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X SIMPÓSIO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA FÍSICA APLICADA




características hidrológico-erosivas de solos em encostas montanhosas sob diferentes coberturas vegetais no município de bananal (SP).

 

 

André de Souza Avelar

 

 

Professor Visitante DGEO/UFRJ e Pesquisador GEOHECO/UFRJ

 


 

Palavras Chave: Hidrologia, Erosão em encostas, Solos.

Eixo 3: Aplicação da Geografia Física à Pesquisa
Sub-eixo 3.2: Gestão e Planejamento Ambiental


 

I. Introdução

O comportamento hidrológico-erosivo das encostas varia de acordo com as características das chuvas, do solo, da declividade e da cobertura vegetal existentes numa determinada área, conforme vem sendo relatado em vários texto básicos de hidrologia: Ward (1975) Dunne & Leopold (1978), Reichardt (1987), Guerra (1994), Coelho Netto (1994) e Coelho Netto e Avelar (1996), etc. É sabido, principalmente a partir do ponto de vista geográfico, que este conhecimento é fundamental para o planejamento e gestão voltados para o aproveitamento hídrico de cabeceiras de drenagem e ao manejo ambiental destas áreas montanhosas, principalmente, quando decorrentes de intervenções humanas degradantes. Assim, é necessário maior conhecimento de padrões hidrológico-erosivo obtidos em campo, a fim de que se possa aumentar a quantidade de dados existentes e permitir a comparação entre áreas sob diferentes intervenções.

A área de estudo compreende porções do Planalto da Bocaina (bacia do rio Paca Grande) e da vertente norte (bacia do rio Bananal), até a transição para o compartimento colinoso do vale do rio Paraíba do Sul (Figura 1 e 2). A maior parte do alto curso da bacia rio Bananal apresenta altitudes entre 600 e 1150 m, enquanto a do rio Paca Grande está inteiramente sobre o Planalto da Bocaina tendo três compartimentos principais, com altimetria entres 900 a 1150 m, 1150 a 1350m e acima de 1350 m.

A diversidade geomorfológica observada na área é ressaltada pela influência do substrato rochoso (litologia e estruturas) na distribuição de fluxos de água subsuperficiais profundos, resultando na ocorrência de artesianismos, responsáveis pela produção de unidades côncavas do relevo que evoluem e participam da orientação da rede de canais e na forma dos vales (Avelar & Coelho Netto, 1992, Rocha Leão et al., 2003 – neste simpósio). Por outro lado, pouco se sabia sobre os processos de entrada de água nas encostas situadas no domínio montanhoso da região, que serviu de estímulo à produção do presente trabalho.

O alto curso da bacia do Bananal compõe-se predominantemente de latossolos amarelos desenvolvidos sobre colúvios areno-argilosos de coloração avermelhada a amarelada. Apresentam-se geralmente desprovidos de horizonte A, com cobertura de gramíneas, indicando expressiva erosão na superfície do terreno (decapitação), tal como atesta o levantamento histórico de Dantas (1995). A bacia do rio Paca Grande elevada ocupação de podzólicos ocorrendo tanto nas encostas, como na maior parte dos fundos de vale dos tributários menores. A transição entre encostas e fundos de vale apresenta intensa dinâmica de produção e deposição de sedimentos, associada a superposição de solos com soterramento de horizontes A. Isto evidencia uma importante relação entre os processos geomorfológicos de erosão-deposição e os processos pedogenéticos, reforçando a necessidade do entendimento dos processos hidrológicos e erosivos na área de trabalho. A medida que os rios assumem maior dimensão apresentam deposição fluvial argilosa e aplainadas apresentando solo do tipo glei.

 

Figura 1 – Mapa de localização da área estudada e parcelas hidro-erosivas (tipo Gerlach).

 

Figura 2 - Vista do alto curso do rio Bananal, apresentando vertentes íngremes laterais e encostas convexo-côncavas da porção inferior, se estendendo em direção do Paraíba do Sul (ao fundo).

 

A análise das condições climáticas da área de trabalho foi extraída do mapeamento climático da região da bacia da Baía da Ilha Grande e médio vale do Paraíba do Sul, realizado na escala de 1:250.000 por Coelho Netto e Dantas (1995). Este procedimento se justificou devido à carência de dados climáticos para a área, uma vez que em seu interior situa-se apenas o Posto Pluviométrico da Bocaina, pois o Posto Pluviométrico de Bananal embora próximo à desembocadura do alto curso da bacia, encontra-se fora da área de trabalho.

A observação das isoeitas no mapa climático de Coelho Netto & Dantas (1995) mostra que a média de chuva anual para a área apresenta um aumento significativo de chuvas de NE para SW, variando de 1400 a 2200 mm. O alto curso da bacia do Bananal recebe de 1400 a 1800 mm de chuva e no Paca Grande ocorre uma média de 2000 a 2200 mm de chuva por ano. Sem dúvida que tais condições pluviométricas configuram o Planalto da Bocaina como uma área de recarga de aqüíferos regionais, com menor déficit hídrico e maior facilidade para a manutenção de vegetação florestal de Mata Atlântica.

Além das observações em mapa, pode-se perceber, através dos histogramas de precipitação média anual apresentados na Figura 3, a nítida diferença de quantidade precipitada entre o Posto Pluviométrico Bocaina e o Posto Bananal. A diferença é bem mais marcante nos meses de verão (dezembro a março) que caracterizam a estação chuvosa, uma vez que, para os meses de inverno (junho a agosto) as diferenças são praticamente nulas.

 

Figura 3 - Histogramas de precipitação dos Postos Bocaina e Bananal (Coelho Netto & Dantas, 1995).

 

As temperaturas médias anuais também sofrem uma variação de NE para SW, decrescendo de 18,5 oC, na bacia do Bananal, para 15,5 oC, nas áreas mais elevadas do Planalto da Bocaina. Apesar disso a média predominante é de 17,0 oC. Certamente que as variações de temperatura estão ligadas as variações de altitude. Porém também existe uma dinâmica atmosférica diferenciada entre a escarpa litorânea da Serra do Mar e a escarpa interiorana voltada para o vale do Paraíba do Sul, que é marcada pela variação na freqüência e intensidade de entradas de frentes frias, modificando os padrões de temperatura também em função da orientação de tais escarpas (Nimer, 1979).

Dois locais situados no alto curso das bacias dos rios Bananal e Paca Grande foram instrumentadas com parcelas hidro-erosivas, do tipo Gerlach, para possibilitar a análise do comportamento hidrológico e erosivo em três diferentes tipos de cobertura vegetal: gramínea (denominada de pasto no decorrer do texto), gramínea com arbustivas (pasto sujo) e floresta em estágio avançado de sucessão vegetal caracterizada como secundária tardia à clímax (mata), mostrados na figura 1.

 

II. METODOLOGIA

As parcelas instaladas constituem-se em áreas amostrais de dimensões retangulares, delimitadas por folha de flanders de 40 cm de largura, cravadas cerca de 10 cm no solo, de modo a permitir o controle da entrada de água de chuva e a quantificação do fluxo de escoamento superficial coletado na base da parcela por uma calha de PVC (Figura 4). Este conjunto permite a coleta e quantificação da água superficial gerada sob determinados eventos de chuva e o acúmulo dos sedimentos transportados pelo escoamento. A subtração da precipitação terminal oriunda da chuva captada na parcela e mensurada por pluviômetros adjacentes à mesma, determina a quantidade de água infiltrada no solo.

No caso deste trabalho, optou-se por colocar parcelas com 3 m de comprimento por 1 m de largura, associadas a pluviômetros de 23 cm de diâmetro. Além disso, no interior de cada parcela foram colocados 03 tensiômetros para medição dos níveis de sucção da matriz do solo, uma vez que é sabido que os valores de sucção da água no solo influenciam a taxa de infiltração do terreno. Os tensiômetros foram instalados nas profundidades de 10, 20 e 50 cm, sendo as duas primeiras profundidades voltadas para o estudo do início da infiltração e as variações decorrentes da absorção de água pelas raízes das diferentes coberturas vegetais, enquanto que o mais profundo objetivou a análise da recarga na zona não-saturada.

 

Figura 4 Parcela do tipo Gerlach instalada em trecho de encosta de gramíneas, mostrando os tensiômetros instalados, a calha coletora e o galão de armazenamento de escoamento superficial e sedimentos transportados.

 

II.1 - Encosta da bacia do rio Bananal

A encosta da bacia do rio Bananal é essencialmente composta por cambissolo distrófico A moderado textura média (Fernandes, M.R., inédito) e possui declividades bastante variáveis, embora as três parcelas estejam em declividades em torno de 25 graus. A primeira parcela instalada foi colocada em um local da encosta com cobertura vegetal de gramíneas (‘pasto’), a segunda em local composto por gramíneas com herbáceas (‘pasto sujo’) e a terceira em um fragmento de floresta secundária tardia à clímax (‘mata’).

Os dados foram lidos durante o período de 18/out/98 a 11/fev/99. Cabe ressaltar que este é o período mais chuvoso e mais quente na região trabalhada, sendo portanto, o período que assume maior importância para o entendimento da associação entre os processos hidrológicos e erosivos. Além disso, como se trata de um período extremamente quente, é também o período mais importante para a caracterização das variações bruscas de sucção do solo, devido aos ciclos de secagem-molhagem via evapotranspiração, que influenciam fortemente no “stress” imposto às plantas em estágio inicial de desenvolvimento.

Durante o período citado foram feitas anotações ou coletas diárias dos seguintes itens: quantidade de chuva precipitada no local de cada parcela, valores de sucção apontados em cada tensiômetro, quantidade de escoamento superficial e coleta da água escoada para verificação da quantidade de sedimento erodido do interior de cada parcela.

 

II.2 - Encosta da bacia do rio Paca Grande

A encosta analisada na bacia do rio Paca Grande se compõe de PODZÓLICO AMARELO ÁLICO A moderado textura média (Fernandes, M.R., inédito), apresentando declividade ligeiramente menor que na bacia do rio Bananal. Neste caso também foram instaladas 03 parcelas, porém em trechos da encosta com declividade de 20 graus. De modo a permitir a comparação entre os resultados desta bacia com os obtidos na bacia do rio Bananal, especificamente no que se refere à cobertura vegetal, estas três parcelas situaram-se sob vegetação de gramíneas (‘pasto’), cobertura de floresta secundária inicial (‘capoeira’) e cobertura de floresta secundária tardia à clímax (‘mata’).

Nesta área os dados foram lidos durante o período menor, indo de 17/dez/98 a 11/fev/99. Esta diferença deveu-se apenas a demora na autorização da proprietária para instalação das parcelas, sem nenhuma relação com o objetivo do trabalho. Foram anotados e coletados os mesmos itens descritos anteriormente para a bacia do rio Bananal, ou seja, quantidade de chuva, valores de sucção dos tensiômetros, quantidade de escoamento superficial e água com sedimento erodido.

 

III. resultados e discussões

A comparação dos valores de chuva diária para as duas bacias (Figura 5) revela que a área-laboratório do Paca Grande é bem mais chuvosa que a do Bananal, podendo apresentar até o dobro dos valores diários. Acredita-se que esta condição deve-se principalmente à altitude em que se encontra o planalto da Bocaina, por volta de 1200 m, onde as temperaturas mais baixas permitem a precipitação das massas de ar quentes e úmidas que provém do oceano, preferencialmente durante a entrada de frentes frias. Ao contrário, como a maior parte da a área da bacia do rio Bananal é pré-montanhosa e está em menor altitude média, cerca de 800 m, representa uma escarpa escalonada voltada para o interior menos úmido. Como visto, esta tendência já havia sido verificada por Dantas e Coelho Netto (1995) nos histogramas de médias mensais de chuva, apresentados na figura 3.

 

Figura 5 – Histograma de precipitação diária para as duas bacias estudadas.

 

Analisando a relação entre a chuva total precipitada e a quantidade de chuva que chega abaixo da cobertura vegetal, tem-se uma idéia do papel da intercepção promovida pela vegetação. Observando o gráfico da Figura 6, pode-se notar que na parcela com vegetação florestal (mata) na bacia do Bananal a intercepção é bastante eficiente para chuvas de menor volume e pouco eficiente para as maiores. Pode reter 50 % do volume das chuvas até 10 mm e apenas 10 % nas chuvas acima de 30 mm. No caso da área do Paca Grande, a intercepção retém cerca de 40 % dos valores precipitados para chuvas ligeiramente maiores, com até 20 mm, diminuindo a eficiência para 10 a 20 % , quando as chuvas ultrapassam 30 mm.

Além disso, nas duas áreas, a intercepção é influenciada pelas chuvas antecedentes, ou seja, após alguns dias de chuva a vegetação perde o poder de reter água nas folha e galhos, diminuindo a intercepção. Esta diminuição, seja pela ocorrência de chuvas antecedentes, seja pela elevada quantidade precipitada, tende a igualar a quantidade de água que chega ao solo, independentemente do tipo de cobertura vegetal existente. Com isso a vegetação deixa de ter influência na quantidade de água que entra na parcela hidro-erosiva e, logicamente, em situações de seqüência de dias chuvosos ou eventos de chuvas intensos ocorrerá escoamento superficial.

 

Figura 6 Precipitação terminal sob diferentes coberturas vegetais para as duas bacias estudadas.

 

A umidade do solo antes de uma determinada chuva regula a menor ou maior taxa de infiltração em função do tempo. Se uma determinada chuva for precedida por outros dias chuvosos é mais provável que o solo tenha dificuldade em absorver mais água, pois está próximo à saturação, tendo sua capacidade de infiltração diminuída e permitindo a ocorrência o escoamento superficial. A figuras 7 apresenta os resultados de sucção obtidos nas parcelas instaladas nas bacias do Bananal e do Paca Grande, frente às ocorrências de chuva do período, nas profundidades de 10, 20 e 50 cm e nas diversas coberturas vegetais.

Nas parcelas situadas na bacia do Bananal foi visto que as maiores amplitudes de sucção acontecem na profundidade de 10 cm, provavelmente associadas às variações de secagem e molhamento do solo devido à elevada condutividade hidráulica associada à malha de raízes. Além disso, foram verificadas sucções maiores no início da mensuração e próximo ao final, em razão dos dois períodos antecedentes sem chuva. Durante alguns dias, com ausência de chuvas coincidentes com dias ensolarados e quentes, ocorreu perda de umidade no topo do solo e conseqüente aumento da sucção, atingindo valores próximos à –400 cm de H2O. Por outro lado, no caso de uma seqüência de dias chuvosos, esta tendência se inverteu, pois houve diminuição da sucção, chegando mesmo a ocorrer poro-pressões positivas até a ordem de +50 cm de H2O. Além das variações de sucção devido ao molhamento-ressecamento no topo do solo, também há, associado a isto, as variações de sucção causada pela utilização da água no solo pela vegetação. Este é, aliás, um dos pontos mais importantes deste trabalho.

 

         

(a)                                 (b)

Figura 7 Variações de poro-pressão mensuradas pelos tensiômetros das parcelas da bacia do rio Bananal (a) e do Paca Grande (b) frente às precipitações registradas.

 

Na bacia do rio Bananal pode-se observar que as sucções assumem valores com menor amplitude na parcela com floresta secundária tardia à clímax (mata), ao contrário das parcelas de gramíneas (pasto) e gramíneas com herbáceas (pasto sujo). A floresta possui maior demanda por água em todas as profundidades de solo analisadas. No caso do pasto acredita-se que os valores de sucção elevados estão associados preferencialmente as variações de temperatura (e conseqüentemente, de umidade), uma vez que não deve haver intensa demanda de água por parte das gramíneas.

A análise da tensiometria na bacia do rio Paca Grande permite dizer os valores de sucção tem menor amplitude na bacia do Bananal, sendo da ordem de – 250 a 50 cm de H2O. No entanto, tal como na bacia do Bananal, é a profundidade de 10 cm, que apresenta as maiores oscilações. A parcela situada no ‘pasto’ apresenta sucções que variam acentuadamente em 10 e 20 cm de profundidade, mas nas parcelas de ‘capoeira’ e ‘mata’ os valores mostram-se bastante homogêneos para as três profundidades mensuradas. Certamente que as tendências de menor amplitude e maior homogeneidade nos valores de sucção, para as parcelas desta bacia, estão diretamente ligadas ao maior volume de chuva e à melhor preservação das florestas verificados nesta bacia. Estes dois aspectos mantém a umidade no solo em valores adequados à demanda da vegetação florestal, sem ocorrência de “stress” hídrico. Além disso, principalmente devido à altitude, a temperatura na bacia do rio Paca Grande é menor, dificultando alternância bruscas de secagem-molhagem do solo.

A ocorrência de escoamento superficial depende basicamente das condições de umidade antecedente no solo, do volume e intensidade de chuva, do tipo de cobertura vegetal e das propriedades físicas e hidráulicas inerentes a cada tipo de solo. Além disso, de acordo com as condições do escoamento e cobertura vegetal do terreno, poderá haver ou não o transporte de partículas do solo, caracterizando a erosão por escoamento superficial.

A Figura 8 mostra os gráficos de escoamento e erosão superficial ocorridos nas parcelas das bacias em questão frente às chuvas registradas.

Na bacia do rio Bananal verificou-se que o valor máximo de escoamento ocorreu na parcela com ‘pasto’ em 26/11/98, com escoamento de 3,6 mm para um volume de chuva de 64 mm, mostrando infiltração de 60,4 mm. Vale ressaltar que nesta bacia foi a maior chuva registrada no período, ocorrendo após alguns dias de pouca precipitação. Apesar disso não houve erosão significativa, ao contrário da área de ‘pasto sujo’, que apresentou escoamento de 0,6 mm com 0,15 g/litro de concentração. Ao final do período e sempre nas parcelas com ‘pasto’ ou ‘pasto sujo’ foram observados valores menores de escoamento, da ordem de 0,15 mm, porém associados também a valores de concentração entre 0,05 e 0,30 g/litro.

 

Figura 8 Comparação entre as quantidades de escoamento e erosão superficial obtidas nas parcelas da bacia do rio Bananal e do Paca Grande frente às precipitações registradas.

 

Possivelmente, este fenômeno erosivo está associado à seqüência de dias chuvosos que culminam com chuvas em torno de 25 mm, fazendo com que o solo se encontre muito úmido (e quase saturado), de modo que perca a coesão aparente promovida pela sucção e permita o arrasto de partículas pelo escoamento superficial. Outro fato importante verificado nesta bacia é a ausência de escoamento (e erosão) na parcela com cobertura florestal, mostrando que para os níveis de chuva ocorridos, não deve acontecer perda de solo caso mantenha-se a floresta como meio de proteção.

Na bacia do rio Paca Grande ocorreram com maior freqüência tanto o escoamento como a erosão nas parcelas hidro-erosivas. Os valores de escoamento no interior da parcela com pasto foram os maiores, variando de 0,15 a 4,75 mm, enquanto que as taxas de erosão ficaram entre 0,05 e 0,40 g/litro. Apesar disso, as parcelas com cobertura vegetal de capoeira e mata também mostraram expressivos valores de escoamento de água superficial, situando-se entre 0,75 e 3,75 mm na capoeira e 0,75 e 0,13 mm na mata. Mesmo ocorrendo menor escoamento nestas duas parcelas, foram observados valores bastante significantes de erosão, da ordem de 0,10 a 0,45 g/litro na parcela com capoeira e apenas um valor com 0,15 g/litro na parcela com mata.

Estes resultados de escoamento e erosão mais elevados do os observados que na bacia do Bananal parecem estar associados a maior freqüência de dias chuvosos durante o período analisado e, principalmente, ao elevado volume de chuva (diária) verificado na bacia do Paca Grande, atingindo até 63 mm em 24 horas. Conforme foi descrito anteriormente, a o aumento de umidade e a saturação, principalmente no topo do solo, provocam diminuição da coesão aparente, que, associado à ação do escoamento, facilita a ocorrência de erosão superficial.

Neste caso a presença da vegetação florestal torna-se ainda mais importante, pois mesmo com a mata (floresta tardia à clímax) tende a haver erosão, justificando a necessidade da preservação florestal como atenuador da erosão superficial.

 

IV. conclusões

As informações dos itens acima permitem dizer que a recuperação do ecossistema florestal com o plantio de mudas em áreas de pastagens sofrerá inicialmente um forte “stress” hídrico, sendo necessário a colocação de espécies resistentes à carência d’água, para que possam inicialmente superar as oscilação de umidade-ressecamento e levar o sistema a uma direção de equilíbrio. É justamente esta condição que parece prevalecer nos solos cobertos pelo ‘pasto sujo’, uma vez que há menores amplitudes de oscilação da sucção, com valores de – 200 a 0 cm de H2O. Nestas áreas de ‘pasto sujo’ poderiam ser introduzidas espécies mais delicadas ao “stress” hídrico, porém mais propícias à efetivação da sucessão vegetal e ao enriquecimento da biodiversidade. Apesar disso, cabe ressaltar que no caso da parcela situada no ‘pasto’ da bacia do rio Paca Grande, observou-se que a ausência de vegetação florestal aumenta consideravelmente as alternâncias de secagem-molhagem, indicando que a ausência de florestas pode afetar o microclima da Serra da Bocaina. Provavelmente, aumentando a temperatura média e a evaporação da água no solo.

Por último, é possível observar que as oscilações de sucção, e portanto de umidade, nos solos das áreas com floresta secundária inicial (‘capoeira’) e floresta secundária tardia à clímax (‘mata’) são muitíssimo similares, com valores entre – 100 a 50 cm de H2O. Isto mostra que o comportamento hidrológico dos solos nestas duas situações vegetais são equivalentes, restando apenas o enriquecimento de biodiversidade na primeira para recuperação do ecossistema vegetal.

 

V. agradecimentos

O autor é grato pela colaboração dos professores Ana L. Coelho Netto e Evaristo Castro Júnior pelas discussões ao longo do trabalho e aos colegas Luiz Fernando D. Moraes (agrônomo), Márcia R. Fernandes (agrônoma) e André D. Montalvão Barreto (geólogo) pelo auxílio na instalação da instrumentação em campo e debates sobre levantamentos vegetacionais e de solos. Aos leitores de campo: Luizinho e Carlinhos, pela anotação dos dados.

 

VII. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Coelho Netto, A.L. & Avelar, A.S. - 1996 – “Hidrologia de encosta na interface com a geomorfologia”, Cap. 3, in: Cunha, S.B. & Guerra, A.J.T. (org.) - 1996 – “Geomorfologia. Exercícios, técnicas e aplicações”, Ed. Bertrand, Rio de Janeiro, 343 p.

 

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Dantas, M.E. – 1995 -. “Controles naturais e antropogênicos da estocagem diferencial de sedimentos fluviais: bacia do Rio Bananal (SP/RJ), médio vale do rio Paraíba do Sul” Tese de Mestrado IGEO/UFRJ, 142p.

 

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Ward, R.C. - 1975 - “Principle of Hydrology” - McGraw-Hill Publ. Co. Ltd., London, 2nd ed., 367 p.