Aula 9_2013 Erosão

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS
Helba Araújo de Queiroz Palácio 
EROSÃO DO SOLO
Considerações Iniciais
Recursos naturais de caráter renovável
Desequilíbrio na natureza provocado pelos agricultores: ignorância e/ou econômica
A ciência prosperando na agricultura
Breve histórico
Mesopotâmia: irrigação nos rios Tigre e Eufrates: enchentes, declínio da agricultura e mudança dos cursos
Grécia: reflorestamento dos morros e agricultura nos vales, pousio
No Peru os Incas desenvolveram terraceamentos
O império Maia destruiu suas pela erosão e sedimentação
Importância
Áreas agrícolas
Sedimento
Assoreamento e qualidade de água
Erosão geológica e a induzida pelo homem
Solo
O solo é formado a partir de rochas, que com ajuda do clima e de microrganismos se transforma num material solto e macio.
Solo
É composto de ar, água, matéria orgânica e mineral.
Rocha
Solo jovem
Solo profundo
Granulometria
Classe de Tamanho
ComposiçãoMineralógica
Diâmetro
(mm)
A.S.E.
(m2g-1)
Areia Grossa
Quartzo
2,0-0,2
0,01
Areia Fina
Quartzo
0,2–0,05
0,1
Silte
Minerais 1º
0,05-0,002
1
Argila
Minerais 2º
< 0,002
5-800*
Processo erosivo
Erosão do solo é o processo de dispersão e transporte da superfície do solo pela ação da água e do vento
As partículas do solo são desagregadas através da:
energia liberada pela gota de chuva ao atingir o solo
turbulência do escoamento superficial
turbulência do vento
O processo de erosão em termos físicos ocorre com gasto de energia:
energia cinética das gotas da chuva
momento das ondas do fluxo turbulento do escoamento superficial e do vento
Erosão eólica
Ação do vento na superfície do solo
Processo de longa atuação (lento) e romoção gradual
Turbulência desloca pequenas partículas em movimentos ascendentes e descendentes
O vento move partículas através de saltos (maior diâmetro) e em suspensão (argila e silte)
Erosão eólica
A energia aplicada ao solo pelo “salto” desloca outras partículas (satitar)
Partículas maiores são movidas próximo ao solo
A força erosiva do vento cresce exponencialmente com a velocidade
Ventos com V < 19 km h-1 a 1 m de altura não pronovem deslocamento de partículas
Como regra básica
Bacias com P > 400 mm ano-1 e cobertura vegetal natural, a erosão eólica é mínima
Bacias com solo exposto a erosão é excessiva, mesmo com P > 800 mm ano-1 
Erosão hídrica
Dispersão e deslocamento de partículas proporcionados pela gota de chuva e pelo escoamento superficial
Fatores de dispersão das partículas do solo
Chuva
Fluxo da água
O homem e os animais
Fatores erosivos
Erodibilidade do solo
Mineralogia
Agregados
Cobertura vegetal
Chuva
Dispersão das partículas pela gota de chuva
A gota de chuva é o primeiro agente erosivo
A energia liberada na superfície do solo durante uma chuva de alta intensidade é suficiente para gerar a dispersão de mais de 200 t ha-1 em um solo nu (BROOKS et al., 1992)
Resultado da gota de chuva na superfície
Deterioração da estrutura do solo pela quebra dos agregados
Salpico das partículas finas tendem a fechar e impermeabilizar a superfície do solo aumentado o escoamento superficial
Partículas individuais podem ser salpicadas a altura superior a 0,5 m e distância de 1,5 m 
Energia cinética disponível depende
Da massa (altura) d’água
Velocidade do escoamento superficial
Turbulência do movimento da água
Rugosidade da superfície 
Formas da erosão
Laminar
Em sulcos
Voçoroca
Fatores que afetam o transporte das partículas de solo
Maior concentração de água nos sulcos e pequenos canais
Aumento da velocidade da massa em suspensão
Aumento da intensidade de turbulência do fluxo
Profundidade do escoamento superficial
- se pequena: asgotas da chuva passam a ter uma maior ação na turbulência do fluxo
- Se grande: a massa d’água gera um aumento na velocidade de turbulência
Fatores que afetam o transporte das partículas de solo
Ação abrasiva do sedimento em transporte aumenta a força erosiva do escoamento superficial
Chuva de alta intensidade
Áreas declivosas aumentam a velocidade do fluxo
Comprimento a rampa pode canalizar o escoamento e gerar voçoroca 
Previsão da erosão
É a técnica mais comum para estimar o volume de solo perdido nas partes altas da bacia
É um modelo estatístico que foi desenvolvido em 1965 (Wischmeier e Smith) para as regiões americanas 
Equação Universal de Perdas de Solos
A= R K L S VM
A - solo erodido (sulcos e laminar) ton/ ha ano
R – Erosividade da chuva (MJ mm/ha h ano)
K – Erodibilidade do solo cultivado em sulcos de 22 m de comprimento e declividade de 9% (ton ha h/ha MJ mm)
L – Índice de comprimento da declividade. Expressa a taxa de solo perdido em um campo com comprimento de 22 m
S – Índice de declividade. Expressa taxa de solo perdido em um campo com gradiente de 9% de declividade
VM – Índice de vegetação (tabela 7.4 BROOKS et al., 1992) 
Vantagens
Simples de usar
Gera uma estimativa correta
É a única disponível
Desvantagens
Empírica, baseada em dados coletados de fazendas na região central dos USA
Usa um gradiente uniforme
Estima erosões para pequenas áreas
O fator K é considerado constante
Erosividade da chuva
EC = 0,119 + 0,0873Log I 
Em que: 
EC - energia cinética da chuva, em MJ ha-1 mm-1, 
I - intensidade da chuva, em mm h-1.
EI30 = EC * I30
Erodibilidade do solo
Com base na análise do solo
Faz uso de nomograma
Ex: Silte + areia fina = 28,5%
 Areia = 5%
 M O = 2,8%
 Estrutura = 2
 Permeabilidade = 4
Índice de comprimento da rampa
L = (l/22)m
m = senθ/ (senθ + 0,269 (senθ)0,8 +0,05)
s = declividade em %
Θ (graus) = tan-1(s/100)
Índice de declividade
 
 S = 16,8 sen θ – 0,50
Índice de vegetação
Controle de erosão
É feito através de ações que:
Protejam a superfície do solo contra a energia do impacto da chuva
Aumentem a rugosidade da superfície
Aumentem a tortuosidade do caminho percorrido pelas águas
Reduzam a energia da chuva e do escoamento superficial
Sinais do processo de erosão
Raizes expostas
Sinais do processo de erosão
Deposição de sedimentos nas áreas de topografia suave
Sinais do processo de erosão
Formação de sulcos e voçorocas
Sinais do processo de erosão
Patamares nas gramíneas
Sinais do processo de erosão
Redução da cobertura orgânica
Monitoramento do processo de erosão
Levantamento de deposição em resrvatórios
Imagens de satélites na delimitação de áreas afetadas por voçorocas
Controle da % de cobertura vegetal através do controle remoto
Uso de GIS para simulação de condições futuras
Técnicas de conservação e controle de erosão
A erosão pode ser controlada por práticas vegetativas e não vegetativas
Vegetativas
1. Replantio
Reduz o impacto da chuva
Aumenta a rugosidade do solo
Reduz a velocidade do escoamento superficial
Aumenta a taxa de infiltração
As raízes reduzem a erodibilidade do solo
Controle de densidade de animais por área 
O sucesso o replantio requer:
Solo e precipitação adequadas para fornecer uma probabilidade de sucesso
Espécies devem ser usadas
No plantio o solo deve apresentar umidade adequada à germinação
O replantio deve ser protegido do pisoteio até que as plantas estejam estabelecidas
Em regiões áridas é necessário pelo menos 3 estações de crescimento
2. Pastagem
Adequada para áreas onde as culturas proporcionam baixo rendimento e podem ocasionar erosão
Fornecem proteção ao solo
Peso de gado compatível com a capacidade
Evitar fogo, ressemeio periódico, fertilização e correção do solo, pastejo rotacionado
4. Culturas em faixas
- Culturas em faixas de larguras variadas que alternem anualmente culturas que fornecem pouca proteção ao solo com outras de desenvolvimento mais denso
Faixas em curva de nível e podem ter culturas alternadas ou uma mesma cultura plantada em época
diferente
A largura das faixas dependerá do tipo de solo, declividade cultura e sistemas de cultivo
Emprega-se o mesmo espaçãmento dos terraços
5 – Cordões de vegetação permante
- Fileiras de plantas perenes e de crescimento denso dispostas com determinado espaçamento horizontal e em contorno
Provoca a deposição de sedimentos transportados e facilita a infiltração da água
Gradualmente são formados terraços
Podem ser aplicados com relativa segurança em declividade de até 60% (MARQUES, 1950) 
3. Plantas de cobertura
Manter o solo coberto durante o período chuvoso
Proteção do solo contra a erosão hídrica
Proteção da matéria orgânica do solo contra os raios solares
O ideal são plantas para adubação verde
Em culturas perenes são usadas para completar as aberturas deixadas pelas copas
Espaçamento e dimensões de terraços
6. Alternância de capinas
Capinas alternadas entre uma ou duas ruas em épocas a diferentes
A terra perdida pelas ruas de cima será retida pela rua não capinada
Será tanto mais eficiente quanto menor for a distância entre as curvas de nível
7. Ceifa do mato
Corte das ervas daninhas entre as culturas perenes (pomar, café, cacau) a uma pequena altura
O sistema radicular que fica intacto e os resto das ervas aumentam a eficiência na proteção contra as chuvas
Pode ser feito também com herbicidas, embora seja menos eficiente contra erosão
8. Mulch
Protege o solo do impacto da chuva
Promove infiltração
Conserva água
Melhora a estrutura do solo
Efeito do manejo dos restos da cultura do milho sobre as perdas por erosão
9. Faixas de bordadura e quebraventos
Faixas de bordadura formadas plantas de porte baixo para conter enxurradas, largura de 3 a 5 m e também servem de espaço para manejo das máquinas.
Quebra ventos colocado contra a direção predominante do vento e são compostas por árvores de porte alto.
Não Vegetativas
O propósito é reduzir o escoamento superficial e perdas de solo pela retenção da água no local, até que a cobertura vegetal tenha se restabelecido
Devido a seu alto custo, a aplicação de algumas práticas não vegetativas devem ser analisadas criteriosamente antes de sua implantação
Os tratamentos mais comuns
Controle do fogo
Adubação química
Adubação orgânica
Calagem
Práticas de caráter mecânico
O tipo de prática a ser adotado depende
Potencial de escoamento superficial
Q – Enxurrada em m3/s
C – coeficiente de escoamento
I – intensidade máxima da chuva em mm/h
A – área em ha
Coeficiente de enxurrada para diferentes condições de topografia e cultura vegetal
Plantio em contorno – fileiras de culturas perpendiculares à linha de maior declividade
Terraceamento – combinação de camalhão e canal construído em corte da maior linha de declive
Depende das características do solo
 da declividade do terreno
Limite de comprimento de rampa e declividade para plantio em contorno
Sulco ou voçoroca
A voçoroca se desenvolve quando:
Aumenta o escoamento superficial
Concentração do escoamento superficial
Mudanças no gradiente de declividade
Remoção da vegetação, principalmente com declividade acentuada
Classificação das voçoroca
Ramificada
inicia-se em um canal primário na parte baixa e ramifica-se na parte alta
Um sistema de canais com diversas ramificações
Apresenta aproximadamente a mesma profundidade
Individual
Encontrada nas partes altas desprovidas de vegetação
Ocorre em presença de desnível
A profundidade cresce rapidamente em direção a parte alta
A exploração do solo de forma indiscriminada, inclusive em áreas que deveriam ser protegidas, compromete seriamente a sustentabilidade da produção agrícola
A utilização simultânea do fogo e de máquinas agrícolas ao longo das voçorocas, reduzem a fertilidade natural do solo e aumentam sua suscetibilidade à erosão
A expressão máxima da erosão hídrica do solo ocorre com as voçorocas... 
Rachadura localizada na borda da voçoroca, indicando aumento da sua atividade. 
Rachadura em estágio avançado, na iminência do desabamento. 
A degradação do solo pode atingir níveis irrecuperáveis. 
A área comprometida dificilmente se recupera, tendo poucas alternativas de uso. 
O lixo contribui para a disseminação de doenças e poluição do solo.
A revegetação da voçoroca é uma tentativa de estabilizá-la, além do reflorestamento na sua borda, reduzindo o deslocamento de água para seu leito.
O processo de revegetação da voçoroca ocorre lentamente.
A ocupação pela vegetação inicia-se com o crescimento de pteridófitas (samambaias).
A retomada do processo erosivo reduz as chances de revegetação.
Controle de voçorocas
Barragem
Desenvolve uma nova base do canal com gradiente mais suave
Armazena água
Estabiliza a declividade do canal
Reduz a erosão das margens do canal
Promove o reflorestamento
Etapas
Colocar pedras sotas no ponto mais distante da voçoroca
A primeira barragem deve ser construída na saída da voçoroca
O espaçamento entre duas barragens depende da declividade do leito da voçoroca
Sangradouro deve suportar uma determinada carga
Ancoramento nas laterais e no leito
Dissipador de energia na parte externa da barragem
Redutor de energia
Largura do sangradouro menor que o leito da voçoroca
S = He/K G cos θ
S – espaçamento entre barragens (m)
He – altura efetiva da barragem 
Θ – ângulo de declividade do leito da voçoroca (em graus)
G – declividade da voçoroca (G = tang θ)
K – constante relacionada com o ângulo da voçoroca 
H= (Qp/Cf x L)0,667
H – altura da lâmina d’água acima do sangradouro (m)
Qp – pico de descarga (m3/s)
Cf – coeficiente do sangradouro (1,65)
L – largura efetiva do sangradouro (m)
S = He/K G cos θ
S – espaçamento entre barragens (m)
He – altura efetiva da barragem 
Θ – ângulo de declividade do leito da voçoroca (em graus)
G – declividade da voçoroca (G = tang θ)
K – constante relacionada com o ângulo da voçoroca 
H= (Qp/Cf x L)0,667
H – altura da lâmina d’água acima do sangradouro (m)
Qp – pico de descarga (m3/s)
Cf – coeficiente do sangradouro (1,65)
L – largura efetiva do sangradouro (m)
K = 0,3 p/ G ≤ 0,2 (θ ≤ 11,3o)
 K = 0,5 p/ G ≥ 0,2 (θ ≥ 11,3o) 
S = He/K G cos θ
S – espaçamento entre barragens (m)
He – altura efetiva da barragem 
Θ – ângulo de declividade do leito da voçoroca (em graus)
G – declividade da voçoroca (G = tang θ)
K – constante relacionada com o ângulo da voçoroca 
H= (Qp/Cf x L)0,667
H – altura da lâmina d’água acima do sangradouro (m)
Qp – pico de descarga (m3/s)
Cf – coeficiente do sangradouro (1,65)
L – largura efetiva do sangradouro (m)
Altura efetiva = 1 m
Gradienete = 5o
Erosão
O processo de erosão hídrica se inicia quando as partículas do solo são desagregadas da estrutura do solo pelo impacto da energia cinética contida nas gotas de chuva, ou pela energia contida na massa de água em movimento, essas por sua vez são transportadas pela massa de água ou pela ação dos ventos.
Etapas da erosão
Desagregação das partículas: interferência da erosividade da chuva e da cobertura vegetal
Transporte: muito importante a declividade e a rugosidade da superfície
Deposição: ocorre pela perda de energia do fluxo e está associada a ondulação do terreno, depressões e rugosidade
Na verdade o processo erosivo é de grande complexidade, e a desagregação das partículas pelo impacto das gotas representa um agente primário da erosão hídrica, que ocorre principalmente em condições de vegetação esparsa comumente verificado no bioma Caatinga sobre influência da ação antrópica.
Os fatores determinantes no processo erosivo são: clima, cobertura do solo, características do solo e topografia.
O material transportado pela enxurrada, oriundo da desagregação do solo devido à energia cinética das gotas das chuvas e da força de cisalhamento do escoamento, será depositado nas partes mais baixas da bacia hidrográfica ou, dependendo de sua granulometria, se acumulará nos macroporos, reduzindo a capacidade
de infiltração do solo.
Erosão x Produção de sedimentos
Erosão : é a retirada de sedimentos de um ponto, encostas, parcelas, etc;
Produção de sedimentos: é quanto de sedimento passa em um determinado ponto, normalmente se associa ao exutório de uma microbacia ou grandes bacias hidrográficas
Produção de sedimentos
A produção de sedimentos é a resultante do processo de erosão ao longo de uma bacia. A quantificação dos sedimentos gerados em uma bacia é fundamental no desenvolvimento e na adoção de técnicas eficazes de controle dos processos erosivos tornando possível determinar o grau de deterioração do solo, do assoreamento e da contaminação dos corpos hídricos.
Sabe-se que a produção de sedimentos ocorre em condições naturais, em taxas toleráveis, porém o agravamento devido a intervenção do homem tem resultado em elevadas produções de sedimentos. Portanto, a quantificação destes impactos torna-se uma ferramenta importante para um melhor gerenciamento desse ecossistema.
A produção de sedimentos em microbacias de escoamento efêmero tem sido pouco documentada na literatura brasileira, e as maiores contribuições são relatadas em zonas úmidas e de rios perenes. A escassez de estudos em regiões semiáridas está diretamente associada à dificuldade de monitoramento dos eventos que ocorrem nessa região, pois os mesmos se caracterizam por um pequeno número de ocorrência em um curto período de tempo.