Respostas hidrolgicas em uma cicatriz de deslizamento e produo de sedimentos em duas cabeceiras de drenagem florestadas no Parque Nacional da Tijuca, Macio da Tijuca, RJ

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PR-2/UFRJ

BOLSAS DE INICIAO CIENTFICAPIBIC/CNPq e UFRJ 2013/2014

Diviso de Programas e Bolsas DPB / PR-2Av. Brigadeiro Trompowisky, S/N - Cidade UniversitriaPrdio da Reitoria - 8o andar - Sala 811 - CEP 21941-590Tel: 2598-1739 E-mail: pibic@sr2.ufrj.br - Home Page: http://www.sr2.ufrj.brproduzido por:

Relatrio Tcnico-Cientfico

Referente ao Perodo de Abril/2013 a Maio/2014

Ttulo do Projeto: Programa Cientista do Nosso Estado - FAPERJ (Processo: E-26/102.744/2012); Hidrologia, Eroso e Movimentos de Massa em Encostas da eco-Regio de Floresta Atlntica sob Interveno Humana: bases para reduo de desastres impulsionados por chuvas extremas

Bolsista: Raza Fernandes da Silva, Estudante de Geografia (5 Perodo).

Orientadores: Thiago de Souza Coelho Monico (Mestrando em Geologia do PPGl/UFRJ, e Ana Luiza Coelho Netto (Prof Titular do Departamento de Geografia/UFRJ, Bolsista CNPq 1A)

Departamento: Geografia

Unidade: Instituto de Geocincias

Centro: Centro de Cincias Matemticas e da Natureza

Resumo do Sub-Projeto: Este sub-projeto de pesquisa estuda algumas condicionantes ao fenmeno erosivo superficial em rochas de quartzitos na bacia do Ribeiro SantAna. O mesmo contempla o curto, porm intenso e produtivo, perodo de vigncia da bolsa aps a substituio do antigo bolsista. Neste perodo foram realizadas atividades de campo e de gabinete, tendo tambm a minha participao em outras atividades internas do Laboratrio GEOHECO/UFRJ.

1 - Introduo (Apresentao do Problema)

Esse relatrio refere-se ao perodo de agosto de 2013 a julho de 2014, onde foram realizadas atividades acadmicas no programa de bolsa de iniciao cientfica PIBIC/UFRJ, vinculado ao projeto Respostas Geo-Hidrolgicas s Mudanas Ambientais Induzidas pelo Uso da Terra na Eco-Regio da Mata Atlntica, coordenado pela Prof Ana Luiza Coelho Netto, do Departamento de Geografia e coordenadora do laboratrio de Geo-Hidroecologia (Geoheco), e tambm vinculada Dissertao de Mestrado do aluno Thiago de Souza Coelho Monico, intitulada Eroso Mecnica em Paisagem Crstica No-Carbontica: bacia hidrogrfica do Ribeiro Santana, Mdio Vale do Rio Paraba do Sul, vinculado ao Programa de Ps-Graduao em Geologia (PPGl/UFRJ).

A pesquisa busca o entendimento do modelado superficial em rocha quartiztica, na bacia hidrogrfica do Ribeiro Santana (268 km), que apresenta predominncia de feies de denudao qumica tipicamente crsticas, tais como cavernas (n=57), dolinas (N=232), sumidouros (N=3), dentre outras (Uagoda et al., 2011). O ribeiro Santana o principal afluente do rio Preto, que por sua vez, um dos principais afluentes do rio Paraba do Sul. O autor tambm aponta a ocorrncia de ravinamentos (N=57), indicando uma possvel ao erosiva causada pelo escoamento superficial a qual, por seu turno, responderia a ocorrncia dos leques aluviais encontrados nos fundos de vales. As eroses mapeadas apresentam-se em diversos estgios de evoluo e diferentes posies na encosta, apesar da predominncia ser na poro mdia-superior.

2 - ObjetivosO objetivo global da pesquisa o de reconhecer e explicar a natureza e a magnitude do processo erosivo superficial atravs da desagregao mecnica dos solos em encostas de quartzito grosseiro e quartzito fino, considerando o regime tropical de chuvas. Especificamente, os objetivos no quais a referida aluna tomou participao direta relacionam-se (A) caracterizao dos materiais que recobrem o metro superior do solo por meio de suas propriedades fsicas, como granulometria e morfologia, considerando os litotipos de quartzito grosseiro e quartizito fino e (B) determinar parmetros hidrolgicos dos solos de quartzitos, tal como capacidade de infiltrao.

3 - Mtodos

3.1 Caracterizao dos Solos

3.1.1 - Perfis

Os perfis foram confeccionados de acordo com o Manual de Descrio e Coleta de Solo no Campo (SBCS, 2005), em paredes laterais das ravinas, procedimento semelhante ao de cortes de estrada, com aprofundamento de 40 cm, a fim de evitar modificaes ocasionadas pela umidade e/ou insolao, que comprometesse a estrutura natural do perfil.

O procedimento se inicia com a observao minuciosa dos horizontes/camadas e sua posterior separao, mensurao do comprimento e descrio das caractersticas morfolgicas (cor, textura, estrutura, consistncia) e posterior coleta de amostra (entre 0,5 e 1,0 kg) para anlise granulomtrica, descrita a seguir.

3.1.2 - Granulometria

O material coletado em campo foi tratado com base nas normas NBR 6457/86 e NBR 7181/84, envolvendo etapas de secagem prvia das amostras ao ar, destorroamento dos gros, peneiramento grosso (> 2,0 mm), sedimentao e posterior peneiramento fino (0,074 mm at 2,0 mm). Tambm foi realizado o ensaio de massa especfica dos gros, usando picnmetros de 50 ml, conforme recomendao da norma NBR 6508/84. Todas os dados obtidos foram tabulados em planilhas automatizadas (Microsoft Excel) cedidas pela Prof Andrea Ferreira Borges (Laboratrio de Solos/DEGEO/IGEO/UFRJ).

3.2 Capacidade de Infiltrao

Os ensaios de capacidade de infiltrao foram realizados em campo, no perodo entre fevereiro e maro de 2014, utilizando o mtodo de anis concntricos, de 20 cm e 40 cm de dimetro e 20 cm de altura, cedidos pelo professor Jorge Henrique Alves Prodanoff, do Depto. de Recursos Hdricos e Meio Ambiente -Escola Politcnica UFRJ. A instrumentao do ensaio era complementada por dois barriletes de 30 litros cada, dispostos de maneira a fornecer gua em tempo contnuo para a execuo dos ensaios, atravs de uma mangueira conectada na sada, conforme figuras abaixo: Figura 1: Fotografias do esquema geral do ensaio de infiltrao (esquerda) e detalhe dos anis cravados no solo (direita).

O procedimento consiste em molhar o anel externo at alcanar uma determinada carga (altura de coluna dgua), no caso, adotado 5 cm e em seguida o anel interno molhado, evitando a movimentao lateral de gua no solo. O anel interno foi preenchido com uma carga de 5 cm de altura, variando 1 cm para mais ou menos. A variao do volume de gua foi lida a cada 30 segundos, em rguas milimetradas afixadas nos barriletes e os valores anotados em planilhas. Todos em ensaios tiveram durao mnima de 1h30 e os dados foram transferidos para planilhas eletrnicas.

Para o clculo da capacidade de infiltrao foi adotado o procedimento descrito em Coelho Netto & Avelar (2002), que utiliza um grfico volume x tempo para obter a vazo constante, contida em trecho retilneo da curva. Desta forma, obtm-se permeabilidade k que, em conjunto com o gradiente hidrulico i e a rea do cilindro A, determinam o valor da capacidade de infiltrao, representada nas frmulas abaixo: ; ondeCI a capacidade de infiltrao, em cm/h;Q a vazo, em cm/min;A a rea do cilindro, em cm;i o gradiente hidrulico, adimensional;v a variao do volume de gua contido no barrilete, em cm et a variao de tempo correspondente, em segundos.

4 - Resultados4.1 Caracterizao dos Solos

4.1.1 - PerfisPerfil Crrego dos Carneiros Figura 1: Esquema do perfil de solos para a sub-bacia do crrego do Carneiros (quartzito fino). esquerda, fotografia do perfil confeccionado na lateral interna da eroso. direita, croquis do referido perfil, contendo os horizontes de solo.

Figura 2: Curva de distribuio granulomtrica dos horizontes do perfil de solo.

O perfil Crrego dos Carneiros (Quartzito Impuro) apresenta textura mdia franco arenosa e distribuio granulomtrica quase homognea ao longo do perfil. Apenas os horizontes superiores contm quantidades ligeiramente maiores de silte e argila. Abaixo seguem os teores texturais, em %:Composio Granulomtrica (%)

ArgilaSilteAreiaPedregulho

18,8412,2856,2312,63

Perfil Crrego de So Gabriel

Figura 3: Esquema do perfil de solos para a sub-bacia do crrego So Gabriel (quartzito grosseiro). esquerda, fotografia do perfil confeccionado na lateral interna da eroso. direita, croquis do referido perfil, contendo os horizontes de solo.

Figura 4: Curva de distribuio granulomtrica dos horizontes do perfil de solo.

O perfil So Gabriel (Quartzito Grosseiro) apresenta textura mdia arenosa, diferenciando-se apenas o horizonte mais superficial, contendo maior teor de argila/silte, provavelmente associado presena de matria orgnica. Abaixo seguem os teores texturais, em %:Composio Granulomtrica (%)

ArgilaSilteAreiaPedregulho

6,782,5477,0213,64

4.2 Capacidade de Infiltrao

Abaixo, seguem os resultados para os ensaios de capacidade de infiltrao de campo, sob os dois litotipos de quartzitos. Foram realizados cinco ensaios no quartzito fino e sete ensaios no quartzito grosseiro.

CI (condio seca)CI (condio seca)

ImpuroPuro

Ensaio #Valor (cm/h)Ensaio #Valor (cm/h)

A63,02A99,00

B59,04B91,00

C57,24C96,72

D63,90D105,96

E 61,56E 108,02

F102,48

MDIA60,95G99,78

DESVIO2,25

MDIA100,42

DESVIO4,34

CI (condio mida)CI (condio mida)

Ensaio #Valor (cm/h)Ensaio #Valor (cm/h)

F22,50H63,55

Figura 5: Quadro descritivo dos resultados dos ensaios de capacidade de infiltrao, contendo mdia e desvio padro.

Os ensaios de infiltrao mostraram altos valores de infiltrao, o que implica em intensidades de chuva muito altas para que o solo se torne saturado, acima de 600 mm/h para o quartzito fino e 1.000 mm/h para o quartizto grosseiro. Uma vez que o solo encontra-se condio mida, os valores de infiltrao caem para 225 mm/h e 635 mm/h para os quartzitos fino e grosseiro respectivamente.

5- Consideraes Finais

A caracterizao morfolgica confirma observaes anteriores do alto teor da frao areia nos solos originados de quartzitos, trazendo assim, implicncias para a entrada de gua nos solos e posterior formao de ravinas, quando da ocorrncia de escoamento superficial. Os valores de capacidade de infiltrao, por sua vez, apontam para a necessidade de compreender os mecanismos de movimentao da gua ao longo do perfil de solo, possivelmente atravs de monitoramento contnuo a ser desenvolvido futuramente. 6 - Referncias Bibliogrficas

COELHO NETTO, A. L. & AVELAR, A. S. 2002. Hidrologia de encosta na interface com a geomorfologia. In: CUNHA, S. B. & GUERRA, A. J. T. (eds.) Geomorfologia: Exerccios, Tcnicas e Aplicaes. Editora Bertrand Brasil, p. 119 123.

NBR 6457/86 - Normas de Preparao Pra Ensaios de Compactao e Caracterizao

NBR 7181/84 - Anlise Granulomtrica

NBR 6508/84 - Determinao da Massa Especfica

SBCS (2005). Manual de Descrio e Coleta de Solo no Campo. RD Santos. 5 ed. Viosa, Sociedade Brasileira de Cincia do Solo.

UAGODA, R. E. S.; AVELAR, A. S.; COELHO NETTO, A. L. 2011. Karstic morphology Control in Noncarbonate Rocks: Santana Basin, Middle Paraiba do Sul River Valley, Brazil. Zeitschrift fur Geomorphologie. v.55: 1-13.