS

1 = Parâmetro que descreve a estrutura

do solo (Tabela 1)P

1 = Parâmetro que descreve a

permeabilidade (Tabela 2)

O fator K de erodibilidade foi classificadode acordo com CARVALHO (1994), ver Tabela3. Para a conversão de unidades do sistema in-ternacional (ton.ha.h/ha.MJ.mm) para o siste-ma métrico (t/ha/(t.m/ha.mm/hora)) multiplicou-se os valores obtidos pela aceleração da gravi-dade 9,8 m/s2 , [(ton.ha.h/ha.MJ.mm) x 9,8 m/s2

= (t/ha/(t.m/há.mm/hora))]

No presente trabalho os parâmetros de ma-téria orgânica, granulometria, estrutura epermeabilidade foram determinados através deensaios realizados no Laboratório de Mecânicados Solos da UFC. A Tabela 4 apresenta umquadro resumo dos parâmetros envolvidos nocálculo da erodibilidade. Maiores detalhes arespeito do cálculo da erodibilidade ver CA-VALCANTE ET AL. (2003)

Foi obtido um valor médio do fator K deerodibilidade dos solos de 0,048 ton.ha.h/ha.MJ.mm e de 0,059 ton.ha.h/ha.MJ.mm consi-derando amostras indeformadas e deformadasrespectivamente na determinação dapermeabilidade. No cálculo da U.S.L.E. foi con-siderado um único valor de erodibilidade paratoda a área analisada, adotando-se o maior dosdois valores médios obtidos, no caso o referen-te às amostras deformadas.

Tabela 1 – Classificação da estrutura(WISCHMEIER E SMITH, 1978)

Tabela 2. – Classificação do Coeficiente dePermeabilidade (a partir de HANN ET AL., 1994)


Tabela 3 - Classificação do fator K deerodibilidade (CARVALHO, 1994).

3.4. FATOR LS TOPOGRÁFICO

O fator topográfico foi obtido através da ex-pressão apresentada por HANN ET AL (1994).

(IV)

Onde:

=λ comprimento de rampa médio (no caso da

análise espacial de imagens *.grd é igual à lar-gura do pixel = 10 m no caso em estudo).θ = ângulo de declividade do talude (obtidopara cada pixel através da extensão SpatialAnalist).

No presente trabalho o mapa do fator topo-gráfico LS (Figura 4) foi obtido a partir do mapade declividade (Figura 3) calculado através dogeoprocessamento dos dados do modelo digi-tal do terreno em estrutura raster (pixel de 10 mx 10m) (Figura 2) e da delimitação da área daBacia Experimental de Aiuaba. Vale ressaltar queo modelo digital do terreno foi obtido atravésdo geoprocessamento da carta plani-altimétricaem escala de 1:5000 com curva de nível de 20 em20 metros, determinada através de um levanta-mento aerofotogramétrico.

3.5. FATOR CP COBERTURA VEGETAL E PRÁ-TICAS CONSERVACIONISTAS

No presente trabalho inicialmente o fator CPfoi considerado igual a 1 (equivalente ao solosem nenhuma proteção vegetal), tendo em vis-ta que a área em estudo é bacia experimental, eque se pretende avaliar o potencial de perdade solo desconsiderando inicialmente a vege-tação.

Tabela 4 - Quadro resumo do calculo da erodibilidade do sub-horizonte Superficial (1) 0,00 a 0,20 m- Permeabilidade com Amostras Indeformadas e Amostras Deformadas


Com finalidade de realizar uma análise com-parativa, calculou-se também o mapa da USLEconsiderando um fator CP de 0,005 (caatingadensa), medido na bacia pr ARAÚJO, ET AL.(2005), e CP de 0,010 (caatinga rala), medido parasavanas na África (REINING, 1992).

Na literatura (HAAN ET AL, 1994) existempropostas de classificação do fator C (cobertu-ra vegetal) e P (práticas conservacionistas).

Em análises futuras através da análise domosaico do levantamento aerofotogramétricorealizado na área, pretende-se avaliar a perdade solo em função da cobertura vegetal exis-tente atualmente.

4. RESULTADOS OBTIDOS

A partir dos mapas e parâmetros obtidos nositens anteriores foi obtido inicialmente o mapapotencial de perda de solo por erosão em ton/ha (Figura 5), considerando o período de 31 anosentre 1974 e 2004, através da equação da USLEproposta por WISCHMEIER & SMITH (1978).Visando avaliar o enquadramento dos resulta-dos obtidos com a classificação apresentadapor ALONSO (1994) a partir de FAO, PNUMA,UNEP e UNESCO (1980) (Tabela 5), foi obtido omapa potencial de perda de solo por erosão emton/ha/ano, apresentado na Figura 6.

A partir da análise do mapa apresentado naFigura 6 obteve-se o gráfico da Figura 7 atravésdo qual observou-se que 61% da área em estu-do é suscetível à erosão muito alta (>200 ton/ha/ano). Estando associada a esta região valo-res elevados do fator topográfico.

As áreas suscetíveis à erosão alta (50 – 200ton/ha/ano) totalizam 28,2% do total, em segui-da as de erosão moderada moderada (10 – 50ton/ha/ano) 6,6% e baixa ( < 10 ton/ha/ano)4,1%.

A título de comparação obteve-se os mapasde perda de solo por erosão (ton/ha/ano) paraos casos de toda a área está coberta com caa-

tinga rala (fator CP=0,010) (Figura 8) e com caa-tinga densa (fator CP=0,005) (Figura 10). Tam-bém foi realizada uma análise estatística da dis-tribuição espacial das classes de grau de ero-são para estas duas situações de cobertura dosolo com caatinga rala (Figura 9) e caatinga densa(Figura 11).

No caso da simulação com caatinga rala ob-servou-se que 90,1% da área apresenta erosãoclassificada como baixa (<10 ton/ha/ano) e 9,8%com erosão moderada (5 – 10 ton/ha/ano).

Para a simulação de cobertura com caatingadensa observou-se que 99,9% da área da baciaapresenta classificação de erosão baixa, sendo58,04% da área com erosão inferir a 2 ton/ha/ano (Figuras 12 e 13).

Tabela 5 - Classificação do grau de erosão(ALONSO (1994) a partir de FAO, PNUMA,UNEP e UNESCO (1980))

5. CONCLUSÕES

Através do uso de Sistemas de InformaçõesGeográficas, foi possível no presente trabalhoa análise espacial da perda de solo por erosãoatravés da simulação de três situações diferen-tes de cobertura do solo: solo descoberto, solocoberto com caatinga rala, e solo coberto comcaatinga densa. As análises realizadas revela-ram que no caso do solo descoberto 89,2% daárea da bacia apresenta grau de erosão de alto amuito alto, enquanto no caso de solo cobertopor caatinga rala e densa apresentaram grau deerosão baixo em 90,1% e 99,9% da área, respec-tivamente.


Os resultados obtidos indicam como fato-res preponderantes, no caso em estudo, o fatortopográfico e a cobertura do solo na erosão nabacia. Em etapas posteriores, pretende-se reali-zar a comparação das áreas com maior suscep-tibilidade à erosão com a situação atual atravésdo mosaico de fotografias aéreas obtidas paraa área analisada no ano de 2003.

Por fim verifica-se a importância do uso doSIG como instrumento de gestão ambiental, douso e ocupação do solo, de forma a minimizar aperda de solo por erosão.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ALONSO, J. A. (1994) – “Métodos deAvaluación de la Erosión Hídrica”, Madrid,121 p.

ARAÚJO, J. C. , BELO, P. S. C., SILVA, R. A. C.,FREIRE, M. M., MEDEIROS, P. H. A. (2005)– “Bacia Experimental de Aiuaba”, In:Rigetto (org.), Implantação de Bacias Expe-rimentais no Semi-árido, FINEP, Natal, pp.127-164.

CARVALHO, N. O. (1994) – “Hidrossedimento-logia Prática” – CPRM / ELETROBRÁS.

CAVALCANTE, S. P. P.; ARAÚJO, J. C. & FA-RIAS, T, R. L. (2003) –”CaracterizaçãoGeotécnica e da Erodibilidade dos Solos daBacia Experimental do Neco –Aiuaba Ce”,Simpósio Nacional de Recursos Hídricos,Curitiba – PR.

FAO, PNUMA, UNEP e UNESCO (1980) – “Metodologia provisional para evaluation dela degradacion delos suelos”, Roma, 86 p.il.

FUNCEME (2005) – www.funceme.br.HAAN, C. T., BARFIELD, B. J. E HAYES, J. C.

(1994) – “Design Hydrology andSedimentology for Small Catchments”,Academic Press.

LOMBARDI NETO & MOLDENHAUER (1992)– “Equação de Erosividade da Chuva doMunicípio de Campinas”, Instituto Agro-nômico de Campinas.

REINING, L. (1992) – “Erosion in ArideanHillside Farming Margraf”, Hohenheim, Tro-pical Agricultural Series.

WISCHMEIER, W. H.; SMITH, D. D. (1978) –“Predicting rainfall erosion losses: a guideplanning. Washington. D.C., USDA, 1978.58p. (Handbook, 537).


Figura 2– Modelo digital do terreno da Bacia Experimental de Aiuaba – Aiuba - CE.

Figura 3– Mapa de declividade da Bacia Experimental de Aiuaba – Aiuba - CE.


Figura 4– Mapa do fator topográfico LS da Bacia Experimental de Aiuaba – Aiuba - CE.

Figura 5 – Mapa potencial de perda de solo por erosão em ton/ha - Bacia Experimental de Aiuaba - CE.


Figura 6 – Mapa potencial de perda de solo por erosão em ton/ha/ano – Bacia Experimental de Aiuaba - CE.

Figura 7 – Distribuição espacial das classes de grau de erosão para o caso de solo descoberto.


Figura 8 – Mapa de perda de solo por erosão em ton/ha/ano – Caatinga rala - Bacia Experimental de Aiuaba - CE.

Figura 9 – Distribuição espacial das classes de grau de erosão para o caso de solo coberto com caatinga rala.


Figura 10 – Mapa de perda de solo por erosão em ton/ha/ano – Caatinga densa - Bacia Experimental de Aiuaba -CE.

Figura 11 – Distribuição espacial das classes de grau de erosão -solo coberto com caatinga densa.


Figura 13 – Distribuição espacial das classes de grau de erosão -solo coberto com caatinga densa (faixas de 2 ton/ha/ano).

Figura 12 – Mapa de perda de solo por erosão em ton/ha/ano – Caatinga densa - Bacia Experimental de Aiuaba –CE (faixas de 2 ton/ha/ano).


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