Assessment of rural nonpoint source pollution : a model based on the Universal soil loss equation /

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Soil loss risk and habitat quality in streams of a meso-scale river basin

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Sound absorption coefficient in situ: An alternative for estimating soil loss factors

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

USLE and WEPP Soil Erosion Models: Their Applicability and Use in Generating Cover Values to Stabilize Soil in the Los Alamos, New Mexico Area

Soil erosion is a naturally occurring process that involves the detachment, transport, and deposition of soil particles. Disturbances such as thinning and wildfire can reduce cover greatly and increase erosion rates. Forest managers may use erosion prediction tools, such as the Universal Soil Loss Equation (USLE) and Water Erosion Prediction Project (WEPP) to estimate erosion rates and develop techniques to manage erosion. However, it is important to understand the differences and the applications of each model. Erosion rates were generated by each model and the model most applicable to the study site, Los Alamos, New Mexico was determined. It was also used to find the amount of cover needed to stabilize soil. The USLE is a simpler model and less complicated than a computer model like WEPP, and thus easier to manipulate to estimate cover values. Predicted cover values were compared to field cover values. Cover is necessary to establish effective erosion control guidelines.

A GIS-based model of soil erosion and transport

Soil erosion is a natural process that occurs when the force of wind, raindrops or running water on the soil surface exceeds the cohesive forces that bind the soil together. In general, vegetation cover protects the soil from the effects of these erosive forces. However, land management activities such as ploughing, burning or heavy grazing may disturb this protective layer, exposing the underlying soil. The decision making process in rural catchment management is often supported by the predictive modelling of soil erosion and sediment transport processes within the catchment, using established techniques such as the Universal Soil Loss Equation [USLE] and the Agricultural Nonpoint Source pollution model [AGNPS]. In this article, the authors examine the range of erosion models currently available and describe the application of one of these to the Burrishoole catchment on the north-west coast of Ireland, which has suffered heavy erosion of blanket peat in recent years.

Análise espacial dos fatores da equação universal de perda de solo em área de nascentes

O objetivo deste trabalho foi avaliar a perda de solo de área de nascentes da Microbacia do Córrego do Tijuco, SP. Foi utilizada a análise espacial dos fatores da equação universal da perda de solo (EUPS), em integração com análise de componentes principais e geoestatística. A perda de solo média, estimada para a área, foi de 118,5 Mg ha‑1 por ano, considerada alta. Próximo à zona urbana, houve alta interação dos fatores erosividade da chuva e práticas conservacionistas, o que evidencia grande perda de solo, em razão da concentração da água proveniente da camada impermeabilizada urbana, com alta velocidade de escoamento. Nos divisores de águas, a atuação da erodibilidade foi proeminente, em contraste com o fator topográfico. Foram observadas áreas com atuação conjunta destes fatores, inclusive em locais de inclinação suave, porém com alto potencial natural de erosão. A interação das análises multivariadas e geoestatística permite a estratificação da área, identifica locais com propriedades específicas quanto à perda de solo, e espacializa os fatores do processo erosivo e suas interações ao longo do relevo.

Estudo da vulnerabilidade à erosão com a aplicação da Equação Universal de Perda de Solo na alta bacia hidrográfica do rio Jacaré Pepira, utilizando SIG/SPRING

Pós-graduação em Geociências e Meio Ambiente - IGCE

Efeitos da mecanização agrícola da cultura da cana-de-açúcar nos processos erosivos: dimensionamento de terraços com base na Equação Universal de Perdas de Solo (EUPS)

A cultura da cana-de-açúcar é a segunda maior movimentação econômica na cadeia do agronegócio no Brasil. Gera riquezas através da fabricação de açúcar, etanol e cogeração de energia elétrica, além de outros subprodutos. Considerada fonte de energia renovável, a cana-de- açúcar a princípio tinha sua imagem associada a impactos negativos principalmente devido as queimadas realizadas nas lavouras para colheita manual. Nos últimos anos, baseado em decretos e no Protocolo Agro-ambiental, essa prática vem sendo abolida. Para se manter e até mesmo aumentar o rendimento das colhedoras nos canaviais, os gestores têm adotado práticas para reduzir os terraços agrícolas, com impacto nos sistemas de conservação de solos. Assim, este trabalho teve como objetivo identificar os impactos ambientais provocados pela mecanização agrícola decorrente do mau manejo e dimensionamento dos mecanismos de conservação do solo. Neste estudo também se realizou uma análise à Equação Universal de Perdas de Solo (EUPS), como ferramenta para o dimensionamento de terraços agrícolas. O estudo foi realizado em uma microbacia hidrográfica, denominada Ribeirão da Bocaina, localizada na UGRHI-13 (Tietê - Jacaré). Foi possível identificar a variabilidade amostral do solo para o dimensionamento conservacionista, gerando curvas de nível com Desníveis Verticais (D.V) desuniformes, contrariando a sistemática atual de terraços que respeita cotas múltiplas ou mesmo dimensionamentos empiristas, segundo o conhecimento local e o histórico recente da área. Algumas sugestões também foram feitas afim de torná-la uma ferramenta ainda mais eficiente, considerando condições particulares à cultura da cana-de-açúcar, tais como a influência da palhada, sulcos de plantio e diversos tipos de terraços como meios de controle à erosão. A metodologia foi satisfatória, no que tange a compreensão pelos meios de correlação entre as práticas conservacionistas e modelos de predição de perda de solo, trazendo luz à ciência na interpretação das ferramentas existentes e as lacunas a serem preenchidas.

Enhanced processing of SPOT multispectral satellite imagery for environmental monitoring and modelling

The Taita Hills in southeastern Kenya form the northernmost part of Africa’s Eastern Arc Mountains, which have been identified by Conservation International as one of the top ten biodiversity hotspots on Earth. As with many areas of the developing world, over recent decades the Taita Hills have experienced significant population growth leading to associated major changes in land use and land cover (LULC), as well as escalating land degradation, particularly soil erosion. Multi-temporal medium resolution multispectral optical satellite data, such as imagery from the SPOT HRV, HRVIR, and HRG sensors, provides a valuable source of information for environmental monitoring and modelling at a landscape level at local and regional scales. However, utilization of multi-temporal SPOT data in quantitative remote sensing studies requires the removal of atmospheric effects and the derivation of surface reflectance factor. Furthermore, for areas of rugged terrain, such as the Taita Hills, topographic correction is necessary to derive comparable reflectance throughout a SPOT scene. Reliable monitoring of LULC change over time and modelling of land degradation and human population distribution and abundance are of crucial importance to sustainable development, natural resource management, biodiversity conservation, and understanding and mitigating climate change and its impacts. The main purpose of this thesis was to develop and validate enhanced processing of SPOT satellite imagery for use in environmental monitoring and modelling at a landscape level, in regions of the developing world with limited ancillary data availability. The Taita Hills formed the application study site, whilst the Helsinki metropolitan region was used as a control site for validation and assessment of the applied atmospheric correction techniques, where multiangular reflectance field measurements were taken and where horizontal visibility meteorological data concurrent with image acquisition were available. The proposed historical empirical line method (HELM) for absolute atmospheric correction was found to be the only applied technique that could derive surface reflectance factor within an RMSE of < 0.02 ps in the SPOT visible and near-infrared bands; an accuracy level identified as a benchmark for successful atmospheric correction. A multi-scale segmentation/object relationship modelling (MSS/ORM) approach was applied to map LULC in the Taita Hills from the multi-temporal SPOT imagery. This object-based procedure was shown to derive significant improvements over a uni-scale maximum-likelihood technique. The derived LULC data was used in combination with low cost GIS geospatial layers describing elevation, rainfall and soil type, to model degradation in the Taita Hills in the form of potential soil loss, utilizing the simple universal soil loss equation (USLE). Furthermore, human population distribution and abundance were modelled with satisfactory results using only SPOT and GIS derived data and non-Gaussian predictive modelling techniques. The SPOT derived LULC data was found to be unnecessary as a predictor because the first and second order image texture measurements had greater power to explain variation in dwelling unit occurrence and abundance. The ability of the procedures to be implemented locally in the developing world using low-cost or freely available data and software was considered. The techniques discussed in this thesis are considered equally applicable to other medium- and high-resolution optical satellite imagery, as well the utilized SPOT data.

Potencial de erosão da bacia do Rio Uberaba

Este trabalho teve por objetivo identificar qualitativamente as áreas suscetíveis à erosão laminar na bacia do Rio Uberaba, localizada em Uberaba -MG, apoiado no modelo matemático da Equação Universal de Perda de Solo (EUPS). Foram utilizadas cartas de: solos, uso e ocupação das terras, redes de drenagem, declividade e dados pluviográficos, utilizando-se de um Sistema de Informação Geográfica (SIG -IDRISI). A espacialização do potencial de erosão só foi possível a partir da estimativa da tolerância às perdas laminares para cada tipo de solo da bacia, e da profundidade dos solos, por entender que as perdas são mais significativas em solos mais rasos do que em solos muito profundos. Na análise dos resultados, verificou-se que 37% da área total da bacia do Rio Uberaba (905,24 km²) sofrem perdas de solos acima do limite de tolerância, sendo 12% em solos profundos e 25% em muito profundos, e a espacialização deste evento favorece a adoção de ações efetivas quanto à conservação dos solos da bacia.

Importantes características de chuva para a conservação do solo e da água no município de São Manuel (SP)

Os modelos matemáticos preditivos da erosão do solo, como a Equação Universal de Perda de Solo (EUPS), são de muita valia no planejamento de uso agrícola da terra. Tal equação, desenvolvida para estimar as perdas médias anuais de solo esperadas em dado local, para determinado sistema de manejo, apresenta como variáveis os fatores erosividade da chuva (R), erodibilidade do solo (K), comprimento do declive (L), grau do declive (S), cobertura e manejo (C) e práticas conservacionistas de suporte (P). Com o objetivo de contribuir para o planejamento conservacionista de uso do solo local, foi estimado, de forma simplificada, o fator erosividade da chuva (R) da EUPS para o município de São Manuel (SP), para uma série pluviométrica contínua de 49 anos de dados de chuva diária. Além disso, foram também calculados o período de retorno, a freqüência de ocorrência dos índices de erosividade anuais e as quantidades máximas diárias das chuvas necessárias para o dimensionamento mais adequado de canais de terraços agrícolas em nível. O valor calculado do fator R foi de 7.487 MJ mm ha-1 h-1 ano-1, esperado ocorrer no local, pelo menos, uma vez a cada 2,33 anos, com uma probabilidade de 42,92 %. Observou-se uma concentração de 81,48 % do valor total deste fator no semestre de outubro a março, indicando que, potencialmente, as maiores perdas anuais de solo por erosão são esperadas neste período. Os valores anuais do índice EI30, esperados para os períodos de retorno de 2, 5, 10, 20, 50 e 100 anos, foram de 7.216, 8.675, 9.641, 10.568, 11.768 e 12.667 MJ mm ha-1 h-1 ano-1, respectivamente. Com relação às quantidades máximas de chuva diária, para os mesmos períodos de retorno, os valores foram de 73, 98, 115, 131, 151 e 167 mm, respectivamente.

Modelagem em escala regional da erosão relacionada com a evolução da cobertura do solo: Um estudo de caso no sudeste do Brasil

Accelerated soil erosion is, at present, one of the most widespread environmental problems in the world. Geographic Information Systems (GIS) have become an essential tool in soil erosion studies and consequently in the development of appropriate soil conservation strategies. The objective of this paper was to assess the degree of soil erosion associated with land cover dynamics through GIS analysis and to validate the modeling with indicators of soil erosion. Universal Soil Loss Equation (USLE) model, GIS technology and ground-truth dataset (erosion indicators) were employed to elaborate the soil loss maps for four dates at Sorocaba Municipality (SP, Brazil). It was verified that, although the predicted soil loss rate is normally small along the study area, such rate is significantly greater than the soil formation rate. This shows a non-sustainable situation of soil and land cover management. Unplanned urban expansion seems be the main driving force that acts in increasing the erosion risk/occurrence along the study area.

Análise multivariada na determinação do risco de erosão em solos sob irrigação

The objective of this work was to verify the application of cluster analysis to evaluate soil erosion risk for different soil classes, soil slopes and soil managements. The study was conducted in a 33 ha section of a large field located in Carmo do Rio Claro County, MG, Brazil. The field had been managed in a corn/bean rotation under conventional tillage and under coffee plantation for seven years, both under sprinkle irrigation. Soil samples were obtained at every 10 m at 0.20 m depth along a transect of 1050 m. Soil erosion risk (A), natural potential erosion (PN), and erosion expectation (EE) were determined and submitted to a cluster and principal component analysis. The application of clustering analysis showed high correlation between the clusters and soil types. With clustering analysis plus principal components analysis, it was possible to identify groups of high and low soil erosion expectation, showing that the areas with higher soil erosion expectation are correlated to the soil class, soil slope and soil management. Among the studied variables, the natural potential erosion (PN) showed to be the most important factor to identify different soil erosion groups. The cluster analysis showed that 98% of the variables were classified within each group, and that they should be managed differently due to the soil erosive potential of each group,.