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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
DIRETORIA DE PESQUISA
PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA – PIBIC:
CNPq
RELATÓRIO TÉCNICO
MODELO: ARTIGO CIENTÍFICO
Período: AGOSTO 2014 a JULHO 2015
( x ) FINAL
IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO
Projeto: MODELAGEM EXPERIMENTAL DA PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS DE
PEQUENAS BACIAS HIDROGRÁFICAS DA AMAZÔNIA
Nome do Orientador: Claudio José Cavalcante Blanco
Titulação do Orientador: Doutor
Faculdade: Engenharia Sanitária e Ambiental
Instituto: Tecnologia – ITEC
Laboratório: Engenharia Sanitária e Ambiental - LAESA
Título do Plano de Trabalho: ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA
EROSIVIDADE DAS CHUVAS NO ESTADO DO PARÁ
Nome da Bolsista: Adayana Maria Queiroz de Melo
Tipo de Bolsa: ( x ) PIBIC/CNPq
Belém – PA
2015
ACEITE DE ARTIGO:
ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA EROSIVIDADE
DAS CHUVAS NO ESTADO DO PARÁ
1
Adayana Maria Queiroz de Melo , Claudio José Cavalcante Blanco
2
1
Universidade Federal do Pará (UFPA), Faculdade de Engenharia Sanitária e Ambiental, e-mail:
[email protected]; 2Universidade Federal do Pará (UFPA), Programa de Pós-Graduação
em Engenharia Civil, e-mail: [email protected]
Palavras-chave: Equação Universal de Perda de Solo (USLE); Erosividade das Chuvas; Mapas Isoerosivos, Amazônia.
1. Introdução
Entre os diversos fatores ligados à erosão do solo, a
erosividade das chuvas é um dos mais importantes. Esta
grandeza é medida através de índices, tais como o índice de
erosividade EI30 (Wishmeier & Smith, 1965), visto por
diversos pesquisadores como a medida mais satisfatória para
o cálculo do fator “R” da Equação Universal de Perda de
Solo (Universal Soil Loss Equation - USLE) devido à
significativa correlação que este índice apresenta com as
perdas de solo (Silva et al., 1997).
Para a determinação da erosividade das chuvas, são
necessários longos registros de dados de chuvas (20 a 30
anos). Em diversas regiões esses dados são escassos ou
inexistentes. Por conta disso, muitos autores têm estudado e
encontrado boas relações entre equações lineares ou
exponenciais, utilizando também dados pluviométricos
mensais e anuais de séries menores (De Oliveira, 1988;
Leprun, 1981; Rufino et al., 1993).
Desta maneira, este trabalho pretende analisar a
distribuição espacial da erosividade das chuvas no estado do
Pará, determinando assim o fator energético da chuva (R)
para todo o estado e separando-o em regiões isoerosivas.
Para isso, serão avaliadas as chuvas de estações
pluviométricas do Pará, provenientes do banco de dados da
Agência Nacional de Águas (ANA).
Para a estimativa da erosividade de cada uma das
regiões, serão utilizadas equações da literatura baseadas no
Índice de Fournier Modificado, modelos lineares ou
exponenciais. Na ausência de dados pluviométricos será feita
interpolação através de softwares do tipo SIG, utilizando
observações dentro dessa superfície e nas suas vizinhanças.
Sistema de Informações Hidrológicas-HidroWeb e do
software Hidro1.2.1. Foram analisadas todas as estações
pluviométricas do estado disponíveis nesse sistema, com o
objetivo de encontrar séries históricas sem falhas de 11 anos,
referentes aos anos de 2000 a 2010. Foram selecionadas ao
todo 110 estações pluviométricas do Pará, entretanto ao
longo do trabalho foram descartadas 3 estações
convencionais devido ao grande número de falhas nos
registros das mesmas.
Para a realização da interpolação dos dados
pluviométricos, foram selecionadas estações de apoio ao
redor do estado, 31 no total, com o objetivo de melhor
estimar a erosividade em “espaços vazios”, ou seja, áreas em
que não há estações pluviométricas com dados suficientes
para que seja feito o estudo. No mapa da Figura 1, é possível
observar a localização e a distribuição dessas estações
pluviométricas no estado do Pará.
2. Material e Métodos
2.1 Coleta e Análise de dados
Os dados de chuva foram obtidos no site da Agência
Nacional de Águas (ANA) através do banco de dados do
Figura 1: Mapa das Estações Pluviométricas.
2.2 Equações para o Cálculo do Fator R
2.2.1 Universal Soil Loss Equation
modelos mais utilizados para determinação do fator R.
Cc = M²x/P
Wischmeier & Smith (1965) explicaram que a USLE foi
criada para orientar na seleção de práticas de conservação
para locais específicos, visando estimar a possível redução
das perdas do solo se essas práticas fossem adotadas. Os
autores definiram a seguinte equação para a estimativa de
perda de solo por erosão laminar:
A=RxKxLxSxCxP
(1)
Em que: “A” é a perda de solo, em ton/ha.ano; “R” é o fator
Erosividade da chuva, em MJ.mm/(ha.h); “K” é o fator
erodibilidade do solo, em t.h/(MJ.mm), “L” é o fator
comprimento de rampa (-); “S” é o fator declividade,
baseado em % de declividade; “C” é o fator uso e manejo do
solo (-) e “P” é o fator de práticas conservacionistas(-).
Determina-se a energia cinética unitária para cada
intervalo de chuva de acordo com a Equação 2 (Wischmeier
& Smith, 1965).
EC = 0,119 + 0,0873 logi
(5)
Onde: “Cc” é o índice de Fournier Modificado; “M” é o
valor de precipitação média mensal, em mm, para o mês “x”
e “P” é o valor da precipitação média anual, em mm.
Segundo Lombardi Neto (2000) é possível determinar a
erosividade da chuva utilizando séries históricas de pelo
menos 10 anos. Mannaerts e Gabriels (2000) estudaram a
erosividade das chuvas das ilhas de Cabo Verde utilizando
uma série histórica de 7 anos.
Muitos autores brasileiros obtiveram boas relações entre
equações lineares e exponenciais e dados pluviométricos (De
Oliveira, 1988; Leprun, 1981; Rufino et al., 1993).
Silva (2004) apresentou um mapa do Brasil (Figura 2),
mostrando equações para cálculo do fator R abrangendo as
diversas regiões do país. Pode-se observar que o Estado do
Pará localiza-se em uma região de fronteira entre as áreas 1,
2, 3 e 4.
(2)
Em que: “EC” é a energia cinética unitária (MJ ha -1 mm-1) e
“i” é a intensidade (mm h-1) do intervalo de chuva. O valor
obtido na equação é multiplicado pela quantidade de chuva,
ou lâmina d’água, h, em mm, no respectivo intervalo
uniforme para expressar a energia cinética total nesse
intervalo, em MJ ha-1:
ECt = EC x h
(3)
Somando-se a energia cinética de todos os intervalos
uniformes de chuva, obtêm-se a energia cinética total da
chuva (ECt). A Erosividade da chuva é dada pelo índice EI30,
pela seguinte expressão:
EI30 = ECt x I30
(4)
Em que: “EI30” é o índice de erosividade da chuva
individual, em MJ mm ha-1 h-1; “I30” é a intensidade máxima
da chuva em um período contínuo de 30min, em mm h-1, ou
seja, a quantidade máxima de chuva em 30minutos
multiplicada por 2.
Somando-se os índices EI30 de todas as chuvas erosivas
de cada mês, obtêm-se a erosividade mensal das chuvas em
todos os meses da série analisada. Somando-se os índices
EI30 mensais de cada ano, obtêm-se a erosividade anual das
chuvas de todos os anos da série analisada. Desta maneira,
fazendo-se a média da erosividade anual das chuvas no
período obtém-se o valor do “R” da USLE.
2.2.2
Índice de Fournier Modificado
O método original para o cálculo do fator R de
Wischmeier & Smith (1965) requer dados de longas séries
históricas, de pelo menos 20 a 30 anos. Em diversas regiões
esses dados são escassos ou inexistentes. Por conta disso,
muitos pesquisadores fazem uso de dados médios mensais e
anuais de precipitação, com o objetivo de obter equações
com boas correlações (Bertoni e Lombardi Neto, 1990;
Renard e Freimund, 1994). O Índice de Fournier Modificado
(Equação 5) é um exemplo dessas equações e um dos
Figura 2: Equações para o Fator R distribuídas no mapa
brasileiro.
2.2.3
Cálculo de Erosividade da Chuva
Dados pluviométricos foram obtidos de 137 estações
pluviométricas, não só do estado do Pará, mas, também dos
estados do Amapá, Amazonas, Mato Grosso, Tocantins e
Maranhão (Figura 1). As equações utilizadas para
determinação da erosividade mensal e anual da chuva foram
obtidas pela literatura de acordo com a localização das
estações (Figura 2).
Após a aplicação dessas equações de acordo com a
localização geográfica de cada estação pluviométrica,
chegou-se aos valores mensais de erosividade da chuva para
cada área, além dos valores de erosividade e precipitação
anual da série estudada. Após isso, foram gerados mapas de
linhas erosivas, ou mapas isoerosivos, no Software ArcGIS
10.1. A interpolação no ArcGIS foi possível através do
ArcToolbox, na qual há uma ferramenta do Spatial Analyst
Tools chamada Interpolation, nela estão disponíveis vários
métodos para interpolação que variam de acordo com as
variáveis de estudo, nesse caso a função que obteve o melhor
resultado foi a chamada IDW.
3. Resultados e Discussão
As Figuras 3 e 4 são importantes para a comparação
entre a distribuição espacial da precipitação média anual e a
distribuição geográfica da erosividade anual das chuvas da
série em estudo (2000-2010).
De acordo com o mapa, a erosividade da chuva variou de
775 a 28028 MJ mm ha-1 h-1 ano-1. A região sudoeste do
Pará, é a região com os menores valores de erosividade,
enquanto que os maiores valores encontram-se na região
Nordeste do estado.
Os valores da precipitação média anual variaram de
1195 a 3652 mm ano-1. Feita uma análise de regressão entre
os dados pluviométricos e os de erosividade anual das
chuvas, chegou-se a um alto valor de coeficiente de
correlação r² = 0,92, sugerindo que os a distribuição
geográfica da erosividade das chuvas está intimamente
relacionada com os valores de precipitação média anual.
período de 2000 a 2010 no Estado do Pará.
- As áreas com os menores valores situam-se na região
Sudoeste, enquanto que os maiores valores de erosividade
encontram-se na região Nordeste do estado.
- A maior parte da área de estudo foi classificada como
área de erosividade de chuvas muito fortes (70%). Os mapas
demonstraram como a precipitação pode influenciar na
erosão do solo, podendo ser um instrumento importante de
informação para o desenvolvimento de tecnologias de
prevenção de erosão no estado do Pará.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao Conselho Nacional de
Desenvolvimento Científico e Tecnológico-CNPq pelo apoio
recebido.
Referências Bibliográficas
BERTONI, J., LOMBARDI NETO, F., 1990. Conservação
do Solo. Ícone Editora, São Paulo, Brazil 355 pp.
DE OLIVEIRA JR., R.C., 1988. A erosividade das chuvas
na parte leste do Pará. Dissertação de mestrado. Faculdade
de Ciências Agrárias do Pará, Belém, Pará, Brazil.
HIDROWEB. Sistema de Informações Hidrológicas.
Disponível em: <http://hidroweb.ana.gov.br/>. Acesso de
Agosto a Dezembro de 2014.
LEPRUN, J.C., 1981. A erosão, a conservação e o manejo
do solo no Nordeste Brasileiro. Recife: Ministério do
Interior. SUDENE, Brasil.
LOMBARDI NETO, F., 2000. Pesquisador do ‘‘Instituto
Agronômico
de
Campinas’’.
E-mail:
[email protected] (personal communication).
Figura 3: Isoietas de Precipitação Média Anual (em mm
ano-1) do Pará
LOMBARDI NETO, F., MOLDENHAUER, W.C., 1992.
Erosividade da chuva: sua distribuição e relação com
perdas de solo em Campinas, SP. Bragantia 51, 189– 196.
MANNAERTS, C.M., GABRIELS, D., 2000. Rainfall
erosivity in Cape Verde. Soil Tillage Res. 55, 207–212.
RENARD, K.G.; FREIMUND, J.R., 1994.Using monthly
precipitation data to estimate the R-factor in the revised
USLE. Journal of Hydrology 157, 287-306.
RUFINO, R.L., BISCAIA, R.C.M., HERTEN, G.H., 1993.
Determinação do potencial erosivo da chuva do estado
do Paraná. Rev. Bras. Ciênc. Solo 17, 439– 444.
SILVA, A. M., 2004.Rainfall erosivity map for Brazil.
Catena, v.57, p.251-259.
Figura 4: Isoerosividade Anual Média (em Mj mm ha-1 h1
ano-1) das chuvas no Pará
4.
Considerações Finais
Segundo o Mapa Isoerosivo, a erosividade da chuva
(Fator R) variou de 775 a 28028 MJ mm ha-1 h-1 ano-1 no
SILVA, M.L.N.; FREITAS, P.L.; BLANCANEAUX, P.;
CURI, N., 1997. Índices de Erosividade das chuvas da
região de Goiânia – GO. Revista Brasileira de Ciência do
Solo 32, 275 – 89.
WISCHMEIER, W.H; SMITH, D.D, 1965. Predicting
Rainfall-Erosion Losses from Gopland East of the Rocky
Mountains. Agricultural Handbook 282, 47.
DIFICULDADES
Foram encontradas, mas sanadas.
PARECER DO ORIENTADOR
A discente sempre demonstrou muita capacidade
para a execução de seu plano de trabalho,
considero-a como uma das melhores bolsistas
PIBIC que orientei.
DATA: 17/08/2014
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ASSINATURA DO ORIENTADOR
____________________________________________
ASSINATURA DA ALUNA