Transcript
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA.
CAMPUS MARACANAÚ EIXO TECNOLÓGICO EM MEIO AMBIENTE CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA
ALINE MARIA BALDEZ CUSTÓDIO MARIA JOSE GONÇALVES DE OLIVEIRA CONRADO
EROSÃO E TRANSPORTE DE SEDIMENTOS (Atividade I)
Maracanaú ABRIL – 2013
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .............................................................................................02 2. CÁLCULO DO FATOR DE EROSIVIDADE....................................................02 3. CÁLCULO DO FATOR DE ERODIBILIDADE DA BACIA................................06 4. CÁLCULO DO FATOR TOPOGRÁFICO........................................................08 5. COBERTURA VEGETAL E PRÁTICAS CONSERVACIONISTAS....................11 6. CÁLCULO DA USLE....................................................................................13 REFERÊNCIAS.....................................................................................................14
1
1- INTRODUÇÃO
O presente trabalho tem como objetivo aplicar a Equação Universal da Perda de Solo – USLE para calcular a taxa de erosão média anual de uma determinada bacia empregando o método das quadriculas. Para isso, foi escolhido o posto pluviométrico situado na cidade de RussasCe, tendo como responsável e operadora a FUNCEME e foram coletados dados pluviométricos diário de 20 anos que compreende o intervalo de 1993 a 2012. Algumas características da bacia como características dos solos, característica topográfica e vegetação foram pré estabelecidas. As estimativas das perdas de solo foram realizadas com base no modelo USLE (Universal Soil Loss Equation) descrito pela Equação: E = R.K.L.S.C.P Em que, E = perda de solo média anual, t ha-1 ano-1; R = fator de erosividade da chuva, MJ mm ha-1 h-1ano-1; K = fator de erodibilidade do solo, t ha h MJ-1 mm-1; L = fator de comprimento de rampa, adimensional; S = fator de declividade de rampa, adimensional C = fator de uso e manejo do solo, adimensional; e P = fator de práticas conservacionistas, adimensional.
2 CÁLCULO DO FATOR DE EROSIVIDADE DA CHUVA (R)
O cálculo do fator de erosividade ocorreu a partir do método baseado no coeficiente de chuva. Para encontrar o valor de R foram realizadas as seguintes etapas: 1. Identificação da localização do posto pluviométrico no zoneamento do Brasil (figura 1).
2
Figura 1 - Zoneamento do Brasil para cálculo da erosividade.
2. O posto está inserido na zona 4, logo a fórmula para encontrar a erosividade mensal (Rx) foi a indicada para essa zona como podemos observar na tabela 1.
Tabela 1 – Equações para o Cálculo de erosividade provocada pela chuva. 3
3. Foi calculada a erosividade mensal (Rx) para cada mês dos 20 anos considerados (tabela 2), a partir da precipitação mensal (Mx) que é a soma das precipitações ocorridas ao longo de um mês (tabela 3) e da precipitação média anual (P) que é dada pela média aritimética do total de precipitações de cada ano (tabela 4). 4.
O cálculo das erosividades anuais foi dado pela soma das erosividades
ocorridas ao longo dos doze meses de cada ano, como pode ser vistos na tabela 5. Por fim, o fator de erosividade (R) foi obtido pelo somatório das erosividades ocorridas nos 20 anos, chegando a um valor de 548752,1 MJ.mm/ha¹hr¹. A tabela a seguir contém os dados de erosividade de cada mês do ano de 1993 a 2012. JAN
FEV
MAR
ABR
MAI
JUN
JUL
1993
86504,66
69,763
244435
50718,01
888,82
69,763
1994
414,10
1.601,83
71,58
1.039,90
7441,3 35 104,19
1995
194,05
1.064,42
6.547,38
2.791,74
1.368,41
3.805,49
2.234,34
120,03
1.617,18
236,40
985,85
87,45
1.995,62
896,39
3.133,48
5.948,01
409,57
212,10
764,36
2.286,98
90,89
128,69
1.181,81
1.168,80
1996 1997 1997
398,84 74,60 975,52
1999
446,59 724,99
1.323,00 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
303,9 89,56 1.494,68 649,68 8.408,05 69,76 69,76 106,52 358,47 69,76 69,76 2.936,47 156,98
1.603,74 5.345,71 359,30 1.199,82 802,23
2.941,71 285,66 2.270,89 1.448,91 1.632,60
70,07 191,34 860,24
2.303,12
3.262,00 982,89
1.999,91
1.389,64
2.725,81
102,77
2.200,35 91,79
1.295,45
561,47
2.470,20
398,84
4.210,40
160,67
838,40
263,96
397,07
8.274,63
80,49
489,51
557,14
634,47
1.929,67
210,94
83,94 1.611,41 386,54
861,62 194,05 69,76 69,76
158,82 108,93
69,76 120,03
86,63 74,18 137,65 102,49 754,09 518,02 140,90 674,67
105,06 70,82 85,06 70,00
69,76
69,76
69,76
69,76
170,24
69,76 70,00 69,76 69,76
69,76 69,76 69,76 69,76
69,76
69,76
524,26
179,26
69,76
69,76
69,76 69,76 69,76 69,76 70,63 69,76 69,76
73,21
80,02
69,76
69,76
69,76
168,29 438,09
1.350,84
115,29
135,64
1.247,99
70,30
402,40
69,76
69,763
69,76
72,21
69,76
69,763
69,76
265,32
5.243,22
69,763
69,76
249,26
69,76
DEZ
69,763
69,76
72,29
NOV
69,763
69,76
75,86
9.652,37
OUT
69,76
412,28
256,54
SET
69,91
1.803,26
1.067,51
AGO
69,76 98,69
69,76 70,53
69,76
69,76
69,76
69,76
112,06
69,76
75,74
69,76
72,53
71,14
491,51 81,14
69,76 71,50
71,38
69,76
69,76 75,15
69,76 69,76
69,76
69,76
69,76
69,76
69,76 97,13
69,76
69,76
69,76
69,76
204,62
75,15
70,59
69,76
69,76
69,76
98,17 99,75 71,14 69,76
216,81 69,76 69,76 69,76
69,76
69,76
69,76
192,68
996,92
157,44
69,76
69,76
69,76
69,76
69,76
69,76
Tabela 2: Erosividade mensal (Rx)
4
As precipitações de cada dia foram somadas chegando aos resultados mensais contidos na tabela abaixo: JAN 1993
45,2
FEV 0
MAR
ABR
MAI
JUN
JUL
AGO
SET
OUT
NOV
DEZ
76
34,6
4,4
0
13,2
0
0
0
0
0
1994
75,9
79,4
160,1
129,6
127,4
115,1
24
0
0
0
0
41
1995
45,6
104,7
129
329,2
213,4
45,6
38,6
0
0
0
0
0
1996
74,2
147,4
250
190,3
48,6
0
25,6
2
0
0
0
26,6
1997
9
29
160,9
53,5
83,8
0
0
0
0
0
0
10
1997
123,1
52,8
123,8
45,1
57
16,8
24,3
0
0
0
0
6,8
1999
144,8
17,2
179,5
115
74,2
8,6
4,2
0
0
3,8
4,8
84
2000
133
117,6
226,4
313,6
75,4
33,7
16
87,2
42,8
0
0
13,8
2001
18,2
48,8
107,8
192,6
18,8
23,4
2
0
0
0
5,4
2002
154,4
31,4
136,4
135,6
188,8
107
1,6
0
0
0
0
2003
98,5
160,2
219,2
193,3
19,2
86,6
0
0
0
7,6
0
9,5
2004
373,5
297,1
60,1
90,3
74
34,5
13,1
0
0
0
0
0
2005
0
69,6
143,2
100,6
6,5
0
0
0
0
0
2006
0
137,5
151,9
231,1
170,3
75,7
10,1
22
3,6
0
0
2007
24,8
110,7
161,7
123,6
54,8
57,2
6,4
0
0
0
0
2008
69,5
97,2
370,5
39
129,2
2009
0
90,7
2010
0
176,4
13,4
15,4
146,4
27,6
2011
219
113,4
200,4
160,6
140,4
2012
38,2
210,8
23,5
72,8
0
191,9
179,7
263,2
148,6
400,4
5,2 0
21,4 47,5
55,9
40,6
9,5
4
0
0
0
294,2
78,5
21,8
49,6
0
0
33,2
22,4
0
0
41,4
113,7
3
74,6
4,8
0
38,3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Tabela 3: Precipitação mensal (Mx).
5
Somando-se as precipitações mensais de cada ano, chegamos as precipitações anuais (mm): 1993
173,4
2003
794,1
1994
752,5
2004
942,6
1995
906,1
2005
775
1996
764,7
2006
823,6
1997
346,2
2007
586,7
1997
449,7
2008
815,4
1999
636,1
2009
1263,5
2000
1059,5
2010
589,9
2001
422,2
2011
954,5
2002
755,2
2012
345,3
Tabela 4: Precipitação anuais.
O total de erosão ocorrido em cada ano foi dado a partir da tabela 2, com a soma do total erodido em cada mês dos 20 anos considerados: 1993
390476,2
2003
8535,48
1994
4989,1
2004
15563,35
1995
2005
9301,56
1996
12024,26 8588,07
2006
9586,52
1997
2865,71
2007
4594,7
1997
3196,34
2008
11275,61
1999
5582,96
2009
19878,71
2000
2010
5194,51
2001
11838,23 3968,53
2011
2002
7347,13
2012
10015,02 3930,18
Tabela 5: Erosividades anuais
3 CÁLCULO DO FATOR DE ERODIBILIDADE DA BACIA
O fator de erodibilidade do solo é a intensidade de erosão por unidade de índice de erosão da chuva e é dada pela seguinte fórmula:
6
K – fator de erodibilidade do solo (t.hr.MJ-1.mm-1) MO – Percentual de matéria orgânica S1 – índice de estrutura P1 – índice de permeabilidade AF – percentual de areia fina (0,05 – 0,1 mm) Sil – percentual de silte (0,002 – 0,05 mm) Arg – percentual de argila (< 0,002 mm)
M representa o parâmetro que representa a textura do solo.
Considerando os seguintes dados da bacia:
AF(%) SILTE (%) ARGILA (%) MO(%) S1 P1 SOLO1 25,2 20,3 13,5 0,82 2 2 SOLO2 14 21,4 29,8 0,48 4 1 SOLO 3 17,9 22,4 22,2 0,49 4 1 (%) SOLO 1 SOLO 2 SOLO 3
A1 81 16 3
A2 74 19 7
B1 99 1 0
B2 54 45 1
Chegamos aos valores de M e K para os três tipos de solo considerados:
SOLO SOLO2
K M 0,035485 3935,75 0,025632 2485,08
SOLO 3
0,032782
SOLO1
3135,34
Após encontrar o valor K para cada tipo de solo, calcula-se o fator de erodibilidade para cada uma das quatro quadrículas. Esse valor é encontrado pela seguinte fórmula: %solo1*k1+%solo2*k2+%solo3*k3. Desta forma obtemos os seguintes resultados: 7
KA1= KA2= KB1= KB2=
0,033827 0,033424 0,035386 0,031024
4. CÁLCULO DO FATOR TOPOGRÁFICO
O Fator Topográfico é considerado o fator mais difícil de saber manipulado, pois ele é intrínseco à bacia. Está relacionado ao comprimento de rampa e à declividade da bacia e, portanto, são as condições naturais presentes na própria bacia. O fator topográfico é composto dos seguintes fatores: L – fator de comprimento de rampa S – fator de declividade L.S – produto > fator topográfico
Existe uma relação entre a forma da bacia e a tendência de erosão, de acordo com a energia acumulada durante o escoamento. As figuras abaixo mostram a relação entre a forma do relevo e a erosão.
a) Côncavo
b) Convexo
Análise da forma do relevo (declividade) e capacidade de erosão
Energia
Tendência aos processos erosivos
a) Côncavo – a medida que escoa, vai perdendo energia, pois vai diminuindo a declividade. Como consequência, menor a erosão. 8
b) Convexo – a medida que escoa, vai ganhando energia, pois aumenta a declividade. Como consequência, maior a erosão. Fator topográfico combinado (LS) – cálculo concentrado Uma maneira de calcular o fator topográfico é considerar suas variáveis de forma combinada, ou seja, o efeito da topografia estimado por um fator único (LS), conforme equação proposta por Bertoni e Lombardi Neto (1985): LS 0,00984 Lr 0,63 D1,18
Onde: Lr – comprimento de rampa médio (m) D – grau de declive (%)
Para o cálculo de Lr e D, adota-se as seguintes equações: Lr A 4 Ldren
D Cmax Cmin A1 2 100
Onde: A – área de drenagem (m²) SLdren – soma dos comprimentos dos cursos d’água (m) Cmax – cota máxima da área de drenagem (m) Cmin – cota mínima da área de drenagem (m) O presente trabalho considerou as seguintes informações para o cálculo do fator topográfico:
9
Mapa topográfico
da bacia hidrográfica
Memorial de Cálculo do Fator Topográfico 1) Cálculo do Lr para cada bacia:
Bacia
Area da bacia (Km²)
Area da bacia (m²)
Comprimento do rio (km)
Comprimento do rio (m)
Lr (m)
A1
10,3
10.300.000
6,9
6.900 373,1884
A2
4
4.000.000
8,7
8.700 114,9425
B1
7,5
7.500.000
3,5
3.500 535,7143
B2
9,3
9.300.000
5,6
5.600 415,1786 10
2) Cálculo do D para cada bacia:
Bacia A1 A2 B1 B2
Cota máxima 760 660 720 680
Cota mínima Área da bacia em (m²) 620 10.300.000 600 4.000.000 640 7.500.000 600 9.300.000
D (%) 4,362 3 2,921 2,623
3) Cálculo do LS para cada bacia: Bacia A1 A2 B1 B2
Lr^0,65 46,96273 21,84301 59,40276 50,33299
D^1,18 LS 5,686658 2,62788 3,655974 0,785798 3,542909 2,070912 3,120623 1,545571
5. CÁLCULO DO FATOR DE VEGETAÇÃO E USO DO SOLO Efeito da vegetação sobre os processos erosivos Vegetação como importante elemento natural de proteção do solo contra erosão hídrica sob três perspectivas: – Acima do solo:
Atenuação da energia cinética das gotas de chuva pela vegetação, promovendo uma redução na erosividade
– Na superfície do solo Atenuação da energia cinética das gotas de chuva pela serrapilheira, promovendo uma redução na erosividade; Redução da tensão de cisalhamento do escoamento sobre o solo, devido a redução da velocidade promovida pela serrapilheira – Abaixo da superfície
Redução da lâmina de escoamento superficial como resultado da melhoria das condições de infiltração provocada pela vegetação (macroporosidade , teor de matéria orgânica...)
Observações
11
Capacidade de transporte: é a capacidade do fluido em transportar sedimentos. Energia
Capacidade de transporte
Influência antrópica:o fator de vegetação é aquele que mais pode ser modificado pelo homem. Exemplos: urbanização, exploração agrícola, mineração, pecuária, movimentos de massa, etc. A faixa de variação do fator C (fator da vegetação) Quanto mais próximo, mais vegetação.
0
1
Quanto mais próximo, mais desmatado.
Em casos excepcionais, pode-se ter C> 1: compactação do solo pela pecuária. A fórmula de cálculo do fator C se dá de acordo com a seguinte equação: n
Cn = ∑ (%/100*C) i=1
O presente trabalho considerou as seguintes informações para o cálculo do fator C: Valores para o fator cobertura vegetal: Vegetação 1 - agropecuária: C = 0,5 Vegetação 2 - degradada: C = 0,1 Vegetação 3 - preservada: C = 0,02
12
Memorial de Cálculo do Fator Vegetação 1. Cálculo do fator C para cada bacia Vegetação 1 (%)
Bacia A1 A2 B1 B2
0 36 28 61
C (vegatação 1)
Vegetação 2 (%) 29 48 39 27
C (vegatação 2) 0,5
Vegetação 3 (%) 71 16 33 12
C (bacia) 0,0432 0,2312 0,1856 0,3344
C (vegatação 3) 0,1
0,02
2. Práticas conservacionistas – fator P Para o presente trabalho, não são adotadas práticas conservacionistas na bacia hidrográfica. 6. CÁLCULO DA USLE Após o cálculo de cada variável da Equação Universal da Perda de Solos (USLE), pode-se calcular a erosão em cada bacia, de acordo com a fórmula abaixo: E=R.K.L.S.C.P Esse cálculo foi feito para cada uma das quatro bacias (A1,A2,A3,A4). A tabela a seguir mostra os resultados da erosão por bacia: Bacia A1 A2 B1 B2
Rx 548752,1 548752,1 548752,1 548752,1
K LS 0,033827 2,62788 0,033424 0,785798 0,035386 2,070912 0,031024 1,545571
C 0,0432 0,2312 0,1856 0,3344
P 1 1 1 1
E 2107,33 3332,174 7463,652 8798,897
De acordo com a tabela, podemos perceber a seguinte ordem decrescente de perda de solos (erosão) nas bacias estudadas: B2> B1> A2> A1
13
REFERÊNCIAS ANA – Hidroweb Sistemas de Informações Hidrológicas. Disponível em: . acesso em 12 abril 2013. Notas de aula do Prof. Pedro Medeiros - IFCE
14
