Manejo e Conservação do Solo: módulo EROSÃOGerd Sparovek (LSO/ESALQ)

gerd@usp.br

Segundo semestre de 2015

Isabella Clerici De MariaInstituto Agronômico (IAC/SAA) – Pós-doutoranda ESALQicdmaria@iac.sp.gov.br

Alexandre Puglisi Barbosa FrancoAGinfo Agricultura de Informação – Doutorando ESALQalexandre.aginfo@gmail.com

O que é erosão ?

O que é erosão ?

Manejo e Conservação do Solo: módulo EROSÃO

Processo Físico que utiliza energia armazenada aplicada a um corpo (solo) que se desloca (realiza um trabalho).

Energia cinética

Impacto da gota de chuvaVelocidade da enxurradaVelocidade do vento

Agentes Erosivos

CHUVA

VENTO

Erosão Eólica

Fotos: www.uol.com.br, Riyadh, 2009

Fotos: G.L. Brandileoni, Riyadh, 2009

Erosão Eólica

Erosão Hídrica

A erosão do solo: Processo e Processos

Desprendimento -> Transporte -> Deposição

Forças de adesão e coesão

Infiltração de água Capacidade de Transporte

Redução da energia

Impacto da gota de chuvaEnxurrada

EnxurradaImpacto da gota de chuva

Impacto da gotade chuva

Desprendimento pela gota de chuva

• Energia cinética

m = massa da gota de chuva D50 (valor mediano)

v = velocidade da gota de chuva tamanho da gota e altura de queda

Desprendimento pela gota de chuva

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6intensidade da chuva

tam

anho

da

gota

02468

1012

0 2 4 6 8

diâmetro da gota

velo

cidad

e ter

min

al02468

1012

0 2 4 6 8

diâmetro da gota

altu

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ara

vel.

term

inal

As gotas de chuva caindo mudam de forma durante a queda, atingem a velocidade terminal e estabilizam a forma.

Desprendimento pela gota de chuva

Erosividade da chuva

Chuva anual Erosividade anualChuva anual Erosividade anual

Silva, 2003

Desprendimento pela gota de chuva

• Energia cinética

m = massa da enxurrada Q = P – I Q = volume da enxurrada P = volume de chuva v = velocidade da enxurrada I = taxa de infiltração declive

Desprendimento pela enxurrada

25% da chuva se transforma em enxurrada

Massa da enxurrada = R/4Velocidade da enxurrada = 1m/s

Massa de chuva = RVelocidade terminal = 8 m/s

Desprendimento pela enxurrada

100% da enxurrada concentrada em um talvegue

Massa da enxurrada de 1ha em 100m2 (0,01ha)Massa da enxurrada 100 vezes maiorVelocidade da enxurrada = 2m/s

Desprendimento pela enxurrada

Roughness, runoff and soil lossHelming, K., Römkens, M.J.M., Prasad, S.N. (1998) Surface roughness related processes of runoff and soil loss: a flume study. Soil Science Society of America Journal 62: 243-250.•Effect of roughness on spatial distribution of runoff and flow concentrations affecting the amount of soil loss.•Rain simulation, 2.8 m flume, three roughness conditions (rough, medium and smooth) two slopes (2, 8 and 17 %).•Roughness was calculated from DEM obtained from laser microrelief measurements.

Adjustable flume, rainfall simulator, laser microrelief meter

smooth rough

smooth rough Slope Soil loss (kg m-2) Slope Soil loss (kg m-2)

2% 0.56 2% 0.53 8% 3.31 8% 1.41

17% 9.38 17% 7.2

Erosão hídrica

1. desprendimento

2. formação de poças

3. escoamento superficial

4. fluxos concentrados

5. sulcos

6. cabeceiras

7. voçorocas

• Impacto das gotas de chuva (splash)

– Desagregação das partículas– Transporte pelo salpicamento– Ruptura dos agregados

Resistência do solo à desagregação

1. Desprendimento pela gota de chuva

Energia cinética da gota de chuva

• Selamento de poros da superfície• Redução da porosidade da superfície• Saturação dos poros da superfície• Redução da taxa de infiltração de água

2. Formação de poças

• solo saturado• baixa infiltração de água

• poças interligadas

• início do processo de escoamento

poças

3. Escoamento superficial

• Transporte de partículas em suspensão• Desagregação das partículas pela enxurrada• Escoamento difuso, escoamento em lençol, erosão laminar

• Concentração da enxurrada

Rugosidade

Declividade do terreno

Área de contribuição

3. Escoamento superficial

• Concentração da enxurrada

• Escoamento ganha velocidade e volume• Aumenta transporte e deposição de partículas• Aumenta ação cizalhante da enxurrada

Rugosidade

Declividade do terreno

Área de contribuição

4. Fluxo concentrado

Enxurrada concentrada em pequenos sulcos

•Profundidade da enxurrada aumenta•Aumenta a concentração de sedimentos na enxurrada•Atrito entre sedimentos da enxurrada e superfície do solo•Arraste de partículas do fundo e laterais dos sulcos

• Erosão em Sulcos

5. Formação de sulcos

Sulcos mais profundos e mais largos

• Sulcos tendem a evoluir por bifurcações• Aumento da produção de sedimentos dentro dos sulcos

(erosão dentro dos sulcos)

Turbulência da enxurrada

Deposição de sedimentos nos sulcos por que diminui a capacidade de transporte

Formação de pontos de ruptura

Recuo das cabeceiras

6. Cabeceiras

• Sulcos aumentam em profundidade, largura e extensão.• Enxurradas de chuvas subsequentes utilizam mesmos

caminhos preferenciais formados.

Voçorocas efêmeras

Voçorocas permanentes

7. Voçorocas

50 cm de largura e profundidade

Evolução e outros processos de desprendimento e transporte

Afloramento de lençol freático

Queda d’água

Solapamento de talude

Movimento de massa

Fluxos subsuperficiais de água

7. Voçorocas

Impacto da gota

Enxurrada Difusa (não recorrente)

Concentrada (recorrente)

Sulcos

Laminar

Voçorocas efêmeras

Voçorocas permanentes

A erosão do solo: Formas

• Estrutura• Textura• Matéria orgânica• Cátions• Profundidade• Permeabilidade• Tipo de horizonte

A erosão do solo: Efeito do tipo solo

AgregaçãoInfiltração de Água

Energia cinéticaChuva e Enxurrada

smooth rough Slope Soil loss (kg m-2) Slope Soil loss (kg m-2)

2% 0.56 2% 0.53 8% 3.31 8% 1.41

17% 9.38 17% 7.2

A erosão do solo: Efeito do declive

0

200

400

600

800

1000

1200

0 10 20 30 40

Declive

Perd

a de

sol

o

PS a S2

0

5

10

15

20

0 100 200 300 400Comprimento

Perd

a de

solo

PS a L-1/2

A erosão do solo: Efeito do declive

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

5

0 2 4 6 8 10 12Declividade, %

Perd

a de

solo

, kg

m2 min-1

0.40.60.81

Vazão, l s-1

PS=0,0268 S 2,2248 Q 0,9102

Pereira et al., 2003

A erosão do solo: Efeito do declive

A erosão do solo: Outras formas de erosão

A erosão do solo: Outras causas de erosão

A erosão do solo: Impactos