Estudo de Parcelas de Erosão para Criação de Modelos Digitais do Terreno Aplicados em Pesquisas de Processos Erosivos no domínio do

Cerrado no Município de Uberlândia - MG

Pedro Bueno Rocha Campos - Graduando em Geografia pela Universidade Federal de Uberlândia (pbcampos@netsite.com.br)

Douglas Santana Serato - Graduando em Geografia pela Universidade Federal de

Uberlândia (douglas.serato@gemail.com)

Ricardo Reis Alves - Doutorando em Geografia pela Universidade Federal de Uberlândia (ricardoreisalves@gmail.com)

Eduardo Humberto Campos - Graduando em Geografia pela Universidade Federal de

Uberlândia (eduardoh.campos@yahoo.com.br)

Silvio Carlos Rodrigues - Professor Doutor da Universidade Federal de Uberlândia (silgeo@ufu.br)

RESUMO

Para entender os processos erosivos é de suma importância o estudo em estações experimentais como parcelas de erosão, porém a interferência do homem e dos equipamentos instalados ainda é muito grande e, além disso, não são estudos práticos e de fácil aplicação. Para tanto, a proposta deste projeto baseia-se em minimizar as interferências e reduzir assim os erros, podendo também ser facilmente aplicado a diferentes tipos de uso do solo em loco, colocando as parcelas em sintonia com o geoambiente em que estão inseridas, utilizando materiais baratos, práticos, precisos e técnicas de geoprocessamento. Propõe-se além de uma nova metodologia de pesquisa em parcela, através da digitalização do terreno, uma modelagem de evolução do micro-relevo e de vertente para as características geoambientais do local de estudo, entender processos de ravinamento e escoamento superficial. A área de estudo escolhida localiza-se no município de Uberlândia – MG, no ambiente caracterizado como Cerrado, onde temos como características geoambientais solos predominantemente arenosos, um clima tropical com chuvas concentradas em seis meses do ano. Para elaboração deste trabalho foi necessário à criação de um modelo digital do terreno, para tanto foram coletados dados das dimensões da área inclusive a profundidade, onde a dimensão de área é constante, variando somente a profundidade, em uma parcela de 1m². Para a coleta dos dados de profundidade utilizou-se uma chapa de isopor, nivelada a 180° como o horizonte, sempre no mesmo nível, para coleta dos dados foi utilizado um prumo colocado sempre, exatamente, perpendicular a chapa. Os dados foram trabalhados no software ArcGis 9.2, criou-se um modelo de três dimensões, no qual foi possível chegar a taxa de perda de sedimentos, calculada através da diferença entre volumes dos modelos gerados, evolução do micro-relevo e constatação da eficiência desta nova proposição de estudos em parcelas.

Palavras-chave: Processos erosivos, parcela, geoprocessamento, digitalização do terreno

ABSTRACT

To understand the erosion processes is of paramount importance in the study plot and experimental stations of erosion, but the interference of man and the equipment is still very large and, furthermore, no studies are practical and easy to use. For this, the proposal of this project is based on minimizing the interference and thus reduce the errors and can be easily applied to different types of land use in situ, placing the parcels in line with the geoambiente they are inserted, using materials cheap, practical, and precise techniques of GIS. It is proposed addition of a new methodology for research in part through the digitization of the land, a model for the evolution of micro-relief and geoambientais part to the characteristics of the place of study, to understand processes of gullies and runoff. The study area selected is located in the municipality of Uberlândia - MG, environment characterized as Cerrado, which have characteristics as geoambientais predominantly sandy soil, a tropical climate with rainfall concentrated in six months of the year. For elaboration of this work was necessary to create a digital terrain model, data were collected for both the size of the area including the depth, where the size of area is constant, varying only the depth, in a plot of 1m ². For data collection in depth using a plate of polystyrene, capped at 180 ° to the horizon, always the same level for data collection was used bob always placed, exactly, perpendicular to plate. The data were processed in Arcgis 9.2 software, set up a model of three dimensions, which was reached the rate of loss of sediment, calculated by the difference between volumes of the generated models, development of micro-relief and the efficiency of finding proposals for new studies in installments.

Key Words: Erosion processes, plot, geoprocessing, scanning the terrain

INTRODUÇÃO

Os processos erosivos no Brasil hoje atingem cerca de 15% das terras no Brasil,

tendo como processos de grande importância a erosão laminar e linear, que são naturais,

mas são agravados, principalmente, pelo escoamento superficial em áreas com manejo

inadequado do solo (BOARDMAN, 1999).

Para entender os processos erosivos é de suma importância o estudo em estações

experimentais como parcelas de erosão, porém a interferência do homem e dos

equipamentos instalados ainda é muito grande e, além disso, não são estudos práticos e de

fácil aplicação. Para tanto, a proposta deste projeto baseia-se em minimizar as

interferências e reduzir assim os erros, podendo também ser facilmente aplicado a

diferentes tipos de uso do solo em loco, colocando as parcelas em sintonia com o

geoambiente em que estão inseridas, utilizando materiais baratos, práticos, precisos e

técnicas de geoprocessamento.

Propõe-se além de uma nova metodologia de pesquisa em parcela, através da

digitalização do terreno, uma modelagem de evolução do micro-relevo e de vertente para as

características geoambientais do local de estudo, entender processos de ravinamento e

escoamento superficial.

É importante ressaltar que a área de estudo está no ambiente caracterizado como

Cerrado, nos limites do Triângulo Mineiro do estado de Minas Gerais, onde temos como

características geoambientais solos predominantemente arenosos, um clima tropical com

chuvas concentradas em seis meses do ano, o uso de monoculturas extensivas e a maior

parte da área sem um manejo adequado do solo, propiciando com isso o desenvolvimento

de processos erosivos mais acentuados (Alves, 2007). As parcelas foram instaladas na

fazenda experimental da Universidade Federal de Uberlândia no município de Uberlândia,

em uma área de ravinamento ativo (Figura 1).

Figura 1: Área de Estudo em amarelo e Direção do Fluxo em vermelho

Autor: SERATO, 2008

O presente projeto trás como fundamentação teórica, autores que tratam dos temas

específicos necessários para a elaboração do mesmo. Guerra (2007), Oliveira (2007),

Camapum de Carvalho (2006), Hudson (1993), tratam do principio dos processos erosivos

como a ação da chuva no solo até o desenvolvimento de fluxo linear, que determinam o

inicio da erosão laminar e linear, além disso, abordam a questão do estudo monitorado em

forma de parcelas.

Apesar dos autores citados contribuírem de forma satisfatória para o estudo em

parcelas, a introdução do geoprocessamento neste tipo de análise fica um tanto quanto

defasado, com isso faz-se necessário referências como Miranda (2005), que introduz de

uma forma prática o geoprocessamento para análises desse tipo, propondo os fundamentos

dos sistemas de informação geográficas, métodos de análise e interpretação dos dados

obtidos.

MATERIAL E MÉTODO

Para a elaboração e aplicação desse projeto faz-se necessário à criação de um

modelo digital do terreno. Para tanto serão coletados dados das dimensões da área inclusive

a profundidade, onde a dimensão de área é constante, variando somente a profundidade.

Para a coleta dos dados de profundidade se utilizará uma chapa de isopor, nivelada a 180°

com o horizonte (Figura 2), em uma espessura que possibilite balizar o coletor, que pode ser

um vergalhão, uma trena óptica, ou um prumo, todos colocados sempre, exatamente,

perpendicular a chapa, o numero de pontos de coleta na parcela irá variar de acordo com a

precisão que se necessita, para isso se faz furos na chapa de acordo com a divisão das

células de coleta, estes dados serão coletados a cada vinte dias, no período de chuva. As

dimensões da chapa devem ser de acordo com a necessidade da pesquisa a ser feita. Neste

caso as dimensões abrangem 1m², e cada célula de coleta 10cm² (Figura 3).

Figura 2: Modelo das chapas em perfil indicando a fixação nivelada a 180° com o

horizonte (CRUZ, 2008).

Figura 3: Modelo de perfuração em células na chapa de madeira (CRUZ, 2008).

O primeiro modelo de chapa para coleta de pontos neste estudo foi feita de madeira,

mas como era muito pesada e tinha problemas por que envergava, ela foi substituída por

uma chapa feita de isopor, que era mais leve e não entortava, além de favorecer a confecção

dos furos para a coleta. As dimensões utilizadas foram as mesmas sugeridas anteriormente.

A coleta era feita com um prumo da seguinte forma: como o prumo tinha a altura

conhecida, a profundidade era inferida a partir do tamanho da linha, que amarra o prumo,

necessária para que este encostasse a ponta no chão (Figura 4).

Figura 4: Coleta com o Prumo (SERATO, 2008).

Os dados coletados serão inseridos em uma tabela (Tabela 1) que deverá conter os

valores das dimensões das células demarcadas na chapa para posteriormente serem

geoprocessados. A divisão desta tabela será feita nos eixos X, Y e Z. Nos eixos X e Y os

valores deverão ser todos relacionados entre si, assumindo valores de coordenadas fictícias

para a modelagem, com a diferença entre cada ponto relativo aos valores da divisão das

células na chapa, por exemplo: se na coluna X se tem 2 valores e na coluna Y 2 valores, o

numero de linhas será 4, ou seja, são as combinações possíveis. Feito isso se insere esta

tabela em um software especifico pra tratamento destes dados. Os valores de profundidade

devem ser multiplicados por -1, pois só representarão a profundidade se forem em valores

negativos. O sistema de coordenadas devera ser em UTM, pois assim pode ser colocado na

tabela os valores referentes a metragem das dimensões do experimento, como na tabela de

exemplo abaixo.

Tabela 1: Exemplo de Sistema de Informação Geográfica - SIG

X Y Z

10 10 N*(-1)

10 20 N(-1)

20 10 N(-1)

20 20 N(-1)

* N pode ser qualquer valor de profundidade.

Autor: CAMPOS, 2009

Para este projeto foi utilizado o software ArcGis9.2 da plataforma ESRI. Neste

programa foi possível a transformação dos dados da tabela em um arquivo com os mesmos

vetorizados no sistema de coordenadas UTM, onde cada ponto no plano se refere a uma

célula ou ponto de coleta do experimento, ou seja, as células X e Y da tabela, que

correspondem as dimensões da área, serão as coordenadas no plano do modelo criado.

Com o arquivo de pontos vetorizados, o próximo passo é a interpolação dos dados

de profundidade, pois é necessário calcular os valores entre cada ponto de coleta, o método

de interpolação de ponto utilizado foi o Spline, um método que é bastante preciso e

eficiente no delineamento de curvas. A interpolação tem um arquivo final na forma de

imagem, que contem os valores de Z a partir da variação da cor de cada pixel na escala de

cinza.

A partir da imagem dos pontos interpolados é possível fazer o modelo de elevação

do terreno, pelo método denominado TIN – Rede Irregular de Triângulos que é a

triangulação dos valores da cota Z, que no caso corresponde a cada pixel da imagem. Com

o modelo de elevação do terreno pode-se extrair diversos produtos como drenagem,

declividade, orientação de vertente, área e volume.

Para se trabalhar com erosão laminar é necessário um método para medir a taxa de

perda de solo. Neste caso está taxa será calculada pela diferença de volume nos modelos

digitais do terreno a partir dos dados coletados em campo a cada 20 dias, o método ainda

possibilita o conhecimento da entrada de sedimento no sistema, assim a taxa final de perda

de sedimentos será a diferença entre a saída e a entrada. Os valores obtidos passarão por

uma análise estatística estabelecendo uma modelagem de evolução do micro-relevo e de

vertente para as características geoambientais do local de estudo.

Para caracterizar o geoambiente local, serão estudados os critérios de solo, clima e

uso do solo. Devera ser feita uma análise das propriedades físicas do solo, a partir de

estudos já feitos, um mapa de uso e ocupação do solo, evidenciando a cobertura vegetal, e

relacionar os dados obtidos com os dados da estação climatológica que existe próximo ao

experimento.

RESULTADOS E DISCULSSÕES

Do período entre 24 de outubro de 2008, até 23 de março de 2009, foram feitas 8

coletas com um intervalo de aproximadamente 20 dias entre uma e outra. Como produto se

obteve 8 modelos de elevação do terreno que possibilitaram a análise da taxa de perda de

sedimento por diferença de volume (Figura 5 e 6). Os modelos digitais resultantes têm

grande precisão, porém com a interpolação dos pontos que infere valores as áreas entre os

pontos, há uma certa suavização de desníveis abruptos, podendo assim gerar erros nos

cálculos, tanto de volume quanto de formas.

Figura 5: Modelo digital de elevação do terreno do dia 24 de outubro de 2008. (CAMPOS, 2009)

Mais Fundo

Mais Raso

Figura 6: Modelo digital de elevação do terreno do dia 26 de março de 20069. (CAMPOS, 2009)

A taxa final de perda de sedimentos em 1m² num período de 5 meses, pela diferença

de volume da área inicial para final, foi de 46,61 L, com uma média de 9,32 L por mês

conforme a tabela 2.

Tabela 2: Total de Perda de Sedimentos por Coleta Data Entrada (L) Saída (L) Total (L) 24/10/08 – 11/11/08 2,85 5,96 3,12 11/11/08 – 02/12/08 1,69 4,1 2,41 02/12/08 – 23/12/08 1,58 3,15 1,54 23/12/08 – 22/01/09 1,28 5,0 3,72 22/01/09 – 12/02/09 1,44 25,07 23,63 12/02/09 – 05/03/09 5,84 13,05 7,21 05/03/09 – 26/03/09 10,02 15,11 5,9 24/10/08 – 26/03/09 1,1 47,7 46,61 Autor: CAMPOS, 2009

Foi possível com essa metodologia a analise da entrada de sedimentos que vem

tanto da área de estudo quanto do sistema em que a mesma esta inserida, a taxa de entrada

foi de 1,1 L, porém a maior taxa registrada foi de 10,02, evidenciando que mesmo com

grande entrada de sedimentos no sistema a perda foi consideravelmente maior.

Se for considerado a equivalência de 1L de solo para 1kg de solo, temos que em

1m², a perda de solo é de 46, 61kg num período de 5 meses, mas se extrapolado esse valor

Mais Raso

Mais Fundo

para 1 hectare temos uma perda de 460 toneladas, se fosse uma perda uniforme no terreno,

em 1m² perderíamos uma lamina de 4,6cm de altura, porém quando concentrado na forma

de uma ravina a variação do relevo é muito maior. Essas taxas são calculadas para o

período de 5 meses, o total de coleta de dados.

Comparando a taxa de perda de sedimentos com a quantidade de precipitação

mensal (tabela 3), constata-se que há uma forte relação entre os dois fatores, uma vez que

quanto maior a concentração de chuva, maior é a perda de sedimentos.

Tabela 3: Total de Precipitação Mensal Mês Total de Precipitação Mensal em mm

Outubro de 2008 148,2

Novembro de 2008 59,9

Dezembro de 2008 363,3

Janeiro de 2009 260,0

Fevereiro de 2009 202,4

Março de 2009 103,1

Fonte: Laboratório de Climatologia da Universidade Federal de Uberlândia

Temos também como resultado a evolução da ravina, as áreas de aprofundamento,

sedimentação, elevação e direcionamento de fluxo (Figuras 7e 8). A evolução da ravina

estudada teve um avanço muito rápido, considerado o tempo de análise, com um forte

aprofundamento e alargamento do canal, com concentração de sedimentos no fundo do

canal nos períodos entre chuva, também houve a concentração de sedimentos nos topos e

devido a pouca vegetação que cresceu na área de estudo.

Figura 7: Primeira coleta de dados em 24 de outubro de 2008 – Estagio Inicial. (CAMPOS, 2009)

Figura 8: Ultima coleta de dados em 26 de março de 2009 – Estagio Final. (CAMPOS, 2009)

CONCLUSÃO

Com o presente trabalho foi possível o teste de uma nova metodologia de estudo em

parcelas de erosão laminar e linear, dando maior enfoque a utilização de novas ferramentas

disponíveis, que não são de praxe neste tipo de estudo, como o geoprocessamento e

modelos digitais de elevação do terreno, além de incentivar a utilização de ferramentas de

alta precisão no estudo de parcelas, colaborando dessa forma para o desenvolvimento de

estudos nessa área.

Outro fator que deve ser salientado é que esta nova metodologia coloca a parcela em

contato com o geoambiente em que esta inserida, não tendo a necessidade de cercamento e

assim não inferindo em erros resultantes da isolação da parcela com o meio, exposta a todos

os intempéries naturais, tendo como resultado a sua evolução natural.

Como o estudo está em fase inicial no que se refere ao desenvolvimento e teste da

metodologia, é necessária a aprimoração do método de coleta de dados com a inserção de

novas ferramentas que facilitem, agilizem e dê mais precisão aos resultados, por outro lado

se faz necessário o aumento de pontos coletados na mesma parcela para a precisão da

interpolação dos mesmos.

Também foi constato com o estudo, que a taxa de perda de sedimentos nos revela

uma medida relevante no sentido de preocupação, porém como a pesquisa foi realizada em

uma ravina em constante atividade e durante o período chuvoso da região, os resultados até

então alcançados não podem ser generalizados a todo ambiente em que está inserido uma

vez que para tanto seria fundamental a obtenção de dados em uma escala de tempo maior,

abrangendo, assim, todo um período e em mais áreas.

AGRADECIMENTO

À FAPEMIG pelo apoio para a realização da pesquisa e financiamento para participação

deste evento.

REFERÊNCIAS

ALVES, Ricardo Reis & RODRIGUES, Silvio Carlos. Monitoramento dos processos erosivos e da dinâmica hidrológica e de sedimentos de uma voçoroca: estudo de caso

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