Hidrossedimentologia e disponibilidade hídrica da bacia hidrográfica da Barragem de Poilão

TEIXEIRA, José João Lopes. Departamento de Engenharia Agrícola, Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal do Ceará, Agosto de 2011. Hidrossedimentologia e disponibilidade hídrica da bacia hidrográfica da Barragem de Poilão, Cabo Verde. Orientador: José Carlos de Araújo. Examinadores: George Leite Mamede, Pedro Henrique Augusto Medeiros. O Arquipélago de Cabo Verde, situado na costa ocidental africana, sofre influência do deserto de Saara tornando o clima caraterizado por pluviometria muito baixa e distribuída irregularmente no espaço e no tempo. As chuvas são muito concentradas, gerando grandes escoamentos para o mar. O aumento da disponibilidade hídrica requer além da construção e manutenção de infraestrutura de captação e conservação de águas pluviais, uma gestão eficiente destes recursos. Atualmente, constitui um dos eixos estratégicos da política do estado de Cabo Verde, a captação, armazenamento e mobilização de águas superficiais através de construção de barragens. Estudos do comportamento hidrológico e sedimentológico do reservatório e da sua bacia de contribuição constituem premissas básicas para um ótimo dimensionamento, gestão e monitoramento da referida infraestrutura. É neste sentido que o presente estudo objetivou sistematizar informações hidrológicas e sedimentológicas da bacia hidrográfica da Barragem de Poilão (BP) e apresentar proposta operacional de longo prazo. A área de estudo ocupa 28 km² a montante da Bacia Hidrográfica da Ribeira Seca (BHRS) na Ilha de Santiago. A altitude da bacia varia de 99 m, situada na cota da barragem, até 1394 m. Para o estudo, foram utilizados e sistematizados, série pluviométrica de 1973 a 2010, registos de vazão instantânea do período 1984 a 2000 e registos agroclimáticos da área de estudo (1981 a 2004). Para o preenchimento das falhas tanto dos escoamentos como da descarga sólida em suspensão, foi utilizado o método de curva chave. Para estimativa de produção de sedimentos na bacia, aplicou-se a Equação Universal de Perda de Solo (USLE) e a razão de aporte de sedimentos (SDR). O índice de retenção de sedimentos no reservatório foi estimado pelo método de Brune e a distribuição de sedimento pelo método empírico de redução de área descrito por Borland e Miller e, revisado por Lara. Para gerar e simular curvas de vazão versus garantia foi utilizado código computacional VYELAS, desenvolvido por Araújo e baseado na abordagem de Campos. Também foi avaliada a redução da vazão de retirada do período 2006 a 2026, provocado pelo assoreamento do reservatório. Concluiu-se que em média a precipitação anual é de 323 mm, concentrando-se 73% nos meses de agosto e setembro; a bacia de contribuição apresenta como valor um número de curva (CN) de 76, com abstração inicial (Ia) de 26 mm, coeficiente de escoamento de 19% e uma vazão anual afluente de 1,7 hm³(cv= 0,73); a disponibilidade hídrica para uma garantia de 85% é avaliada em 0,548 hm³/ano e não 0,671 hm³/ano como indica o projeto original. Com uma descarga sólida estimada em 22.185 m³/ano conclui-se que até o ano de 2026, a capacidade do reservatório reduz a uma taxa de 1,8 % ao ano, devido ao assoreamento, provocando uma redução de 41% da disponibilidade hídrica inicial. Nessa altura, as perdas por evaporação e sangria serão da ordem de 81% da vazão afluente de entrada no reservatório. Na base desses resultados se apresentou proposta de operação da BP.

Distribuição Espacial da Susceptibilidade à Erosão Hídrica nas Bacias das Ribeiras de Picos e Seca (Santiago, Cabo Verde)

Os processos de erosão hídrica em Cabo Verde são os mais marcantes da dinâmica actual das vertentes, pois são os mais comuns e que afectam áreas extensasdurante a curta estação húmida de três meses. A ocorrência de episódios chuvosos concentrados no tempo e com uma evidente irregularidade espacial permitem umaacentuada erosividade das precipitações, marcada por uma forte irregularidade regional. A forte variabilidade das formas de relevo, a diversidade da natureza das unidadesgeológicas e a multiplicidade de ocupação do solo favorecem condições deerodibilidade muito contrastadas no espaço. O objectivo deste trabalho é estabelecer um modelo desusceptibilidade à erosão hídricaem função de factores geomorfológicos (declive, perfil e traçado das vertentes eerodibilidade das unidades litológicas e dos materiais de cobertura), climáticos(intensidade pluviométrica) e de ocupação do solo para as bacias das ribeiras dos Picose Seca. Os resultados foram obtidos com recurso ao ambiente de Sistemas deInformação Geográfica (SIG). Este trabalho surge na sequência de outros já realizadospelos autores, onde se apresentaram as condições de erodibilidade e erosividade paraáreas mais restritas da Ilha de Santiago. O modelo de susceptibilidade à erosão hídrica resultou do cruzamento dos mapas dedeclives, de perfil e do traçado das vertentes, obtidos a partir do modelo digital deterreno (DTM), do mapa geológico, da distribuição espacial da intensidadepluviométrica e da densidade de ocupação do solo, tendo em conta que são estas asprincipais condicionantes de erosão hídrica, referidas pelos autores que estudaram estaregião. Cada um destes mapas foi reclassificado com base numa análise qualitativa dograu de erodibilidade, sendo atribuído um número de ordem a cada classe, em função da sua susceptibilidade à erosão hídrica, conforme foi localmente reconhecido. Verifica-se que as áreas de maior susceptibilidade à erosão hídrica são as do sectorsudeste da bacia da Ribeira Seca e as vertentes dos principais vales da bacia da Ribeira dos Picos, onde se encontram as unidades geológicas mais friáveis, os declives mais acentuados e onde predominam sectores das vertentes de traçado côncavo, a que seassocia pontualmente a mais elevada intensidade pluviométrica.

Susceptibilidade à Erosão Hídrica na Bacia da Ribeira Seca (Santiago, Cabo Verde)

Na Ilha de Santiago, em Cabo Verde, a erosão hídrica é o processo que afecta áreas mais extensas. A ocorrência de aguaceiros intensos e concentrados no tempo e no espaço promovem uma marcada erosividade das precipitações, com forte irregularidade regional. A grande variabilidade dos declives e das formas das vertentes, associadas à diversidade litológica, bem como à multiplicidade de ocupação do solo, permitem condições de erodibilidade muito contrastadas no espaço. O objectivo deste trabalho é obter um mapa de susceptibilidade à erosão hídrica para a bacia da Ribeira Seca (Santiago oriental) com base no modelo digital do terreno (MDT), nos mapas geológico e de ocupação do solo e na distribuição da erosividade das precipitações. Verifica-se que o sector sudeste da bacia é o mais susceptível à erosão hídrica, pois nele ocorrem a maior concentração diária das precipitações e as condições geomorfológicas e de coberto do solo de mais elevada erodibilidade.

Hidrossedimentologia e Disponibilidade Hídrica da Bacia Hidrográfica da Barragem de Poilão - Cabo Verde

O Arquipélago de Cabo Verde, situado na costa ocidental africana, sofre influência do deserto de Saara tornando o clima caraterizado por pluviometria muito baixa e distribuída irregularmente no espaço e no tempo. As chuvas são muito concentradas, gerando grandes escoamentos para o mar. O aumento da disponibilidade hídrica requer além da construção e manutenção de infraestrutura de captação e conservação de águas pluviais, uma gestão eficiente destes recursos. Atualmente, constitui um dos eixos estratégicos da política do estado de Cabo Verde, a captação, armazenamento e mobilização de águas superficiais através de construção de barragens. Estudos do comportamento hidrológico e sedimentológico do reservatório e da sua bacia de contribuição constituem premissas básicas para um ótimo dimensionamento, gestão e monitoramento da referida infraestrutura. É neste sentido que o presente estudo objetivou sistematizar informações hidrológicas e sedimentológicas da bacia hidrográfica da Barragem de Poilão (BP) e apresentar proposta operacional de longo prazo. A área de estudo ocupa 28 km² a montante da Bacia Hidrográfica da Ribeira Seca (BHRS) na Ilha de Santiago. A altitude da bacia varia de 99 m, situada na cota da barragem, até 1394 m. Para o estudo, foram utilizados e sistematizados, série pluviométrica de 1973 a 2010, registos de vazão instantânea do período 1984 a 2000 e registos agroclimáticos da área de estudo (1981 a 2004). Para o preenchimento das falhas tanto dos escoamentos como da descarga sólida em suspensão, foi utilizado o método de curva chave. Para estimativa de produção de sedimentos na bacia, aplicou-se a Equação Universal de Perda de Solo (USLE) e a razão de aporte de sedimentos (SDR). O índice de retenção de sedimentos no reservatório foi estimado pelo método de Brune e a distribuição de sedimento pelo método empírico de redução de área descrito por Borland e Miller e, revisado por Lara. Para gerar e simular curvas de vazão versus garantia foi utilizado código computacional VYELAS, desenvolvido por Araújo e baseado na abordagem de Campos. Também foi avaliada a redução da vazão de retirada do período 2006 a 2026, provocado pelo assoreamento do reservatório. Concluiu-se que em média a precipitação anual é de 323 mm, concentrando-se 73% nos meses de agosto e setembro; a bacia de contribuição apresenta como valor um número de curva (CN) de 76, com abstração inicial (Ia) de 26 mm, coeficiente de escoamento de 19% e uma vazão anual afluente de 1,7 hm³(cv= 0,73); a disponibilidade hídrica para uma garantia de 85% é avaliada em 0,548 hm³/ano e não 0,671 hm³/ano como indica o projeto original. Com uma descarga sólida estimada em 22.185 m³/ano conclui-se que até o ano de 2026, a capacidade do reservatório reduz a uma taxa de 1,8 % ao ano, devido ao assoreamento, provocando uma redução de 41% da disponibilidade hídrica inicial. Nessa altura, as perdas por evaporação e sangria serão da ordem de 81% da vazão afluente de entrada no reservatório. Na base desses resultados se apresentou proposta de operação da BP.

Conservação e o Uso Sustentável dos Aquíferos Costeiros da Bacia Hidrográfica da Ribeira Seca – Cabo Verde - Definição e Estratégias de Intervenção

A República de Cabo Verde é uma nação insular, situada à 500km da costa Ocidental da África. Composta por 10 ilhas de origem vulcânicas, pertencentes a zona climática Saheliana árida, onde a precipitação anual é muito limitada e a estação das chuvas vai de Agosto a Outubro. Os aquíferos costeiros constituem um recurso importante de água doce cuja qualidade tem vindo a deteriorar devido ao incremento das necessidades de água, consequência directa do aumento demográfico, industrial e agrícola que se verifica nas zonas litorais. A exploração intensiva e prolongada em captações muito próximas do mar, onde não existe uma fonte de compensação destas extracções por recarga natural ou artificial do aquífero, pode provocar o avanço da interface água doce – água salgada no sentido dos furos e a sua posterior contaminação. O aumento de volume de água doce nos aquíferos consegue-se adoptando regras que controlem a extracção, planeando correctamente os locais de descarga dos sistemas de drenagens e tratamento de águas pluviais e residuais, promovendo políticas para a utilização racional da água, incrementando a recarga com água de superfície e implementando medidas que façam diminuir o volume de água salgada/salobra no aquífero. A área do estudo é a parte jusante da bacia hidrográfica de Ribeira Seca, situada na parte nordeste da ilha de Santiago (maior ilha da nação). De acordo com o Censo 2000, a população da bacia é estimada em 14.343 habitantes e está dividida em três sub-bacias Ribeira de Montanha, Ribeira de Mendes Faleiro Cabral e Ribeira Seca, perfazendo uma superfície total de 71,5Km2. Este trabalho pretende identificar o problema da sobre exploração de aquíferos costeiros, da contaminação das águas subterrâneas e propor estratégias de forma integrada visando a prevenção e controlo da poluição salina, problema que afecta principalmente a parte jusante da bacia devido principalmente a exploração dos aquíferos em quantidades superiores a recarga.

Erosão hídrica em diferentes preparos do solo logo após as colheitas de milho e trigo, na presença e na ausência dos resíduos culturais

O preparo do solo, o qual influencia o manejo dos resíduos culturais e a rugosidade superficial, associado ao tipo de cultura utilizada, é um dos fatores que afetam a suscetibilidade do solo à erosão hídrica. Utilizando chuvas simuladas na intensidade constante de 64 mm h-1, com durações suficientes para que o escoamento superficial atingisse taxa constante de descarga, foram avaliados, em Eldorado do Sul (RS), de 1992 a 1994, em condições de campo, os seguintes tratamentos de preparo do solo: semeadura direta, na presença e na ausência dos resíduos recém-colhidos de milho e trigo; escarificação, na presença e na ausência dos resíduos recém-colhidos de milho e trigo + milho logo após a colheita do trigo; e aração + gradagem, na presença e ausência dos resíduos recém-colhidos de milho e trigo + milho logo após a colheita do trigo. Utilizou-se um solo podzólico vermelho-amarelo franco-arenoso e declividade média de 0,066 m m-1. As perdas de solo e água foram fortemente influenciadas pela rugosidade e cobertura superficiais. Na semeadura direta e aração + gradagem, a manutenção dos resíduos culturais na superfície reduziu as perdas de solo em relação à sua remoção manual quase completa. A semeadura direta com os resíduos culturais foi o tratamento mais eficaz na redução da erosão e a aração + gradagem, sem os resíduos, o menos eficaz. A escarificação com os resíduos culturais na superfície apresentou maior perda de solo do que a semeadura direta e aração + gradagem também com os resíduos na superfície. Em geral, as perdas de água por escoamento superficial seguiram o mesmo comportamento das perdas de solo.

Sistemas de manejo de solo e perdas de nutrientes e matéria orgânica por erosão

Perdas de nutrientes e matéria orgânica por erosão hídrica são fortemente influenciadas pelo manejo do solo. O uso de sistema de manejo inadequado pode causar poluição e eutroficação de mananciais, aumentar os custos com adubação e provocar a degradação de agroecossistemas. As perdas de cálcio, magnésio e potássio trocáveis e solúveis, fósforo disponível e matéria orgânica por erosão foram avaliadas, entre 1988 e 1994, em Latossolo Roxo álico epieutrófico muito argiloso, com 0,03 m m-1 de declividade, em Dourados (MS), sob condições de chuva natural, em diferentes sistemas de manejo do solo. Os tratamentos, aplicados na sucessão trigo-soja, foram: (a) escarificação + gradagem niveladora, (b) gradagem pesada + niveladora; (c) plantio direto, e (d) aração com arado de discos + duas gradagens niveladoras, sem cobertura vegetal. A enxurrada foi coletada diariamente e, em laboratório, separou-se o sobrenadante (solução) do sedimento. O Ca2+, o Mg2+, o K+ e o P disponível foram determinados tanto na solução quanto no sedimento, e a matéria orgânica apenas no sedimento. Concentrações de Ca2+ e Mg2+ foram mais elevadas na solução, enquanto as de P e K+ foram maiores no sedimento. O plantio direto proporcionou a maior concentração média de P no sedimento entre os sistemas estudados; além disso, também resultou em maiores concentrações de Ca2+ em solução e taxa de enriquecimento em P no sedimento, em relação aos sistemas que envolveram preparo e cultivo de trigo-soja. Entretanto, o plantio direto foi o sistema mais eficaz no controle da erosão, perdendo as menores quantidades totais de nutrientes e de matéria orgânica. Dos sistemas que envolveram o cultivo da sucessão trigo-soja, o de gradagens (pesada + niveladora) foi o menos eficaz, ficando o sistema de escarificação + gradagem niveladora em posição intermediária. Comparado ao plantio direto, o tratamento com gradagens perdeu cerca de 6,5 vezes mais K+, 6,0 vezes mais P e matéria orgânica, 5,0 vezes mais Ca2+ e 4,0 vezes mais Mg2+. As perdas de Ca2+, Mg2+ e K+, em solução e total, e as de matéria orgânica, no sedimento, foram relacionadas com as de água e de solo e ajustadas matematicamente a um modelo potencial. As perdas de nutrientes apresentaram a seqüência: Ca2+ >K+ >Mg2+ >P.

Caracterização físico-hídrica de um perfil de terra roxa estruturada latossólica pelo método do perfil instantâneo

Em Terra Roxa Estruturada Latossólica do município de Piracicaba (SP), foram instalados tensiômetros a cada 15 cm, em triplicata, a partir de 30 cm até à profundidade de 240 cm, numa área de 25 m², para medida do potencial mátrico (φm) e, indiretamente, por meio da curva de retenção de água, a umidade volumétrica (θ). O método da umidade (Libardi et al., 1980) ajustou os dados de redistribuição de água (θ vs t) com coeficientes de determinação (R²) maiores que 0,98. A hipótese de gradiente do potencial hidráulico (δφh δz-1) unitário foi verificada somente no horizonte Bw. No horizonte Bt, o gradiente do potencial hidráulico variou de 1 a 3,89 m m-1, o que determinou valores de condutividade hidráulica maiores que os obtidos pelo método de Hillel et al. (1972). A umidade volumétrica na capacidade de campo (θcc) variou de 0,45 a 0,33 m³ m-3, que corresponde a uma variação de potencial mátrico (-φm) de 0,0075 a 0,0014 MPa e de condutividade hidráulica de 0,00068 a 0,00750 cm h-1. O horizonte Bt, graças à estrutura em blocos bem desenvolvida, apresentou os maiores valores de densidade do solo e microporosidade, comparado aos do horizonte Bw, que resultaram nas diferenças dos valores das características hídricas do perfil da TR.

Erosão hídrica em cambissolo húmico alumínico submetido a diferentes sistemas de preparo e cultivo do solo: I. perdas de solo e água

O impacto das gotas de chuva e o escoamento superficial são os agentes ativos na erosão hídrica, a qual é fortemente influenciada pela cobertura e rugosidade do solo, tipo de cultura e sistema de preparo. Os preparos conservacionistas diminuem a erosão hídrica em relação aos preparos convencionais, por meio da cobertura e rugosidade superficial. Com o objetivo de quantificar as perdas de solo e água sob chuva natural, nos sistemas de preparo: aração + duas gradagens, escarificação + gradagem e semeadura direta, executados no sentido paralelo ao declive, ambos com rotação e sucessão de culturas, realizou-se um trabalho no Campus do Centro de Ciências Agroveterinárias de Lages (SC), no período de janeiro de 1993 a outubro de 1998. Na rotação, foram utilizadas as culturas de soja, aveia preta, feijão, ervilhaca comum, milho, ervilhaca comum, soja, trigo, feijão, nabo forrageiro, milho e aveia preta e, na sucessão, trigo e soja em todos os anos. O outro tratamento constou de solo sem cultura, preparado com aração + duas gradagens no sentido paralelo ao declive. Utilizou-se um Cambissolo Húmico alumínico argiloso, com 0,102 m m-1 de declividade média. A semeadura direta, na média da rotação e sucessão de culturas, reduziu as perdas de solo em 52, 68 e 98% em relação à escarificação + gradagem, aração + duas gradagens e aração + duas gradagens no solo sem cultura, respectivamente. Na primavera-verão, as perdas de solo foram 63% maiores do que no outono-inverno, na média dos tratamentos estudados. A rotação de culturas reduziu as perdas de solo em 37% em relação à sucessão, na média dos tratamentos de preparo do solo com culturas. O sistema de cultivo influenciou mais fortemente as perdas de solo quando o preparo do solo constou de aração + duas gradagens. As perdas de água comportaram-se de maneira semelhante às perdas de solo, diferindo quanto à magnitude dos seus valores.

Erosão hídrica em cambissolo húmico alumínico submetido a diferentes sistemas de preparo e cultivo do solo: II. perdas de nutrientes e carbono orgânico

A erosão hídrica é uma das principais causas do empobrecimento dos solos, por causa do transporte de nutrientes. Os nutrientes são transportados pela erosão hídrica adsorvidos aos colóides do solo e, ou, solubilizados, podendo variar com o sistema de preparo do solo. Este trabalho foi desenvolvido no Campus do Centro de Ciências Agroveterinárias de Lages (SC), no período de janeiro de 1993 a outubro de 1998, com o objetivo de quantificar as perdas por erosão de fósforo, potássio, cálcio, magnésio e carbono orgânico sob chuva natural, nos seguintes sistemas de preparo: (a) aração + duas gradagens, (b) escarificação + gradagem e (c) semeadura direta executados no sentido paralelo ao declive, com rotação e sucessão de culturas nos três sistemas. Na rotação, foi utilizada a seguinte seqüência de culturas: soja, aveia preta, feijão, ervilhaca comum, milho, ervilhaca comum, soja, trigo, feijão, nabo forrageiro, milho e aveia preta e, na sucessão, trigo e soja em todos os anos. Outro tratamento constou de (d) aração + duas gradagens + solo sem cultura, preparado no sentido paralelo ao declive. Utilizou-se um Cambissolo Húmico alumínico argiloso, com 0,102 m m-1 de declividade média. A concentração de fósforo, potássio, cálcio, magnésio e carbono orgânico no solo foi, em geral, maior nos preparos conservacionistas do que nos convencionais. No entanto, a perda total dos referidos elementos foi, em geral, pouco influenciada pelos sistemas de preparo do solo, relacionando-se fracamente com as perdas de solo e água. As concentrações desses nutrientes no sedimento da erosão correlacionaram-se positivamente com as suas concentrações na camada de 0-0,025 m de profundidade do solo, apresentando uma taxa de enriquecimento próximo a um.

Uma classificação físico-hídrica dos solos

É proposto um sistema de classificação de solos baseado na capacidade de aeração e de hidratação dos perfis. A hidratação é medida pela água disponível (capacidade de campo menos ponto de murcha), enquanto a aeração é avaliada pela conjugação dos valores de ar disponível (porosidade total menos capacidade de campo) e de velocidade de infiltração básica. A partir desses pressupostos, são definidas 10 ordens e 28 classes de solos. As variáveis de entrada são: densidade das partículas, densidade do solo, porosidade total, capacidade de campo, ponto de murcha e velocidade de infiltração básica. A classificação é baseada em critérios estritamente numéricos e inexistem componentes subjetivos de avaliação. As nove ordens principais, cada uma com três classes, são: solos aerado-aqüíferos (I); solos aerado-mesaqüíferos (II); solos mesaerado-aqüíferos (III); solos mesaerado-mesaqüíferos (IV); solos aerado-aqüícludos (V); solos mesaerado-aqüícludos (VI); solos anaerado-aqüíferos (VII); solos anaerado-mesaqüíferos (VIII); solos anaerado-aqüícludos (IX). Uma última ordem é possível (ordem X), a ordem dos solos alagados, com apenas uma classe. É feita uma aplicação do método em solos com classes texturais variadas, desde areias até solos muito argilosos. Demonstra-se que inexiste uma relação direta entre as classes texturais e as classes ou ordens de solo do sistema. Com a conjugação de outras informações (meteorológicas, fitológicas, topográficas, de nível de manejo), propõe-se seja o método também utilizado como ferramenta de manejo dos solos ou na avaliação de aptidão agrícola das terras ou no dimensionamento dos projetos de irrigação.

Perdas de solo e água por erosão hídrica em sistemas florestais na região de Aracruz (ES)

Avaliaram-se as perdas de solo e água por erosão hídrica em sistemas florestais, relacionando-as com os limites admissíveis de perdas para as principais classes de solo nos Tabuleiros Costeiros da região de Aracruz (ES), com vistas em obter indicativos da adequação do manejo deste sistema de produção. O experimento foi instalado em parcelas em Argissolo Amarelo textura média/argilosa (PA1), Plintossolo Háplico (FX) e Argissolo Amarelo moderadamente rochoso (PA8), com declividade variando de 1,8 a 8,2 %; 1,3 a 12,4 % e 28,8 a 35,5 %, respectivamente, contemplando três situações: eucalipto, mata nativa e solo descoberto. As perdas de solo por erosão hídrica para o sistema com eucalipto apresentaram a seguinte ordem: PA8 > PA1 > FX. As perdas de água por enxurrada para o sistema com eucalipto apresentaram a seguinte ordem: PA8 > FX > PA1, com uma variação de 9,09 a 70,48 mm, correspondendo a 0,79 e 6,1 % da precipitação total anual, respectivamente. As perdas de solo para o povoamento de eucalipto foram bem abaixo dos limites de tolerância para os solos referentes a cada classe, indicando a adequação do manejo deste sistema de produção em relação à erosão hídrica. O fato de as perdas de solo para o eucalipto ficarem relativamente próximas daquelas da mata nativa indica a sustentabilidade daquele ambiente no contexto de erosão.