Modelagem Hidrossedimentológica e Manejo Do Solo Aplicação Do SWAT Na Bacia De

Modelagem hidrossedimentolgica e manejo do solo: aplicao do SWAT na bacia de

drenagem experimental do crrego Barro Branco, RJ.

Christiane Stefany Brazo Pinto 1

Nelson Ferreira Fernandes 1

Silvio Barge Bhering 2

1 Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ

Av. Athos da Silveira Ramos, 274 Departamento de Geografia CEP: 21941-916 - Rio de Janeiro - RJ, Brasil

[email protected], [email protected]

2 Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria - EMBRAPA SOLOS

Rua Jardim Botnico, 1.024

CEP: 22460-000 Rio de Janeiro - RJ, Brasil [email protected]

Abstract. The sediment production by soil erosion process is an important hydrosedimentological process which

has taken place in drainage basins. The soil erosion is directly influenced by surface hydrological processes and

land management practices, through the sediment production, transport and deposition. In this work the spatial

distribution of sediment yield was analyzed in the Barro Branco watershed by SWAT model.

Palavras-chave: hydrology, erosion, mathematical modeling, hidrologia, eroso, modelagem matemtica.

1. Introduo

A produo, transporte, deposio e compactao de sedimentos so processos erosivos

ou hidrossedimentolgicos que ocorrem naturalmente; entretanto, os diferentes tipos de uso e

manejo dos solos quando aplicados incorretamente, e associados problemtica da eroso nas

cabeceiras de drenagem, podem acentuar tais processos, aumentando a quantidade de

sedimentos acumulada no exutrio de uma bacia e diminuindo a produtividade dos solos,

gerando assim problemas socioeconmicos e ambientais.

As mudanas no uso da terra so amplamente reconhecidas como aceleradores da eroso

hdrica, que, em excesso, nos solos produtivos, acabaria por resultar na diminuio do

potencial agrcola (Montgomery, 2007). Porm, alm da agricultura, deve-se atentar para a

pastagem j que o gado um importante agente de mudanas geomorfolgicas devido ao

pastoreio que compacta o solo, reduz a infiltrao, aumenta o escoamento, a produo de

sedimentos e a eroso (Trimble e Mendel, 1995).

Esse um cenrio comum grande parte das terras do sudeste brasileiro, em particular na

Regio Noroeste Fluminense, onde devido aos longos perodos de explorao agrcola, e ao

desconhecimento de alternativas tcnicas e de prticas conservacionistas apropriadas,

verifica-se acelerada degradao dos recursos naturais (solo-gua-biodiversidade), resultando

em uma paisagem dominada por pastagens altamente degradadas e raros fragmentos isolados

de Mata Atlntica.

O uso sustentvel dessas terras requer a formulao de planejamentos conservacionistas

compreendendo um conjunto de tecnologias e prticas que permitam o manejo adequado do

solo e da gua. Para que esse planejamento seja possvel, necessrio utilizar a caracterizao

dos atributos fsicos, obtida atravs do monitoramento, e adicionar algumas leis empricas e

hipteses modelagem, que pode ser uma ferramenta eficiente para a compreenso e estudo

de diversos processos fsicos e qumicos que ocorrem em ambiente geograficamente

delimitado.

Anais XVI Simpsio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Foz do Iguau, PR, Brasil, 13 a 18 de abril de 2013, INPE

6510

Sendo assim, o objetivo deste trabalho avaliar o impacto dos diferentes tipos de uso da

terra e manejo dos solos na produo de gua e sedimentos atravs da interface entre o

modelo hidrossedimentolgico SWAT (Soil and Water Assessment Tool) em Sistema de

Informao Geogrfica (SIG) ArcGIS 9.3. Para tal, adotou-se como rea de estudo a sub-

bacia do Barro Branco, por apresentar usos mltiplos do solo e da gua e degradao dos

solos intensiva por inadequados manejos agrcolas, ideal para o estudo ao que se pretende.

2. Materiais e mtodos

2.1 rea de estudo

A sub-bacia experimental do Barro Branco est localizada no municpio do So Jos de

Ub, no estado do Rio de Janeiro, possui uma rea de aproximadamente 6 Km, e foi

escolhida porque nela h acelerada deteriorao dos recursos naturais, resultando em uma

paisagem dominada por pastagens altamente degradadas, pequenas parcelas de cultivos com

distribuio espacial no uniforme, sendo o principal o tomate, e fragmentos isolados de Mata

Atlntica, apresentando tambm os mais baixos ndices de desenvolvimento humano do

estado, num permanente ciclo de degradao e pobreza.

O outro fator que influenciou na escolha da bacia, alm da representatividade sobre o

tema abordado, a possibilidade de obteno de dados de monitoramento da pluviosidade,

vazo fluvial e concentrao de sedimentos, sendo estes dados confiveis vindos de uma

estao pluvio-fluvio-sedimentolgica automtica, da Embrapa Solos. Alm desta estao, h

tambm vertedouros j instalados e em funcionamento, como mostra a Figura 1.

A classificao climtica da regio, segundo Koppen (1948), Aw, ou seja, clima tropical

com inverno seco. Ela apresenta estao chuvosa no vero, de novembro a abril, e ntida

estao seca no inverno, de maio a outubro, sendo agosto o ms mais seco. A precipitao

anual na bacia hidrogrfica de aproximadamente 1.200mm, sendo dezembro o ms mais

chuvoso, como mostra a Figura 2. O balano hdrico elaborado por Gonalves et al. (2006)

baseado na metodologia de Thornwaite e Mater, evidencia deficincia hdrica para a maior

parte do ano, apenas nos meses de novembro, dezembro e janeiro h excedente hdrico.


6511

Figura 1: Localizao e fotos da estao pluvio-fluvio-sedimentolgica e vertedouros

instalados na bacia do Barro Branco (Fotos: Arquivo Pessoal).

Fonte: Embrapa Solos.

Figura 2: Precipitao pluviomtrica mensal na sub-bacia do Barro Branco.

Quanto caracterizao edfica, h uma predominncia de dois domnios pedolgicos

associados s duas feies geomorfolgicas regionais: as baixadas e os morros e morrotes, de

acordo com Lumbreras et al. (2006). Nas regies de baixadas foram identificados os

Gleissolos, enquanto nas encostas e sops h preponderncia de Argissolos vermelhos e

vermelho-amarelos que gradualmente do lugar aos Nitossolos medida que o relevo fica

mais acentuado (Figura 3).

Em virtude de sua posio topogrfica que condiciona um pedoambiente mais mido, a

deficincia hdrica regional minimizada nas baixadas; onde se observa, dos locais de menor

umidade para os de maior, uma diminuio da deficincia de gua, aumento da deficincia de

oxignio e dos impedimentos mecanizao.


6512

Figura 3: Mapa Pedolgico da bacia do crrego Barro Branco.

2.2 Metodologia

Visando caracterizar a dinmica hidrolgica dos fluxos de gua superficiais e

subsuperficias nos solos, resultantes das diferentes formas de interveno dos sistemas de uso

e manejo existentes na rea, so apresentados cenrios, simulados pela modelagem

matemtica, distribudos tanto no espao quanto no tempo, buscando compreender os fatores

que controlam a resposta hdrica da bacia conforme descrito por Dumanski e Huffman (1981).

O modelo matemtico utilizado o SWAT2009, verso tambm denominada de

ArcSWAT, que possui interface com o ArcGIS 9.3. As aes de caracterizao do meio

fsico, essenciais aplicao do modelo, so feitas a partir do mapa de solos j existente

elaborado pela Embrapa Solos na escala 1:10.000; da montagem da base de dados

meteorolgica; da gerao do modelo numrico de elevao do mapa de uso da terra atual da

bacia do Barro Branco, os quais seguiram os procedimentos descritos a seguir.

A base de dados da estao pluvio-fluvio-sedimentolgica automtica instalada na sada

da bacia foi tabulada pela Embrapa Solos e os dados foram inseridos no modelo em intervalo

dirio. O mapa de declividade derivado do modelo digital de elevao (MDE) da bacia, a

partir da utilizao dos dados relativos s curvas de nvel, com equidistncia vertical de 5m,

hidrografia e pontos cotados. O mtodo escolhido para a elaborao do MDE foi baseado no

ajustamento da superfcie, utilizando o mdulo TOPOGRID do software ARC/INFO.

O mapa de uso da terra na escala 1:10.000 foi gerado atravs de Processamento Digital de

Imagens Worldview-2, datadas de 2011, com resoluo espacial de 2m. J ortorreficadas,

foram inseridas no software Definiens Developer 7.0 e, por meio da Anlise Baseada em

Objeto, produziu-se uma classificao supervisionada automtica que passou por pequena

edio manual.


6513

Figura 4: Procedimentos para gerao da base de dados e simulaes do modelo SWAT via

SIG segundo Machado (2002).

3. Resultados e discusses

Aps a insero dos dados topogrficos, a primeira etapa do modelo, as sub-bacias foram

calculadas com rea mnima de 16 ha, as quais tiveram de ser ajustadas para 7 ha devido

anlise visual que comparou a drenagem gerada pelo modelo e a drenagem das cartas

topogrficas, como mostra a Figura 5; ou seja, para uma melhor adequao escala local de

trabalho proposta.

Atravs da integrao dos dados pedolgicos, de uso da terra e de declividade, foi

possvel gerar as Unidades de Resposta Hidrolgica, que so fundamentais para o modelo

definir onde h maior produo de sedimentos. Os dados de erosividade das chuvas so

empregados de acordo com Lombardi Neto e Moldenhaeur (1992) e esto sistematizados e

organizados com as ferramentas de sistemas gerenciadores de banco de dados disponveis

numa base de dados exclusiva da Embrapa Solos.

O passo seguinte a entrada dos dados agrometeorolgicos dirios (Figura 6), e a partir

de ento o modelo conta com os parmetros hidrolgicos, pedolgicos e climatolgicos

necessrios para gerar os diferentes cenrios, como mostra os mapas e os dados

representativos da distribuio espacial e temporal da produo de sedimentos da bacia na

Figura 7, a qual utiliza-se do Coeficiente de Eficincia de Nash-Sutcliffe para validao.

Percebe-se que, nesta regio, os agricultores contribuem para o aumento da eroso com a

irrigao das culturas que feita de forma manual e ineficiente, com o uso de mangueiras

acopladas a bombas. A gua que abastece esse sistema vem de pequenos reservatrios que se

formam artificialmente nas baixadas, pelo represamento indiscriminado dos crregos e que

foram inseridos no modelo; o que contribui para degradao dos recursos hdricos.


6514

Figura 5: Comparativo do limite e da hidrografia gerados pelo modelo SWAT com o obtido

previamente em cartas topogrficas.

Figura 6: Interface SWAT2009 para insero de dados metereolgicos e

hidrossedimentolgicos.


6515

Figura 8: Exemplo de simulao hidrossedimentolgica no SWAT.

4. Concluses

Os resultados, embora preliminares, indicam que o modelo matemtico SWAT uma

importante ferramenta na adoo de tcnicas adequadas de uso e manejo da gua e do solo

devido aos parmetros que ele utiliza e tambm pela possibilidade de trabalhar com mapas em

escala de detalhe e em bacias com reas diversas.

A diviso da bacia do Barro Branco em sub-bacias demonstrou que a qualidade do

modelo digital de elevao (MDE) adequada ao trabalho proposto, e a posterior diviso em

Unidades de Resposta Hidrolgica (URHs) traz uma melhor caracterizao dos processos

erosivos na bacia, com base nos mapas de uso da terra e de solos.

A anlise dos processos erosivos e a adoo de tcnicas adequadas sero baseadas na

criao de cenrios alternativos obtidos na modelagem, tendo como premissas o ajuste do uso

atual identificado; com ajustes em funo das restries ambientais e tcnicas de manejo de

solo e gua adequados.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao pesquisador Alexandre Ortega, e equipe da Embrapa Solos, pela

coleta e processamento dos dados hidrossedimentolgicos.

Referncias Bibliogrficas Bhering, S.B. Influncia do manejo do solo e da dinmica da gua no sistema de produo do tomate de

mesa: subsdios a sustentabilidade agrcola do noroeste fluminense. 2007. 211 p. Tese (Mestrado em

Geografia) Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro. 2007.

Gonalves, A.O.; Fidalgo, E.C.C.; Bastos, C L. Caracterizao climtica do municpio de So Jos de Ub,

Estado do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2006. 28 p. (Boletim de Pesquisa e

Desenvolvimento, 95).

Kppen, W. Climatologia: com um estdio de los climas de la tierra. New Gersey: Climatology, 1948. 104p.


6516

Lombardi Neto, F.; Moldenhauer, W.C. Erosividade da chuva: sua distribuio e relao com perdas de solo em

Campinas, SP. Bragantina, v. 51, n. 2, p. 189-196, 1992.

Lumbreras, J.F.; Naime, U.J.; Motta, P.E.F.; Palmieri, F.; Carvalho Filho, A.; Baruqui, A.M.; Calderano, S.B.;

Fidalgo, E.C.C.; Moreira, D.M.; Abreu, M.B. Solos da Bacia Hidrogrfica do Rio So Domingos, Municpios de

So Jos de Ub e Itaperuna RJ. In: Worshop de Integrao de Informaes Obtidas no mbito do Projeto PRODETAB Aqferos. Rio de Janeiro: Embrapa Solos. CD-ROM. 2005.

Marchioro, E. Modelagem hidrosedimentolgica na bacia do crrego Santa Maria: Subsdios aplicao

de prticas de conservao de gua e solo no Noroeste Fluminense. 2008. Tese (Doutorado em Geografia) -

Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro. 2008

Montgomery, D. R. Soil erosion and agricultural sustainability. In: Proceedings of the National Academy of

Sciences of United States of America. v. 104, 2007. Disponvel em:

. Acesso em: 17 nov. 2012.

SWAT. Soil and Water Assessment Tool: users manual. Version 2009. Neitsch, S.L., J.G. Arnold, J.R. Kiniry, J.R. Draft, W. Disponvel em: . Acesso em 12 fev. 2012.

Trimble, S.W.; Mendel, A.C. The cow as a geomorphic agenta critical review. Geomorphology, v. 13, p. 233253, 1995.


6517

Documents

Modelagem Hidrossedimentológica e Manejo Do Solo Aplicação Do SWAT Na Bacia De