cálculo do fator topográfico da equação universa de perda...

http://6cieta.org São Paulo, 8 a 12 de setembro de 2014.

CÁLCULO DO FATOR TOPOGRÁFICO DAEQUAÇÃO UNIVERSA DE PERDA DE SOLOS NA

BACIA DO CÓRREGO BAGUAÇU, ARAÇATUBA-SPUTILIZANDO SIG1

Laís Coêlho do Nascimento Silva

Doutoranda no Programa de Pós Graduação em Geografia Física da FFLCH- USP.

[email protected]

Ailton Luchiari

Professor Assistente Doutor da Universidade de São Paulo.

[email protected]

INTRODUÇÃO

A EUPS (Equação Universal de Perda de Solo) tem como objetivo prever a média

anual de perda de solos por erosão laminar em condições específicas, levando em

consideração o tipo de solo, a topografia, potencial erosivo da chuva, o uso e ocupação do

solo e as práticas conservacionistas empregadas (Wischmeier e Smith, 1978) sendo possível

determinar o cultivo e alternativas de gestão a fim de reduzir a perda para cada tipo de solo

(MITCHELL e BUBENZER, 1980 p.17).

O cálculo para estimativa de perda de solos em um determinado local é

alcançado pela fórmula abaixo:

A= R. K. L. S. C. P

Onde:

A= perda de solo por unidade de área;

R= erosividade da chuva;

1 Parte da Tese de Doutorado “Avaliação dos processos erosivos hídricos nas bacias do Ribeirão Baguaçu e Córrego doBarreiro, SP” financiado pela CAPES.

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K= erodibilidade do solo;

L e S= consideram a extensão da vertente (em metros) e da declividade (em %);

C= fator de uso e manejo, estando relacionado ao fator K,

P= práticas conservacionistas.

O objetivo deste artigo é calcular o Fator Topográfico (LS) com o auxílio do SIG

(Sistema de Informação Geográfica) Spring 4.3.3, baseando nos pressupostos de Bertoni e

Lombardi Neto (2012) que desenvolveram uma equação que possibilita calcular as perdas

médias de solos para diferentes graus de declive e comprimentos de rampa.

O Fator Topográfico (Fator LS) provoca diferentes formas dos processos

erosivos, ou seja, a declividade e o comprimento de rampa são fatores que controlam o

escoamento das águas nas encostas, incidindo a erosão laminar pelo declive, além de

ocorrer os processos de erosão linear, que acontecem quando o comprimento de rampa e

ondulações das vertentes coletoras de fluxos concentra e aumenta o escoamento pluvial

(STEIN, PONÇANO e SAAD, 2003).

Antes de se efetuar tal índice, são necessários os resultados do comprimento de

rampa, constituindo um índice de certa dificuldade, porém com diversas formas de ser

obtido, e o indicador de declividade.

O comprimento de rampa é definido como a distância entre o ponto de origem

do fluxo de água, até o ponto de gradiente diminui o suficiente para se iniciar a deposição

de sedimentos ou o local em que se concentram enxurradas em um canal de drenagem

definido (WISCHMEIER e SMITH, 1978).

Moreira e Pires Neto (1998) consideram o comprimento de rampa, como a

distância entre a linha divisória da bacia hidrográfica e a linha do talvegue traçada

perpendicularmente à forma do relevo.

O grau de declive da vertente representa um fator importante na intensidade da

erosão pela água, conforme Bertoni e Lombardi Neto (2012), pois na medida em que cresce

o caminho percorrido pela água, aumenta também a velocidade do escoamento,

consequentemente a energia que resultará em erosão (VALENTIM, 2008).

O comprimento de rampa é um fator de certa complexidade devido aos

diferentes perfis do relevo, podendo ser reto, côncavo, convexo ou uma combinação de

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formatos (FUJIHARA, 2002), pois de acordo com Silva et al (2003) as vertentes côncavas são

mais suscetíveis ao desenvolvimento de ravinas e voçorocas, sendo que há maior

concentramento de fluxo do escoamento superficial, enquanto que nas vertentes convexas

o escoamento é divergente, sendo menos suscetíveis à erosão acelerada.

Valeriano (2002) também salienta que a escolha do método para determinação

do Fator Topográfico é muito importante, pois alguns métodos podem levar a

superestimação dos resultados.

Wilson (1986), afirma que a aplicação dos fatores LS da EUPS em bacias

hidrográficas gera problemas, já que é necessária a mensuração de vários perfis, exigindo

tempo e sendo mais custoso. O autor afirma também que a média dos valores de LS em

bacias hidrográficas não pode ser utilizada para se estimar a média de perda de solos na

bacia, porque o comprimento de rampa e declive são fatores não-linear, e não distribuídas

de maneira uniforme.

Porém, há vários trabalhos realizados em bacias hidrográficas e várias maneiras

de se obter o Fator LS da EUPS, por exemplo, o comprimento médio das vertentes pode ser

considerado como a extensão do percurso superficial, ou seja, a extensão percorrida pelo

escoamento pluvial, sendo este recurso utilizado por COSTA (2005), que utilizou o Spring pra

se obter o resultado de comprimento de rampa, e TAVARES (1986), no alto curso do Rio São

José dos Dourados, oeste do estado de São Paulo, no qual o autor mediu manualmente com

o auxílio do curvímetro.

Rosa (2001) também recorreu a morfometria da bacia, calculando o

comprimento de rampa ao dividir o perímetro da bacia por 2, considerando que a metade

do perímetro da bacia representa o total de comprimentos dos canais.

Minella et al (2010) comparou os resultados de dois métodos de representação

espacial entre si, na escala de bacias hidrográfica, utilizando o método tradicional, com

análise no campo para o fator LS em quatro sub-bacias da bacia do Arroio Lajeado Ferreira,

que possui uma área aproximada de 119 ha, localizada no, município de Arvorezinha, RS. Os

métodos em representação espacial foram os propostos por Desmet e Govers (1996) e

Moore e Burch (1986a), sendo necessária a definição da área de fluxo acumulada e a área de

contribuição específica, respectivamente. O terceiro método, em campo, foi realizado a

partir dos comprimentos de rampa e declividade em transectos em cada sub-bacia.

Comparando os dois métodos de representação espacial, os resultados se mostraram

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parecidos, diferentemente dos valores encontrados em campo, indicando que o uso de

métodos de representação espacial para o fator LS é de grande valia na escala de bacias

hidrográficas, mesmo em áreas de relevo complexo.

Valeriano (2002) encontrou dificuldades para estabelecer o limite de curvatura e

confluência no movimento das águas superficiais com dados cartográficos, sendo que em

alguns casos, o resultado é susceptível a subjetividade. O autor utilizou metodologias

estatísticas e geoestatísticas do comprimento de rampa, com dados cartográficos e dados

de campo. Os resultados obtidos com as técnicas digitais foram satisfatórios, desde que haja

detalhamento cartográfico e reconhecimento das feições topográficas, mostrando melhores

resultados em áreas com terrenos suaves.

Simões (2013) utilizou algoritmos em ambiente SIG (Arcgis e Idrisi) para testar

três Modelos Digitais de Terreno a fim de se conhecer qual a influência dos diferentes

algoritmos na determinação do fator topográfico LS quando utilizado o mesmo MDT e

também qual a influência dos diferentes MDTs no cálculo do fator LS, quando utilizado o

mesmo algoritmo, aplicado em duas sub-bacias de Portugal, a bacia do rio Ocreza e a bacia

do rio Ponsul que estão inseridas na bacia hidrográfica do rio Tejo. Os algoritmos testados

foram de Wischmeier e Smith (1978, McCool et al (1987,1989), Desmet and Govers (1996),

Moore e Wilson (1992) e Mitasowa et al (2001), utilizando as ferramentas dos programas C+

+, USLE 2D, Sextante Saga (Quantum GIS), Topocrop (Arcview 3.2) e Mitasova (Arcgis 10.0).

Os MDTS utilizados foram a altimetria, em formato vetorial, com resolução de 12,5 m, as

imagens ASTER Global Digital Elevation Model (ASTER GDEM) com resolução de 30m e as

imagens Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) com resolução de 80m.

Em síntese, o estudo concluiu que pelo menos um dos algoritmos de cálculo do

fator LS gera, para o mesmo MDT, valores de LS diferentes dos restantes, portanto os

valores de LS alteram de acordo com o tipo de algoritmo e MDT utilizados.

De acordo com as considerações apresentadas, o fator topográfico apresenta

certas dificuldades para obtenção, porém o uso de ferramentas e dados digitais possibilita

analisar a superfície do terreno das bacias hidrográficas de forma regular, considerando a

dificuldade de se trabalhar com a escala real de bacias hidrográficas.

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LOCALIZAÇÃO DA BACIA DO CÓRREGO BAGUAÇU

A bacia hidrográfica do Córrego Baguaçu possui aproximadamente 614 km² de

área, e extensão de 55 km, desde sua nascente até a foz, no Rio Tietê, no município de

Araçatuba, SP. Localizada no Planalto Ocidental Paulista, uma região que oferece graves

problemas relacionados a erosão, de ordem natural, além da erosão acelerada, causadas

pelas transformações antropogênicas. O Córrego Baguaçu é ocupado por pastagem,

culturas e parte da área urbana de Araçatuba, SP, o qual 70% são abastecidos pelas suas

águas (Figura 1).

Figura 1: Localização do Córrego Baguaçu.

O município de Araçatuba, SP encontra-se localizado na região Aw, de acordo

com a classificação de Köppen, com temperatura média entre 19ºC a 28ºC e estação seca no

inverno (CETEC, 2008). De acordo com Monteiro (1973) o Córrego Baguaçu encontra-se no

setor VIII, onde a principal participação é das massas de Oeste-Noroeste que atuam, no

inverno, com o aquecimento pré-frontal, caracterizando em chuvas reduzidas no inverno,

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portanto, mais seco. O período de chuvas se concentra nos meses de setembro/outubro até

o mês de abril.

A total da precipitação média mensal, não ultrapassa os 250 mm, conforme o

gráfico abaixo (Figura 2). Os dados são do posto pluviométrico C7-073 Água Limpa localizado

no município de Araçatuba, no período de 1971 a 2000, obtidos por meio do DAEE.

Figura 2: Média da precipitação mensal entre os anos de 1971 a 2000 do Córrego Baguaçu.

Org. dos dados: Laís Coêlho do Nascimento Silva.

A geomorfologia da área, de maneira geral, constitui-se os relevos de

degradação: Colinas Amplas e Médias, com longas encostas e baixas declividades e os

relevos aplainados por agradação: Planícies Aluviais e Terraços Fluviais.

De acordo com Salomão (1994), os solos da região estão associados ao grupo

Bauru, caracterizados por serem bem desenvolvidos, com horizontes profundos e

organizados, sendo que os horizontes superiores apresentam diferenciação do material de

origem, devido ao ambiente climático inserido.

Segundo Sudo (1981) a litologia da Formação Bauru é coberta por materiais

arenosos e/ou areno-argilosos de origem coluvial, que são depósitos cenozoicos ou

formações superficiais terciárias/quaternárias. Esse material é responsável pela formação

dos solos com B textural: Argissolos de Lins e Marília (na classificação anterior eram

chamados de Solos Podzolizados), variação Lins e Marília; e os solos com B latossólico:

Latossolos Vermelho- escuro, na fase arenosa.

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Os solos Argissolos variação Lins e Marília são solo arenosos, com arenito e

cimento calcário, com podzolização acentuada e alta saturação de bases. Possuem abrupta

diferença textural entre os horizontes A e B, facilitando o saturamento do horizonte

superior, consequentemente o caimento das encostas.

Os solos com B latossólico possuem como principal indicador o horizonte B para

definir e caracterizá-los. São solos cuja textura predominante é argilosa, podendo ainda ser

franco-argilosa, franco-argilo-arenosa, argilo-arenosa e franco-arenosa; sendo que a fração

argila é superior a 15% e de valor igual ou superior que o horizonte A (LEPSCH, 1994).

O conteúdo de argila do horizonte B textural é maior que o do horizonte A ou E,

e pode, ou não, ser maior que o do horizonte C (EMBRAPA, 2006), o que os torna mais

susceptível a formação de sulcos, pois é criado um gradiente de drenagem entre os

horizontes superficial e subsuperficial, que aumenta os processos erosivos na superfície

(DEMARCHI, 2012), removendo a camada arável do solo.

MATERIAIS E MÉTODOS

O mapa de declividade (Fator S) foi feito a partir das curvas de nível com

equidistância de 10 metros, e pontos cotados disponibilizadas em formato digital pelo IBGE,

em escala de 1:50000.

A partir das curvas de nível e pontos cotados, gerou a grade retangular e

triangular, que servem para criação do modelo numérico de terreno. A grade triangular

permite que sejam representadas as feições geomórficas por meio das arestas do triangulo

que são criados a partir das feições lineares de relevo (cristas) e drenagem (vales), e a grade

retangular ou regular é um modelo digital que aproxima superfícies através de um poliedro

de faces retangulares. (INPE, 2006).

O mapa de declividade foi feito a partir da grade retangular, que é resultado dos

valores de altitude da superfície, sendo medido em porcentagem, e posteriormente fazendo

o fatiamento dessa grade. O fatiamento consiste em gerar uma imagem temática a partir de

uma grade numérica (INPE, 2006).

As classes e o método de análise para o mapa de declividades utilizadas foram

sugeridas por Lepsch (1983), que relaciona a declividade com planejamento agrícola do

terreno. As classes foram: classe A: 0-2%, classe B: 2-5%, classe c: 5-10%, classe D: 10-15% e

classe E: 15-45%, sendo estas mesmas classes executadas para o processo de fatiamento.

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Para gerar o mapa de comprimento de rampa foram necessários os vetores da

linha de drenagem, e os divisores de água das sub-bacias. Importou-se a drenagem como

linhas de quebra e os divisores de água com valor Z=0, no mesmo PI onde gerou a função

mapa de distâncias nas linhas de divisores de água, no qual foi criada uma grade. Os

divisores recebem valores 0 pois, de acordo com TOMAZONI e GUIMARÃES (2005), o

caminho percorrido pelas águas inicia-se no divisor de água e vai até a drenagem (como

linhas de quebra).

Utilizando a programação Legal do Spring, executou-se uma rotina para criação

da grade do fator topográfico (Fator LS), substituindo na fórmula de (BERTONI e LOMBARDI

NETO, 2012) (1) o PI da grade de declividade e o da grade do comprimento de rampa:

LS= 0,00984 (1)

Onde:

LS= Fator topográfico

C= Comprimento de rampa em metros

D= Grau de declive em porcentagem

RESULTADOS

A maior área da do Córrego Baguaçu é representada por colinas amplas, com

topos extensos e vertentes de perfis retilíneos e convexos, apresentando declives suaves,

podendo ser adotadas práticas de controle a erosão, como terraços em nível e plantio em

nível, entre outras (Tabela 1):

Tabela 1: Classes de declividade e classificação do relevo do Córrego Baguaçu.Classes de declividade Declividade em %

% Classificação

A 0-2 29,8 Áreas planasB 2-5 27,9 Áreas com declives suaves

C 5-10 33,8 Áreas com superfícies inclinadas

D 10-15 7,4 Áreas muito inclinadas

E 15-45 1,2 Áreas fortemente inclinadas

Área total das classes

100

Adaptado de: Lepsch (1983).

4924


Os resultados mostram que a maior área da bacia (33,8%) está na classe de

declividade C, ou seja, entre 5 e 10%, seguidas pelas classes A de 0 a 2% com 29,8% da área

e a classe B, com 2 a 5% de declividade e área de 27,9%, ou seja, grande parte do Córrego

Baguaçu é caracterizado por baixos declives. As colinas são médias nas nascentes do

Córrego Baguaçu e em direção ao Rio Tietê as colinas são amplas (Figura 3).

Figura 3: Mapa de declividade do Córrego Baguaçu.

De acordo com Lepsch (1983) a Classe A é formada por áreas planas, com

deflúvio lento ou muito lento. Quanto a declividade, não oferece dificuldades ao uso de

máquinas agrícolas, nem erosão hídrica significativa.

A Classe B representa áreas com declives suaves. A declividade não oferece

impedimento de máquinas e as práticas simples de conservação são necessárias,

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principalmente em solos muito erodíveis e com comprimentos de rampa muito longos.

Na classe C o relevo é ondulado, com áreas de superfícies inclinadas. A

declividade não oferece impedimento de máquinas, porém é necessário práticas complexas,

como terraceamento e faixas de retenção para que as áreas com esse declive possam ser

cultivadas intensivamente.

A Classe D compreende muito inclinadas. As máquinas podem ser usadas, mas

com dificuldades. Os solos são facilmente erodíveis, podendo ser utilizado para culturas

perenes, pastagens ou reflorestamento.

Na Classe E o relevo é fortemente inclinado. As máquinas que podem ser usadas

são especiais ou mais leves, e mesmo assim, com dificuldades.

É predominante na bacia do Córrego Baguaçu o comprimento de rampa de 50 a

100 m, com 22% de sua área, seguido com 19,1% o comprimento de rampa entre 0 a 10 m

(Figura 4, Tabela 2).

Figura 4: Mapa de Comprimento de rampa do Córrego Baguaçu.

4926


Tabela 2: Classes de comprimento de rampa do relevo do Córrego Baguaçu.Classes de comprimento de rampa

%

0-10 19,1

10-20 16,4

20-30 16,5

30-40 12,7

40-50 10,8

50-100 22,0

100-120 1,7

>120 0,9

Área total das classes 100,0

Conforme a Tabela 3, os resultados mostram que quase metade da área do

Córrego Baguaçu (43,8%) o fator topográfico varia entre 0 a 1.2 (adimensional), enquanto a

outra metade encontra-se entre as classes (50,4%) está entre as classes 1.2 a 7.5

(adimensional), ou seja, embora as classes apresentem valores altos de mais de 20, a

maioria das áreas apresentam fator topográfico até 7.5.

4927


Figura 5: Mapa de fator topográfico do Córrego Baguaçu.

Tabela 3: Classes de fator topográfico do Córrego Baguaçu.Fator topográfico em metros

%

0.0-1.2 43,8

1.2-1.7 8,1

1.7-3.3 19,7

3.3-5.5 16,0

5.5-7.5 6,6

7.5-20 5,7

>20 0,1

Área total das classes 100

4928


Os valores do Fator topográfico variaram de 0 a 20, com declividade que

variaram de 0 a pouco mais de 70%, e comprimento de rampa de 0 a 300 m.

Os resultados foram compatíveis a outros trabalhos, como na sub-bacia do

Ribeirão das Perobas em Santa Cruz do Rio Pardo, SP que apresentou fator topográfico de 0

a pouquíssimas áreas na classe de 171,03, onde há maior representatividade nas classes de

2 a 4% (22,20%). A declividade variou entre 0 a mais de 40% e o comprimento de rampa de 0

a 700 m. (DEMARCHI, 2012).

Ruthes et al (2012) obtiveram resultados de fator topográfico para a bacia do Rio

Catorze em Francisco Beltrão, PR de 0 a >20, sendo que 36% da área encontra-se nas classes

entre 0 a 1.2. A declividade varia de 0 a >75, com relevo predominantemente plano, de 0 a

3% (28,59% da área) e comprimento de rampa de 0 a >50 m.

Os resultados dos mapas foram parecidos com os de Demarchi (2012) onde as

classes de declividade são aproximadamente as mesmas classes do mapa de fator

topográfico, indicando que, como na Sub-Bacia do Ribeirão das Perobas (Demarchi, 2012),

no Córrego Baguaçu o fator LS possui mais influência da declividade (fator S) que do

comprimento de rampa (fator L).

CONCLUSÃO

A integração dos fatores L e S para geração do Fator Topográfico da EUPS

possibilitam conhecer a influência da topografia na perda de solos, pois quanto mais

íngreme a área e com grandes comprimentos de rampa, maior o escoamento superficial,

que gera maior carga de sedimentos transportados.

Os resultados mostraram que a bacia do Córrego Baguaçu apresenta baixa

declividade e baixos valores de comprimento de rampa, consequentemente o resultado do

Fator Topográfico para a bacia acentua-se nas classes mais baixas, entre 0 a 1.2

(adimensional), enquanto a outra metade encontra-se entre as classes (50,4%) está entre as

classes 1.2 a 7.5 (adimensional) indicando ser baixa a vulnerabilidade a erosão.

Porém, é importante salientar que o resultado apresentado representa apenas

um dos fatores da EUPS, os demais fatores irão apresentar resultados completos do atual

cenário da bacia do Córrego Baguaçu em relação aos processos erosivos.

4929


A utilização do SIG demonstrou ser eficiente, alcançando resultados satisfatórios

de maneira rápida, diante da metodologia proposta.

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4931


CÁLCULO DO FATOR TOPOGRÁFICO DA EQUAÇÃO UNIVERSAL DE PERDA DE SOLOS NA BACIA DO CÓRREGO BAGUAÇU, ARAÇATUBA-SP UTILIZANDO SIG

EIXO 6 – Representações cartográficas e geotecnologias nos estudos territoriais e ambientais

RESUMO

A erosão é um processo natural, onde os detritos removidos pela ação intempérica são

depositados em uma porção de declividade inferior, por exemplo, em uma bacia hidrográfica,

cujos detritos removidos são depositados no vale fluvial, que representa a porção mais baixa

desse sistema, acarretando em problemas como assoreamento do canal e empobrecimento e/ou

retirada da camada superficial do solo. A EUPS (Equação Universal de Perda de Solos) leva em

consideração o tipo de solo, a topografia, potencial erosivo da chuva, o uso e ocupação do solo e

as práticas conservacionistas empregadas (A= R. K. L. S. C. P) que tem como objetivo prever a

média anual de perda de solos por erosão laminar em condições específicas. O comprimento de

grau e declive da vertente representa um fator da EUPS, sendo importante na representação da

intensidade da erosão pela água na vertente. O objetivo deste trabalho é o cálculo do Fator

Topográfico (LS) com o auxílio do SIG (Sistema de Informação Geográfica) Spring 4.3.3, utilizando a

equação de Bertoni e Lombardi Neto (2012). Para gerar o mapa de comprimento de rampa (Fator

LS) executou-se a programação Legal do Spring, por meio de uma rotina que associou a grade de

declividade e a grade do comprimento de rampa. Os resultados mostraram que aproximadamente

metade da área do Córrego Baguaçu (43,8%) o fator topográfico varia entre 0 a 1.2 m., enquanto a

outra metade encontra-se entre as classes (50,4%) está entre as classes 1.2 a 7.5 mm mostrando

ser de muito baixa a baixa a vulnerabilidade a erosão. Porém, é importante salientar que o

resultado apresentado representa um dos fatores da EUPS, os demais fatores irão apresentar

resultados completos do atual cenário da bacia do Córrego Baguaçu em relação aos processos

erosivos.

Palavras-chave: erosão, fator topográfico, bacia-hidrográfica, sensoriamento-remoto,

geoprocessamento.

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cálculo do fator topográfico da equação universa de perda...

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