UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
CURSO DE AGRONOMIA
ALEXANDRE COPOANI
USO DA PLATAFORMA SWAT PARA ESTUDOS DE PERDA DE
SOLO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
PATO BRANCO
2019
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
CURSO DE AGRONOMIA
ALEXANDRE COPOANI
USO DA PLATAFORMA SWAT PARA ESTUDOS DE PERDA DE
SOLO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
PATO BRANCO
2019
ALEXANDRE COPOANI
USO DA PLATAFORMA SWAT PARA ESTUDOS DE PERDA DE
SOLO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Agronomia da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Pato Branco, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Agrônomo. Orientador: Prof. Dr. José Ricardo da Rocha
Campos
Coorientador: M.Sc. Marciano Vottri
PATO BRANCO
2019
Copoani, Alexandre
Uso da plataforma SWAT para estudos de perda de solo / Alexandre Copoani.
Pato Branco. UTFPR, 2019 49 f. : il. ; 30 cm
Orientador: Prof. Dr. José Ricardo da Rocha Campos Coorientador: M.Sc. Marciano Vottri
Monografia (Trabalho de Conclusão de Curso) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curso de Agronomia. Pato Branco, 2019.
Bibliografia: f. 44 – 50
1. Agronomia. 2. Meio-Ambiente. 3. Sustentabilidade. I. Vottri, Marciano, coorient. II. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curso de Agronomia. III. Título.
Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campus Pato Branco
Departamento Acadêmico de Ciências Agrárias
Curso de Agronomia TERMO DE APROVAÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso - TCC
USO DA PLATAFORMA SWAT PARA ESTUDOS DE PERDA DE SOLO
por
ALEXANDRE COPOANI
Monografia apresentada às 08 horas e 20 min. do dia 05 de Junho de 2019 como requisito parcial para obtenção do título de ENGENHEIRO AGRÔNOMO, Curso de Agronomia da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Pato Branco. O candidato foi arguido pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo-assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho APROVADO.
Banca examinadora:
M.Sc. Marciano Vottri
Secretário de Agricultura - Prefeitura Municípal de Vitorino
Profª. Drª. Rachel Muylaert Locks Guimarães
UTFPR Campus Pato Branco
Prof. Dr. Maicon Sgarbossa
PPGAG- PB UTFPR - Doutorando
Prof. Dr. José Ricardo da Rocha Campos
UTFPR Campus Pato Branco Orientador
Prof. Dr. Jorge Jamhour
Coordenador do TCC
A “Ata de Defesa” e o decorrente “Termo de Aprovação” encontram-se assinados e devidamente depositados na Coordenação do Curso de Agronomia da UTFPR Campus Pato Branco-PR, conforme Norma aprovada pelo Colegiado de Curso.
Dedico a Deus por sempre estar ao meu lado nos momentos mais difíceis desse trabalho.
Аоs meus pais, irmã, avós е a toda minha família que, cоm muitos meus pais, irmã, avós е a toda minha família que, cоs meus pais, irmã, avós е a toda minha família que, cоm muitom muito carinho е apoio, nãоs meus pais, irmã, avós е a toda minha família que, cоm muito mediram esforços para qυе еυ chegasse аté estaе еυе еυ chegasse аté esta chegasse аté estaté esta etapa dе minha vida.
AGRADECIMENTOS
Ao professor José Ricardo, pela sua paciência e orientação essenciais para a conclusão desse trabalho.
Ao Marciano, coorientador, que por todo conhecimento em geoprocessamento, incentivou na escolha do tema e auxiliou na execução do trabalho.
Á minha mãe Sandra, pai Nelci, irmã Andressa e avó Maria, por sempre estarem presentes me apoiando e ajudando nas horas de dificuldade.
A todos os amigos que, de alguma forma contribuíram para a elaboração deste trabalho.
Vivemos em uma época perigosa. O homem domina a natureza antes que tenha aprendido a dominar a si mesmo.
RESUMO
COPOANI, Alexandre. Uso da plataforma SWAT para estudos de perda de solo. nFolhas 50. Trabalho de Conclusão de Curso (Curso de Agronomia), Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Pato Branco, 2019.
O uso e manejo indiscriminado dos recursos solo e água pelas atividades antrópicas vêm produzindo uma degradação acelerada do meio ambiente. Assim, a avaliação quantitativa da perda de solo por erosão e da perda de água pelo escoamento superficial é fundamental para o planejamento ambiental em escala de bacia hidrográfica. Com isso a simulação do comportamento hidrológico de bacias hidrográficas consiste em uma das principais ferramentas na gestão dos recursos hídricos, devido à possibilidade de predição de ambientes mais ou menos susceptíveis a degradação. O objetivo desse trabalho foi avaliar a eficácia do modelo SWAT para representação do fluxo hidrossedimentológico na bacia hidrográfica do Rio Forquiha do município de Vitorino-PR. Os resultados obtidos a partir da simulação foram em relação a distribuição espacial do tipo e uso do solo, declividade e altimetria, do escoamento superficial e da produção de sedimentos anual nas 23 sub-bacias da Bacia Hidrográfica do Rio Forquilha. O uso e ocupação do solo demonstraram influenciar no processo erosivo, sendo geradas pequenas quantidades de sedimentos em áreas cobertas por floresta e grandes quantidades em áreas cobertas pela agricultura. A topografia também influenciou na produção de sedimentos, sendo que em sub-bacias mais planas a perda de solo foi menor. Estes fatores demonstraram influenciar diretamente o escoamento superficial e consequentemente a produção de sedimentos. De uma forma geral, apesar das restrições dos dados de entrada e da não calibração, o modelo demonstrou ser relativamente eficaz, fornecendo informações de apoio para gestão ambiental de uso, ocupação e manejo do solo, reduzindo assim impactos sobre os recursos hídricos.
ABSTRACT
COPOANI, Alexandre. Use of the SWAT platform for soil loss studies. 49 f. TCC (Course of Agronomy) - Federal University of Technology - Paraná. Pato Branco, 2019.
The indiscriminate management of soil and water resources by anthropogenic activities have been generated an accelerated degradation of the environment. Thus, the quantitative evaluation of soil losses by hidric erosion is fundamental for the environmental planning at the basin scale. Thus, the simulation of the hydrological runoff of watersheds is one of the main tools in the management of water resources, due to the possibility of predicting environments more or less susceptible to degradation. The aim of this study was to evaluate the efficacy of the SWAT model for the representation of the hydrossedimentological flow in the Rio Forquiha watershed of the municipality of Vitorino-PR. The results obtained from the simulation were in relation to the spatial distribution of soil type and use, slope and altimetry, surface runoff and annual sediment production in the 23 sub-basins of the Forquilha River Basin. Soil use and occupation have been shown to influence the erosion process, with small amounts of sediment being generated in areas covered by forest and large amounts in areas covered by agriculture. The topography also influenced sediment production, and in flat sub-basins soil loss was lower. These factors have been shown to directly influence surface runoff and consequently sediment yield. In general, despite the constraints of input and non-calibration data, the model has been shown to be relatively effective, providing supporting information for environmental management of land use, occupation and management, thus reducing impacts on water resources.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Localização geográfica do município de Vitorino PR e da Bacia do Rio Forquilha...26
Figura 2 – Sub-bacias do Rio Forquilha e seus respectivos exutórios...30
Figura 3 – Mapa de Altimetria e declividade da Bacia Hidrográfica Rio Forquilha...32
Figura 4 – Mapa de classes de solo da Bacia Hidrográfica Rio Forquilha...34
Figura 5 – Mapa de uso e ocupação do solo da Bacia Hidrográfica Rio Forquilha...35
Figura 6 – Mapa do escoamento superficial nas sub-bacias do Rio Forquilha...38
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Classes de solos quanto à ocorrência nominal e percentual na bacia do Rio Forquilha....34 Tabela 2. Uso do Solo quanto à ocorrência nominal e percentual na Microbacia do Rio Forquilha...36 Tabela 3 – Tipo e uso do solo estratificado para cada sub-bacia do Rio Forquilha...36
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AGRL Agriculture (agricultura em geral) BHRF Bacia Hidrográfica Rio Forquilha
Cfa Clima Temperado úmido com verões quentes Embrapa Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária ESRI Environmental Systems Research Institute EUPS Equação Universal de Perdas de Solo FRST Forest-Mixed (floresta mista)
IAPAR Instituto Agronômico do Paraná
LBd1 LATOSSOLOS BRUNOS Distróficos
LVdf8 LATOSSOLOS VERMELHOS Distroférricos MDE Modelo Digital de Elevação
MUSLE Equação Universal de Perda de Solo modificada NVdf4 NITOSSOLO VERMELHO Distroférrico
PR Unidade da Federação – Paraná
RNGB Range-Brush (savana)
RRe NEOSSOLO REGOLÍTICO Eutrófico
SIG Sistema de Informação Geográfica SRTM Shuttle Radar Topography Mission SWAT Soil and Water Assessment Tools URH Unidade de Resposta Hidrológica
USDA Departamento de Agricultura dos Estados Unidos UTM Universal Transversal de Mercator
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO...13 2 OBJETIVOS...16 2.1 GERAL...16 2.2 ESPECÍFICOS...16 3 REFERENCIAL TEÓRICO...17
3.1 SUSTENTABILIDADE E CONSERVAÇÃO DO SOLO...17
3.2. SOLOS DE BASALTO DO PARANÁ...18
3.3 EROSÃO DO SOLO...19
3.4 CODIFICAÇÃO OTTO – OTTOBACIAS...21
3.5 O MODELO SOIL AND WATER ASSESSMENT TOOL (SWAT)...22
4 MATERIAL E MÉTODOS...25
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO MUNICÍPIO DE VITORINO...25
4.2 LOCALIZAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA RIO FORQUILHA...25
4.3 FERRAMENTA DE MODELAGEM UTILIZADA...26
4.3.1 ARCSWAT 2012...26
4.4 DADOS METEOROLÓGICOS...27
4.5 COMPOSIÇÃO DO MAPA DE CLASSES DE SOLOS...27
4.6 COMPOSIÇÃO DO MAPA DE DECLIVIDADE...27
4.7 COMPOSIÇÃO DO MAPA DE USO E OCUPAÇÃO DO SOLO...27
4.8 PROCESSAMENTO DA SIMULAÇÃO NO MODELO SWAT...28
4.9 DETERMINAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL E PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS...30
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES...32
5.1 DECLIVIDADE...32
5.2 IDENTIFICAÇÃO DOS TIPOS DE SOLOS...33
5.3 USO E OCUPAÇÃO DO SOLO...34
5.4 ESTRATIFICAÇÃO DAS SUB-BACIAS...36
5.5 ESCOAMENTO SUPERFICIAL...37
5.6 PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS...39
6 CONCLUSÕES...41
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS...42
1 INTRODUÇÃO
As discussões relacionadas aos impactos das atividades antrópicas sobre o meio ambiente e a importância da preservação dos recursos naturais tem sido cada vez mais ressaltadas nas mais diferentes esferas, tais como o acadêmico, judicial e produtivo, dada a rápida e intensa degradação ambiental que tem sido observada nos últimos anos. Nesse sentido, e considerando que o Brasil tem sido reconhecido como o “celeiro do mundo” graças a sua atividade agrícola, o solo passa a ser um recurso chave, uma vez que é a base de todo este sistema produtivo. Deve-se considerar que se trata de um recurso não renovável na escala de tempo humana e que pode ser degradado irreversivelmente em poucas décadas ou até anos. Esta degradação pode ser ainda mais rápida dependendo da maneira como o homem se relaciona com este (NEVES et al., 2011).
Em relação as diferentes classes de solos, há de se considerar a importância que o material de origem exerce sobre suas características químicas, físicas e morfológicas, bem como sobre a sua capacidade de sustentação (VOTTRI, 2018). Neste sentido, a região Sudoeste do Estado do Paraná possui uma característica peculiar, uma vez que seus solos são formados a partir das rochas básicas da Formação Serra Geral. Estes solos são, geralmente argilosos, com teores de argila superiores a 50% e ricos em nutrientes como Magnésio, Cálcio, Potássio e micronutrientes como Cobre, Manganês e Zinco. Baseado no Sistema de Classificação de Solos proposto pela (EMBRAPA, 2006), os solos mais comuns presentes no sudoeste do Paraná são Latossolos, Nitossolos e os Neossolos.
Dentre as principais ameaças à qualidade do solo e dos corpos d´água, os processos de erosão, dados de diversas formas se destacam. Estes processos são causados, principalmente, pela ação da água e pelo vento e se caracterizam-se devido ao desprendimento, arraste e deposição de partículas do solo que é instigado pelos fatores topografia, classes de solo, cobertura e práticas de manejo. Estes aspectos causam questões de ordem ambiental e socioeconômica, tendo como consequência a redução da fertilidade dos solos, assoreamento de cursos de água, enchentes entre outros. No Brasil estima-se que mais de 600 milhões de toneladas de solo são perdidas anualmente (EMBRAPA, 2018).
Neste contexto, atualmente procuram-se melhores formas de se obter uma utilização sustentável dos solos, buscando moderar perdas e melhorar planos
de uso, manejo e conservação do solo e que possam ser aplicados desde a uma microbacia e extrapolados para uma bacia ou região. Para tanto, modelos hidrológicos têm sido desenvolvidos e testados como instrumentos de representação desses processos com alto potencial para a simulação de cenários diversos que incluem: alterações no uso do solo, intervenções antrópicas em diferentes escalas espaciais e temporais e variações nos padrões do clima causados por fenômenos como o el-niño e etc (BLAINSKI; ACOSTA; NOGUEIRA, 2017).
De acordo com Cardoso et al., (2011), sendo uma das referências espaciais mais consideradas em estudos do meio físico, a bacia hidrográfica atualmente subsidia grande parte da legislação e do planejamento territorial e ambiental no Brasil e em outros países. Com o avanço dos Sistemas de Informação Geográfica (SIG) e do sensoriamento remoto junto com a manipulação digital de imagens de satélite, o estudo das bacias hidrográficas vem consideravelmente sendo facilitado.
Diante disso, vários métodos têm sido propostos para o estudo das bacias hidrográficas, dentre estes, destaca-se o de codificação de bacias hidrográficas que é utilizado para ordenar as microbacias. A metodologia Otto (Ottobacias) proposta por Otto Pfafstetter para a codificação de bacias permite a classificação, ou seja, a delimitação do posicionamento relativo e o ordenamento entre as bacias e interbacias. Podendo identificar a posição da bacia diante às demais, cada bacia propriamente catalogada e discretizada conforme o seu grau de detalhe passa a ser designada de Ottobacia (MATSUSHITA et al., 2013). Otto Pfafstetter estabeleceu em seu método, a área drenada como principal critério de classificação de um rio principal, dessa forma, o afluente é aquele que drena uma menor área se comparado ao rio principal, a classificação das bacias se dará nessa lógica, das bacias que drenam uma maior área para aquelas que drenam áreas menores.
A modelagem hidrológica vem auxiliando o entendimento dos fenômenos naturais e sua relação com a área geográfica em estudos ambientais de perda de solo e escoamento superficial. Entre as numerosas alternativas de modelos hidrológicos disponíveis atualmente, o Soil and Watter Assessment Tool (SWAT) apresenta-se altamente empregado para estudos de perda de solo. O SWAT é um modelo semi-distribuído e constante no tempo, que foi elaborado para encenar o impacto da mudança do uso do solo em bacias hidrográficas de diversas escalas.
Uma condição essencial que facilita a sua utilização é a interface acoplável aos principais softwares de geoprocessamento, possibilitando a integração do banco de dados, elaboração e edição de cenários climatológicos e de uso de terras e também análise e representação espacial das variáveis simuladas (LELIS et al., 2012) .
Com o crescente desenvolvimento populacional, busca-se novas técnicas de produção que visam uma maior produtividade em um menor tempo, assim, o manejo e uso intensivo do solo tornam-se práticas inadequadas, que levam a promoção de graves impactos ambientais, como a compactação do solo, a erosão e o assoreamento dos corpos hídricos. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi aplicar o modelo hidrológico SWAT na bacia hidrográfica do Rio Forquilha do Município de Vitorino PR, com o intuito de estudar a relação das classes, uso e manejo do solo, topografia e ìndices pluviométricos no processo hidrosedimentológico.
2 OBJETIVOS
2.1 GERAL
Avaliar a hidrossedimentologia na Bacia hidrográfica Rio Forquilha (BHRF), no município de Vitorino PR, por meio da plataforma Soil and Watter Assessment Tool (SWAT).
2.2 ESPECÍFICOS
Avaliar a influência do uso e manejo do solo, topografia e índices pluviométricos no processo hidrossedimentológico da bacia hidrográfica do Rio Forquilha.
Gerar o mapa de fluxo hidrológico superficial e estudar a relação deste com parâmetros climáticos de uso e ocupação das sub-bacias da Bacia Hidrográfica do Rio Forquilha.
Gerar o mapa de produção de sedimentos e estudar a relação deste com parâmetros climáticos de uso e ocupação das sub-bacias da Bacia Hidrográfica do Rio Forquilha em Vitorino - PR.
3 REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 SUSTENTABILIDADE E CONSERVAÇÃO DO SOLO
Solo e água se constituem em recursos essenciais que formam o alicerce da sustentabilidade do homem, quer seja como componente essencial para a produção de alimentos ou como elemento representativo de valor social e cultural. O acelerado desenvolvimento demográfico e socioeconômico está acompanhado do acréscimo do uso dos recursos solo e água. Afim de proteger e garantir o acesso das gerações futuras a esses recursos, faz-se necessárias, urgentemente, ações que levem ao planejamento do uso adequado das terras. Segundo (HUDSON, 1982) o planejamento é o passo mais importante na direção do uso sustentável e para a preservação dos recursos solo e água.
No Brasil, os primeiros esforços voltados à conservação do solo e da água se concentraram nas práticas mecânicas de terraceamento, construção de curvas de nível e de canais escoadouros, plantio em nível ou em faixas (FILHO et al., 1980). No entanto, estas práticas mecânicas adotadas para o controle da erosão se fizeram insuficientes, especialmente na região sul do país. Assim, no início da década de 70 notou-se a importância de se fazer um manejo mais adequado do solo, evitando a exposição dele as chuvas intensas do clima tropical e subtropical que predominam no Brasil e também a relevância da microbacia hidrográfica como unidade de planejamento conservacionista. Portanto, a compreensão de que o desenvolvimento sustentável da produção agrícola é essencial para garantir a segurança alimentar esta associada ao planejamento do uso da terra e água, com a adoção de métodos conservacionistas.
Sem dúvida, a conservação do solo constitui um dos aspectos mais importantes da agricultura moderna, sendo necessário um planejamento racional de cada talhão de terra, visando o conjunto de suas principais características físicas, ecológicas e econômicas (BERTONI; NETO, 2015).
Os sistemas conservadoristas associam o mínimo revolvimento do solo à rotação de culturas; à manutenção permanente da cobertura do solo; o manuseio integrado de pragas, doenças e plantas daninhas; o desenvolvimento de cultivares
mais produtivas e adaptadas a cada região, e a muitas outras tecnologias para os diversos métodos de produção. Esses métodos vêm recuperando áreas degradadas e gerando renda aos agricultores. No meio de vários existentes, os que se destacam são sistemas agroflorestais, integração lavoura-pecuária-floresta e o sistema de plantio direto (PRADO; TURETTA; ANDRADE, 2010) .
Para qualquer programa de conservação do solo é recomendado basear-se no uso de cada terreno de acordo com a sua capacidade e tratamento conforme sua necessidade. A capacidade indica o grau de intensidade de cultivo que se pode aplicar em um terreno sem que o solo sofra diminuição de produtividade por efeito de erosão, o tratamento é a aplicação das técnicas de proteção do solo (BERTONI; NETO, 2015).
3.2. SOLOS DE BASALTO DO PARANÁ
Os solos formados a partir do intemperismo de rochas da Formação Serra Geral que é a denominação utilizada para a sequência de derrames de lavas basálticas que ocorre no terceiro planalto Paranaense, que conta com uma área de ocorrência destas rochas em território Paranaense, condizente a aproximadamente 109.000 km2 e a espessura que pode chegar a 1.500 m (MANASSES et al., 2011). São constituídos de rochas ígneas vulcânicas como basaltos toleíticos e andesitos basálticos .
De acordo com (SCHIAVON; REDONDO; YOSHIDA, 2007), o magma que é basicamente constituído por minerais de silício, alumínio, ferro, cálcio, magnésio, sódio e potássio, ao se resfriar e solidificar dá origem ao basalto, o qual possui em sua constituição basicamente minerais de silício, alumínio e ferro, na forma e piroxênios, plagioclásios e magnetita.
Abrangendo uma área de 917.000 km2 da região sudoeste da América do sul, o grupo serra geral na sua formação apresenta rochas vulcânicas dominantes em 95 % do seu volume total, sendo caracterizadas estas por basalto, andesito basáltico e andesito, enquanto os 5 % restantes são caracterizados por riodacito e riolito (HARTMANN, 2014).
Conforme (ARAUJO et al., 2014), o material de origem se destaca entre os fatores de formação do solo devido a ser o substrato no qual atuam os
processos pedogenéticos de transformação, remoção, translocação e adição, que interagem com os demais fatores de formação e direcionam o sistema a um estado de equilíbrio específico para cada pedoambiente. Assim, desenvolvidos in situ a partir da litologia subjacente, características como textura, a mineralogia e o complexo sortivo podem depender mais fortemente do material de origem do que dos demais fatores.
No processo evolutivo do solo, a participação do relevo é importante, sendo que, de maneira geral, influencia na quantidade de água incorporada pelo solo, acelerando as ações do intemperismo e promovendo o transporte de sólidos ou materiais em solução, traduzindo-se em diferentes tipos de solos, nas diversas posições de topossequências (GHIDIN et al., 2006), realizando análises topográficas em latossolos originários de basalto, observou-se que solos em região de encosta (inclinados), os solos eram menos intemperizados do que em regiões com maior altitude, em locais com menor altitude predominam a caulinita, goethita e fração argila e em locais de maior altitude solos mais óxidos com hematita e gibsita.
De acordo com (VENDRAME et al., 2016), os solos que se desenvolvem em regiões tropicais úmidas, formados pela intensa intemperização química, sofrem dessilicação e ferralitização, que respectivamente são processos de perda de sílica e aumento de óxidos de Ferro e Alumínio. No Paraná onde predominam basaltos do Grupo Serra Geral, sobre este material de origem os processos de dessilicação e ferralitização dão origem aos Latossolos e Nitossolos vermelhos, e apresentam uma textura que varia de argilosa a muito argilosa.
3.3 EROSÃO DO SOLO
A erosão, segundo (NEVES et al., 2011), é um processo que consiste na desagregação, transporte e deposição das partículas do solo, por agentes hídricos ou eólicos. A desagregação é definida como a liberação de partículas dos agregados que ocorre pelo efeito integrado da energia do impacto das gotas de água e da força cisalhante do escoamento superficial. O transporte é feito pela ação do vento e, em maior escala pelo escoamento superficial da água como veículo. Por último, a deposição das partículas, normalmente nos corpos de água, tendo como resultado o assoreamento dos leitos dos rios.
O escoamento superficial é o principal processo associado à erosão hídrica. O impacto das gotas de chuva tem importante papel na liberação das partículas de solo, mas é o escoamento da água que promove o transporte das partículas liberadas para áreas em que ocorre o escoamento concentrado e, dependendo da carga de sedimentos e da capacidade de transporte do escoamento, é que ocorrerá a liberação ou a deposição dos sedimentos. Uma fração do volume total precipitado é interceptado pela vegetação e o restante atinge a superfície do solo. O escoamento superficial ocorre quando a intensidade da precipitação excede a velocidade de infiltração da água no solo. A partir daí, a água começa a preencher as depressões existentes na superfície do solo e, na sequência, começa o escoamento superficial (PRUSKI; RODRIGUES; SILVA, 2001).
De maneira geral, o terceiro Planalto Paranaense apresenta relevo suave, passando a suave ondulado em algumas regiões e escarpado em pontos específicos como nas bordas da cratera de Vista Alegre, Morro Divisor entre outros. Os planaltos e vertentes são, geralmente, pouco inclinadas, a paisagem topográfica dessa região se submete à níveis de rochas eruptivas. As camadas de basalto vão se alterando em função do trabalho constante dos cursos d´agua, dando lugar a estruturas que regulam o avanço da erosão, deste modo, a estrutura geológica tem papel importante sobre a ação erosiva dos leitos fluviais (THOMAZ, 2007).
Identificar áreas mais susceptíveis a processos erosivos e caracterizar quando a composição do material de origem do solo, a sua aptidão de uso e as atividades que são realizadas nas bacias hidrográficas e se apresentam como importante fator para subsidiar debates sobre a degradação dos solos e dos cursos e água. Para o manejo adequado das atividades agrícolas, é indispensável o monitoramento das perdas de solo por erosão hídrica. De acordo com (MARTINS et al., 2003) a perda de solo admissível para solos profundos, permeáveis e bem drenados é na ordem de 12,5 t ha-1 ano-1, e para solos rasos e impermeáveis de 2 a 4 t ha-1 ano-1.
As variações das superfícies e as formas do relevo influenciam diretamente nos processos de erosão e deposição de partículas nas paisagens, principalmente pela inclinação do declive e curvatura do terreno. A erosão do solo é considerada um dos principais problemas ambientais em escala global porque, além de ocasionar perdas de solo e nutrientes, está associada a inundações, assoreamento e poluição dos corpos hídricos. O processo é afetado por diferentes
fatores entre os quais se destacam a cobertura do solo e as práticas de manejo adotadas (ALMEIDA et al., 2016).
Para o entendimento facilitado do processo de erosão hídrica do solo separa-se em erosão lâminar, ravinas e em sulco, com base nas características distintas do seu fluxo superficial, que controlam a mecânica do processo erosivo de cada uma. A erosão entre sulcos é mais seletiva uma vez que nela ocorre o transporte de partículas com menor diâmetro, sendo assim, as primeiras a serem transportadas e com maior concentração de elementos minerais nos sedimentos finos, e caracterizando a seletividade do processo erosivo (BERTOL et al., 2007).
De modo geral, a cobertura do solo com resíduos vegetais é um dos principais fatores na dissipação da energia do impacto das gotas de água na superfície do solo. Assim, sistemas de manejo conservacionistas que buscam a mínima movimentação mecânica do solo, manutenção da camada de cobertura e elevação da rugosidade superficial, são práticas que vem auxiliando no controle das perdas de solo e água por erosão (PANACHUKI et al., 2011).
3.4 CODIFICAÇÃO OTTO – OTTOBACIAS
O engenheiro Otto pfafstetter na década de 1980, colaborador do extinto Departamento Nacional de Obras e Saneamento (DNOS), desenvolveu uma metodologia de classificação de bacias hidrográficas baseado na configuração natural do sistema de drenagem. Essa metodologia veio contrapor a classificação usual da época que era baseada na numeração dos afluentes de um rio principal de maneira crescente e na direção de jusante montante. Trata-se de um método hierárquico que tem como base a topografia do terreno, permitindo um detalhamento do sistema hídrico e facilitando a visualização dos impactos e determinadas ações na área. A importância desta metodologia é evidente, tendo em vista a sua adoção por diversas instituições e órgãos governamentais (GOMES; BARROS, 2011).
Conforme (BARBOSA et al., 2007), para a codificação de Otto Pfafstetter é necessária a delimitação das ottobacias, sendo essas as áreas de contribuição de cada trecho de curso da água. Atualmente, a delimitação dessas áreas é realizada por equidistância, no qual o divisor de águas se encontra na
distância média entre os trechos da rede hidrográfica, não considerando a geomorfologia da região.
Pfafstetter desenvolveu um método de divisão e codificação, classificando seus afluentes e codificando-os por meio de algarismos que variam de 1 a 9. Os códigos são aplicados ás quatro maiores bacias hidrográicas identificadas que drenam diretamente para o mar, sendo-lhes atribuidos os algarismos pares 2, 4, 6 e 8, no sentido jusante para montante do fluxo principal do rio. Outros rios tributários ao principal são agrupados nas áreas restantes e denominados de interbacias, estas recebem, no mesmo sentido, os algarismos ímpares 1, 3, 5, 7 e 9 (BACK, 2014).
Utilizando uma pequena quantidade de dígitos em um código específico para uma dada bacia, o método permite deduzir através desse código quais as bacias hidrográficas se localizam a montante ou a jusante daquela em estudo. Sendo que quando for citada uma determinada numeração, sabe-se exatamente a identificação da bacia hidrográfica, seu rio principal e seu relacionamento com as demais bacias da mesma região (GALVÃO; MENESES, 2005).
De acordo com (GOMES; BARROS, 2011), as bacias são divididas em três tipos: bacias, interbacias e bacias internas. Uma bacia é uma área que não recebe drenagem de qualquer outra área; interbacia é uma bacia que recebe fluxo de água de bacias a montante; e bacia interna é uma área de drenagem que não contribui com o fluxo de água para outra sub-bacia ou corpo de água.
3.5 O MODELO SOIL AND WATER ASSESSMENT TOOL (SWAT)
Segundo (CASSOL; LIMA, 2003), nos últimos 20 anos, foram desenvolvidos inúmeros modelos de simulação da erosão hídrica que são baseados em processos físicos fundamentais e que têm fornecido estimativas consistentes da erosão. Entre esses modelos destaca-se o SWAT.
O Soil and Watter Assessment Tool (SWAT) é um modelo que foi desenvolvido para diagnosticar o impacto das práticas de gestão de solo nos recursos hídricos, a produção de sedimentos e aplicação de produtos químicos nas plantações dentro dos grandes complexos de bacias hidrográficas com diversos
tipos de solos, uso do terreno e condições de gestão. Ele é um modelo continuo no tempo, ou seja, um modelo de produção em longo prazo; não um modelo desenhado para simular detalhadamente eventos únicos (NEITSCH et al., 2009).
De maneira oposta, a incorporar equações de regressão para descrever a relação entre as variáveis de entrada e saída, o modelo é baseado fisicamente e requer informações específicas sobre o clima, propriedades do solo, topografia, vegetação e práticas de gestão que ocorram na bacia hidrográfica. A criação do modelo teve como objetivo predizer algumas variáveis: o pico de escoamento superficial, volume de escoamento superficial, qualidade da água, erosão, deposição de sedimentos e carga de poluentes em bacias hidrográficas (SILVA et al., 2011).
Segundo (RODRIGUES et al., 2015), com o conjunto de variáveis físicas e climáticas da bacia, o modelo faz a compartimentação da bacia baseado no Modelo Digital do Terreno (MDT) e este representa condições da topografia, formas de relevo associadas às informações pedológicas e do uso e cobertura do solo. A bacia é dividida em sub-bacias e divididas em Unidades de Resposta Hidrológica (HRU) que reúnem combinações únicas de uso do solo, cobertura vegetal, classes de solo e declividade, possibilitando ao modelo refletir diferenças de vazão, escoamento superficial, percolação dentre outras condições hidrológicas das sub-bacias.
A plataforma é extremamente sensível à qualidade dos dados de entrada, assim, a acurácia do modelo depende, em grande parte, dos parâmetros que descrevem as características relevantes da bacia e do quão representativos são. Conforme (LELIS et al., 2012) é de extrema importância que se identifiquem os parâmetros que mais influenciam no modelo e sua importância na garantia dos resultados gerados, ou seja, qual a intensidade de importância que cada alteração provoca no modelo e de que forma pode se dar maior ênfase na aquisição e refinamento dos parâmetros.
De acordo com (BLAINSKI; ACOSTA; NOGUEIRA, 2017), a calibração do modelo é essencial para minimizar os desvios entre as variáveis simuladas e medidas. O processo de calibração pode ser feito de duas formas, podendo ser manual ou automática. A calibração automática facilita esse processo, utilizando técnicas computacionais de otimização. Como a análise de sensibilidade possibilita
identificar os parâmetros que mais influenciam no modelo, a calibração pode ser facilitada a partir da determinação do grau de influência dos parâmetros simulados.
A validação é a última etapa de verificação de um modelo hidrológico. Nela se resume em executar o modelo com os valores dos parâmetros determinados na calibração, para um período de dados diferente ao utilizado na calibração e demonstrar se este é capaz de realizar simulações aceitáveis (BRIGHENTI; BONUMA; CHAFFE, 2016). Assim o modelo garante um diferencial no estudo da variabilidade do comportamento físico em diferentes partes do sistema que refletem os fluxos de energia e as interações que governam os fenômenos hidrológicos.
4 MATERIAL E MÉTODOS
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO MUNICÍPIO DE VITORINO
Vitorino está localizada ao sudoeste do estado do Paraná, na região sul do Brasil, pertencendo a Mesorregião Sudoeste Paranaense e Microrregião de Pato Branco, possuindo uma área total de 30.790 ha (VOTTRI, 2018).
Atualmente, a produção de grãos desenvolvida pelos agricultores está determinada pelo uso de tecnologias, tais como: a mecanização completa do processo produtivo, o uso de sementes melhoradas e transgênicas, fertilizantes sintéticos, herbicidas, fungicidas, inseticidas. Alguns poucos agricultores desenvolvem a produção de grãos voltados para o consumo familiar e dos animais domésticos e neste caso a produção não está baseada no uso intenso de tecnologias.
A pressão de utilização e abertura de novas áreas foi constante, chegando atualmente a ocupação com atividades agrícolas de cultivo em 79,5% do total de 30.790 hectares de espaço físico, prevalecendo um ciclo intensivo de uso do solo com transição de culturas de inverno e verão e da recente utilização da segunda safra (safrinha) (VOTTRI, 2018).
Segundo a Classificação de Köeppen o clima do município é Cfa, caracterizado por ser mesotérmico, com temperatura média do ar nos 3 meses mais frios compreendidas entre -3 °C e 18 °C; Temperatura média do mês mais quente são maiores que 10 °C; Estações de Verão e Inverno bem definidas e úmido, com ocorrência de precipitação em todos os meses do ano.
4.2 LOCALIZAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA RIO FORQUILHA
A bacia hidrográfica de codificação Otto nomeada de Bacia hidrográfica Rio Forquilha, está localizada entre as coordenadas 26º12’0’’ e 26º19’30’’S e 52º48’65’’ e 52º53’65’’W, ocupando uma área de 4998,98 ha, representando cerca de 16% da área do município de Vitorino, conforme apresentado na figura 1.
A Bacia hidrográfica Rio Forquilha é uma sub-bacia do Rio Forquilha, que é tributário do rio Vitorino, da Bacia do Rio Chopim, que deságua na Bacia do Rio Iguaçu.
Figura 1 – Localização geográfica do município de Vitorino PR e da Bacia do Rio Forquilha.
Fonte: Autoria própria.
4.3 FERRAMENTA DE MODELAGEM UTILIZADA
4.3.1 ARCSWAT 2012
O SWAT (Soil and Water Assessment tools) é uma ferramenta de modelagem que pode ser acoplada aos principais softwares de geoprocessamento utilizados na atualidade, é uma ferramenta de domínio público desenvolvida pelo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA – United State Department of Agriculture), que está disponível para dowload no site www.swat.tamu.edu/software/arcswat.
4.4 DADOS METEOROLÓGICOS
A base de dados meteorológicos foi cedida pelo Instituto Agronômico do Paraná – IAPAR, a partir da estação (Código: 02652035 / LAT: 26.07 S / LONG: 52.41 W / ALT: 700 m) de Pato Branco, localizada na área de influência da bacia. A estação forneceu os dados com a série histórica climática, constituída pelas variáveis: radiação solar (Kj/m2); precipitação pluviométrica (mm); temperaturas máxima, média e mínima (°C); umidade relativa do ar (%) e velocidade do vento (m/s), no período de 01/01/2015 a 31/12/2015, com resolução temporal diária.
4.5 COMPOSIÇÃO DO MAPA DE CLASSES DE SOLOS
A verificação das classes de solos da bacia foi determinada segundo o Sistema de Classificação de Solos proposto pela Embrapa (2006). Aonde optou-se pelo uso de classes de solo predominante, para apresentação devido a homogeneidade das áreas.
Procedeu-se a importação e tratamento de dados vetoriais e matriciais no software para a apresentação do mapa temático das classes de solo da área de estudo.
4.6 COMPOSIÇÃO DO MAPA DE DECLIVIDADE
Para compor o mapa de declividade foi utilizada uma imagem de radar da SRTM Topodata do Banco de Dados do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) com resolução espacial de 30 m. O recorte da bacia e a extração das curvas de nível foram realizadas para gerar o modelo digital de elevação (MDE), através do qual foram obtidos os intervalos da declividade do relevo.
4.7 COMPOSIÇÃO DO MAPA DE USO E OCUPAÇÃO DO SOLO
A composição do mapa de uso e ocupação do solo foi gerado a partir da Imagem do Satélite Landsat-8, de 07/04/2016 fornecidas pelo INPE (Instituto
Nacional de Pesquisas Espaciais). Foi utilizada a fusão das Bandas 4, 3, 2 para formação da imagem RGB (cor natural) e, a partir desta, realizada a fusão com a Banda Pancromática 8 para a obtenção da resolução espacial de 15 metros. A classificação foi feita a partir da informação espectral de cada pixel e sua relação com pixels vizinhos, a partir da imagem recortada para a área de estudo, pelo método classificação supervisionada com a coleta de 30 amostras para classe.
A definição da imagem foi fundamentada na data que coincide com o período de pós-colheita da safra normal de 2015-2016, em que se admite um maior percentual de áreas desprovidas de cobertura vegetal em razão da colheita de grãos e plantio das culturas de inverno, se constituindo em um período mais frágil no que tange os impactos do escoamento superficial e perdas de solos.
4.8 PROCESSAMENTO DA SIMULAÇÃO NO MODELO SWAT
Os dados de entrada devem ser compatíveis com o banco de dados do SWAT, desta forma foi necessário o ajuste de todos os dados em seus formatos adequados. O processo de entrada de dados e simulação seguiu a seguinte sequência:
• Criação do projeto SWAT;
• Delineamento – discretização da bacia hidrográfica;
• Percepção e sensibilidade da criação da rede de drenagem e exutórios de interesse;
• Definição das Unidades de Resposta Hidrológica (HRUs); • Reclassificação de valores manualmente;
• Inserção de dados climáticos;
• Processamento – simulação do modelo; • Visualização de resultados (Mapas).
O processamento e geração das sub-bacias procedeu-se a partir do modelo digital de elevação do terreno anteriormente gerado. O mapa foi agregado á base de dados, sendo então definido automaticamente com base na elevação do terreno, o divisor de águas da bacia, a direção do fluxo acumulado e os exutórios
das sub-bacias que compõe a bacia hidrográfica do Rio Forquiha. Para se obter uma linearidade, a edição foi realizada manualmente inserindo ou excluindo os exutórios na interface, resultado na delimitação de 23 sub-bacias conforme Figura 02.
Após a geração das sub-bacias, ocorreu a definição das unidades de resposta hidrológica (Hydrologic Response Units - HRU's). As HRU‘s são partes da sub-bacia que contêm uma única combinação de uso da terra/solo/manejo. Uma ou mais combinações de uso da terra/solo podem ser criadas para cada sub-bacia. Assim, subdividir a bacia em áreas contendo combinações únicas, possibilita ao modelo refletir diferenças na evapotranspiração e outras condições hidrológicas para diferentes usos e solos. Da mesma forma, o escoamento é calculado para cada HRU e propagado para obter o escoamento total para a sub-bacia.
Para cada classe de uso e ocupação do solo da BHRF foi realizado sua projeção para a classe do banco de dados do SWAT equivalente. Para a tipologia de solo exposto foi associada á classe RANGE-BRUSH, caracterizada por apresentar vegetação esparsa com predomínio de arbustos, assemelhando-se a caatinga. Para a tipologia da vegetação nativa, foi atribuída a associação com a classe FRST (Forest-Mixed), caracterizada pelos parâmetros da floresta mista. O uso de solo do tipo Lavoura/Cultivo foi associado à classe AGRL (Agricultural Land-Generic), representando a agricultura em geral, com cobertura vegetal, e por fim para a tipologia de solo pastagem foi associada a respectiva unidade PAST (Pasture Perennial) do SWAT.
Posteriormente foram reclassificados os tipos de solos específicos na BHRF projetados sob suas características comuns no banco de dados do SWAT.
Após os ajustes das URH‘s, procedeu-se a entrada dos dados climáticos de precipitação, temperatura máxima e mínima, radiação solar, umidade relativa e velocidade do vento no SWAT. Considerando que os dados requeridos são de ordem diária e foram previamente editados em arquivos *.txt., utilizou-se da extensão "Wheather Station" para a importação dos mesmos. O período de abrangência dos dados climáticos utilizados foi de 01/01/2015 a 31/12/2015, totalizando um ano.
A última etapa do processamento se constituiu na simulação do modelo hidrológico, sendo esta realizada por meio da ferramenta "Run SWAT". A simulação hidrológica na bacia é separada em duas divisões. A primeira divisão é a fase terrestre do ciclo hidrológico. Essa fase controla a quantidade de água, sedimentos,
nutrientes e pesticidas para o canal principal em cada sub-bacia. Nos itens subsequentes são descritos apenas os componentes de interesse deste trabalho. Assim foi suprimido o módulo de produção de nutrientes e pesticidas. A segunda divisão é a fase de propagação (routing) da água no ciclo hidrológico, a qual pode ser definida como o movimento de água, sedimentos etc, através da rede de canais da bacia hidrográfica para a sua saída.
Figura 2 – Sub-bacias do Rio Forquilha e seus respectivos exutórios
Fonte: Autoria própria.
Na simulação hidrossedimentológica da Bacia hidrográfica do Rio Forquilha do Município de Vitorino (PR) não se utilizou a calibração do modelo, devido a bacia não ser instrumentada, faltando dados monitorados de vazão pelo período mínimo requerido.
4.9 DETERMINAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL E PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS
O software divide a bacia hidrográfica em sub-bacias com base no solo, relevo e uso do solo, assim, preserva os parâmetros espacialmente distribuídos na bacia e suas características homogêneas dentro da mesma. Com base nos dados dos parâmetros do meio físico este modelo pode ser aplicado em bacias hidrográficas de médio e grande porte. O modelo requer como dados de entrada, informações sobre precipitação, temperatura, umidade, tipos de solos, relevo e uso e ocupação do solo.
A simulação do balanço hídrico foi determinado pela equação1.
SWt=SW + Σtt=1 (Ri – Qi – ETi – Pi –Qri) (1)tt=1 (Ri – Qi – ETi – Pi –Qri) (1)
Onde,
SWt o conteúdo final de água no solo (mm), SW o conteúdo de água no solo disponível para as plantas, definido como conteúdo de água inicial menos o conteúdo de água no ponto de murcha permanente (mm), t o tempo (dias), Ri a precipitação (mm), Qi o escoamento superficial (mm), ETi a evapotranspiração (mm), Pi a percolação (mm), e QRi o fluxo de retorno (ascensão capilar) (mm).
A simulação de produção de sedimentos no software é determinada por intermédio da Equação Universal de Perdas de Solo Modificada (MUSLE). A MUSLE usa a quantidade de escoamento superficial e o pico de vazão para simular a produção de sedimentos, sendo dada pela equação abaixo:
Psed = a x (Qsurf x Qpeak x areahru)b x Kusle x Cusle x Pusle x Lsusle (2)
Onde,
Psed é a produção de sedimentos (ton), a e b são coeficientes de ajuste (calibração); Qsurf é o volume de escoamento superficial (m³), Qpeak é a vazão de pico do escoamento (m³/s), areahru é a área das Unidades de Resposta Hidrológica – HRU (ha), KUSLE o fator de erodibilidade do solo (t∙h∙ha/MJ/mm), CUSLE o fator de manejo e cobertura do solo (adimensional), PUSLE o fator de práticas conservacionistas (adimensional), e LSUSLE o fator topográfico (adimensional).
Conforme (EMBRAPA, 2010) a EUPS é um dos mas bem-sucedidos instrumentos para estudos de processos de erosão, é um modelo extremamente util em iniciativas de zoneamento ambiental em escalas e procedimentos menos detalhados, e ainda como instrumento para simulação, e associado á sistemas digitais sua utilização é cada vez mais frequente.
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1 DECLIVIDADE
Em relação a cota altimétrica, foi observado uma variação de 205m entre o ponto mais elevado e o ponto mais baixo da bacia, representados pelas cotas 866 e 661m, respectivamente (Figura 3A). É importante destacar que, apesar desta expressiva variação de cotas, não foram comuns acidentes geográficos de maiores proporções como escarpas e canyons. Feições mais abruptas só foram encontradas nas bordas do rio Forquilha, especialmente na região mediana da bacia.
Figura 3 – Mapa de Altimetria e declividade da Bacia Hidrográfica Rio Forquilha.
Em termos de declividade, o relevo da área em estudo permaneceu na faixa de Plano, com declividade variando de 0 a 3% e suave ondulado com declividade entre 3,1 e 8% (Figura 3B) (Embrapa 2006), o que sugere que, em termos de manejo agrícola, uma parte expressiva da área estaria em boas condições para o cultivo e com baixa susceptibilidade a erosão, se considerássemos apenas o fator declividade. Entretanto, outra parte da bacia apresentou valores mais elevados de declividade, sendo o relevo classificado como ondulado (8,1 a 20% de declividade) e representando regiões mais frágeis quanto a degradação por erosão hídrica. Já nas bordas do rio Forquilha foram observadas regiões extremamente frágeis sob o ponto de vista de manejo e cuja declividade variou de 20,1 a 45 e de 45,1 a 75%.
5.2 IDENTIFICAÇÃO DOS TIPOS DE SOLOS
O solos predominantes na BHRF foram os NEOSSOLO REGOLÍTICO Eutrófico (RRe9) (Figura 4; Tabela2), ocupando cerca de 43,75% da área; NITOSSOLO VERMELHO Eutroférricos (NVef3) (Figura 4; Tabela2) com cerca de 0,02%; LATOSSOLO VERMELHO Distroférrico (LVdf8) (Figura 4; Tabela2) representando cerca de 12,92% dos solos e LATOSSOLO BRUNO Distróficos (LBd1) (Figura 4; Tabela2) ocupado o restante, cerca de 42,96% da bacia.
A maior parte da área da Bacia é composta por solos profundos, bem desenvolvidos e com boa condutividade hidráulica como os Latossolos e Nitossolos que apresentam boa aptidão agrícola e com uma maior resiliência em termos de capacidade de uso, o que sugere maior estabilidade, baixo risco de erosão e grande capacidade de suporte, tão logo menos sujeito a degradação natural (LIMA; LIMA; MELO, 2012; BERTONI; NETO, 2015 ). Entretanto, a parte da área com predomínio de NEOSSOLO REGOLÍTICO Eutrófico causa preocupação, tendo em vista que estes solos são mais rasos e ocorrem em uma região de maior declividade, o que naturalmente o coloca em uma condição de maior risco a erosão (BERTONI; NETO, 2015 ).
Figura 4 – Mapa de classes de solo da Bacia Hidrográfica Rio Forquilha.
Fonte: EMBRAPA, 2006.
Tabela 1 – Classes de solos quanto à ocorrência nominal e percentual na bacia do Rio Forquilha Classes de Solos Área (ha) Ocorrência (%) LBd1 - LATOSSOLOS BRUNOS Distróficos 2147,56 42,96 LVdf2 - LATOSSOLOS VERMELHOS Distroférricos 645,87 12,92 LVdf8 - LATOSSOLOS VERMELHOS Distroférricos 17,56 0,35
NVef3 - NITOSSOLOS VERMELHOS Eutroférricos 0,99 0,02 RRe9 - NEOSSOLOS REGOLÍTICOS Eutróficos 2187 43,75
Total 4998,98 100
Fonte: EMBRAPA, 2006.
5.3 USO E OCUPAÇÃO DO SOLO
A maior parte da área da bacia, cerca de 2303,04 ha (Tabela 3) é ocupada por lavoura/cultivo+Pastagem, representando 46,07% da área total (Figura 5; Tabela 3). Entretanto, 1076,28 ha, cerca de 21,53% da área em estudo apresentaram solo exposto que, entre outras razões, pode estar relacionado ao período de pós colheita na região, demonstrando um alto potencial em risco de degradação. Ainda, foi observado uma área de aproximadamente 87,18 ha, correspondendo a 1,75% da
área em questão com reflorestamento que, por sua vez, apresenta elevado potencial de proteção ao solo de processos erosivos. De toda a área, apenas 1532,18 ha, cerca e 30,65%, apresentou Vegetação nativa em bom estado de conservação (Figura 5; Tabela 3).
É importante destacar que a cobertura vegetal é a defesa natural do solo contra os processos de erosão. A vegetação tem efeitos que podem ser enumerados desta forma: (1) proteção direta contra o impacto das gotas da chuva; (2) dispersão, interceptação e evaporação da água antes que chegue no solo; (3) decomposição de raizes, formando canais preferênciais no solo, aumentano a infiltração de água; (4) adição de matéria orgânica no solo; (5) diminuição da velocidade de escoamento superficial (BERTONI; NETO, 2015).
Figura 5 – Mapa de uso e ocupação do solo da Bacia Hidrográfica Rio Forquilha.
Fonte: Autoria própria a partir da Imagem de satélite Landsat 8.
Conforme (BERTONI; NETO, 2015), a utilização racional da cobertura vegetal é um dos princípios fundamentais de toda proteção que se oferece ao solo, buscando preservá-lo contra os efeitos danosos da erosão.
Tabela 2. Uso do Solo quanto à ocorrência nominal e percentual na Microbacia do Rio Forquilha Usos (classes) Área (ha) (%) na Bacia Vegetação Nativa 1532,18 30,65
Reflorestamento 87,48 1,75 Solo Exposto 1076,28 21,53 Lavoura/Cultivo+Pastagem 2303,04 46,07
Total 4998,98 100
Fonte: Autoria própria.
5.4 ESTRATIFICAÇÃO DAS SUB-BACIAS
Quanto ao uso e ocupação do solo, foram caracterizadas quatro classes predominantes: Vegetação nativa, solo exposto, lavouras anuais em cultivo + pastagens perenes e reflorestamento. Para as sub-bacias 9, 18 e 21, a classe de uso e ocupação do solo que predomina é o solo exposto, compondo 36,12%, 34,70% e 32,67%, respectivamente. As sub-bacias 1, 2, 3, 4, 6, 8, 13, 15, 17, 22 e 23 são ocupadas em sua grande maioria pela classe lavouras anuais em cultivo, onde cada uma representa mais de 50% de cada sub-bacia, respectivamente. Já para as sub-bacias 12 e 14, a classe predominante é vegetação nativa, representando 56,22% e 52,49%, e nas sub-bacias 6 e 7 ocorrem a maior ocupação por reflorestamento com 13,10% e 13,05% respectivamente.
Para a classificação dos tipos de solo presentes nas sub-unidades, a classe com maior frequência foi o LATOSSOLO, representando cerca de 56,23% de toda a Bacia do Rio Forquilha. As sub-unidades que apresentaram predomínio da referida classe foram: 1, 3, 4, 5, 9, 10, 11, 13, 16, 18, 20, 21 e 23. Já a classe NEOSSOLO representou a segunda maior composição dentro das sub-bacias representando cerca de 43,75% de toda a bacia, estratificadas especificamente nas unidades 2, 6, 7, 8, 12, 14, 15, 17, 19 e 22. O predominio destas duas classes de solo nas sub-bacias se deu, devido a reclassificação dos tipos de solo pelo software.
Tabela 3 – Tipo e uso do solo estratificado para cada sub-bacia do Rio Forquilha
Sub-bacias
Uso do solo (%)
Tipo de solo Área (há) Solo Exposto Veg. Nativa Lavoura Cultivo Reflorestamento
1 217,90 17,5 11,60 70,90 0 LATOSSOLO 2 128,15 16,92 10,82 70,92 1,34 NEOSSOLO 3 215,10 15,78 11,36 72,57 0,29 LATOSSOLO 4 138,14 11,38 30,24 57,34 1,04 LATOSSOLO 5 252,28 7,6 42,82 48,01 1,66 LATOSSOLO
Tabela 3 – Continuação...
Sub-bacias Uso do solo (%) Tipo de solo 6 110,12 4,07 22,37 60,46 13,10 NEOSSOLO 7 116,62 11,15 28,68 47,12 13,05 NEOSSOLO 8 142,12 12,81 34,33 52,64 0,22 NEOSSOLO 9 553,97 36,12 19,43 43,92 0,53 LATOSSOLO 10 260,51 24,07 25,37 45,43 5,13 LATOSSOLO 11 212,22 22,28 25,23 49,71 2,78 LATOSSOLO 12 204,15 1,02 56,22 40,93 1,83 NEOSSOLO 13 194,77 20,75 9,84 69,41 0 LATOSSOLO 14 529,86 26,08 52,49 21,29 0,14 NEOSSOLO 15 136,13 15,99 4,75 79,26 0 NEOSSOLO 16 284,12 9,21 47,37 38,12 5,30 LATOSSOLO 17 109,46 18,75 27,67 50,29 3,29 NEOSSOLO 18 317,52 34,70 27,37 35,75 2,18 LATOSSOLO 19 153,15 29,42 24,68 44,86 1,04 NEOSSOLO 20 116,78 17,76 55,87 26,15 0,22 LATOSSOLO 21 191,19 32,67 24,39 42,67 0,27 LATOSSOLO 22 120,52 22,47 16,11 61,42 0 NEOSSOLO 23 294,20 9,94 38,82 51,12 0,12 LATOSSOLO TOTAL 4998,98
Fonte: Autoria própria, 2019.
A análise estratificada destes indicadores e suas interações permitem ponderar uma parte do processamento simulado pelo modelo hidrológico SWAT.
5.5 ESCOAMENTO SUPERFICIAL
O balanço hídrico gerado no SWAT baseia-se num conjunto de dados obtidos no campo como precipitação, vazão, evapotranspiração, irradiação solar, entre tantos outros, que associados, são trabalhados de forma integrada no SIG.
O escoamento superficial simulado pelo modelo SWAT para a Bacia Hidrográfica do Rio Forquilha variou de 100 a 700 mm para o período compreendido entre 01/01 e 31/12 do ano de 2015. As sub-bacias que apresentaram maior escoamento superficial foram a 1, 3, 13 e 15, variando de 501 a 700 mm por ano. Este elevado escoamento superficial pode ser explicado pelo relevo suave ondulado a ondulado e o uso e ocupação predominante nestas áreas ser solo exposto e lavoura de cultivo.
A observação dos elevados índices de escoamento superficial para estas subunidades deve-se ao fato de que essas sub-bacias são compostas principalmente pela associação de solos expostos, relevo ondulado e solos pouco desenvolvidos como os Neossolos. Os Neossolos eutróficos e de maior profundidade em áreas mais planas apresentaram boa aptidão agrícola, Já em ambientes de relevos mais declivosos, os Neossolos mais rasos apresentam fortes limitações para o uso agrícola, relacionadas à restrição a mecanização e à forte suscetibilidade aos processos erosivos (EMBRAPA, 2008).
Figura 6 – Mapa do escoamento superficial nas sub-bacias do Rio Forquilha.
Fonte: Autoria própria.
As sub-bacias 5, 8, 12 e 14 apresentaram os menores valores de escoamento superficial que variou de 100 a 300 mm. Resultado este, provavelmente associado a cobertura do solo predominante nestas sub-bacias que é a floresta, incluindo as áreas de reflorestamento.
Há de se admitir uma relação direta e linear entre as taxas de escoamento superficiais e a cobertura vegetal. Uma vez dada a precipitação em uma área com cobertura vegetal, uma parte do volume total precipitado é interceptada pela vegetação (dossel) e o restante atinge a superfície do solo. No
instante em que a intensidade da precipitação supera a taxa de infiltração da água no solo a água começa a preencher as depressões existentes em uma superfície e, na sequência, esse excesso forma o escoamento superficial, representado no ciclo hidrológico referente a etapa do deslocamento da água sobre a superfície do solo.
5.6 PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS
Os maiores valores de produção de sedimentos foram observados, na maioria das vezes, na região alta da microbacia, devido ao relevo ondulado e uso intensivo dos solos com culturas anuais, além de estas áreas apresentarem solos mais frágeis em relação aos processos erosivos como os Neossolos. Assim as sub-bacias 1, 15, 18, 19, 21 e 22 apresentaram variação na produção anual de sedimentos elevados, variando de 10,1 a 14 ton/ha/ano, fato este que pode ter ocorrido devido seu elevado escoamento superficial, e pelo o uso do solo classificado como solo exposto e lavoura de cultivo.
Resultados semelhantes foram encontrados por (SILVA, 2007) utilizando a EUPS, onde obteve valores de perda de solo para Latossolos em áreas de agricultura e com declives suaves entre 0 a 8 ton/ha/ano, e de 2 a 15 ton/ha/ano para Neossolos presentes em áreas de maior declividade e ausência de cobertura vegetal.
As sub-bacias 3, 8, 9, 12, 14 e 16 apresentaram os menores valores de produção de sedimentos, variando na faixa de 4 a 6 t/ha/ano. Este fato pode ser explicado pelo baixo escoamento superficial que varia de 100 a 300 mm e pelas áreas serem compostas com solo menos propícios a erosão como o Latossolo. O uso do solo para as sub-bacias 3 e 9 foi classificado como solo exposto, no entanto, esta classificação não influenciou de forma significativa a produção de sedimentos, pois a declividade do terreno nestas áreas varia entre 0 e 8% (terreno plano), sendo o tipo de solo classificado como Latossolo e Nitossolo. Já as sub-bacias 12 e 14 apresentam predomínio de floresta, justificando de forma complementar a baixa produção de sedimentos.
As outras sub-bacias apresentaram valores médios na produção de sedimentos, variando entre 6 a 10 ton/ha/ano. Para as su-bacias 2, 4, 6, 7, 10, 11,
17, 20 e 23 este fato pode ser explicado pela combinação do uso agricola, o relevo plano e escoamento superficial médio, variando de 300 a 500 mm.
Figura 7 – Mapa da produção de sedimentos nas sub-bacias do Rio Forquilha.
6 CONCLUSÕES
A aplicação do modelo mesmo, sem calibração desejada, apresentou potencial para o gerenciamento de bacias hidrográficas, possibilitando o apoio à tomada de decisão dos órgãos de gestão ambiental com relação ao processo de uso, ocupação e manejo inadequado do solo. Porém, faz-se necessários avaliações complementares a este estudo para quantificar com precisão e acurácia as perdas de solos para cada sub-bacia gerada.
Convém reforçar que, em função das limitações de dados para a inserção no modelo, os resultados devem ser tomados como indicativo ambiental mas necessitam de validações experimentais para confirmação. Entretanto, eles mostraram que o potencial de erosão é variável dentro da sub-bacia hidrográfica, considerando os fatores envolvidos e que são necessárias medidas de caráter preventivo e corretivo para um bom planejamento da ocupação do solo e utilização de práticas conservacionistas, com destaque para as áreas com maior potencial de perdas de solo.
A topografia do terreno apresentou influência sobre a geração de sedimentos, sendo encontrados nas sub-bacias mais planas os menores valores de perdas de solo. As classes de uso e ocupação do solo demonstraram estar influenciando quase que diretamente os processos hidrossedimentológicos da bacia em estudo, visto que as sub-bacias ocupadas em sua grande maioria por vegetação nativa apresentaram as menores produções de sedimentos, e as sub-bacias em que o uso do solo é do tipo agrícola a produção foi elevada.
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os dados obtidos a partir do estudo realizado apresentam potencial para auxiliar na tomada de decisão em relação a toda e qualquer ação que for tomada na bacia. A partir dos dados e mapas gerados, é possível realizar estudos mais aprofundados das áreas de preservação e prováveis usos do solo, facilitando o processo de planejamento e gestão de recursos hídricos.
As tecnologias de geoprocessamento mostraram-se alternativas viáveis, de baixo custo e menor tempo para a obtenção dos dados da bacia em relação aos métodos de levantamentos convencionais. As análises associadas aos ambientes de Sistemas de Informações Geográficas apresentaram-se de elevado potencial na gestão, análise e planejamento ambiental, que permitem que avaliar várias possibilidades, tanto dos aspectos de planejamento da organização sócio-espacial da bacia hidrográfica, bem como da identificação de áreas potenciais.
Considerando o desprovimento de dados e não instrumentação da bacia o modelo SWAT demonstrou potencial de utilização na elaboração de diretrizes de planejamento e desenvolvimento sustentável. Entretanto, para que seja uma ferramenta eficaz se faz necessário o aumento de informações para calibrar o modelo, bem como que os gestores públicos e entes governamentais passem a utilizar a modelagem para planejar as atividades e ações agropecuárias e aos temas sobre os recursos hídricos.
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