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Thomaz Corrêa e Castro da Costa Elaine Cristina Cardoso Fidalgo Mariella Camardelli Uzêda Maria José Zaroni Uebi Jorge Naime Saulo Pedrinha Guimarães
CAPÍTULO 5
VULNERABILIDADE DE SUB-BACIAS
PARÂMETROS FÍSICOS
Os parâmetros morfométricos aqui apresentados correspondem a uma parte do universo de variáveis morfométricas para caracterização de bacias hidrográficas.
Uma revisão de variáveis morfométricas pode ser encontrada em Collares (2000).
A densidade de drenagem (DD) é um indicador da vulnerabilidade do solo calculado pela razão entre o comprimento total dos canais de drenagem e a área em que estão inseridos — no caso, sub-bacias hidrográficas (Figura 5.1). Valores baixos de densidade de drenagem podem estar associados a rochas pouco resistentes, solos muito permeáveis ou relevo suave (Rocha, 1991).
No Estado do Rio de Janeiro a densidade de drenagem é alta nos Maciços Costeiros e Escarpas Serranas (Serra do Mar — Planalto da Bocaina e Serra dos Órgãos — e Mantiqueira Meridional — Planalto de Itatiaia), variando de 0,025 a 0,031 km/ha. Os Maciços Costeiros apresentam vertentes íngremes, por vezes rochosas, enquanto nas Escarpas Serranas as vertentes são muito íngremes, com desnivelamentos bastante elevados (IBGE, 1983).
Figura 5.1.
Densidade de drenagem (km/ha) das sub-bacias do Estado do Rio de Janeiro.
Embora as unidades apresentem elevada propensão a processos erosivos, estes não ocorrem de maneira intensa, devido à preservação da cobertura vegetal. No entanto, a expansão urbana e o aumento de atividades agropastoris contribuem para o aumento da vulnerabilidade à erosão nessas áreas.
Outro fator importante que influencia a densidade de drenagem é a climatologia local. Massas de ar úmido provenientes do oceano, que se deslocam em direção ao continente, ascendem ao encontrarem escarpas ou montanhas e precipitam-se, gerando chuvas orogênicas, o que aumenta localmente a vazão de água pluvial.
Esse fator potencializa o efeito da densidade de drenagem nas regiões supracitadas.
Densidades intermediárias de drenagem ocorrem nas depressões e alinhamentos de cristas do Paraíba do Sul (incluindo compartimentos planálticos do leste de Minas), no noroeste fluminense e nas Colinas e Maciços Costeiros nas proximidades do litoral (IBGE, 1983).
Regiões com densidades de drenagem baixas podem ser encontradas na parte litorânea nas regiões norte e leste do estado, constituída das unidades morfoesculturais
das Superfícies Aplainadas nas Baixadas Litorâneas, Planícies Costeiras e Tabuleiros de Bacias Sedimentares, com sistemas de relevo de degradação. As Superfícies Aplainadas nas Baixadas Litorâneas apresentam relevos suaves e uniformes, com colinas amplas, baixas e niveladas (Dantas et al., 2001). Os Tabuleiros de Bacias Sedimentares exibem colinas tabulares de topo plano, de amplitude de relevo muito baixa. As Planícies Costeiras compreendem um relevo muito suave, predominantemente arenoso.
Em todas essas unidades há predominância de terrenos sedimentares em que raramente aflora o substrato rochoso. Isso faz com que a infiltração no solo e subsolo seja alta, diminuindo a densidade de drenagem nessas regiões (IBGE, 1983). Essas unidades apresentam baixo potencial de vulnerabilidade aos processos erosivos e aos movimentos de massa, devido a suas declividades pequenas e a seu relevo suave.
O índice de circularidade (IC) indica proximidade da forma da bacia ao círculo (Figura 5.2). Quanto mais
próxima da forma circular (índice próximo de 1), maior o perigo de enchentes na bacia.
O perigo de enchentes está relacionado com a velocidade e sincronia entre os escoamentos de água da chuva provenientes das cabeceiras. Numa bacia de forma próxima da circular, os escoamentos convergem em instantes similares para pontos próximos, aumentando rapidamente o deflúvio acumulado para o canal principal e, conseqüentemente, o risco de enchentes.
Em bacias alongadas, o deflúvio ocorre em pontos distantes, com maior intervalo de tempo para que os escoamentos alcancem o mesmo ponto do canal principal. Assim, estes chegam em momentos diferentes, acumulando menor deflúvio, com vazão conseqüen-temente menor.
O índice de circularidade é dado pela relação IC = A/Ac, sendo A a área da bacia em hectares e Ac a área do círculo de perímetro igual ao da bacia considerada (Ac = p2/4π).
Figura 5.2.
Índice de circularidade das sub-bacias do Estado do Rio de Janeiro.
Figura 5.3.
Declividade média (em porcentagem) das sub-bacias do Estado do Rio de Janeiro.
Figura 5.4.
Classes de altitude, segundo o modelo DEM-SRTM (NASA, 2005), no Estado do Rio de Janeiro.
Figura 5.5.
Desvio-padrão da altitude nas sub-bacias do Estado do Rio de Janeiro.
Não se observou associação entre o formato da bacia e a geomorfologia (Figura 5.2). A forma das bacias apresentou distribuição heterogênea em quase todas as formações no Estado do Rio de Janeiro, com exceção do norte fluminense. Nessa região, em que há depósitos sedimentares (planícies e tabuleiros), predomina a forma alongada nas bacias hidrográficas.
A declividade foi derivada do modelo digital de elevação DEM-SRTM (NASA, 2005), compatível com a escala 1:100 000 e curvas de nível espaçadas de 40 m.
A declividade média da sub-bacia (DECL) relaciona-se com a aptidão agrícola e a erosão (Figura 5.3).
As sub-bacias com menor declividade encontram-se na faixa de elevação de 0 a 50 m (Figura 5.4), em que ocorrem as maiores intensidades de atividades agrícolas e ocupação urbana (Figuras 5.12 e 5.14).
O desvio-padrão da altitude (DPALT) na bacia mede a dispersão da altitude. Bacias com maior dispersão apresentam maior velocidade hídrica e maiores graus de declividade, sendo portanto mais vulneráveis. Geralmente, as sub-bacias com as maiores variações de altitude estão protegidas por UCs, tais como o Parque Nacional de Itatiaia, o Parque Nacional dos Três Picos, o Parque Nacional da Serra dos Órgãos, a Reserva Biológica do Tinguá, o Parque Nacional da Serra da Bocaina e o Parque Estadual do Desengano (Figura 5.5). Devido ao impedimento natural da declividade, essas áreas mantiveram grandes remanescentes da Mata Atlântica, que foram posteriormente protegidos pelo poder público.
O escoamento superficial (RUNOFFBH), que considera a precipitação, indica a contribuição de cada área na recepção de água de áreas vizinhas e de bacias a montante, na direção do fluxo hídrico. O parâmetro indicador da magnitude do escoamento superficial em uma sub-bacia é o valor máximo em um píxel que se encontra na foz (Figura 5.6).
No norte fluminense ocorre a maior magnitude de escoamento superficial, em direção à Lagoa Feia e ao oceano, na Bacia de Campos. Nessa mesma região ocorre uma concentração de sedimentos na faixa litorânea, observada na composição colorida Landsat 5 (Figura 5.7).
A moderada magnitude de escoamento superficial ocorre nos cordões arenosos, no delta do Paraíba do Sul e na saída para o manguezal de Guapimirim. Esse manguezal, ainda preservado, serve como dissipador de energia ao favorecer a deposição de sedimentos antes que estes alcancem a Baía de Guanabara. Outra região de moderada magnitude de escoamento superficial é a Baía de Sepetiba, onde se observa também alguma
Figura 5.6.
Escoamento superficial (mm/píxel da foz da bacia) nas sub-bacias do Estado do Rio de Janeiro.
suspensão de sedimentos. Outras áreas de maior magnitude de escoamento superficial apresentam baixa cobertura vegetal, como o noroeste fluminense e a Bacia do Paraíba do Sul.
Os componentes da USLE considerados foram o fator R, que mensura a erosividade, e o fator K, que mensura a erodibilidade do solo. (A erosividade é uma medida da contribuição da chuva para a erosão do solo e a erodibilidade é o grau de fragilidade do solo.) Os fatores L (comprimento de rampa) e S (classe de declividade) não foram considerados, mas foram substituídos pela declividade média e pelo desvio-padrão de altitude na bacia.
O fator R foi estimado com dados de precipitação de 18 estações meteorológicas pertencentes ao Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) e de 59 estações pluviométricas da Agência Nacional de Águas (ANA), referentes ao período de 1973 a 2000 (ANA, 2003;
Alfonsi et al., 2003). Foi aplicada a expressão R = ∑EI30
= 89,823 ∑(ri2/P)0,759, recomendada para as condições
Fonte: GeoCoverLandsat (https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid).
do Estado do Rio de Janeiro (Carvalho Júnior, 1985), onde EI30 é a média mensal do índice de erosividade (em MJ×mm/ha×h×mês), r é o total mensal de precipitação (em mm) e P é o total anual de precipitação (em mm).
A espacialização da erosividade (Figura 5.8) foi gerada pela interpolação por kriging no software GSTAT (Pebesma, 1998).
O fator K (figura 5.9) foi obtido por meio de pesquisa bibliográfica para classes de solo ocorrentes no Estado do Rio de Janeiro ou similares a estas (Bertoni;
Lombardi Neto, 1985; Galdino et al., 2003; Moreira Sá et al., 2004; Pimenta, 1998) presentes no Mapa de Solos do Estado do Rio de Janeiro (Carvalho Filho et al., 2003a,b).
Figura 5.7.
Composição colorida do Delta do Paraíba do Sul (a esquerda) e da Baía de Sepetiba (abaixo), RGB 543 Landsat 5, 1990.
Figura 5.8.
Índice de erosividade anual (R), em MJ×mm/ha×h×ano, para o Estado do Rio de Janeiro (valores por estação pluviométrica e interpolados).
Figura 5.9.
Erodibilidade do solo (fator K), em ton×h/MJ×mm, no Estado do Rio de Janeiro.
Figura 5.10.
Índice de vulnerabilidade potencial das sub-bacias do Estado do Rio de Janeiro.
ÍNDICES DE VULNERABILIDADE DE SUB-BACIAS HIDROGRÁFICAS
O índice de vulnerabilidade de sub-bacias do Estado do Rio de Janeiro foi calculado por meio da agregação de critérios sem hierarquização, por não atribuirmos diferença de importância entre os fatores DD, IC, DECL, DPALT, RUNOFF, R e K, o que resultou na média aritmética entre os fatores (xi).
Devido às diferentes escalas em que cada fator foi mensurado, estes foram normalizados para uma escala contínua (1 byte) que se estende do valor de menor vulnerabilidade (0) até o de maior vulnerabilidade (255). A transformação dos valores foi linear, sendo a proporção de cobertura vegetal o único fator com relação inversa à vulnerabilidade de sub-bacias hidrográficas.
Na Tabela 5.1 são apresentados os fatores envolvidos na análise multicriterial para obter o índice de vulnerabilidade de sub-bacias. O resultado é apresentado na Figura 5.10.
A vulnerabilidade potencial é maior nas sub-bacias das serras da Bocaina, da Mantiqueira e do Mar. Parte dessas áreas está protegida por UCs. As sub-bacias de menor vulnerabilidade ocorrem na região Tabela 5.1.
Fatores utilizados na análise multicriterial para vulnerabilidade de sub-bacias hidrográficas potencial (que exclui os fatores tarjados, em itálico) e real (que considera todos os fatores listados.
DD: densidade de drenagem; IC: índice de circularidade; DECL: declividade média da sub-bacia; RUNOFFBH: escoamento superficial; COBVEG: cobertura vegetal; AGRIC:
áreas agrícolas; PAST: pastagem; URBAN: áreas urbanas; R: erosividade da chuva; K: erodibilidade do solo.
norte fluminense, em uma parte da região dos Lagos e na Baixada Fluminense, entre outras (Figura 5.10).
PARÂMETROS ANTRÓPICOS
A determinação da vulnerabilidade real de sub-bacias hidrográficas considera fatores antrópicos, que no caso correspondem às proporções do uso ou cobertura da terra em sub-bacias.
A ausência de cobertura vegetal é um fator crucial na vulnerabilidade de sub-bacias, principalmente em áreas críticas, como as de Reservas Legais e de Preservação Permanente, definidas no Código Florestal pela Lei 4 771, de 1965. A Figura 5.11 apresenta os percentuais de fragmentos nas bacias hidrográficas.
Aquelas com até 19,99% de cobertura vegetal (em vermelho) estão em desconformidade com o Código Florestal, enquanto as classes com 20% ou mais podem atender ao cômputo de reserva legal exigido por esse código na Região Sudeste (não consideradas as áreas de preservação permanente). As bacias com até 19,99%
de cobertura vegetal são prioritárias em programas de reflorestamento.
Os parâmetros de uso da terra considerados foram a proporção de terras para agricultura, pastagem e área urbana (Figuras 5.12, 5.13 e 5.14, respectivamente).
Nível 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Relação
+ + + + -+ + + + + Fator
Vulnerabilidade de sub-bacias hidrográficas DD
IC DECL RUNOFFBH COBVEG AGRIC PAST URBAN R K
A agricultura é um dos principais fatores de degradação, devido à exposição do solo e a seu manejo, que pode deixá-lo mais vulnerável à erosão hídrica, afetando sua estrutura e reduzindo a matéria orgânica disponível. As áreas com ocorrência de agricultura (Figura 5.12) distribuem-se na região de Petróleo e Gás Natural, com predomínio da lavoura de cana-de-açúcar, olericultura e cultivo de milho na Região Serrana de Economia Agropecuária, e em Cachoeira de Macacú; e também olericulturas na região de Silva Jardim, Casimiro de Abreu e Mangaratiba.
As áreas com pastagens, relativamente menos impactantes do que as agrícolas, também constituem fator de vulnerabilidade. Em manejos inadequados e em áreas inaptas, as pastagens são causa de compactação e perda da fertilidade do solo, resultando em processos erosivos como ravinamentos, erosão laminar e até voçorocamentos. As áreas com pastagens (Figura 5.13)
distribuem-se por todo o Estado do Rio de Janeiro, com exceção de uma área com predomínio de agricultura no Município de Campos. Sua maior concentração ocorre na região noroeste fluminense, na Região dos Lagos e no vale do Paraíba do Sul.
As áreas urbanas têm impactos potenciais em bacias hidrográficas e exigem ações corretivas pontuais, com uma gestão ambiental distinta do escopo rural. A impermeabilização do solo (que aumenta o risco de enchentes), a ocupação de áreas com risco de deslizamento e a disposição de resíduos urbanos e industriais são alguns dos problemas relacionados com a vulnerabilidade em bacias hidrográficas urbanas.
As bacias que incluem áreas urbanas (Figura 5.14) correspondem à região metropolitana do Rio de Janeiro, às regiões dos Lagos e de Angra, à Bacia de Campos, à Região Serrana, ao Vale do Paraíba e aos demais núcleos urbanos distribuídos pelo estado.
Figura 5.11.
Percentuais das áreas de sub-bacias do Estado do Rio de Janeiro com remanescentes florestais obtidos de mapeamento de cobertura da terra (Fundação SOS Mata Atlântica, 2002).
Figura 5.12.
Percentuais de áreas com agricultura nas sub-bacias do Estado do Rio de Janeiro, com dados de mapeamento de uso e cobertura da terra (CIDE, 2000).
Figura 5.13.
Percentuais de áreas com pastagens nas sub-bacias do Estado do Rio de Janeiro, com dados de mapeamento de uso e cobertura da terra (CIDE, 2000).
Figura 5.14.
Percentuais de áreas urbanas nas sub-bacias do Estado do Rio de Janeiro, com dados de mapeamento de uso e cobertura da terra (CIDE, 2000).
Figura 5.15.
Índices de vulnerabilidade real das sub-bacias do Estado do Rio de Janeiro.
Na Tabela 5.1 são apresentados os fatores envolvidos na análise multicriterial para determinação do índice de vulnerabilidade real de sub-bacias.
A vulnerabilidade real é maior nas sub-bacias que predominam no noroeste fluminense (Figura 5.15), a região mais carente do estado, com degradação de pastagens, economia estagnada e evasão rural. As sub-bacias das serras da Mantiqueira, do Mar e da Bocaina mantêm vulnerabilidade elevada, apesar da proteção da vegetação. As sub-bacias com os menores valores de vulnerabilidade real ocorrem predominantemente na região norte do estado.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A metodologia empregada permitiu identificar áreas que devem merecer especial atenção por serem mais vulneráveis aos processos erosivos, com uma abordagem por sub-bacias hidrográficas (compartimentos naturais da paisagem). Essas áreas mais vulneráveis podem ser utilizadas para orientar ações de conservação a serem implementadas no Estado do Rio de Janeiro, conjuntamente com outros indicadores ambientais, socioeconômicos e políticos, para a definição de estratégias e ações para recuperação e conservação da Floresta Atlântica.
AGRADECIMENTOS
Este trabalho é parte das atividades da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) no projeto Estratégias e ações para conservação da Mata Atlântica do Estado do Rio de Janeiro. Agradecemos aos parceiros e colaboradores (Fundação CIDE, Fundação SOS Mata Atlântica, Instituto Biomas e SERLA) pela cessão de dados; a José Francisco Lumbreras, pesquisador da Embrapa Solos, pela colaboração na obtenção do fator K e revisões no texto original; e às entidades Critical Ecosystem Partnership Fund (CEPF), Conservação Internacional (CI) e Rede para Conservação da Mata Atlântica, pelos recursos para o desenvolvimento deste trabalho.
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