Espacialização da precipitação e erosividade na Bacia Hidrográfica do Rio Dourados - MS

Rainfall and erosion spacializationin Dourados River Basin, MS, Brazil

ARTIGOS CIENTÍFICOS

ENGENHARIA DE ÁGUA E SOLO

Espacialização da precipitação e erosividade na Bacia Hidrográfica do Rio Dourados - MS

Rainfall and erosion spacializationin Dourados River Basin, MS, Brazil

Fabiane K. Arai^I; Geula G. G. Gonçalves^II; Silvio B. Pereira^III; éder Comunello^IV; Antônio C. T. Vitorino^V; Omar Daniel^VI

^IEngª Agrônoma, Doutoranda na Faculdade de Ciências Agrárias, UFGD, Dourados - MS, Fone: (0XX67) 9956.1392, [e-mail]

^IIBióloga, M.Sc., Faculdade de Ciências Agrárias, UFGD, Dourados - MS

^IIIEngº Agrônomo, Professor Adjunto, Faculdade de Ciências Agrárias, UFGD, Dourados - MS

^IVEngº Agrônomo, M.Sc., Embrapa Agropecuária Oeste, Cx. Postal 661, Dourados, MS, CEP: 79804-970, [e-mail]

^VEngº Agrônomo, Professor Associado, Faculdade de Ciências Agrárias, UFGD, Dourados - MS

^VIEngº Florestal, Professor Titular, Faculdade de Ciências Agrárias, UFGD, Dourados - MS

RESUMO

A distribuição da precipitação numa bacia hidrográfica durante o ano é um dos fatores determinantes para quantificar a necessidade de irrigação de culturas e de abastecimento de água doméstico e industrial, além de estudos para o controle de inundações e da erosão do solo. O potencial da chuva em causar erosão hídrica pode ser avaliado por meio de índices que se baseiam nas características físicas das chuvas de cada região, entre os quais se destacam índice de erosividade. Analisaram-se, neste trabalho, a espacialização da precipitação pluvial e o índice de erosividade médio anual e mensal na Bacia Hidrográfica do Rio Dourados. Analisando os resultados obtidos, foi possível concluir que: o regime de precipitação apresenta oscilação unimodal, com período chuvoso compreendido entre os meses de outubro e março; todos os meses da estação chuvosa apresentam drásticas reduções da precipitação média; a erosividade média anual variou de 3.192,0 a 4.977,0 MJ mm ha^-1 h^-1 ano^-1; e os meses de dezembro a janeiro apresentam os maiores riscos de ocorrência de perdas de solo por erosão hídrica.

Palavras-chave: precipitação média, índice de erosividade, perda de solo.

ABSTRACT

The distribution of rainfall in a watershed bay during the year is one of the determining factors to quantify the need for irrigation of crops and domestic and industrial water supply, beyond studies to control flooding and soil erosion. The rain potency to cause erosion can be assessed by indices that are based on physical rainfall characteristics in each region, which erosion is an index. In this study it was analyzed the yearly and monthly indices of rainfall and erosion spacialization in Dourados Watershed Bay. According with the results it was possible to conclude: the rainfall presented a unimodal oscillation, the rainy season ranged from October to March, every month of the rainy season showed a dramatic reductions in the average rainfall, the yearly erosion ranged from 3.192,0 to 4.977,0 MJ mm ha^-1 h^-1 year^-1, and the highest risks of soil loss by water erosion was in the months of December and January.

Keywords: average rainfall, erosion index, soil loss.

INTRODUÇÃO

A Bacia do Rio Dourados é de suma importância para o Estado de Mato Grosso do Sul, pois seu rio principal abastece vários municípios, entre os quais, a cidade de Dourados com mais de 180 mil habitantes. Os principais usos da água do Rio Dourados são para abastecimento público, irrigação, dessedentação de animais e atividade industrial (AYRES, 2000).

A precipitação pluvial tem grande importância na caracterização do clima de uma região e, por sua interferência, nas alternâncias de rendimento das culturas. Seu estudo torna-se relevante no planejamento de atividades agrícolas, permitindo previsões com melhores aproximações e decisões mais confiáveis.

A disponibilidade de precipitação numa bacia durante o ano é um fator determinante para quantificar, entre outros, a necessidade de irrigação de culturas e o abastecimento de água doméstico e industrial. A maioria dos projetos agrícolas que consideram a contribuição das precipitações utiliza valores médios de chuva como parâmetros de dimensionamento. No entanto, o mais recomendado é considerar a distribuição de frequência dessas precipitações, procedimento que resulta em dimensionamentos criteriosos, baseados nos níveis de risco (FIETZ et al., 2002).

A determinação da intensidade de precipitação é importante para o controle de inundação e da erosão do solo. Por sua capacidade para produzir escoamento, a chuva é o tipo de precipitação mais importante para a hidrologia (BERTONI & TUCCI, 2002). O potencial da chuva em causar erosão hídrica pode ser avaliado por meio de índices que se baseiam nas características físicas das chuvas de cada região, entre os quais se destaca o índice de erosividade. A erosividade da chuva depende da intensidade na qual ocorre e da sua energia cinética, que determinam o trabalho erosivo das gotas de chuva sobre a superfície do solo. Segundo WISCHMEIER (1959), a energia cinética total da chuva (E) e a sua intensidade máxima em 30 minutos (I₃₀), expressa como índice EI₃₀, são os parâmetros pluviométricos que melhor se correlacionam às perdas de solo por erosão hídrica.

O somatório dos valores mensais de EI₃₀, de um período de vinte ou mais anos, é denominado fator R (MJ mm ha^-1 h^-1) da Equação Universal de Perdas do Solo (EUPS), sendo um índice numérico que expressa a capacidade de a chuva provocar erosão em um solo sem cobertura (BERTONI & LOMBARDI NETO, 1999).

Estudos consideram o EI₃₀ como o índice que melhor se ajusta à realidade das regiões tropicais (BERTONI & LOMBARDI NETO, 1999; ALBUQUERQUE et al., 1994; ALVES, 2000). No entanto, conforme registram LAL (1976) e STREEI et al. (2002), o modelo de WISCHMEIER & SMITH (1958) subestima a energia cinética das gotas de chuva nas regiões tropicais, por não contemplar a velocidade dos ventos, a distribuição de gotas de diferentes tamanhos e os grandes volumes de precipitação. A obtenção de melhor correlação entre as perdas de solo e o EI₃₀ é dificultada pela falta de conhecimento das características físicas da chuva (WISCHMEIER, 1959).

As técnicas de espacialização, por meio dos Sistemas de Informações Geográficas (SIGs), viabilizam a análise da forma como as precipitações se distribuem no espaço, assim como a associação com diversos fatores do ambiente, possibilitando estudos mais abrangentes, com rapidez e precisão (FREITAS et al., 2001). Diversos trabalhos têm usado métodos de interpolação espacial para efetuar estimativas e espacializar variáveis climáticas; porém, deve-se atentar para a necessidade de definir qual o método de interpolação mais adequado para determinado objetivo (RIBEIRO DA SILVA et al., 2007).

Este trabalho teve como objetivo espacializar a precipitação e o EI₃₀ médio anual e mensal na Bacia do Rio Dourados.

MATERIAL E MÉTODOS

A Bacia do Rio Dourados, objeto deste estudo, situa-se ao sul de Mato Grosso do Sul, compreendida entre os paralelos 21º56'37" e 22º38'06" de latitude sul e os meridianos 53º59'57" e 55º57'26" de longitude oeste, ocupando uma área de aproximadamente 9.240 km² (MATO GROSSO DO SUL, 2000).

Na espacialização da precipitação pluviométrica e do EI₃₀, foram utilizados dados de 19 estações meteorológicas pertencentes à rede hidrometeorológica da Agência Nacional de Águas (ANA) e uma da Universidade Federal da Grande Dourados (UFGD), localizada no município de Dourados - MS (Tabela1).

As séries históricas utilizadas variaram de 14 a 33 anos de observações, abrangendo o período de 1958 a 2007. Ressalta-se que não foi adotado um período-base de estudos para todas as estações, pois, ao se analisarem os dados disponíveis, verificou-se não haver períodos coincidentes. Assim, adotou-se como critério o uso de todo o período disponível para cada estação.

As séries históricas foram utilizadas sem o preenchimento de falhas, pois as regressões lineares obtidas apresentaram baixos coeficientes de determinação.

Para o cálculo da distribuição espacial da precipitação média anual e mensal da bacia, foi utilizado o método das isoietas [eq.(1)], segundo metodologia descrita por TUCCI (2002), aplicado a um Sistema de Informações Geográficas (SIGs) para a espacialização.

em que,

P_m - precipitação média da bacia, mm;

P_i - valor da isoieta de ordem i, mm;

P_i+ - valor da isoieta de ordem i=1, mm;

A_i - área interna à bacia entre as duas isoietas de ordem i e i+1, km², e

A - área total da bacia, km².

Para o cálculo da precipitação média na área de drenagem, foi utilizado o método do Polígono de Thiessen, segundo EUCLYDES & FERREIRA (2002) [eq.(2)]. O cálculo foi realizado pela média ponderada entre a precipitação de cada estação e o peso a ela atribuído, que é a área de influência da precipitação em cada estação:

em que,

P_j - precipitação em cada estação, mm;

A_j - áreas de influência de P_j, km², e

n - número de estações pluviométricas consideradas.

A estimativa dos índices de erosividade mensais médios a partir de dados pluviométricos foi feita por meio de correlações dos índices de erosividade, obtidos a partir da base de dados pluviográficos da Bacia do Rio Dourados, com a precipitação mensal média e com o coeficiente de chuva (Rc) [eq.(3)]. Este coeficiente foi obtido empregando-se os dados pluviométricos mensais médios correspondentes a cada estação, de acordo com a relação proposta por LOMBARDI NETO (1977):

em que,

Rc - coeficiente de chuva, mm;

p - precipitação média mensal, mm, e

P - precipitação média anual, mm.

Análises de regressão entre os valores do índice EI₃₀ médio mensal (variável dependente y) e os valores do coeficiente de chuva e das lâminas de chuvas mensais (variável independente x), calculados com dados de precipitação da estação de Dourados - UFGD, permitiram obter uma equação do tipo raiz quadrada utilizada como base para a obtenção dos valores de EI₃₀ das demais estações:

Com o SIG, foi realizada a espacialização da precipitação pluvial da bacia e do índice EI₃₀, utilizando-se do interpolador IDW (Inverse Distance Weighted):

em que,

Z(S_o) - valores estimados;

N - número de amostras

λ_i - pesos atribuídos a cada ponto medido a ser utilizado, os quais diminuem com a distância,e

Z(S_i) - valor observado para S_o.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Distribuição pluviométrica ao longo da Bacia Hidrográfica do Rio Dourados

Na Figura 1, está apresentada a distribuição da precipitação média anual, considerando o período de 1958 a 2007. Observa-se que a precipitação na região de cabeceira, principalmente na margem esquerda do rio, atinge valores superiores a 1.750 mm, decrescendo em direção à foz, onde se verifica precipitações médias anuais inferiores a 1.300 mm. Esta redução equivale a uma variação da ordem de 25,7% para uma área de 9.240 km², evidenciando grande variação da precipitação na bacia.

Nas Figuras 2A a 2L, estão representadas as precipitações médias mensais para a Bacia Hidrográfica do Rio Dourados. As precipitações ao longo dos meses variaram de 18,0 a 225,0 mm, sendo, de modo geral, maior na região de cabeceira e decrescendo em direção à foz da bacia.

Analisando o período de outubro a março, nota-se que a precipitação mensal foi sempre superior a 190,5 mm (março) ao longo da bacia, chegando a valores da ordem de 225,0 mm (janeiro). PEREIRA et al. (2007) encontrou valores para os meses chuvosos superiores a 150 mm, no período de 1973 a 2002, correspondendo a 66% do total anual precipitado na bacia.

Nos meses mais secos, de abril a setembro, os valores médios mensais variaram de 40,8 mm (julho) a 110,85 mm (maio), sendo julho e agosto os meses mais críticos, com precipitações inferiores a 60 mm.

Observando-se a distribuição da precipitação média mensal na área de drenagem da bacia do Rio Dourados (Figura 3), verifica-se que o regime de precipitação apresenta oscilação unimodal. O período relativo aos meses de outubro a março foi considerado o mais chuvoso, com precipitações médias mensais superiores a 130 mm.

Tais precipitações variaram de valores inferiores a 41 mm (julho) a maiores que 174 mm (dezembro), sendo 1.410 mm a média anual na área de drenagem.

Determinação do EI₃₀ na Bacia Hidrográfica do Rio Dourados

Na Figura 4, está representada a distribuição da erosividade média anual considerando o período de 1958 a 2007. Observa-se que a erosividade na região de cabeceira alcançou valores superiores a 4.814,0 MJ mm ha^-1 h^-1 ano^-1, decrescendo em direção à foz, onde as erosividades médias foram inferiores a 3.355,0 MJ mm ha^-1 h^-1 ano^-1 .

Estas estimativas estão relacionadas com os índices de precipitação pluviométrica na bacia, uma vez que os locais em que ocorreram os maiores índices de precipitação, também apresentaram os maiores índices de erosividade. De forma que a variabilidade da erosividade segue a da precipitação, conforme pode ser observado pela comparação das Figuras 1 e 4, o que demonstra a significativa correlação entre a precipitação e o índice de erosividade.

Conforme observado na Figura 4, os maiores níveis de erosividade ocorreram na região de cabeceira, na nascente do Rio Dourados. Portanto, essa área tem maior necessidade de implantação de práticas de proteção, visando à cobertura do solo e à conservação da mata ciliar, para evitar problemas de erosão.

Nas Figuras 5A a 5L, encontra-se a espacialização dos valores de EI₃₀ médios mensais, que variam de 28,0 a 1.224,0 MJ mm ha^-1 h^-1 ano^-1. Novamente, verificou-se que os maiores valores de erosividade ocorreram na região da cabeceira, decrescendo em direção à foz da bacia.

Os meses de janeiro e dezembro apresentaram os maiores índices de erosividade (Figura 5), superior a 1.006,0 MJ mm ha^-1 h^-1 ano^-1 . Nos meses compreendidos entre outubro e novembro e fevereiro e março, notou-se que a erosividade sempre foi superior (680,0 MJ mm ha^-1 h^-1 ano^-1) ao longo da bacia. Este fato evidencia o período de outubro a março, sobretudo janeiro e dezembro, como os meses com índices de erosividade mais acentuados. Isso ocorre em função do regime pluviométrico, pois, nesse período, há as chamadas chuvas convectivas, favorecendo maiores índices de erosividade no verão. CARVALHO et al. (2005) também observaram que os maiores valores de erosividade na região de Seropédica e Nova Friburgo-RJ, também ocorreram no verão.

O período de outubro a fevereiro apresentou os maiores riscos de ocorrência de perdas de solo por erosão hídrica, necessitando maiores cuidados quanto ao manejo dos solos. Principalmente no período de outubro a dezembro, as chuvas de maior poder erosivo podem coincidir com o início do crescimento das culturas de verão, quando estas ainda oferecem pouca cobertura ao solo. Dados semelhantes foram obtidos por BERTOL et al. (2002), que observaram que os períodos de setembro a março apresentaram os índices mais elevados de erosividade, com maior risco de erosão hídrica na região de Lages - SC. Áreas cultivadas com preparo convencional nesta época poderão ter maiores riscos de erosão.

Nos meses considerados mais secos, período de abril a setembro, os valores de erosividade oscilaram entre 354,0 e 246,0 mm ha^-1 h^-1 ano^-1 em abril e maio, respectivamente. Os meses de junho, julho e agosto apresentaram índices inferiores a 137,0 mm ha^-1 h^-1 ano^-1 ao longo da bacia, indicando a ocorrência de chuvas de menor potencial erosivo, pois, no período de outono-inverno, geralmente, as chuvas são de baixa intensidade.

CONCLUSÕES

Observou-se que a precipitação média decresce da nascente para a foz na Bacia do Rio Dourados.

O regime de precipitação apresentou oscilação unimodal, com período chuvoso compreendido entre os meses de outubro a março.

As variações na precipitação média mensal demonstraram que estas não são as mais adequadas como indicadores da precipitação.

Observou-se que todos os meses da estação chuvosa apresentaram grandes reduções da precipitação média.

A erosividade média anual decresce em direção à foz da bacia.

Os meses de janeiro a março e outubro a dezembro apresentaram os maiores índices de erosividade e, portanto, os maiores riscos de ocorrência de perdas de solo por erosão hídrica, exigindo, por isso, maiores cuidados quanto ao manejo dos solos.

Recebido pelo Conselho Editorial em: 9-6-2009

Aprovado pelo Conselho Editorial em: 7-8-2010

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  12 Nov 2010
• Data do Fascículo
  Out 2010

Histórico

• Recebido
  09 Jun 2009
• Aceito
  07 Ago 2010