- Laboratório de Hidrologia

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- Laboratório de Hidrologia
ESTUDO HIDROLÓGICO COMPARATIVO A REGIÃO SERRAA
SUL BRASILEIRA
Pedro Luiz Borges Chaffe
Masato Kobiyama
Este trabalho foi apresentado no programa Bayer Jovens Embaixadores Ambientais – Edição
2006 que ocorreu em parceria com a UNEP. Foi um dos quatro trabalhos selecionados e
representou o Brasil no Encontro Internacional de Jovens Embaixadores Ambientais na
Alemanha em novembro de 2006.
Publicado em: UFSC/CTC/ENS/LABHIDRO
FLORIAÓPOLIS, SC, BRASIL
2006
RESUMO
Atualmente existe uma grande preocupação mundial com relação à disponibilidade e
preservação dos recursos naturais a fim de garantir a sobrevivência do homem. Dentre estes
recursos, água e florestas são considerados indispensáveis. A substituição da vegetação
original da região serrana sul brasileira (Floresta Ombrófila Mista) por cultivos agropecuários
e florestais (principalmente reflorestamento de pinus) foi muito intensiva no último século.
Devido a esta situação existem inúmeras críticas com relação ao reflorestamento com pinus
alegando a deterioração da qualidade da água e redução da sua quantidade, principalmente
quando ele ocupa grandes extensões. Por isso, comunidades e ambientalistas em Santa
Catarina solicitam a transformação das áreas de pinus em Floresta Ombrófila Mista sem levar
em conta que o setor florestal ocupa o segundo lugar na economia do estado. Somente com os
dados obtidos por estudos hidrológicos em bacias experimentais representativas podem ser
comprovadas cientificamente influências hidrológicas da vegetação. Então, o objetivo do
presente trabalho foi avaliar influências da vegetação nativa (Floresta Ombrófila Mista) e
reflorestamento com pinus sobre os processos hidrológicos, através de monitoramento e
modelagem hidrológica, em pequenas bacias hidrográficas no município de Rio Negrinho,
Estado de Santa Catarina, Brasil. Foram implantadas três bacias experimentais neste
município, sendo uma caracterizada por Floresta Ombrófila Mista (Bacia 3) e as outras duas
(Bacia 1 e 2) reflorestadas com Pinus sp. O corte do pinus da Bacia 1 foi feito em janeiro de
2004 após um ano de monitoramento e o replantio feito em seguida. O regime climático da
região foi estudado e com os dados obtidos estimou-se a evapotranspiração potencial (ETP)
pelo método de Thornthwaite. Foi realizada uma descrição detalhada dos solos das bacias.
Através das leituras das calhas Parshall e de um pluviômetro instalados nas bacias, mediu-se a
chuva e a vazão. Com o modelo HYCYMODEL estes dados de chuva e vazão foram
analisados para a identificação das principais características do comportamento hidrológico
das bacias. Amostras de água das três bacias foram coletadas mensalmente para análise da
qualidade da água. Os resultados mostram que a temperatura média anual na região é de 18,3
ºC e a precipitação média anual é de 1.572 mm/ano. A ETP anual é de 54,6% da precipitação
e a vazão representa 45,4% da precipitação. As principais classes de solo encontradas nas três
bacias foram CAMBISSOLO HÁPLICO Distrófico “Profundo”, CAMBISSOLO HÁPLICO
Distrófico, GLEISSOLO MELÂNICO Distrófico e NEOSSOLO REGOLÍTICO Distrófico. A
vazão média da Bacia 3 foi a maior de todas, vindo em seguida a da Bacia 1 e 2. Com o corte
do talhão da Bacia 1 houve um aumento significativo da vazão. Foram verificadas poucas
diferenças significativas com relação à qualidade da água entre as Bacias 1, 2 e 3.
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ABSTRACT
Nowadays there is a worldwide concern about the availability and preservation of natural
resources in order to guarantee mankind survival. Among them, water and forests are
considered essential. In the southern Brazilian mountainous region, the substitution of the
original vegetation (Subtropical Ombrophilous Forest) for agriculture, cattle breeding and
reforestation (mainly with pine) was very intensive in the last century. In spite of this
situation, many critics against pine reforestation have been made especially when it occupies
extensive areas. Because of it, communities and environmentalists in Santa Catarina State,
Brazil, have appealed that the reforested areas should be transformed to the Subtropical
Ombrophilous Forest, without taking into account that pine industry is very important for the
regional economy. Only by using the hydrological data obtained with representative
experimental catchments, hydrological effects of vegetation can be scientifically proved. The
main objective of this study was, therefore, to analyze the influences of native vegetation
(Subtropical Ombrophilous Forest) and pine reforestation on the hydrological processes,
through monitoring and hydrological modeling in small experimental catchments in Rio
Negrinho city, Santa Catarina State. Three experimental catchments were established in this
city, one characterized by Subtropical Ombrophilous Forest (Catchment 3) and the other two
(Catchment 1 e 2) by Pinus sp. reforestation. The total cutting of the Catchment 1 was carried
out in January 2004 after one year of calibration period, and subsequently pine seedlings were
planted again. The regional climatic regime was studied and potential evapotranspiration
(ETP) was estimated by the Thorthwaite method. A soil classification in the catchments was
detailed described. Discharge and rainfall were measured with the Parshall flume and a
rainfall gauge, respectively. These obtained data were analyzed with the HYCYMODEL to
identify the hydrological characteristics for each catchment. Water samples were monthly
collected for the water quality analysis. The results show that the regional mean annual
temperature was 18.3oC and the mean precipitation was 1,572 mm/year. The annual ETP and
runoff were 54.6% and 45.4% of the precipitation, respectively. The predominant soils in the
three catchments are Inceptisol and Entisol. The highest mean discharge was of the
Catchment 3, followed by the Catchment 1 and 2. With the deforestation of Catchment 1, the
significant increase in the discharge was observed. Significant differences in water quality
between the catchments were not verified statistically.
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1. JUSTIFICATIVA
O crescimento econômico e tecnológico descontrolado pelo o qual a humanidade
passou no último século gerou diversos desequilíbrios ambientais que se refletem na
qualidade de vida da população. Por isso, atualmente, há uma grande preocupação mundial
com relação à disponibilidade e preservação dos recursos naturais a fim de garantir a
sobrevivência do homem no planeta. Dentre estes recursos, água e florestas são considerados
essenciais para a garantia do desenvolvimento sustentável.
A região sul brasileira, especificamente região serrana, originalmente era caracterizada
por Floresta Ombrófila Mista (Floresta de Araucária). Entretanto, esta floresta nativa vem
sendo substituída por cultivos agrícolas, atividades pecuárias e florestais (principalmente
reflorestamento de pinus), remanescendo apenas 1 a 2% da sua área original. Devido a esta
situação, atualmente, no sul do Brasil existem inúmeras críticas com relação ao
reflorestamento com pinus alegando a deterioração da qualidade da água e redução da sua
quantidade, principalmente quando ele ocupa grandes extensões (A NOTÍCIA, 2002). Por
isso, comunidades e ambientalistas em Santa Catarina solicitam a transformação das áreas de
pinus em Floresta Ombrófila Mista sem levar em conta que o setor florestal ocupa o segundo
lugar na economia do estado.
Somente conhecendo detalhadamente a influência da floresta nativa e reflorestamento
de pinus sobre o ciclo hidrológico, é que órgãos gestores de recursos hídricos e de prevenção
de desastres naturais tais como prefeituras e comitês de bacias, poderão tomar as decisões
mais adequadas para explorar os recursos naturais de forma sustentável na região. Portanto, há
a necessidade de estudos hidrológicos em bacias hidrográficas experimentais a fim de se
verificar cientificamente os efeitos do tipo da floresta sobre os processos hidrológicos.
A realização desses estudos deve ser feita por meio de uso de bacias hidrográficas
experimentais, pois elas são consideradas unidades ideais para gerenciamento de recursos
naturais. Além disso, para obter melhores resultados, é necessário realizar atividades de
monitoramento e modelagem simultaneamente.
O presente trabalho, por tratar de bacias caracterizadas pelos diferentes tipos de
floresta em questão, faz uma ponte importante entre os recursos hídricos e os recursos
florestais. Os conhecimentos gerados são muito úteis para a gestão de mananciais, podendo
contribuir para o desenvolvimento sustentável da região.
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2. OBJETIVO
O objetivo principal do estudo foi avaliar influências da vegetação nativa (Floresta
Ombrófila Mista) e reflorestamento com pinus sobre os processos hidrológicos, através de
monitoramento e modelagem hidrológica, em três pequenas bacias hidrográficas no município
de Rio Negrinho, Estado de Santa Catarina, Brasil.
3. REVISÃO DE LITERATURA
3.1. REGIÃO DE ESTUDO – NORTE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
3.1.1. Geografia física
O Estado de Santa Catarina situa-se na Região Sul do Brasil, da qual fazem parte
Paraná e Rio Grande do Sul. Está localizado nos hemisférios Sul e Ocidental, entre as
latitudes 26o e 29o, com área total de 95.318,30 km2 (BETTES Jr, 2001).
Os municípios de Rio Negrinho, São Bento do Sul, Mafra, Campo Alegre, etc. (região
norte do Estado) consistem em Patamar de Mafra. Este patamar é uma continuação da Serra
do Mar paranaense, tendo altitude elevada e relevo acidentado.
Esta região pertence à Bacia do rio Iguaçu, sendo caracterizada como banhados. É
constituída basicamente por terrenos sedimentares paleozóicos e formação pré-cambriana. O
clima é, segundo a classificação de Köppen, do tipo Cfb (mesotérmico úmido, sem estação
seca, verão brando).
Segundo EMBRAPA (1984), na área de estudo predominam as classes de solo
Cambissolo álico, Terra Bruna Estrutura álica e Solos Litólicos. O horizonte A nestas classes,
na maior parte das vezes, é proeminente e a textura é argilosa. Apresentam capacidade de
troca catiônica alta no horizonte A, devido aos valores elevados de Carbono. São solos
bastante susceptíveis à erosão, em relevo forte ondulado e moderadamente susceptíveis,
quando o relevo é ondulado ou suave ondulado.
3.1.2. Problemas ambientais
Os mananciais estão bastante comprometidos por desmatamento, as queimadas e o
crescimento urbano desordenado. O desmatamento é ocasionado por atividades agrícolas;
reflorestamento com espécies exóticas; formação de pastagens; entre outros (BETTES JR,
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2001). Nesta região, a crítica sobre pinus vem tornando–se cada vez mais forte (A NOTÍCIA,
2002).
3.2. FLORESTA OMBRÓFILA MISTA
3.2.1. Área de ocorrência
De acordo com a classificação de IBGE (1993), dentre os tipos de Regiões
Fitoecológicas florestais que compõem os Estados do Sul do Brasil - Paraná, Santa Catarina e
Rio Grande do Sul, encontramos a Floresta Ombrófila Mista, (VELOSO, et al., 1991), região
fitoecólogia característica destes estados. Ocorre na latitude de 19o15’S a 31o30’S e longitude
de 41o30’W até 54o30’L (GOLFARI, 1971).
A Floresta Ombrófila Mista também conhecida como floresta com araucária ou
pinheiral é um tipo de vegetação do planalto meridional brasileiro (VELOSO, et al., 1991).
Sua área original representava cerca de 40% da superfície do Estado do Paraná; 31% do
Estado de Santa Catarina e 25% do Rio Grande do Sul. Os pinheirais dominaram a paisagem
no sul do Brasil, provavelmente desde a última glaciação até o final do século (CARVALHO,
1994).
Em 1978, o “Inventário do Pinheiro no Sul do Brasil” estimou em 565.418 ha de
Floresta Ombrófila Mista remanescentes nos Estados do Paraná, Santa Catarina e Rio Grande
do Sul, o que correspondia a cerca de 2,8% da área original. Desse total apenas 120.776 ha
eram de florestas primárias, ou apenas, 0,6% do original (FUPEF, 1978), principalmente
devido a acelerada devastação ocorrida nas últimas décadas para a implantação de agricultura,
pasto e reflorestamento.
De acordo com dados de imagens de satélite que fazem parte do Atlas da Evolução
dos Remanescentes e Ecossistemas Associados no Domínio da Mata Atlântica de 1990 a
1995, no Estado de Santa Catarina a Floresta Ombrófila Mista é a mais próxima da extinção,
enquanto que a mais protegida em parques e estações é a Ombrófila Densa ou Floresta
Atlântica (A NOTÍCIA, 1998).
O que comprova que a diversidade da Floresta Ombrófila Mista está comprometida é o
fato de que as espécies mais representativas desta região fitoecológica - Araucaria
angustifolia (Bert) O Ktze (pinheiro-do-paraná), Ocotea porosa (Nees & Martius) Liberato
Barroso (Imbuia), Ocotea odorifera (Vellozo) Rohwer (canela-sassafrás) e Dicksonia
sellowiana (Presl.) Book (xaxim) - encontram-se na lista de espécies em extinção, (BRASIL,
1992).
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Mas, não é apenas no Brasil que a situação da Floresta Ombrófila Mista é crítica. No
Paraguai, a única área de ocorrência natural da A. angustifolia, foi declarada em 1971 uma
Reserva Nacional (LOPEZ et al., 1987).
Segundo REITZ & KLEIN (1966), a araucária é uma espécie pioneira e heliófita,
avançando e irradiando-se sobre os campos de modo a formar continuamente novos capões
cuja composição varia de acordo com as condições edáficas e climáticas.
Os Latossolos Roxos do oeste e sudoeste do Paraná e do oeste de Santa Catarina,
especialmente aqueles em que a floresta nativa foi recentemente derrubada, e com pH menor
que 6, são particularmente adequados para o seu plantio, assim como solos com boa
capacidade de retenção de água e de textura média a argilosa (DE HOOGH, 1981).
Devido a configuração geológica de origem basáltica do 3o Planalto Paranaense é nele
que se encontram as maiores reservas florestais de araucaria, principalmente nas regiões de
União da Vitória, General Carneiro, Bituruna e Palmas. Em Santa Catarina a espécie é
encontrada sobre solos de origem basáltica e sedimentar (MATOS, 1972).
3.3.
INFLUÊNCIA
DA
COBERTURA
VEGETAL
SOBRE
OS
PROCESSOS
HIDROLÓGICOS
As atividades biológicas influenciam os processos hidrológicos, em qualidade e
quantidade. Em Hubbart Brook Experimenal Forest nos EUA, a biogeoquímica no
ecossistema tem sido estudada desde a década de 60, relacionando os fluxos de nutrientes,
água e outros com a atividade biológica e o desmatamento (LIKENS & BORMANN, 1995).
Os mesmos autores concluíram que o desmatamento aumentou drasticamente a perda de
nitrato da bacia de 0,12 km2. Entretanto, VITOUSEK & MELILLO (1979) confirmaram outro
aspecto: de que a quantidade da perda do nitrato da bacia devido ao desmatamento é variável,
sendo muito elevada em algumas bacias. Segundo SUNDBORG (1983), o sedimento da água
no rio é também muito influenciado pelos usos da terra. Devido a estas divergências, até hoje,
os efeitos do tipo de vegetação e da fase do crescimento sobre a qualidade da água estão
sendo discutidos.
Em pequenas bacias rurais, as características da água são determinadas por fatores
biológicos e geológicos. Os geológicos influenciam as características bem mais do que os
biológicos. Entretanto, as mudanças intensivas e extensivas da vegetação (reflorestamento,
desmatamento, entre outros) alteram fortemente os comportamentos quantitativos e
qualitativos da vazão do rio (JOHNSTON, 1991).
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SWANK e CROSSLEY (1988) revisaram os trabalhos feitos na Estação Experimental
em Coweeta, EUA, observando que: i) no caso de ocorrência de invasão vegetal depois do
desmatamento, o escoamento anual total aumentou em 360 mm no ano do desmatamento,
com recessão exponencial, e mesmo após 20 anos o escoamento anual foi maior do que antes
do desmatamento; ii) o escoamento anual diminuiu em cerca de 300 mm após 20 anos de
reflorestamento com coníferas, depois da retirada de floresta latifoliada.
Analisando dados obtidos em estações florestais experimentais do mundo inteiro,
BOSCH & HEWLETT (1982) mostraram que: i) no ano do desmatamento o escoamento total
anual aumentou proporcionalmente à taxa da área desmatada; ii) este aumento foi maior em
área de floresta conífera do que em área de floresta latifoliada, que por sua vez apresentou um
aumento maior do que a área de cerrado; iii) o escoamento total anual cresce com o aumento
da precipitação anual.
Na Ásia, também existem diversos estudos. PANDEY et al. (1983) mostraram que, no
Himalaia, bacias com média de 100 m2 sem florestas, tiveram perdas de água, sedimento e
nutrientes maiores do que as com floresta. No Japão, HAIBARA e AIBA (1990) mostraram
que as atividades florestais (desmatamento, poda, entre outros) aumentaram a vazão e as
perdas de nutrientes em bacias com áreas de 0,013 e 0,018 km2.
No Brasil há várias pesquisas de monitoramento da qualidade da água e sedimentos
nos rios. No Estado de São Paulo, LIMA et al. (1996) monitoraram uma bacia de 0,682 km2,
realizando o balanço hídrico e de nutrientes. Também o IPEF (1997), mostrou um estudo
semelhante em uma bacia de 0,007 km2 no Estado de São Paulo. Além disso, o grupo do
Instituto Florestal de São Paulo vem realizando estudos de balanço hídrico com bacias
experimentais na região de Mata Atlântica (CICCO & FUJIEDA, 1992; CICCO et al., 1993;
ARCOVA & CICCO, 1997; ARCOVA et al., 1998a e 1998b). No Estado de Minas Gerais e
Rio de Janeiro, análises de interceptação na mata nativa em montanha foram realizadas por
SANTANA e CASTRO et al. (1983) e COELHO NETTO et al. (1986).
Na região do Amazonas, HODNETT et al. (1995) verificaram que a floresta tropical
possui a maior evapotranspiração do que o pasto.
No Estado do Rio Grande do Sul, CANALI (1981) observou altíssima produção de
sedimento em uma bacia de 0,920 km2 com área agrícola, comparando com o mesmo
parâmetro, em uma bacia de 0,812 km2 com floresta nativa. Usando as mesmas bacias, GENZ
(1996) mostrou que a área agrícola possui um pico de hidrograma maior do que a área de
floresta nativa.
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No Estado do Espirito Santo, SOARES & ALMEIDA (1997 e 2001) e ALMEIDA &
SOARES (1997) realizaram um estudo em escala unidimensional para avariar influências
hidrológicas do eucalipto através de monitoramento e modelagem.
Na região de ocorrência da Floresta Ombrófila Mista não há, até hoje, nenhum
trabalho que trate de cada processo hidrológico, nem mesmo da ciclagem biogeoquímica. Na
região de ocorrência, KOBIYAMA et al. (2001, 2002) e SAGARA (2001) realizaram um
estudo hidrológico com a instalação de um bacia experimental caracterizada com pinus.
Embora estes estudos visaram a hidrologia comparativa com bacias da Floresta Ombrófila
Mista, até hoje não foi realizado este tipo de ensaio. Enfim, pode-se concluir que não há
nenhuma pesquisa sobre a influência da Floresta Ombrófila Mista sobre a qualidade e a
quantidade da água e nem sobre as possíveis alterações que podem ocorrer com a mudança de
tipologia florestal.
3.3.1. Pinus
A preocupação do reflorestamento de pinus está não somente no Brasil mas também
em vários países no mundo. Na Espanha, áreas abandonada de plantação de pinus vêm sendo
substituídas com plantação de carvalho. Por causa disso, influências de pinus sobre solo e
processo hidrológicos estão sendo investigados (MERINO et al., 1998; COVELO
&GALLARDO, 2002; LLORENS et al., 1995). A degradação do solo, especialmente a
acidificação devido ao pinus deve ser uma dos sérios problemas ambientais na Europa
(WADE et al., 2001). Na Nova Zelândia o pinus está sendo cultivado com uma técnica de
monocultura e a área de resflorestamento de pinus chega a 7% da área do país. Então, o
impacto desta cultura não pode ser ignorado e está sendo investigado (GROENENDIJK et al.,
2002). FAHEY e JACKSON (1997) compararam a substituição de florestas nativas por pinus.
O corte aumentou as vazões de enchente especialmente para chuvas de pequena e média
intensidade.
Estudos feitos na África do Sul por SCOTT e LESCH (1997) demonstraram que há
uma queda na vazão com o reflorestamento e que após o corte a vazão pode demorar até cinco
anos para voltar ao normal. A redução da área basal ou corte total de florestas de pinus pode
ocasionar um aumento na vazão total, de base e capacidade de recarga do aqüífero das bacias
hidrográficas (BENT 2001).
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Aspectos meteorológicos também devem ser analisados. Pode haver diminuição na
quantidade de chuva líquida das bacias com o corte, principalmente devido à condensação de
neblina na forma de gota dentro da floresta (ABOAL et al 2000).
3.4. MODELOS HIDROLÓGICOS
3.4.1. Geral
Os modelos hidrológicos, que são normalmente matemáticos podem ser classificados
de diversas maneiras, conforme a: distribuição dos parâmetros utilizados (distribuídos), base
física (conceitual), linearidade, número de componentes, determinação do valor, entre outros.
O método racional é um exemplo de modelo simples que foi criado no século XIX. Embora o
método calcule apenas a vazão máxima de uma bacia, ele ainda é o método mais utilizado
para dimensionamento de obras de enchente (LINSLEY, 1986).
Como foi mencionado anteriormente, os modelos podem ser classificados em
concentrados (lumped) e distribuídos. Nos modelos concentrados, as variáveis são
consideradas homogêneas no sistema. Nos modelos distribuídos as variáveis são consideradas
como funções de cada espaço, sendo que os processos hidrológicos ocorrem em diversos
pontos (ou áreas) dentro do sistema. Com avanço da tecnologia, especialmente na área de
geoprocessamento, vários modelos distribuídos vêm sendo propostos, como exemplo pode-se
citar o modelo TOPMODEL (BEVEN, 1997) e TOPOG (O’LOUGHLIN, 1986).
Existe uma maneira de classificar modelos em base física (conceitual) e não-física
(empírica). O modelo empírico corresponde ao modelo de caixa preta (black box), enquanto o
modelo físico, de caixa branca (white Box). Entretanto, HINO (1989) não concorda e faz
críticas a classificação mencionada. Segundo o autor, qualquer modelo simples baseia-se na
física, quando o modelo ajusta-se bem aos processos de chuva-vazão. Sem base física, é
impossível um modelo simular os processos hidrológicos.
O conceito de linearidade também é usado para classificação dos modelos. Os
processos hidrológicos são fortemente não-lineares, e sendo assim, os modelos não lineares
podem ser melhores que os lineares. Entretanto, modelos lineares tais como o método de
hidrograma unitário (SHERMAN, 1932) e o modelo de Stanford (CRAWFOLD e LINSLEY,
1962), também podem realizar bom ajuste com fenômenos hidrológicos monitorados.
O fato de a vazão total possuir vários componentes (vários tipos de escoamentos) é
necessário a separação dos seus componentes em um hidrograma. No caso de modelos unicomponente, por exemplo o método de hidrograma unitário (SHERMAN, 1932), não é
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possível estimar cada um dos componentes da vazão, entretanto, isso é possível utilizando
modelos de multi-componentes, tais como o modelo de tanque (SUGAWARA, 1961 e
SUGAWARA et al., 1983) e o modelo auto-regressivo de separação de filtro (HINO e
HASEBE, 1981, 1984, 1986).
Nas simulações hidrológicas que consideram variáveis como o tempo e espaço, e que
introduz conceitos probabilísticos, são denominados estocásticos (um valor de entrada que
gera valores de saída ao acaso). Nos modelos onde a natureza probabilística não é
considerada, são denominados modelos determinísticos, como um valor de entrada gerando
sempre um mesmo valor de saída (CHOW et al., 1988).
3.4.2. HYCYMODEL
FUKUSHIMA e SUZUKI (1986) e FUKUSHIMA (1988) apresentaram o
HYCYMODEL com base no monitoramento hidrológico de uma pequena bacia hidrográfica
(0,0599 km2) durante 10 anos no Japão. O modelo necessita de nove parâmetros e pode
estimar a evaporação, transpiração, escoamento direto e de base, com intervalo de tempo
diário ou horário. Pelas diversas classificações, o HYCYMODEL pode ser considerado como
determinístico, concentrado, conceitual, de multi-componentes, e não linear.
Através de simulação do modelo HYCYMODEL, FUKUSHIMA (1987) verificou a
influência da floresta sobre a vazão no período de 100 anos e mostrou esquematicamente a
alteração nas taxas de evaporação, transpiração, e escoamentos direto e de base no contexto
de balanço hidrológico.
FUKUSHIMA et al. (1988) fizeram comparação entre valores monitorados e
simulados pelo HYCYMODEL nos processos chuva-vazão em uma bacia de floresta com
área de 0,237 km2 e outra de grama com área de 0,538 km2. Obtendo como resultado um bom
desempenho na simulação, os autores concluíram que a porcentagem do escoamento direto
sobre o escoamento total na bacia contendo grama foi maior. Aplicando o modelo
HYCYMODEL em duas bacias com diferentes geologias com área de 0,7 km2 e 0,0406 km2,
FUKUSHIMA et al. (1989) verificaram efeito da geologia sobre a hidrologia.
FUKUSHIMA et al. (1991) modificou o HYCYMODEL para adaptá-lo na condição
glacial e aplicou a versão modificada em uma bacia na região de Nepal (333 km2), onde foi
possível avaliar o efeito glacial.
KUBOTA et al. (1996) aplicaram o HYCYMODEL para quatro bacias (10,88 km2,
10,6 km2, 10,4 km2, e 90,6 km2) localizadas em áreas vulcânicas no Japão e na Indonésia,
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onde foi possível demonstrar a peculiaridade da região vulcânica. Usando a equação de
PRIESTLY e TAYER (1972), TANAKA et al. (1998) aplicou o HYCYMODEL para três
pequenas bacias chinesas (área média 0,1 km2) e obtiveram como resultado um bom ajuste.
Vários trabalhos vêm mostrando a aplicabilidade do modelo hidrológico para
pequenas bacias aplicadas à diferentes condições climáticas, geológicas e vegetativa.
Recentemente, MA et al. (1999) propuseram e mostraram a aplicabilidade de um modelo
fazendo a combinação entre o modelo SVAT (Soil-Vegetation-Atmosfere-Transfer) criado por
MA et al. (1998), e a versão modificada do HYCYMODEL. Em uma outra modificação, MA
et al. (2000) inseriram o modelo SVAT-HYCYMODEL em um sistema de geoprocessamento
para gerar um novo modelo distribuído para possibilitar a simulação do processo chuva-vazão
em uma grande bacia (2.488.000 km2). Os autores obtiveram como resultado um bom ajuste
do modelo.
ARIYAKANON (2000) reprogramou, com o auxilio do programa FORTRAN90, o
modelo HYCYMODEL com o objetivo de determinar parâmetros de maneira objetiva
(automática), e avaliou influência florestal na hidrologia com método de tendência
paramétrica.
KOBIYAMA & DUARTE (1997) e KOBIYAMA et al. (1999) mostraram um bom
ajuste do HYCYMODEL para processo chuva-vazão de bacia nos estados de Santa Catarina e
Paraná, respectivamente. KOBIYAMA et al. (1996) modificou este modelo, considerando a
evapotranspiração da área de pastagem.
Este modelo consiste basicamente em expressar quantitativamente o ciclo hidrológico,
podendo simular os hidrogramas em função da precipitação ocorrida. Sua estrutura é
composta por tanques que representam dois sistemas: de canal e de encosta. A precipitação é
distribuída para o escoamento total e para a evapotranspiração através de subsistemas
individuais de evaporação e transpiração.
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4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1. ÁREA DE ESTUDO
O presente projeto trata de três bacias hidrográficas localizadas no município de Rio
Negrinho, Estado de Santa Catarina, Brasil (Figura 1). Elas pertencem à Bacia do rio Iguaçu.
O município de Rio Negrinho está situado no Alto Vale do Rio Negro, a aproximadamente
790m de altitude, entre as coordenadas 26º15'16" S e 49º31'06" W. A sua distância com
relação a Florianópolis é de 270km e com relação a Curitiba é de 113km.
Uma das bacias hidrográficas experimentais é caracterizada por Floresta de Araucária
(nativa, Bacia 3) e outras duas (1 e 2) por reflorestamento de Pinus sp. As áreas das bacias 1,
2 e 3 são 29,7 ha, 32,5 ha e 52,5 ha, respectivamente. O corte do pinus da Bacia 1 foi feito em
janeiro de 2004 após um ano de monitoramento (Figura 2) e o replantio feito em seguida. A
área de preservação permanente (APP) da Bacia 1 foi mantida.
Figura 1 Localização (esquemática) das 3 Bacias experimentais no Município de Rio Negrinho, Estado de Santa
Catarina, Brasil.
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Bacia 3
Bacia 2
Bacia 1
Figura 2 Bacia 1 após o corte do pinus e manutenção da APP; à direita Bacia 2 (pinus) e ao fundo Bacia 3
(Floresta Ombrófila Mista).
4.2. CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DAS BACIAS
4.2.1. Levantamento de solos
O solo tem considerável interferência no comportamento da água em bacias
hidrográficas. Além do solo propriamente dito, a existência ou não de cobertura vegetal viva
ou morta sobre sua superfície também influencia no comportamento da água, desde o
primeiro contato da gota de chuva com o solo, até sua infiltração ou escorrimento superficial e
a continuação de seu fluxo, podendo ser superficial, sub-superficial ou subterrâneo. Isso dará
origem ao escoamento de base e escoamento direto, que são importantes componentes do
ciclo hidrológico ao nível de bacias hidrográficas.
Desta maneira, um levantamento detalhado de solos foi realizado em campo. As
análises químicas do solo foram realizadas no Laboratório de Química do Solo no
Departamento de Solos e Engenharia Agrícola - Universidade Federal do Paraná.
14
4.3. ANÁLISE CLIMATOLÓGICA
O clima da região é um fator que influencia o comportamento dos processos que
compõe o ciclo hidrológico. Sendo assim, conhecer mesmo que de maneira simplificada, o
comportamento climático da região onde se situam as bacias hidrográficas experimentais, é
muito importante e útil.
O presente trabalho estimou a evapotranspiração potencial (ETp) com o método de
Thornthwaite, pois este método exige apenas dados de temperatura média mensal do local e a
localização geográfica da estação de coleta destes dados. O método é o seguinte:
Etp=16[10(Ti/I)]a
(1)
onde ETp é a evapotranspiração potencial mensal; Ti é a temperatura média mensal; I é o
Índice da equação; a é o parâmetro da equação. O índice I da equação 1, é calculado pela
seguinte equação:
1, 514
I = Σ12
1 (0, 2 ⋅ Ti )
(2)
O parâmetro “a” da equação 1, é calculado pela equação:
a = 6,75 * 10-7 * I 3 - 7,71 * 10-5 * I 2 + 1,79 * 10-2 * I + 0,49239
(3)
O valor estimado na equação (1) foi corrigido devido à localização (latitude) e também ao
número total dos dias de cada mês.
Depois de estimada a evapotranspiração potencial e de posse dos dados de
precipitação (medidos), por diferença é obtida a vazão estimada, de forma simplificada com a
seguinte equação:
Q = P – ETp
(4)
onde Q é a vazão (mm/mês); P é a precipitação (mm/mês); ETp é a evapotranspiração
potencial mensal corrigida (mm/mês).
Para isso, os dados diários de temperatura obtidos na Estação Meteorológica
localizada na empresa Battistella (26°14'25,5''S e 49°35'7,2''O) no período de 1990 a 1998
foram utilizados para calcular seus valores médios mensais, mínimos e máximos.
Quanto à precipitação, os dados utilizados são do período de 1980 a 1997, vindos da
estação Corredeira, situada no município de Rio Negrinho, (Código: 0264955; Latitude
26º26´00´´; Longitude 49º34´00´´; Altitude 750m) e foram obtidos da Rede Nacional de
Agrometeorologia (RNA) do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento.
15
4.4. MONITORAMENTO NAS BACIAS EXPERIMENTAIS
Uma forma relativamente fácil e de baixo custo para obterem-se dados do processo
chuva-vazão em bacias hidrográficas é medir a chuva (entrada de água) e a vazão superficial
(saída de água). Esta metodologia permite que se tenham dados reais que por sua vez podem
ser utilizados em modelos matemáticos adequados, para que sejam estimados os demais
fatores que influenciam o comportamento hidrológico da bacia.
A chuva foi medida por um pluviômetro (Figura 3) a quinhentos metros das bacias.
Este instrumento possui uma superfície de captação da água da chuva. É feita uma relação
entre o volume coletado e a superfície de captação e obtém-se a precipitação, normalmente
em milímetros por dia.
Figura 3 Pluviômetro próximo as Bacias experimentais
Para medir a vazão em cada bacia experimental, calhas Parshall foram dimensionadas
e instaladas nas mesmas (Figura 4). Os tamanhos das calhas são W = 9´´, 9´´, e 1´ para Bacia
1, 2 e 3, respectivamente. Para calcular a vazão Q [m3/s] com a leitura da altura do nível da
água na calha H [m], utilizou-se:
Q = 0,535 ⋅ H 1,530
para Bacias 1 e 2
(5)
Q = 0,690 ⋅ H 1,522
para Bacia 3
(6)
16
(b)
(a)
(c)
Figura 4. Calhas Parshall instaladas nas bacias experimentais. (a) Bacia 1, (b) Bacia 2 e (c) Bacia 3.
Além disto amostras de água das três bacias foram coletadas em intervalos mensais
para análise dos seguintes parâmetros de qualidade da água: pH, condutividade elétrica (CE),
sólidos totais dissolvidos (STD), turbidez, cor, cloretos e alcalinidade total, no período de
janeiro de 2004 a maio de 2006. Análises de variância foram realizadas para verificar se
existem diferenças significativas entre os valores observados em cada bacia.
4.5. MODELAGEM HIDROLÓGICA
A análise de chuva-vazão foi feita também com modelo matemático HYCYMODEL.
O modelo HYCYMODEL consiste basicamente em expressar quantitativamente o ciclo
hidrológico, podendo simular os hidrogramas em função da precipitação ocorrida. Sua
estrutura é composta por 5 tanques que representam dois sistemas: de canal, e de encosta
(Figura 5). Tanques retangulares implicam em fenômenos lineares e os tanques nãoretangulares, abertos na parte superior, implicam em fenômenos não-lineares.
17
A precipitação R(t) é dividida em precipitação de canal Rc(t), e chuva grossa Rg(t) com
a taxa de área impermeável, ou seja, canal C, onde t é o tempo. O Tanque I representa o
processo de interceptação que é definido a seguir:
Rn(t) = AG⋅Rg(t) - AI
(7)
onde Rn(t) é a chuva líquida e AG e AI são os parâmetros da interceptação. A diferença entre
Rn(t) e Rg(t) é a interceptação Ei(t).
Define-se D16 e D50 como as profundidades efetivas do solo superficial em que as
taxas de área de contribuição ao escoamento subsuperficial são 16% e 50%, respectivamente.
Daí pode-se definir a chuva efetiva Re(t) com o armazenamento do Tanque II, representado
por Su(t). Então assume-se que a desvio padrão é:
σ = log(
D50
)
D16
(8)
A variável ξ é:
 [S (t − 1) + Rn (t )]
log  u

D50


ξ=
σ
(9)
A taxa da área de contribuição m é:
ξ
m=
∫
−∞
 ξ2 
1
exp −  dξ
 2
2π
Finalmente, Re(t) = m⋅Rn(t)
(10)
(11)
18
Precipitação R(t)
Evapotranspiração E(t)
Chuva Grossa Rg(t)
Precipitação de Canais Rc(t)
Evaporação de
Interceptação Ei(t)
Transpiração Et(t)
Chuva Líquida Rn(t)
Chuva Efetiva Re(t)
Evaporação de
Canais Ec(t)
Escoamento
Direto de Canal
Qc(t)
Escoamento
Direto de Rampa
Qh(t)
Escoamento Direto Grosso Qd(t)
Escoamento Total (rio) Q(t)
Figura 5. Fluxograma do HYCYMODEL
O Tanque III é o sistema do escoamento da água subterrânea que calcula o escoamento
de base Qb(t). O Tanque IV representa o sistema do escoamento subsuperficial que calcula o
fluxo em encosta Qh(t). O Tanque V representa o sistema do escoamento em canal que calcula
o escoamento direto de canal Qc(t). Nos Tanques II, III, IV e V, a relação entre o
armazenamento S e a vazão Q é expressa como a função do armazenamento, ou seja:
S = KQP
(12)
onde K e P são parâmetros para a função de armazenamento. Para o Tanque II, III, IV e V, os
parâmetros K e P são definidos como Ku e Pu, Kb e Pb, Kh e Ph, Kc e Pc, respectivamente.
Como os Tanques IV e V formam o escoamento direto, os valores de Ph e Pc são iguais a 0,6.
Como o Tanque II possui o sistema linear, o valor de Pu é igual a 1,0.
A taxa de transpiração é definida como:
19
Et(t) = Delta{Pta + Ptb⋅sen[30º -(I-IG)]}
(13)
onde Delta, Pta, Ptb e IG são parâmetros, e I é o número do mês (1 a 12) correspondendo aos
meses de janeiro a dezembro. A transpiração durante a seca diminui quando o armazenamento
do Tanque II fica menor que Sbc. A vazão crítica para a transpiração Qbc corresponde ao Sbc. A
soma de Ei(t), Et(t) e evaporação do canal Ec(t) é igual a evapotranspiração E(t).
A calibração foi realizada de maneira que possibilitasse fazer uma comparação entre
as vazões calculadas (Qcalc) no modelo, com as vazões medidas (Qobs) em campo. Para isso
dois tipos de índice de erro foram implementados na estrutura do modelo:
n
F1 =
∑
i =1
Qobs − Qcalc
Qobs
n
n
n
∑Q
obs
F2 =
(14)
i =1
− ∑ Qcalc
i =1
n
∑ Qobs
(15)
i =1
Devido a existência de falhas de dados observados, o modelo foi implementado para
não computar estes dias no cálculo de erro. Através dos índices de erro avaliou-se o ajuste do
modelo. O ajuste foi considerado melhor quando os valores de F1 e F2 aproximaram-se de
zero, através da alteração dos parâmetros do modelo individualmente, isto é, análise de
sensibilidade.
Os valores dos parâmetros para iniciar o ajuste (calibração) no presente experimento
foram os mesmos utilizados por FUKUSHIMA (1988).
Por se tratar de pequenas bacias com tempos de concentração muito menores que o
intervalo de medição, optou-se por fazer o ajuste do modelo através do cálculo de erro entre a
vazão de base simulada e a vazão total observada e também através de análise visual. Os
dados de vazão obtidos através da simulação de melhor ajuste foram empregados para
completar as falhas.
Os dados utilizados para esta simulação foram aqueles monitorados diariamente de
precipitação e vazão no período do dia 01 de janeiro de 2003 até o dia 31 de outubro de 2005.
20
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 CLIMA REGIONAL
Os dados de temperatura mínima, média e máxima mensais da região de Rio Negrinho
– SC para o período de 1990 a 1998 são apresentados na Figura 6. Neste período, a
temperatura média anual da região foi de 18,3 ºC, sendo que a média mensal variou de 8,2 a
27,7ºC. A região encontra-se sob influência do clima Cfb (segundo Köppen) - Mesotérmico,
subtropical úmido, com verões frescos, sem estação seca e com geadas severas frequentes. A
temperatura média do mês mais quente é sempre inferior a 23ºC
30
Temperatura (ºC)
25
20
15
Máxima
Média
Mínima
10
5
JAN
FEV
MAR ABR
MAI
JUN
JUL
AGO
SET OUT NOV
DEZ
Mês
Figura 6. Temperaturas mínimas, médias e máximas mensais na região de Rio Negrinho-SC, no período de 1990
a 1998.
Ainda com relação ao clima regional, foram obtidos e analisados os dados de
precipitação média mensal para o período de 1980 a 1997. A precipitação média anual na
região de Rio Negrinho foi de 1.572 (mm/ano). Nos meses de abril e agosto ocorrem menos
chuvas (abaixo de 90 mm/mês). Já no mês de janeiro a precipitação chegou próximo a 200
mm/mês. Estes dados são apresentados juntamente com o comportamento mensal da
evapotranspiração potencial e da vazão estimada (Figura 7).
A evapotranspiração potencial representa em média durante o ano 54,6% da
precipitação, tendo um valor mínimo de 26,8% em julho e um máximo de 87,2% em março, o
restante é vazão, que em média é de 45,4% da precipitação. Porém, do início do mês de maio
21
até o final da primeira quinzena de outubro, a vazão é maior que a evapotranspiração, para o
ETp, Precipitação, Vazão (mm/mês)
restante do ano o comportamento é inverso.
225
ETp
200
Precipitação
175
Vazão Estimada
150
125
100
75
50
25
0
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
Mês
Figura 7. Comportamento mensal da evapotranspiração potencial, precipitação e vazão estimada, para a região
de Rio Negrinho – SC.
5.2. AVALIAÇÕES NAS BACIAS HIDROGRÁFICAS
5.2.1. Solos
Os resultados obtidos com o levantamento de solos realizado nas três bacias
hidrográficas experimentais está colocado separadamente para cada área em termos de área
(ha) e percentual de cada classe de solo na bacia. A classificação está de acordo com o
Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (EMBRAPA, 1999).
A Tabela 1 apresenta as classes de solo que foram encontradas na Bacia 1. Nota-se que
mais de 57% da área é representada pela classe CAMBISSOLO HÁPLICO Distrófico
“Profundo”. O termo “Profundo” não faz parte da simbologia padrão, usada pela EMBRAPA
e foi utilizado aqui apenas para diferenciar uma característica física que foi observada no
campo e que tem grande importância nos processos hidrológicos a nível de solo. Esta área tem
uma capacidade de armazenamento de água maior do que as demais classes encontradas na
Bacia. Outra classe de solo encontrada na área foi o CAMBISSOLO HÁPLICO Distrófico
representa pouco mais de 36% da área da Bacia. Esta classe de solo é a mesma daquela
apresentada anteriormente, porém, apresenta menor profundidade efetiva e conseqüentemente,
menor capacidade de armazenamento de água no perfil. A última classe encontrada foi o
22
GLEISSOLO MELÂNICO Distrófico que se encontra principalmente nas áreas marginais ao
canal de drenagem.
A distribuição espacial das classes de solo encontradas na Bacia 1 estão representadas
na Figura 8. A simbologia apresentada na legenda está descrita na Tabela 1.
Na Tabela 2 estão as informações relativas às classes de solo encontradas na Bacia 2.
Diferentemente da Bacia 1, a principal classe encontrada nesta área foi o NEOSSOLO
REGOLÍTICO Distrófico, que representa quase 50% da área. Como este solo tem pequena
profundidade efetiva, isso pode explicar o fato desta bacia ter um escoamento de base menor.
Ou seja, em períodos de recessão, a vazão desta Bacia 2 é menor do que a apresentada na
Bacia 1, que possui área territorial semelhante. Possivelmente, a vazão de pico (durante ou
logo após o término da chuva) é maior na Bacia 2, já que com a predominância deste solo, sua
capacidade de armazenar a água, é menor.
Outra classe encontrada foi o CAMBISSOLO HÁPLICO Distrófico “Profundo”, que
representa menos de 20% da área da bacia. O CAMBISSOLO HÁPLICO Distrófico (menos
profundo que o anterior) representa quase 30% da área. Nesta bacia também existe o
GLEISSOLO MELÂNICO Distrófico que representa menos de 6 % da área. A distribuição
espacial dos solos da Bacia 2 estão representados na Figura 9.
Na Bacia 3, as classes de solo predominantes são o CAMBISSOLO HÁPLICO
Distrófico e o NEOSSOLO REGOLÍTICO Distrófico. O primeiro representa quase 60% da
área e o segundo aproximadamente 40% (Tabela 3). Em alguns locais o CAMBISSOLO
poderia ser considerado “profundo”, como ocorreu nas Bacias 1 e 2. Porém, como a
topografia da Bacia 3 é mais movimentada, estas áreas de ocorrência são pequenas e isoladas.
Sendo assim, considerou-se apenas as duas classes aqui apresentadas. Outra observação é que
o NEOSSOLO encontrado nesta bacia, em vários pontos é mais profundo do que aquele
encontrado na Bacia 2. Também foram constatadas algumas ocorrências pontuais de
NEOSSOLO LITÓLICO, classe que apresenta características físicas semelhantes ao
NEOSSOLO REGOLÍTICO e por isso foi colocada como uma classe representativa da área.
A distribuição espacial das classes de solo encontradas na Bacia 3 estão dispostas na Figura
10.
Com relação aos solos encontrados nas três bacias hidrográficas experimentais, vale
enfatizar que as classes aqui descritas são aquelas predominantes nas áreas, não foram
discriminadas associações de solos e outras formas de ocorrência, devido a sua pequena
representação. Porém, é bom lembrar que certamente, em menor proporção, ocorrem estas
23
manifestações de solos nas áreas, bem como, outras classes, como é o caso (já citado), do
NEOSSOLO LITÓLICO.
Simbologia
Área (ha)
Percentual (%)
CXvd_P
17,200
57,86
CAMBISSOLO HÁPLICO Distrófico
CXvd
10,784
36,27
GLEISSOLO MELÂNICO Distrófico
GMd
1,744
5,87
-
29,728
100,00
SOLO
CAMBISSOLO HÁPLICO Distrófico “Profundo”
TOTAL
Tabela 1. Solos da Bacia 1.
Figura 8. Mapa de Solos Bacia Experimental 1.
24
Simbologia
Área (ha)
Percentual (%)
CXvd_P
6,060
18,66
CAMBISSOLO HÁPLICO Distrófico
CXvd
8,923
27,47
GLEISSOLO MELÂNICO Distrófico
GMd
1,916
5,90
NEOSSOLO REGOLÍTICO Distrófico
RRd
15,581
47,97
-
32,480
100,00
SOLO
CAMBISSOLO HÁPLICO Distrófico “Profundo”
TOTAL
Tabela 2. Solos da Bacia 2.
Figura 9. Mapa de Solos Bacia Experimental 2.
Simbologia
Área (ha)
Percentual (%)
CAMBISSOLO HÁPLICO Distrófico
CXvd
30,728
58,54
NEOSSOLO REGOLÍTICO Distrófico
RRd
21,763
41,46
-
52,491
100,00
SOLO
TOTAL
Tabela 3. Solos da Bacia 3
25
Figura 10. Mapa de Solos Bacia Experimental 3.
5.2.2. Monitoramento do Processo Chuva – Vazão
As Figuras 11 a 19 mostram os gráficos com a vazão calculada (QC) pelo
HYCYMODEL, vazão observada (QO) e precipitação observada para cada uma das bacias
nos anos de 2003, 2004 e 2005. Os piores ajustes do modelo foram os obtidos para a Bacia 2.
Ela também apresentou a menor vazão média em todos os anos, a segunda foi a da Bacia 1 e a
maior vazão média foi da Bacia 3.
10
9
9
20
20
8
60
80
4
3
100
Vazão (mm)
QC
QO
Precipitação
5
Precipitação (mm)
6
40
7
40
7
QC
QO
Precipitação
6
5
60
80
4
3
Precipitação (mm)
8
Vazão (mm)
0
10
0
100
2
2
120
1
0
140
0
50
100
150
200
250
300
350
120
1
140
0
0
50
100
150
200
250
300
350
Dias
Dias
Figura 11. Gráfico QC, QO e Precipitação na Bacia
Figura 12. Gráfico QC, QO e Precipitação na Bacia 1,
1, ano de 2003.
ano de 2004.
26
0
10
0
10
9
9
20
20
8
40
60
5
80
4
3
40
7
Vazão (mm)
QC
QO
Precipitação
6
Precipitação (mm)
Vazão (mm)
7
6
60
QC
QO
Precipitação
5
4
80
3
100
Precipitação (mm)
8
100
2
2
120
120
1
1
0
50
100
150
Dias
200
250
140
0
140
0
0
300
50
100
150
200
250
300
350
Dias
Figura 13. Gráfico QC, QO e Precipitação na Bacia
Figura 14. Gráfico QC, QO e Precipitação na Bacia 2, ano
1, ano de 2005.
de 2003.
0
10
0
10
9
9
20
20
8
8
80
4
3
Vazão (mm)
60
QC
QO
Precipitação
5
40
7
Precipitação (mm)
Vazão (mm)
6
6
60
QC
QO
Precipitação
5
80
4
3
100
2
Precipitação (mm)
40
7
100
2
120
120
1
1
140
0
0
50
100
150
200
250
300
140
0
350
0
50
100
150
Dias
Dias
200
250
300
Figura 15. Gráfico QC, QO e Precipitação na Bacia
Figura 16. Gráfico QC, QO e Precipitação na Bacia 2, ano
2, ano de 2004.
de 2005.
10
0
10
0
9
9
20
20
8
60
80
4
3
100
Vazão (mm)
5
Precipitação (mm)
Vazão (mm)
QC
QO
Precipitação
6
40
7
40
7
QC
QO
Precipitação
6
5
60
80
4
3
Precipitação (mm)
8
100
2
2
120
1
0
140
0
50
100
150
200
250
300
350
120
1
140
0
0
Figura 17. Gráfico QC, QO e Precipitação na Bacia
3, ano de 2003.
50
100
150
200
250
300
350
Dias
Dias
Figura 18. Gráfico QC, QO e Precipitação na Bacia 3, ano
de 2004.
27
10
0
9
20
8
Vazão (mm)
QC
QO
Precipitação
6
60
5
80
4
3
Precipitação (mm)
40
7
100
2
120
1
0
140
0
50
100
150
Dias
200
250
300
Figura 19. Gráfico QC, QO e Precipitação na Bacia 3, ano de 2005.
A porcentagem correspondente da vazão sobre a precipitação total (Q/P) das bacias foi
calculada com base no balanço hídrico para cada estação ao longo dos anos (Figura 20). Este
cálculo mostrou um aumento de 270% da vazão da Bacia 1 em relação a Bacia 3 após o corte
do talhão (janeiro de 2004). O aumento significativo aconteceu no outono de 2004, ou seja,
uma estação após o corte. Isso pode ser um indício de que existe um tempo necessário para a
estabilização da vazão, ela não é recuperada imediatamente.
80%
70%
60%
50%
Q/P
Bacia 1
40%
Bacia 2
Bacia 3
30%
20%
10%
0%
ver
out
inv
pri
ver
out
inv
pri
ver
out
inv
2003 2003 2003 2003 2004 2004 2004 2004 2005 2005 2005
Figura 20 Vazão sobre Precipitação (Q/P) obtido através de balanço hídrico sazonal.
5.2.3 Monitoramento mensal da qualidade da água
As médias e coeficientes de variação das séries analisadas dos parâmetros (pH, CE,
STD, turbidez, cor, cloretos e alcalinidade total) e os grupos homogêneos encontrados através
de análise de variância estão na Tabela 5. O pH da Bacia 1 foi o que apresentou menor valor.
28
As séries das outras duas bacias não apresentaram diferença significativa entre elas. O corte
da floresta pode ter afetado o pH da Bacia 1.
Os valores de CE e de STD da Bacia 2 foram os maiores, seguidos da Bacia 1 e 3
respectivamente. Todas as séries apresentaram diferenças significativas entre si. Esses valores
podem indicar que há maior perda de sais e sedimentos na Bacia 2 o que se esperaria que
acontecesse na Bacia 1 que foi cortada. Pode ser que o maior percentual de solo raso da Bacia
2 esteja ligado a esse fato.
Os valores de cloretos medidos tanto quanto os de turbidez não apresentaram
diferenças significativas para as 3 bacias experimentais.
A manutenção da área de preservação permanente ou a maior profundidade do solo
pode estar relacionado com o menor valor de cor da Bacia 1. Não houve diferença
significativa entre as Bacias 2 e 3.
O maior valor de alcalinidade total média foi o da Bacia 2 seguida da 3 e 1
respectivamente. A análise de variância mostrou homogeneidade entre as Bacias 1 e 3 e entre
as Bacias 3 e 2.
pH
CE (µS/cm)
STD (mg/L)
Turbidez (FAU)
Cor (PtCO)
Cloretos (mg/L)
Alcalinidade Total (mg/L)
Média CV (%) Grupo Média CV (%) Grupo Média CV (%) Grupo Média CV (%) Grupo Média CV (%) Grupo Média CV (%) Grupo Média CV (%) Grupo
Bacia 1
5.5 10.5 A
37.7 26.1 A
17.8 26.3 A
2.8 137.8 A
15.0 93.8 A
7.1 62.3 A
19.6 27.4 A
Bacia 2
5.8 10.9 B
45.4 18.4 B
21.4 18.6 B
5.3 119.0 A
39.0 114.0 B
9.2 71.2 A
24.8 29.7 B
Bacia 3
6.1
8.4 B
23.4 19.9 C
11.0 19.5 C
5.7 170.2 A
34.2 133.2 B
7.0 68.3 A
22.1 31.0 A, B
Tabela 5. Médias, coeficientes de variação (CV) e grupos homogêneos dos parâmetros de qualidade da água
analisados das bacias
6. COCLUSÃO
Com objetivo de avaliar influências hidrológicas da Floresta Ombrofila Mista e do
reflorestamento de pinus na região serrana sul brasileira, o presente trabalho realizou
monitoramento e modelagem hidrológica em três bacias representativas experimentais no
município de Rio Negrinho, Estado de Santa Catarina, Brasil.
Os resultados da análise climatológica mostraram que a temperatura média anual na
região é de 18,3 ºC e a precipitação média anual é de 1.572 mm/ano. A ETP anual e a vazão
são 54,6% e 45,4% da precipitação anual, respectivametne.
As principais classes de solo encontradas nas três bacias foram CAMBISSOLO
HÁPLICO Distrófico “Profundo”, CAMBISSOLO HÁPLICO Distrófico, GLEISSOLO
MELÂNICO Distrófico e NEOSSOLO REGOLÍTICO Distrófico.
A vazão média da Bacia 3 foi a maior de todas, vindo em seguida a da Bacia 1 e 2.
Com o corte do talhão da Bacia 1 houve um aumento significativo da vazão. Este aumento foi
29
gradual e demorou aproximadamente três meses. Análises de variância demonstraram poucas
diferenças significativas com relação à qualidade da água entre as Bacias. O maior percentual
de solo raso da Bacia 2 pode estar relacionado com os maiores valores de STD e CE
encontrados.
Os dados gerados com o presente trabalho, por tratarem de bacias hidrográficas
representativas dos diferentes usos de solo da região norte de Santa Catarina, podem ser
bastante úteis para o estado. Além de auxiliar na tomada de decisão regional, essas bacias
experimentais poderão ser utilizadas em cursos de capacitação de profissionais atuantes na
área ambiental e na área de educação despertando-os para a necessidade de proteção dos
recursos hídricos na nossa sociedade. Assim sendo, elas tornariam-se bacias escola. Portanto,
o presente trabalho pode servir como modelo piloto para o estado.
30
7. REFERÊCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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