Moura_et al_2017_GPAN_Pipiripau

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(1) Geóloga e Mestre em Prospecção e Geologia Econômica pela Universidade de Brasília. cris@avaliacao.org.br 
(2) Professor Associado, EFL - Faculdade de Tecnologia, Universidade de Brasília, hchaves@unb.br 
(3) Pós Graduanda em Ciências Florestais –Dep. Engenharia Florestal da Universidade de Brasília. juli.deoc@gmail.com 
TEMA: ÁGUA 
 
Grau de Priorização das APPs de Nascentes na Bacia do Ribeirão 
Pipiripau – DF 
 
Cristiane Oliveira de Moura 
(1)
, Henrique Marinho Leite Chaves 
(2)
, Juliana de Oliveira Campos 
(3)
 
 
RESUMO 
Para que seja possível realizar um gerenciamento efetivo das bacias 
hidrográficas é fundamental a determinação de indicadores físicos específicos, de 
forma a qualificarem as alterações ambientais. Nesta direção, a proposição de índices 
topográficos tem crescido de forma considerável nos últimos anos para análises de 
sustentabilidade ambiental. No entanto, em condições brasileiras, não existe o 
desenvolvimento de qualquer indicador de quantificação do controle da topografia em 
conjunto aos fatores de uso da terra e grupos hidrológicos de solo relacionados à 
priorização ambiental de áreas de preservação permanente de nascentes (APPs) para 
ações de conservação e proteção. O objetivo deste estudo foi gerar um índice 
hidroambiental para APPs de nascentes válido para as condições da Bacia do Ribeirão 
Pipiripau e proceder a seu mapeamento por meio de técnicas de geoprocessamento. O 
Grau de Priorização de APPs de Nascentes (GPAN) proposto é uma combinação de 
três indicadores relacionados à infiltração de água no solo: Grupo Hidrológico do 
Solo, Uso e Cobertura da Terra e Índice de Umidade do Solo (Topographic Wetness 
Index - TWI). Os estudos de validação ainda deverão ser elaborados, a fim de 
demonstrar que a ferramenta apresenta significativa importância para avaliação 
ambiental das APPs de nascentes, na direção de priorizar ações de conservação e 
preservação, uma vez que, o índice reflete a influência do uso da terra no 
comportamento do deflúvio base, e consequentemente, na dinâmica da produção de 
águas pelas sub-bacias. Além disso, as avaliações também podem fornecer informações 
de diagnóstico úteis para identificar fontes e causas de degradação das APPs de 
nascentes. 
 
INTRODUÇÃO 
 
Uma nascente é o afloramento do lençol freático ou aquífero, que dá origem aos 
cursos d’água. Localizam-se em encostas, depressões do terreno, ou no nível de base 
representado pelo curso d’água local. Em sua grande maioria, as nascentes estão 
situadas em propriedades agrícolas e, muitas vezes, não recebem o devido cuidado. 
Somam-se a isto os programas de monitoramento e a avaliação de qualidade da água 
que geralmente estão localizados nos cursos d’água de maiores ordens, para representar 
de modo mais amplo os fatores culturais que influenciam a qualidade da água (USGS, 
1996). No entanto, condições ecológicas de cursos d’água de baixa ordem apresentam 
reconhecida influência na saúde e em todo o ecossistema aquático (Burt, 1992). 
As Áreas de Preservação Permanente (APPs) são espaços territoriais 
especialmente protegidos de acordo com o disposto no inciso III, § 1º, do art. 225 da 
Constituição Federal. O Código Florestal (Lei Federal no 4.771, de 1965 – e alterações 
posteriores) traz um detalhamento preciso das Áreas de Preservação Permanente 
(aplicável a áreas rurais e urbanas), da Reserva Legal (aplicável às áreas rurais) além de 
definir outros espaços de uso limitado. 
mailto:cris@avaliacao.org.br
mailto:juli.deoc@gmail.com
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As Áreas de Preservação Permanente - APPs são aquelas áreas protegidas nos 
termos dos arts. 2º e 3º do Código Florestal. O conceito legal de APP relaciona tais 
áreas, independente da cobertura vegetal, com a função ambiental de preservar os 
recursos hídricos, a paisagem, a estabilidade geológica, a biodiversidade, o fluxo gênico 
de fauna e flora, proteger o solo e assegurar o bem-estar das populações humanas. 
Para as nascentes (perenes ou intermitentes) a lei estabelece um raio mínimo de 
50 metros no seu entorno independentemente da localização regional no território 
nacional, seja na pequena ou na grande propriedade, em área rural ou urbana. Tal faixa é 
o mínimo necessário para garantir a proteção e integridade do local onde nasce a água e 
para manter a sua quantidade e qualidade. 
Atualmente, na Bacia do Pipiripau, existem importantes passivos ambientais 
relativos às áreas de preservação permanente – APPs, em especial nos cursos d’água de 
menor ordem. Isso decorre da utilização de áreas que deveriam ter cobertura de 
vegetação natural por usos antrópicos (Chaves, 2012). O problema ambiental da crise 
hídrica associa-se ainda ao maior fator de poluição e degradação da qualidade dos 
recursos hídricos da bacia, onde se observa o elevado grau de erosão e sedimentação. 
Não sendo por acaso, que o Ribeirão Pipiripau apresenta a segunda pior qualidade de 
água dentre todos os mananciais explorados pela Companhia de Saneamento Ambiental 
do Distrito Federal (ANA, 2010). Um aspecto agravante em relação ao diagnóstico 
socioambiental da bacia engloba um aumento da demanda hídrica na região, com 
cenário desfavorável na captação da Caesb no rio Pipiripau em 2025. A exploração da 
água subterrânea como solução para a demanda de água, para uso consuntivo, prática 
comum na bacia, deve ser analisado com cautela, visto que se trata de um sistema 
hidrológico composto por elementos e processos integrados, de modo que as águas 
superficiais e subterrâneas estão definitivamente interligadas. Portanto, a super 
exploração das águas de aquíferos fraturados determinará uma redução da quantidade de 
água do aquífero poroso, o que resultará em diminuição de água nas nascentes (Caesb, 
2001). 
Neste sentido, para uma estimativa satisfatória no mapeamento de áreas de 
priorização ambiental para nascentes é essencial que se determine fatores que afetam 
diretamente a ocorrência de infiltração de água no solo. 
O objetivo deste trabalho será explorar aquisição do TWI (Topographic Wetness 
Index), de forma a apresentar um roteiro de aquisição do índice e, posteriormente, 
realizar a análise de priorização ambiental das APPs de nascentes em conjunto com as 
demais variáveis ambientais aplicadas no estudo para o desenvolvimento do Grau de 
Priorização das APPs de Nascente – GPAN para a Bacia do Ribeirão Pipiripau. 
Por se tratar de dados espaciais, as técnicas de Geoprocessamento podem ser 
aplicadas através da utilização de ferramentas como Sensoriamento Remoto e /ou 
Sistemas de Informações Georreferencidas (SIG), que permitem a aquisição e 
elaboração dos mapas temáticos. O SIG permite que as características físicas da área, 
tais como: topografia, hidrografia, classes dos solos, uso e cobertura da terra, entre 
outras, sejam armazenadas e manipuladas, dando suporte à integração dos dados 
disponíveis. 
Para o estudo de recursos hídricos destaca-se a geração automática do limite 
geográfico das bacias de contribuição, considerando o escoamento superficial, que 
possibilitam quantificar o controle da topografia local quanto aos processos 
hidrológicos e distribuição espacial da umidade do solo e saturação da superfície, sendo 
importante indicador para modelagem de processos. 
 
 
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MATERIAL E MÉTODO 
 
A Bacia do Ribeirão Pipiripau localizada na região nordeste do Distrito Federal, 
com cerca de 1/3 situada no Estado de Goiás é responsável pelo abastecimento de água 
de aproximadamente 14% da população do DF. Apresenta atitude que varia de 905 a 
1225m e área de aproximadamente 235 km
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, fazendo parte da Bacia do Rio Paranaíba 
(Figura 01). Possui declividade média de 5.8%, solos bem drenados, com 
predominância do Latossolo Vermelho, Latossolo Vermelho Amarelo e Cambissolo 
Háplico (CAESB, 2001). Segundo Chaves & Piaui (2008) as áreas de agricultura e 
pastagem cobrem cerca de 43% e 28% da bacia, respectivamente, e sãoem grande parte 
responsáveis pelo assoreamento do Ribeirão Pipiripau, em especial devido as poucas 
práticas conservacionistas adotadas nas propriedades. 
Considerando que os atributos relativos à topografia de uma região possuem 
influencia direta na velocidade de deslocamento das águas até a nascente, portanto, um 
importante fator dentre aqueles que predispõem aos de preservação das nascentes, em 
conjunto com parâmetros sobre o grau de permeabilidade do terreno, o uso e cobertura 
da terra, os tipos de solos da região, a geomorfologia, fatores climáticos, entre outros, 
que podem ser combinados, quatro destes parâmetros foram selecionados a fim de se 
obter uma avaliação das áreas com maior predisposição a vulnerabilidade ambiental. 
Como resultado, um Grau de Priorização de APPs de Nascentes - GPAN foi obtido. 
Numericamente, o GPAN é dado por: 
 
GPAN=TWI*GH*GA 
 
Onde, TWI = valor médio do índice de umidade do solo na APP da nascente; 
GH = grupo hidrológico do solo predominante na APP da nascente; GA = Grau de 
Antropização (percentual de classes de uso antrópico) na APP da nascente. 
 
 
Figura 01 – Localização da área de estudo - Sub-bacia do Ribeirão Pipiripau. 
 
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O conceito TWI (Topographic Wetness Index) apresentado por Beven & Kirkby 
(1979) descreve a propensão de saturação para uma determinada região dada a sua área 
de contribuição e as características de declividade locais. O índice TWI permite 
quantificar o controle da topografia local quanto aos processos hidrológicos e indica a 
distribuição espacial da umidade do solo e saturação da superfície, sendo importante 
indicador para modelagem de processos geográficos relacionados à topografia. 
Estudos como os de Agren et al. (2014); Lotte et al. (2015); Rego et al. (2013); 
Silveira et.al (2008) permitiram a avaliação do índice de modelos digitais do terreno 
para mapeamento dos solos (Topographic Wetness Index - TWI), servindo ainda, de 
acordo com Rego et al. 2013, de subsídio para avaliação de susceptibilidade a 
movimentos de massa. O calculo do TWI é obtido por meio da sequência de 
processamentos sobre os dados de altimetria obtidos a partir da CODEPLAN 
(Codeplan, 2009), que fornece dados do modelo digital do terreno com alta resolução. 
Inicialmente, os dados de altimetria foram transformados em dados de declividade a 
partir de uma sequência de operações utilizando as ferramentas ArcGIS. Obtido a 
declividade e o indicador de fluxo (Flow Direction), calcula-se então o fluxo de 
acumulação (Flow Accumulation). A Figura 02 ilustra o fluxo das operações 
mencionadas acima, de modo que a cada processamento é obtida uma entrada para o 
processo seguinte. Por fim, o índice é adquirido por meio da Equação 1. Por definição, o 
TWI é dado por: 
 
𝑇𝑊𝐼 = 𝑙𝑛 (
𝛼
𝑡𝑎𝑛𝛽
) 
 
Em que α é a área de contribuição, estimada utilizando algoritmos de fluxo de 
acumulação, como o determinístico de 8 direções (ArcHydro 10.1), e β a declividade da 
região. 
O conjunto de informações sobre o TWI da bacia teve extração dos dados para 
cada APP de nascente, nas quais foram obtidos seus respectivos valores médios, que 
serviram para composição do GPAN. 
A Figura 3 apresenta uma visão geral da variação do conjunto de dados TWI 
para a área de estudo, indicando uma distribuição que se aproxima de uma função 
normal, indicando uma frequência maior de APPs de nascente com valores médios para 
o Índice de Umidade do Solo (TWI). 
 
 
 
Figura 02 – Etapas do processamento. 
 
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O conjunto de informações para Classes de Solos (GDF, 2010) serviram para a 
identificação dos Grupos Hidrológicos de Solo Brasileiros (Sartori et al., 2005a; Sartori 
et al., 2005b), que se relacionam aos objetivos de susceptibilidade a erosão e produção 
de escoamento. Para esta finalidade, os solos podem ser classificados, segundo Ogrosky 
& Mockus (1964), de acordo com suas propriedades hidrológicas, independentemente 
da cobertura e da declividade da bacia. A metodologia adaptada para solos brasileiros 
apresentada por Sartori Sartori et al., (2005a) fundamenta-se no método do Serviço de 
Conservação do Solo (SCS) do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos da 
América (USDA), que por sua vez, baseia-se na premissa de que os perfis de solo com 
características semelhantes (espessura, textura, conteúdo de matéria orgânica, estrutura 
e expansão) respondem de forma semelhante a uma chuva de grande duração e 
intensidade significativa. Deste modo, a metodologia do SCS reúne os solos em quatro 
grandes grupos, conforme sua capacidade de infiltração e produção de escoamento, 
sendo a cada um deles atribuído uma letra, A, B, C e D, respectivamente, representando 
o acréscimo do escoamento superficial e consequentemente a diminuição da taxa de 
infiltração de um grupo em relação ao outro. Dispostos desta maneira, a partir da taxa 
mínima de infiltração ou condutividade hidráulica aparente do solo, a série inicia-se a 
partir das argilas compactas com potencial de infiltração quase nulo estendendo-se aos 
solos de grande intensidade de infiltração e profundos e/ou areias profundas (USBR, 
1977). 
Na área de estudo foram consideradas as classes hidrológicas de solos brasileiros 
associados às APPs das 172 nascentes identificadas na bacia, onde se observa que 42% 
dos solos pertencem ao Grupo B – moderada taxa de infiltração quando completamente 
molhados, 41% ao Grupo A – solos com baixo potencial de escoamento e alta taxa de 
infiltração uniforme quando completamente molhado e 17% são solos que pertencem ao 
Grupo D – possuem alto potencial de escoamento, tendo uma taxa de infiltração muito 
baixa quando completamente molhados. Estes dados tiveram representações 
quantitativas, sendo que os grupos A, B e D são representados, respectivamente pelos 
valores 1, 2 e 4 (Figura 4), e com isso possibilitando quantificar suas influências no 
desenvolvimento do Grau de Priorização das APPs de Nascentes. Observa-se na Figura 
04 que predominam solos dos grupos hidrológicos A e B, respectivamente 
caracterizados por alta e moderada taxa de infiltração, portanto representados pelos 
valores 1 e 2 para obtenção do GPAN para as APPs de nascentes consideradas na Bacia 
do Ribeirão Pipiripau. 
Neste estudo, o Grupo A engloba as classes de latossolos, neossolos 
quartzarênico e nitossolos vermelhos, para o Grupo B considera-se a classe de 
cambissolos háplicos, sendo o Grupo D representativo da classe de gleissolos háplicos. 
Considerando desta forma, que quanto maior o valor associado ao grupo hidrológico do 
solo, maior sensibilidade hidroambiental para infiltração da água no terreno, portanto, 
indicando na direção de uma maior significância para priorização de ações de 
conservação e preservação das APPs de nascentes. 
O parâmetro Uso e Ocupação da Terra teve extração do banco de dados de 
estudos anteriormente realizados na Bacia Pipiripau pela ANA (2010). Esse conjunto de 
informações serviu para compor a variável Grau de Antropização, considerada na 
construção do GPAN, que consiste em definir o percentual relativo às classes de uso e 
cobertura da terra relacionadas às alterações antrópicas para cada APP de nascente da 
Bacia do Ribeirão Pipiripau. Neste sentido, as classes antrópicas para o uso da terra 
incluíram: Pastagem, Vegetação Alterada, Agricultura Extensiva, Áreas Urbanas, Sedes 
e Edificações, Vias de Acesso e Solo Exposto. A Figura 5 apresenta o gráfico para 
visualização do padrão de distribuição do Grau de Antropização nas áreas das APPs de 
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nascentes da área de estudo, onde se observam ao menos dois grandes grupos: o 
primeiro que sinaliza relevante número de APPs de nascentes com baixo percentual de 
grau de antropização e um segundo conjunto que revela um número significativo de 
APPs de nascentes com elevado grau de antropização, demonstrando comportamento 
bimodal do gráfico para este conjunto de informações. Valores maiorespara o Grau de 
Antropização, elaborado a partir dos dados de Uso e Cobertura do Solo para a Bacia do 
Ribeirão Pipiripau, apresentam maior influência de acordo com a equação apresentada 
para o GPAN. 
Cabe mencionar que, os principais critérios na seleção das variáveis para o 
desenvolvimento do índice GPAN esteve baseado na capacidade de diferenciar a 
qualidade hidroambiental das APPs de nascentes. De modo a considerar uma estrutura e 
aplicação simples, com parâmetros preferencialmente quantitativos de fácil obtenção e 
matematicamente robusto. A Figura 6 apresenta a frequência dos resultados obtidos pela 
aplicação do cálculo GPAN para as APPs selecionadas para análise, onde se observa 
valores moderados a baixos predominantes para o Índice GPAN na área de estudo. 
 
 
 
Figura 03 – Distribuição de frequência para os 
dados de TWI para as APPs de nascentes. 
Figura 04 – Distribuição dos Grupos 
Hidrológicos nas APPs das nascentes da Bacia do 
Ribeirão Pipiripau. 
 
 
Figura 05 – Distribuição dos dados sobre o grau 
de antropização (%) das APPs de nascentes na 
Bacia do Ribeirão Pipiripau. 
Figura 06 – Distribuição do Grau de Priorização 
para as APPs das nascentes. 
 
 
 
7 
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Os parâmetros para construção do Grau de Priorização das APPs de Nascentes 
(GPAN) para cada indicador estão apresentados na Figura 07, por meio de mapas 
temáticos ou numéricos, gerados pelo sistema de informações georreferenciadas, 
correspondentes à unidade de tratamento das informações geoespaciais: Classes de 
Solos, Uso e Ocupação da Terra, Declividade, Fluxo Acumulado e Índice de Umidade 
dos Solos (TWI). 
O SIG elaborado integra o conjunto de mapas por meio de funções, resultando, 
no caso, em um mapa de Grau de Priorização das APPs das Nascentes, para o qual 
foram definidas três diferentes classes de priorização: Alta (A); Média (M) e Baixa (B). 
Cabendo destacar que, os parâmetros de Grupo Hidrológico dos Solos, Grau de 
Antropização e Índice de Umidade de Solos (TWI) obtidos conforme descrito do tópico 
Materiais e Métodos para as regiões de APPs das nascentes serviram para o 
desenvolvimento do GPAN. 
De acordo com o observado no índice topográfico de umidade do solo (Figura 
7e), os valores baixos (0.5 – 3.0) correspondem a solos mal drenados, limites 
aproximados das classes de Cambissolos e Gleissolos apresentados pela Figura 7a, os 
valores acima de 7 aproximadamente, foram mais evidentes para ocorrência dos 
Latossolos, portanto, diferenciações importantes no emprego da metodologia proposta 
para o GPAN. Para a qual também se considera os aspectos relativos aos Grupos 
Hidrológicos dos Solos, contudo, sem causar multiplicidade entre estes parâmetros, vez 
que, a complementariedade entre as variáveis serve a caracterização mais abrangente da 
capacidade de infiltração e escoamento superficial. 
Considerando ainda na proposta do índice de priorização de APPs de nascente, 
as características de uso da cobertura da terra, a partir do parâmetro Grau de 
Antropização, devido à reconhecida importância que os fatores uso e manejo do solo 
representam para os processos de recarga das águas subterrâneas. 
No geral, os resultados mostram-se satisfatórios, visto que as áreas com 
tendências quase nulas a priorização para ações de conservação e preservação, tais 
como, regiões de baixo grau de antropização, foram mapeadas adequadamente como 
classes de baixa prioridade, enquanto que as áreas de grupos hidrológicos caracterizados 
por baixas taxas de infiltração foram também corretamente mapeadas como sendo de 
alta prioridade para conservação. 
Dentre as 172 APPs de nascentes analisadas, os resultados da aplicação do 
GPAN revelaram um total de 22% pertencente à classe de alta prioridade para ações de 
preservação e recuperação das nascentes da bacia, 36% apresentaram valores 
moderados para o índice proposto e 42% do conjunto total de APPs analisadas 
apresentaram os menores valores de priorização identificados (Figura 7f). 
Cabe destacar ainda, que a metodologia empregada para obtenção do GPAN se 
mostrou de fácil aplicação, podendo ser empregada por colaboradores de diferentes 
áreas do conhecimento, envolvidos em estudos de avaliação ambiental. 
 
 
CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
O mapeamento do Grau de Priorização de APPs das Nascentes a partir da 
aplicação de técnicas de geoprocessamento permitiu a avaliação integrada dos sistemas 
naturais, favorecendo uma utilização sustentável dos recursos ambientais. Os atributos 
relativos ao uso da terra de uma região têm sido definidos como a principal causa da 
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degradação das APPs de nascentes. Desta forma, neste trabalho explorou-se a aquisição 
e utilização de um novo fator que permite estimar o grau de saturação de uma 
determinada região conforme sua topografia, de modo que a análise do Índice de 
Umidade do Solo combinada aos Grupos Hidrológicos de Solos Brasileiros e Uso e 
Cobertura da Terra para as APPs das nascentes na Bacia do Ribeirão Pipiripau, 
apresentam alto potencial no intuito de fornecer subsídios no planejamento e gestão dos 
recursos hídricos. 
As classificações resultantes da aplicação do índice refletem diretamente a 
relação entre as variáveis combinadas com a qualidade hidroambiental das APPs de 
nascentes. O processo de validação deverá confirmar esta hipótese para comprovação da 
eficiência como indicador hidroambiental confiável de produção de água pelas APPs de 
nascentes. Sendo possível definir áreas importantes para ações ambientais associadas 
aos maiores valores desse índice. 
 
 
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Figura 07a – Mapa de Classes de Solos. 
 
Figura 07b – Mapa de Uso e Cobertura da Terra. 
 
 
Figura 7c – Mapa de Declividade. 
 
Figura 07d – Mapa de Fluxo Acumulado. 
 
Figura 07e – Mapa de Umidade do Solo (TWI). 
 
 
Figura 07f – Grau de Priorização das APPs das 
nascentes.