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ESTIMATIVA DA PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS DE FORMA
DISTRIBUÍDA USANDO A EQUAÇÃO UNIVERSAL DE PERDAS DE SOLO
(EUPS) E GEOPROCESSAMENTO: aplicação na bacia do Lago Guaíba (RS)
Alfonso Risso1; Luis Gustavo de Moura Reis2; Adriano Rolim da Paz3 & Henrique Vieira Costa
Lima4
RESUMO A Equação Universal de Perda de Solos (EUPS) permite uma estimativa da perda desolos por erosão laminar em bacias hidrográficas. Aplicou-se a EUPS associada a técnicas degeoprocessamento (modelagem distribuída) a cada uma das 37 sub-bacias integrantes da bacia doLago Guaíba (RS), cuja área é de 2.423 km2. Os resultados da estimativa de produção desedimentos calculada pelo modelo na bacia do Arroio Dilúvio foi comparada com dados observadosna mesma bacia, obtidos pelos registros de volumes dragados no Arroio Dilúvio pelo Departamentode Esgotos e Pluviais (DEP) da Prefeitura Municipal de Porto Alegre. O valor da produção desedimentos estimada neste trabalho pela aplicação da USLE foi da ordem de 4,6 t/ha/ano, bempróximo do observado, 7 t/ha/ano, de maneira a concluir que os valores estimados pelo modelo paraa bacia do Lago Guaíba são coerentes.
ABSTRACT The Universal Soil Loss Equation (USLE) is useful to estimate soil loss caused bylaminar erosion in watersheds. In this study, USLE was applied coupled with geoprocessingtechniques (distributed modeling) to each one of the 37 sub-basins of Lake Guaíba basin (RS),which has a drainage area of 2.423 km2. Results of sediment yield calculated by the model werecompared with field data of the same basin. These data were obtained from dragging volumes ofDiluvio River operated by Departamento de Esgotos e Pluviais (DEP) of Prefeitura Municipal dePorto Alegre. Total sediment yield estimated through application of USLE was about 4.6 t/ha/year,which is very close to the observed value of 7 t/ha/year. So we may conclude that values ofsediment yield estimated to Lake Guaiba basin are coherents.
Palavras-chave: perda de solo, sedimentos, Lago Guaíba
1 Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH/UFRGS). Av. Bento Gonçalves, 9500. Porto Alegre (RS). Email: [email protected] .2 CONCREMAT Engenharia e Tecnologia S.A. Rua Furriel L.A. Vargas, 380/202. Porto Alegre (RS).Email: [email protected] Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH/UFRGS). Av. Bento Gonçalves, 9500. Porto Alegre (RS). Email: [email protected] CONCREMAT Engenharia e Tecnologia S.A, Eng. Civil, doutorando PPGRHSA-IPH-UFRGS Av. Santos Dumont, 1789/203. Fortaleza (CE).E-mail: [email protected].
INTRODUÇÃO
A avaliação da perda de solo por erosão laminar tem permitido a construção de índices de
densidade de produção de sedimentos em bacias hidrográficas que, em uma primeira abordagem,
servem como estimativa do aporte sólido à rede de drenagem e corpos lagunares e a identificação
das áreas fontes de sedimento.
Define-se a erosão hídrica laminar como sendo a remoção homogênea das camadas
superficiais do solo. Para estudar este tipo de fenômeno dispõe-se de métodos diretos, baseados na
coleta do material erodido, ou ainda através de métodos indiretos, por meio de modelagem
matemática.
Estes modelos podem ser associados a técnicas de geoprocessamento, as quais permitem
analisar espacialmente o fenômeno, visando o planejamento racional do uso e ocupação do solo e na
exposição das áreas críticas quanto ao controle da erosão.
A Equação Universal de Perda de Solos (EUPS), proposta por Wischmeier e Smith (1978),
pode ser espacializada por meio de técnicas de geoprocessamento no ambiente de um Sistema de
Informações Geográficas (SIG), permitindo uma estimativa da perda de solos por erosão laminar.
Aplicou-se a EUPS associada a técnicas de geoprocessamento (modelagem distribuída) a cada
uma das 37 sub-bacias integrantes da bacia do Lago Guaíba (RS). A soma de todas as sub-bacias
totaliza uma área 2.423 km2. Os sedimentos erodidos e produzidos nesta bacia são aportados no
Lago Guaíba, cujo espelho d’água abrange uma área de 547 km2.
METODOLOGIA
A Equação Universal de Perda de Solos (EUPS) é um modelo paramétrico, empírico e o seu
ajuste depende do rigor com que os seus fatores reproduzam as condições do meio. Os seus
parâmetros não têm realidade física, tratando-se de uma formulação empírica que pretende
interpretar os mecanismos erosivos por suas causas e efeitos.
É importante lembrar que este modelo não estima o transporte e a deposição de sedimentos na
rede de drenagem. Por outro lado, a EUPS foi projetada como um método para a predição da média
anual de perda de solo causada por erosão laminar, sendo assim, não se adapta para a estimativa
para um evento pluviométrico específico.
A EUPS tem a seguinte formulação, conforme equação 1:
A = R. K. L. S. C. P (1)onde A é a perda de solo ( t/ha.ano); R é o fator erosividade da chuva em MJ.mm/(ha.h.ano); K é o
fator erodibilidade do solo em t.ha.h/(ha.MJ.mm); L é o fator comprimento de rampa, baseado nos
valores, em metros, do comprimento de rampa (adimensional); S é o fator declividade, baseado nos
valores, em porcentagem, da declividade (adimensional); C é o fator uso e manejo (adimensional) e
P é o fator práticas conservacionistas (adimensional).
Do ponto de vista de uma bacia hidrográfica, o resultado direto obtido através da EUPS é um
indicador da erosão laminar bruta ocorrida em sua superfície. Para estimar a produção de
sedimentos da bacia (descarga sólida) decorrente da erosão laminar, fez-se necessário o uso de um
fator de transferência, ou taxa de entrega de sedimentos. Neste estudo, foi utilizada a formulação da
taxa de transferência apresentada por Vanoni (1986), conforme equação 2.125.0)A39.0(42.0SDR −×= (2)
onde SDR é a taxa de transferência (adimensional) e A é a área da bacia contribuinte (km2).
Perda de Solos nas Unidades Hidrográficas do Lago Guaíba
Para análise da produção atual de sedimentos das bacias do Lago Guaíba, construiu-se um
cenário georreferenciado, onde foram utilizadas as seguintes informações: erosividade da chuva,
erodibilidade dos solos, declividade e comprimento da rampa, fatores de uso e manejo de práticas
conservacionistas, os quais são descritos a seguir.
Erosividade da Chuva (R)
O Fator R expressa numericamente a capacidade da chuva em provocar erosão, em uma área
sem proteção pelo impacto das gotas. A partir da análise de diferentes variáveis pluviométricas
feitas nas parcelas originais chegou-se a conclusão que o índice que possui melhor correlação com a
perda de solo é produto da energia cinética da chuva pela sua intensidade máxima em 30 minutos.
O fator R para a área da bacia hidrográfica do Lago Guaíba foi estimado a partir de dados
pluviométricos utilizados para análise de chuvas intensas na região metropolitana de Porto Alegre.
O valor obtido para região é de 6100 MJ.mm/ha.h.ano.
Erodibilidade dos Solos (K)
A erodibilidade do solo representa a sua susceptibilidade à erosão laminar e pode ser definida
como a quantidade de solo removido por índice de erosividade da chuva, considerando os demais
fatores determinantes da erosão constantes.
As propriedades do solo que influenciam na erodibilidade são as mesmas que afetam a
infiltração, a permeabilidade, a capacidade total de armazenamento de água e aquelas que resistem
às forças de dispersão, salpico, abrasão e transporte pelo escoamento. A erodibilidade do solo tem
seu valor quantitativo determinado de forma direta através de parcelas ou de forma indireta por
meio de um nomograma desenvolvido por Wischmeier et al. (1978). Nesse trabalho o fator K foi
determinado através do uso do nomograma considerando os diferentes tipos de solos existentes na
bacia de contribuição do Lago Guaíba. Valores do fator K calculados por tipo de solo são
apresentados na Tabela 1.
Tabela 1 – Resultados da estimativa do fator K dos solos encontrados na bacia de contribuição doLago Guaiba.
Solo Descrição Erodibilidadet.h/(MJ.mm)
HGe Glei Humico Eutrófico 0,010
Ae Aluvial Eutrófico 0,020
PEa Podzólico Vermelho Escuro Álico 0,030
PLe Planossolo Eutrófico 0,030
PVa Podzólico Vermelho Amarelo Álico 0,042
PVd Podzólico Vermelho Amarelo Distrófico 0,042
Rd Litólico distrófico 0,055
Declividade e Comprimento de Rampa (LS)
O comprimento e a declividade de rampa são indicadores da suscetibilidade topográfica aos
processos de erosão hídrica. Os índices topográficos podem ser obtidos com ábacos, manualmente
sobre as bases cartográficas ou por meio do geoprocessamento. Neste estudo utilizou-se um
algoritmo USLE2D, desenvolvido pelo Laboratório de Geomorfologia Experimental da
Universidade de Leuven, Bélgica por Desmet e Govers ( 1996).
O algoritmo USLE2D foi desenvolvido para estimar os fatores topográficos a partir de
Modelos Numéricos de Terreno (MNT). Para este estudo foi utilizado um MNT com resolução
horizontal de 90 m, obtido a partir de dados da Shuttle Radar Topography Mission, do ano 2000.
Estes dados foram disponibilizados pelo USGS EROS Data Center, em Sioux Falls, EUA. Uma vez
processados os dados altimétricos, foi obtida uma matriz numérica com a distribuição espacial do
fator LS.
Fator C e P – Uso e Manejo e Práticas Conservacionistas
O fator C da EUPS representa o grau de proteção que a cobertura do solo e as práticas de
manejo oferecem contra os impactos dos processos de erosão hídrica laminar. Já o fator P
representa o fator referente à utilização de práticas conservacionistas de caráter mecânico. Nesse
trabalho, o valor atribuído ao fator P foi igual a 1 (um), ou seja, não considerou-se o emprego de
práticas mecânicas de conservação do solo.
A espacialização do fator CP foi obtida a partir da classificação de uma imagem LANDSAT
TM, bandas 3, 4 e 5, órbita/ponto 221/81 de 11/2000, complementada por uma base cartográfica
com a distribuição da ocupação urbana.
Os valores de CP para os diferentes graus de cobertura do solo para a bacia do Lago Guaíba
são mostrados na Tabela 2.
Tabela 2– Fator CP de acordo com o tipo de cobertura ou uso do solo.
Cobertura e Uso do Solo Fator CP
Agricultura irrigada 0,1Agricultura sequeiro / irrigada 0,2
Água 0,0Campo / Pousio 0,02Campo úmido 0,01
Mata – Grande Porte 0,00005Mata – Médio Porte 0,0005
Solo exposto 0,5Urbano 0,03
APLICAÇÃO E RESULTADOS
Para a identificação das áreas críticas quanto a perda de solos, foram construídas três matrizes
numéricas correspondentes aos fatores K, LS e CP da EUPS, sendo que o fator R foi considerado
constante para toda a região abrangida pela bacia hidrográfica do Lago Guaíba.
Estas três matrizes georreferenciadas foram sobrepostas espacialmente e multiplicadas entre si
e pelo escalar referente ao fator R através de operações Análise Espacial para Geoprocessamento do
sistema IDRISI 32 (pacote de geoprocessamento desenvolvido pela Clark University).
O produto desta operação resultou em uma matriz numérica da perda de solos na bacia
hidrográfica do Lago Guaíba. Esta matriz foi então classificada em intervalos de interesse, gerando
um mapa temático com intervalos de perda de solo em t/(ha.ano), conforme Figura 1, que ilustra a
erosividade do solo na bacia do Guaíba. Esta figura segue a classificação da Tabela 3. Ainda na
mesma tabela são totalizadas as áreas dentro da bacia, referentes a cada intervalo de classe de
erosão correspondente.
Tabela 3 – Recomendações da PNUMA (1980) referentes à classificação do grau de erosãohídrica e áreas correspondentes para cada intervalo na superfície do Lago Guaíba.
Intervalos de Perda de Solos(t/ha.ano) Grau de Erosão Superfície da bacia em km2
0 – 10 Nenhuma ou Baixa 1.31110 – 50 Moderada 60050 – 200 Alta 426
> 200 Muito Alta 97TOTAL 2.434
Obs: Não está sendo contabilizada a superfície dos corpos de água.
Figura 1 – Classificação da bacia do Lago Guaíba (RS) em classes de erosividade do solo,segundo a Tabela 3, como resultados da aplicação da USLE.
Também foram estimadas as perdas de solo para cada uma das unidades hidrográficas que
constituem a bacia do Lago Guaíba. Na Figura 2 são ilustrados os resultados por bacia hidrográfica
e sua representação numérica foi tabulada na Tabela 4.
Tabela 4 – Perda de solos por sub-bacia da bacia do Lago Guaíba.Unidade Hidrográfica Perda de Solo (t/ha.ano)
Arroio Dilúvio 93,80Arroio Sanga da Morte 89,63Santa Teresa 84,00Arroio Cavalhada 72,48Arroio das Capivaras 71,67Arroio Ribeiro 64,90Ponta do Melo 62,83Sem denominação 1 51,06Arroio Espirito Santo 48,36Arroio Capivara 47,33Arroio do Salso 46,31Assunção e Arroio do Osso 44,64Arroio Xambá 44,42Arroio Petin 41,67Arroio Estância 41,10Arroio Guarujá 38,94Praia das Pombas 38,00Praia Araça 31,11Arroio Passo Fundo 28,39Almirante Tamandaré 27,80Arroio Araçá 25,43Arroio Chico Barcelos 22,71Arroio Lami 20,80Arroio do Conde 17,40Ponta do Coco 14,36Arroio Manecão 10,59Arroio Belém Novo 10,02Arroio Guabiroba 8,34Ponta do Salgado 8,17Praia da Pedreira 7,87Arroio Araçá (Canoas) 6,88Saco Santa Cruz 2,78Morretes 2,41Ponta Grossa Norte 0,88Ponta dos Coatis 0,83Ponta Grossa Sul 0,72Sem denominação 2 0,22
Figura 2 – Perda de solo média por sub-bacia hidrográfica.
Os valores da Tabela 4 são uma estimativa da erosão laminar bruta. Para estimar a produção
de sedimentos (aporte de sólidos no lago) decorrente da erosão laminar, foram calculadas as taxas
de transferência que são mostradas na Tabela 5.
Tabela 5 – Taxas de transferência por sub-bacia da bacia do Lago Guaíba.
Unidade Hidrográfica SDR
Ponta dos Coatis 0,089Ponta Grossa Norte 0,087Santa Teresa 0,083Assunção e Arroio do Osso 0,079Ponta Grossa Sul 0,079Ponta do Melo 0,078Praia da Pedreira 0,077Arroio Guarujá 0,076Sem denominação 1 0,075Arroio Espirito Santo 0,074Praia Araça 0,073Arroio Sanga da Morte 0,070Sem denominação 2 0,068Praia das Pombas 0,068Ponta do Coco 0,064Morretes 0,064Arroio Guabiroba 0,063Arroio Capivara 0,061Arroio Manecão 0,061Arroio Xambá 0,060Almirante Tamandaré 0,060Arroio Araçá (Canoas) 0,056Arroio Cavalhada 0,055Arroio Belém Novo 0,054Arroio Estância 0,053Arroio Chico Barcelos 0,053Saco Santa Cruz 0,052Ponta do Salgado 0,051Arroio Lami 0.051Arroio Dilúvio 0.049Arroio Passo Fundo 0.049Arroio do Salso 0.048Arroio Petin 0.044Arroio do Conde 0.043Arroio das Capivaras 0.042Arroio Araçá 0.038Arroio Ribeiro 0.038
Para cada uma das sub-bacias hidrográficas da bacia do Lago Guaíba, foi calculada a
produção média de sedimentos ilustrada Figura 3 e calculada na Tabela 6.
Figura 3 – Produção média de sedimentos por sub-bacia da bacia do Lago Guaíba.
Tabela 6 – Produção de sedimentos por sub-bacia da bacia do Lago Guaíba.Unidade Hidrográfica Produção de Sedimentos (t/ha.ano)
Santa Teresa 6,97Arroio Sanga da Morte 6,27Ponta do Melo 4,90Arroio Dilúvio 4,60Arroio Cavalhada 3,99Arroio Espirito Santo 3,58Assunção e Arroio do Osso 3,53Sem denominação 1 3,47Arroio das Capivaras 3,01Arroio Guarujá 2,96Arroio Capivara 2,89Arroio Xambá 2,66Praia das Pombas 2,58Arroio Ribeiro 2,47Praia Araça 2,27Arroio do Salso 2,22Arroio Estância 2,18Arroio Petin 1,83Almirante Tamandaré 1,67Arroio Passo Fundo 1,39Arroio Chico Barcelos 1,20Arroio Lami 1,06Arroio Araçá 0,97Ponta do Coco 0,92Arroio do Conde 0,75Arroio Manecão 0,65Praia da Pedreira 0,61Arroio Belém Novo 0,54Arroio Guabiroba 0,53Ponta do Salgado 0,42Arroio Araçá (Canoas) 0,39Morretes 0,15Saco Santa Cruz 0,14Ponta Grossa Norte 0,08Ponta dos Coatis 0,07Ponta Grossa Sul 0,06Sem denominação 2 0,02
ANÁLISE DOS RESULTADOS E CONCLUSÕES
Os valores obtidos são resultado de uma modelagem de base empírica (Equação Universal de
Perda de Solos) e, sendo assim, os quantitativos estão mais adequados para uma análise relativa,
identificando quais as sub-bacias mais críticas, quanto à produção e perda de sedimentos.
Mesmo diante das limitações do método a uma análise relativa entre as bacias, sentiu-se a
necessidade de avaliar a representatividade dos valores calculados. Para isto, foram comparados os
dados calculados na bacia do Arroio Dilúvio com dados observados na mesma bacia segundo
Collischonn et al. (2001).
Segundo tais autores, registros de volumes dragados no Arroio Dilúvio, pelo Departamento de
Esgotos e Pluviais (DEP) da Prefeitura municipal de Porto Alegre permitem dizer que uma
estimativa da produção de sedimentos nesta bacia encontra-se na ordem de 7 t/ha/ano.
O valor da produção de sedimentos estimada neste trabalho pela aplicação da USLE é da
ordem de 4,6 t/ha/ano, bem próximo do observado, de maneira a concluir que os valores estimados
pelo modelo são coerentes.
Na margem esquerda do Lago Guaíba, as bacias com maior produção de sedimentos são
bacias urbanas, com alta suscetibilidade topográfica a perda de solos, associada à presença de solos
com alta erodibilidade (litossolos).
Os valores da margem direita são inferiores aos da margem oposta, tendo em vista a presença
de uma maior extensão de planície aluvial. Nesta margem, a bacia do Arroio das Capivaras é a mais
crítica, considerando que suas cabeceiras são áreas com alto potencial de erosão hídrica em virtude
da associação de relevo acentuado e solos com alta erodibilidade.
O valor médio da produção de sedimentos nas sub-bacias da unidade G80 (Lago Guaíba) é de
2 t/ha/ano. Na Tabela 7, são ilustrados os valores da produção de sedimentos ordenados em ordem
decrescente. Nesta tabela foram ordenadas apenas as bacias cujas produtividades se encontraram
acima da média total. Ao analisar estes resultados, constatou-se que as bacias que apresentaram
produção de sedimentos acima da média são responsáveis por apenas 44% da área total e por 70%
da produção de sedimentos.
Já na Tabela 8 fez-se um ranking das 17 bacias mais produtoras de sedimentos que são
responsáveis por 97% da produção total de sedimentos na bacia. Estas mesmas sub-bacias
respondem por 94% da área territorial (sem considerar o espelho d’água do Lago). Neste segundo
ranking, apenas três bacias apresentam produção específica (t/ha/ano) muito acima da média, são
elas: Capivaras, Cavalhada e Sanga da Morte.
Tabela 7 – Sub-bacias da bacia do LagoGuaíba com maior produção de sedimentos por hectare.
Unidade Hidrográfica Área(km2)
Produção de Sedimentos(t/ha.ano)
Produção deSedimentos (t/ano)
Santa Teresa 1,17 6,97 815,5Arroio Sanga da Morte 4,1 6,27 2.570,7Ponta do Melo 1,75 4,9 857,5Arroio Dilúvio 81,12 4,6 37.315,2Arroio Cavalhada 28,39 3,99 11.327,6Arroio Espirito Santo 2,82 3,58 1.009,6Assunção e Arroio do Osso 1,64 3,53 578,9sem denominação 1 2,57 3,47 891,8Arroio das Capivaras 233,95 3,01 70.419,0Arroio Guarujá 2,24 2,96 663,0Arroio Capivara 12,71 2,89 3.673,2Arroio Xambá 15,17 2,66 4.035,2Praia das Pombas 5,22 2,58 1.346,8Arroio Ribeiro 537,45 2,47 132.750,2Praia Araçá 3,07 2,27 696,9Arroio do Salso 93,79 2,22 20.821,4Arroio Estância 39,24 2,18 8.554,3Percentual do Total 44% 69%
Tabela 8 – Sub-bacia da bacia do Lago Guaíba com maior produção total de sedimentos.
Sub-bacia Área (km2) Produção de Sedimentos(t/ha.ano)
Produção deSedimentos (t/ano)
Arroio Ribeiro 537,45 2,47 132.750,2Arroio das Capivaras 233,95 3,01 70.419,0
Arroio Araçá 554,25 0,97 53.762,3Arroio Dilúvio 81,12 4,6 37.315,2Arroio Petim 192,6 1,83 35.245,8
Arroio do Salso 93,79 2,22 20.821,4Arroio do Conde 215,69 0,75 16.176,8Arroio Cavalhada 28,39 3,99 11.327,6
Arroio Passo Fundo 76,1 1,39 10.577,9Arroio Estância 39,24 2,18 8.554,3
Arroio Lami 54,63 1,06 5.790,8Arroio Chico Barcelos 37,17 1,2 4.460,4
Arroio Xambá 15,17 2,66 4.035,2Arroio Capivara 12,71 2,89 3.673,2
Arroio Sanga da Morte 4,1 6,27 2.570,7Almirante Tamandaré 14,6 1,67 2.438,2
Ponta do Salgado 57,77 0,42 2.426,3
Ao todo, são 435.000 t/ano de sedimentos que aportam no Lago Guaíba em decorrência da
erosão laminar do total de suas 37 sub-bacias. Considerando-se como área de depósito a área do
espelho d’água – 547 km2, tem-se a uma lâmina anual de deposição sobre o fundo de Lago
equivalente a 0,53 mm.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à CONCREMAT Engenharia e Tecnologia S.A. pelo apoio ao
desenvolvimento deste trabalho.
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