APLICAÇÃO DO MODELO SIMWE NA DEFINIÇÃO DE ÁREAS SUSCETÍVEIS À

EROSÃO LINEAR: ESTUDO DE CASO NA REGIÃO DEMARCADA DO DOURO

(RDD)

Fernandes, Joana; Bateira, Carlos, Soares Laura; Oliveira, Ana; Faria, Ana; Hermenegildo, Carlos, Teixeira, Manuel; Moura, Rui; Gonçalves, José.

MODRIS

Suscetibilidade a processos hidro-geomorfológicos no Norte de Portugal: Modelação

matemática de base física e de base estatística

Quinta de S. Luiz; Adorigo, Tabuaço.

Formações Geológica : Bateiras, Ervedosa do Douro e

Rio Pinhão

Litossolos associados a aluvissolos.

Área de 127,97 ha

Micro-bacia hidrográfica : 61, 6 ha;

142 feições erosivas: 64 ravinas e 78 sulcos.

Introdução Localização da Área de Estudo

Erosão por sulcos na Quinta de S. Luiz

Erosão por Ravina na Quinta de S. Luiz

Introdução Tipologia das Feições Erosivas

O SIMWE desenvolvido por Mitas e Mitasova (1998), é um modelo bivariado (…) of erosion, sediment transport, and deposition byoverland flow, designed for complex terrain, soil, and cover conditions, baseando-se na descrição do fluxo da água e transporte desedimentos de acordo com as equações de Foster e Meyer (1972) e Bennet (1974), seguindo os princípios teóricos fundamentais domodelo WEPP de Flanagan e Nearing (1995) (Mitas e Mitasova, 1998 p.505).

Informação de Base

• MDE

• Parâmetros obrigatórios

para a simulação do

modelo.

Software

• Grass GIS (módulos)

• r.slope.aspect

• r.sim.water

• r.sim.sediment

Módulos

Métodos SIMWE SIMulated Water Erosion

∂ h (r, t) / ∂t = i (r, t) q(r, t)

(Julien et al. 1995)

t - tempo

i (r,t) [m/s] - excesso de precipitação

h (r, t) [m] - profundidade da água

q (r,t) [m2/s] - fluxo de água

r (x, y) – parâmetros de georreferenciação

(coordenadas) derivados do MDE.

Métodos SIMWESIMulated Water Erosion

(r.sim.water)

∂ [ρsc(r, t) h (r, t)] / ∂ t + .qs (r, t) (Hann et al., 1994)

c (r, t) [partículas/m3] -concentração de sedimentos

ρs [partículas/kg] massa por partículas de sedimentos

qs (r, t) [kg/ms] - taxa de fluxo de sedimentos

Métodos SIMWESIMulated Water Erosion

(r.sim.sediment)

Rainfall excess

(mm/h)

Soil infiltration

(mm/h)

Manning’s

roughness

coefficient

Sediment

transport

capacity

(s)

Detachment

capacity

(s/m)

Critical shear

stress

(Pa)

50 0.8 0.08 0.001 0.001 0.5

Métodos SIMWE Dados de Entrada

Métodos Ensaios no Terreno Resistividade Elétrica

𝑝 = 2𝜋𝑎𝑅

Resistivímetro ABEM SAS 300C8 pontos de amostragem (topo, meio e

base da vertente)Matriz de Wenner–Schlumberger

Em que: p é a resistividade elétrica; a é a distância entre os elétrodos e R é o valor registado pelo

equipamento.

Métodos Ensaios no Terreno Condutividade Hidráulica

Kfs = (0.0041)(Y)(R2) – (0.0054)(Y)(R1)

Permeâmetro de Guelph

Método Linear

Leituras efetuadas a duas cargas de

pressão, aos 5cm e aos 10cm de água

estabilizada.

Em que: Kfs é a condutividade hidráulica saturada de campo expressa

em cm/seg; Y o valor utilizado da constante associada ao método

linear e expressa em cm2 (2,16 cm2); R1, o valor da constante com a

água estabilizada no reservatório de 5 cm (H1/60s) e R2 o valor da

constante com água estabilizada no reservatório de 10 cm (H2/60s).

Métodos Ensaios no Terreno Capacidade de Infiltração

Infiltrómetro de Duplo Anel 7 Pontos de amostragem (topo,

meio e base da vertente

Leituras efetuadas com intervalo de 1

minuto

𝒊 =𝒅𝒍

𝒅𝒕

Em que: i representa a taxa de infiltração; dl é a infiltração acumulada e dt corresponde ao tempo.

Métodos Ensaios no Terreno Textura do Solo

7 Pontos de amostragem (topo,

meio e base da vertente

Percentagem de areia e cascalho obtidas

por peneiração;

Teor de finos obtido por lavagem,

seguido de decantação das amostras.

Diagrama de Folk (1954)

Profundidade da água (m) Ravinas % Sulcos %

< 0.002556 0,0 0,0 0,0 0,0

0.002556- 0.017906 29,0 45,3 29,0 37,2

0.017906 - 0.048440 30,0 46,9 40,0 51,3

> 0.048440 5,0 7,8 9,0 11,5

Total 64,0 100,0 78,0 100,0

Profundidade da água:

Classes com profundidade média a elevada: 91%

Classes com maior profundidade ocupadas por uma maior percentagem de sulcos

Resultados SIMWE Profundidade da Água

Resultados SIMWE Fluxo de Água

Fluxo de Água:

Quase a totalidade das feições erosivas ocupam as classes de valores reduzidos a

médios: 96.2 %

Nas classes onde o fluxo de água detém valores elevado apenas se regista 3,8%

de sulcos e inexistência de ravinas

Resultados SIMWE Capacidade de Transporte

Capacidade de transporte (Kg/ms) Ravinas % Sulcos %

<0.250319 0,0 0,0 4,0 5,1

0.250319 - 1.900738 48,0 75,0 53,0 67,9

1.900738 - 9.379197 16,0 25,0 20,0 25,6

> 9.379197 0,0 0,0 1,0 1,3

Total 64,0 100,0 78,0 100,0

Capacidade de Transporte de Sedimentos

Quase a totalidade das feições erosivas se localiza nas classes média e elevada: 98,7%

Textura dos materiais apresenta valores de areia e cascalho entre 30% a 50% o que

pode determinar uma maior percentagem de destacamento de partículas

Resultados SIMWEConcentração de

SedimentosConcentração de Sedimentos

(partículas/m3)Ravinas % Sulcos %

< 0.007481 0,0 0,0 15,0 19,2

0.007481 - 0.206312 26,0 40,6 21,0 26,9

0.206312 - 0.380483 19,0 29,7 16,0 20,5

> 0.380483 19,0 29,7 26,0 33,3

Total 64,0 100,0 78,0 100,0

Concentração de Sedimentos:

Classes média e muito elevada integram a maior percentagem de feições erosivas

Porém as classes elevada e muito elevada registam: 59,4% de Ravinas e 53,8% de

sulcos.

Resultados SIMWE Fluxo de Sedimentos

Fluxo de Sedimentos (kg/ms) Ravinas % Sulcos %

< 0.013766 6,0 9,4 23,0 29,5

0.013766 - 0.090350 44,0 68,8 38,0 48,7

0.090350 - 0.334283 14,0 21,9 17,0 21,8

> 0.334283 0,0 0,0 0,0 0,0

Total 64,0 100,0 78,0 100,0

Fluxo de Sedimentos:

As feições erosivas concentram-se nas classes média e elevada.

Com percentagens de 90,7% de Ravinas e 70,5 % de sulcos.

Resultados SIMWEErosão-Deposição

Limitada pelo Transporte Erosão/Deposição limitada pelo

transporte(Kg/m2s)Ravinas % Sulcos %

Erosão 42,0 65,6 50,0 64,1

Deposição 22,0 34,4 28,0 35,9

Total 64,0 100,0 78,0 100,0

Erosão-Deposição Limitada pelo Transporte:

Concentração de feições erosivas nos setores considerados suscetíveis à erosão:

65,6% de ravinas e 78,1% de sulcos

Resultados Ensaios no Terreno Resistividade Elétrica

1

2

3

4

5

6

7

8

• Os perfis 2, 3, 4, 5, e 6 concentram os valores mais reduzidos de resistividade elétrica, indicando queo solo se apresentava saturado.

• A distribuição destes perfis ocorre em áreas onde a profundidade de água assume valores maiselevados, sugerindo dificuldades no processo de infiltração.

Resultados Ensaios no Terreno Condutividade Hidráulica

• O ponto SL2 apresenta o valor mais elevado de circulação de água no solo, situação semelhanteaos resultados da simulação do parâmetro da altura da água.

• O ponto SL3 revela também paridade de resultados, ilustrando valores baixos em ambos os parâmetros.

• As restantes experiências denotam que a profundidade da água que escoa à superfície possui valores elevados, o que implica uma maior dificuldade no processo de infiltração.

Materiais Ensaios no Terreno Capacidade de Infiltração

• As experiências revelam homogeneidade nos valores diminutos, uma vez que quase todas se prolongaram por 30 minutos (até que a totalidade da água se infiltrasse), variando entre 0,11 a 0,36 cm/min.

• Associam-se os resultados destas experiências à distribuição de áreas suscetíveis à erosão e elevadaconcentração de feições erosivas.

Materiais Ensaios no Terreno Textura do Solo

• Cascalho (18.8 – 47.9%),Areia (10.8 – 20.5%) efinos (32.1 - 64.9%).

• A forte presença desedimentos finosdetermina a existência demicroporos quepossibilitam a retenção deágua.

• Esta afirmação ilustra-senos resultados doparâmetro daprofundidade da água enos perfis de resistividade2, 3, 4, 5, e 6.

Conclusão Ensaios no Terreno SIMWE

As áreas mais críticas

identificadas pelo SIMWE

demonstram semelhança com:

*Inventário;

*Valores médios e elevados de profundidade da água;

*Valores reduzidos a médios do fluxo de água;

*Valores reduzidos de resistividade elétrica.

Os resultados do fluxo de sedimentos

coadunam-se com os resultados da

capacidade de transporte moderada.

Esta conexão resulta também da elevada

concentração de sedimentos finos, que

dificulta o transporte, e dos fracos valores de infiltração

do solo.

Conclui-se que os registos de erosão

tratam-se de processos lineares

de escoamento concentrado.

Por se tratar de uma área maioritariamente ocupada por vinha, sem cobertura vegetal

contínua, o escoamento processa-se superficialmente, aliado as fracos

valores de infiltração de condutividade hidráulica do solo.