PADRÕES DE PRECIPITAÇÃO E ÍNDICES DE EROSIVIDADE PARA
SEROPÉDICA E NOVA FRIBURGO-RJ
C.A.Montebeller1*; D.F.Carvalho2; E.M.Franco3; R.Valcarcel4; I. Bertol5.
1- Mestrando do CPGA-CS, Deptº de Solos, UFRRJ, bolsista da CAPES, 23851-970 Seropédica-RJ,
e-mail: [email protected]; 2- Professor do DE/UFRRJ, bolsista do CNPq; 3- Estudante de
Agronomia, UFRRJ; 4- Professor do DCA/UFRRJ; 5 – Professor do CAV/UDESC, Bolsista do CNPq.
Apoio: CPGA-CS, UFRRJ.
A medida do potencial erosivo da chuva vem se tornando atualmente objeto de muitos
estudos, uma vez que este parâmetro é indispensável nos estudos de modelos para predição de
perda de solo por erosão hídrica. A capacidade da chuva em causar erosão pode ser avaliada
por meio de índice de erosividade, que se baseiam nas características físicas das chuvas de
cada região. Wischmeier & Smith (1958) determinaram que o produto da energia cinética
total pela intensidade máxima em 30 minutos (EI30) é a relação que melhor expressa o
potencial da chuvas em causar erosão. Entretanto, o modelo de Wischmeier & Smith
subestima a energia cinética das chuvas nas regiões tropicais, por estas estarem relacionadas à
velocidade dos ventos, à distribuição de gotas de diferentes tamanhos e a alta precipitação.
Assim, para as condições tropicais da África, Hudson (1965) encontrou melhor correlação
das perdas de solo com o índice KE>25, que considera a energia cinética total das chuvas com
intensidade superior a 25 mm.h-1.Sabe-se que as características das chuvas mudam de região
para região, assim, um único padrão utilizado para pesquisa pode não ser o mais
representativo para as demais regiões. Portanto, é de grande importância o agrupamento das
chuvas com determinadas características em comum, para fins de comparação. Assim, os
objetivos deste trabalho foram calcular os índices de erosividade EI30 e KE>25, comparar os
valores fornecidos por estas duas equações e determinar os diferentes padrões de chuvas
erosivas naturais observados na região de Seropédica e Nova Friburgo. Foram utilizados os
pluviogramas diários referentes às estações localizadas nos municípios de Seropédica e Nova
Friburgo, estado do Rio de Janeiro, sendo cadastradas como 83741 e 83745 respectivamente,
e conseguidos junto ao laboratório de Manejo de Bacias Hidrográficas do Instituto de
Florestas (IF-UFRRJ) compreendendo o período de 1974 a 1980.Para a classificação das
chuvas em padrões de acordo com a proposta de Horner & Jens (1941), foram calculados a
intensidade e a duração de cada segmento uniforme das chuvas, com as quais foram
construídos gráficos de intensidade de chuva versus tempo total de duração. As chuvas foram
separadas em padrões avançado (AV), quando a maior intensidade ocorreu em um período de
tempo menor que 30 % a partir do tempo inicial da chuva em relação ao tempo de duração
total da chuva; padrão intermediário (IN), quando a maior intensidade ocorreu entre 30 e
60% do tempo total da chuva; e padrão atrasado (AT), quando a maior intensidade ocorreu
passados mais de 60% do tempo total de duração. Para a determinação dos índices de
erosividade, calculou-se a energia cinética de cada segmento, pela metodologia de
Wischmeier & Smith (1958), e pela equação proposta por Wagner e Massambani (1988).
(1)
E = 0,119 + 0,0873 log I
(2)
E = 0,153 + 0,0645 log I
em que:
E = energia cinética por mm de chuva, em MJ ha-1 mm-1;
I = intensidade de chuva, em mm h-1.
Os resultados obtidos pelas equações 1 e 2 foram multiplicados pela lâmina
precipitada em cada segmento, e em seguida foi realizada a soma de todos os valores para um
mesmo evento de precipitação, obtendo-se para cada chuva, a energia cinética total (Ec).A
1
fim de se obter o índice EI30, gerado em MJmmha-1h-1, foi identificada a máxima lâmina
precipitada em 30 min, possibilitando, assim, o cálculo da intensidade máxima de chuva
observada na mesma duração (I30). Desta forma, a equação 3 foi utilizada, obtendo-se, para
cada precipitação, o índice EI30.
EI30 = Ec . I30
(3)
Para a obtenção do índice KE>25, foram utilizados os mesmos parâmetros citados
anteriormente, sendo desconsideradas aquelas precipitações com intensidades médias em cada
segmento inferiores a 25 mm h-1.Com os valores obtidos de EI30 e KE>25 em cada
precipitação, foi possível a determinação dos índices mensais e posteriormente, os anuais,
para as duas localidades estudadas.
Foi também determinado o coeficiente de chuva (Rc), conforme apresentado por Marques et
al. (1997) e proposto por Lombardi Neto (1977):
(4)
Rc = p 2 P −1
em que:
Rc = coeficiente de chuva (mm);
p = precipitação media mensal (mm);
P = precipitação media anual (mm);
A curva de distribuição acumulada em função do tempo foi obtida através dos valores médios
mensais e do índice de erosividade médio anual conforme Wischmeier & Smith (1978).Foram
analisadas no total 225 e 182 chuvas para as regiões de Seropédica e Nova Friburgo,
respectivamente. Os resultados mostram que o padrão de chuva de maior ocorrência nessas
regiões foi o padrão avançado, correspondendo a 61,3 e 57,7% do número total das chuvas
analisadas, seguido pelos padrões intermediário com 23,6 e 24,2%, e atrasado com 15,1 e
18,1%, respectivamente. Verifica-se que, para os padrões avançado, intermediário e atrasado,
as intensidades médias foram de 34,1; 28,0 e 21,0 mm.h-1 para Seropédica, e de 52,8; 41,5 e
58,6 mm.h-1 para Nova Friburgo. Comparando as duas metodologias para o cálculo do EI30,
observa-se que não houve diferenças expressivas nos índices obtidos com a utilização das
equações 1 e 2. Em virtude do regime pluviométrico nas regiões estudadas se caracterizarem
por um período chuvoso que varia de outubro a março, com maior ocorrência de precipitação
no período de verão, as chuvas convectivas são muito frequentes, o que foi constatado pela
similaridade dos métodos apresentados para o cálculo do EI30. Os valores médios anuais
estimados para o EI30 foram de 5.472,5 MJmmha-1h-1 e de 5.431,2 MJmmha-1h-1, para
Seropédica e Nova Friburgo, respectivamente que estão muito próximos aos obtidos por
Marques et al. (1997) na região de Sete Lagoas, MG (5.835 MJmmha-1h-1) e por Bertol (1993)
para Lages, SC (5.694 MJmmha-1h-1). Para Seropédica e Nova Friburgo, o índice KE>25
médio anual estimado foi de 76,8 MJha-1 e 83,5 MJha-1, respectivamente. Comparando esses
resultados com os valores obtidos por Marques et al. (1997), é possível verificar que, apesar
do EI30 apresentar valores muito próximos, o índice KE>25 apresentou variações expressivas
para essas regiões. Em Sete Lagoas, MG, foi obtido um valor de 116,3 MJha-1, indicando a
ocorrência, com mais frequência, de precipitações com intensidades maiores que 25 mmh1
.Em Seropédica, de novembro a dezembro, as chuvas apresentam maior capacidade erosiva,
seguido do período de dezembro a março (Figura 1), enquanto em Nova Friburgo esse período
varia de outubro a dezembro (Figura 2).
2
Erosividade acumulada (%)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
KE>25
EI30
Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set
Meses
Figura 1. Curvas de distribuição da erosividade da chuva (EI30 e KE>25) de Seropédica, no
período 1974 a 1980.
Outra característica importante observada se baseia no fato de que em Seropédica, 80% do
total de chuvas erosivas ocorrem do início do período chuvoso até o mês de março, quando os
índices pluviométricos, em média, começam a diminuir. Em Nova Friburgo, as chuvas
erosivas apresentam-se mais concentradas, uma vez que 80% delas ocorrem no período de
outubro a fevereiro. Observa-se ainda que o início do período chuvoso se apresenta de modo
distinto nas duas localidades; em Seropédica, no período de outubro/novembro, a erosividade
acumulada é inferior a 10%, enquanto que em Nova Friburgo, este índice está em torno de
25%. Observa-se que em Seropédica, o percentual acumulado do índice EI30 é ligeiramente
inferior ao KE>25 durante o período chuvoso, enquanto que em Nova Friburgo, ocorre o
inverso. Este fato indica que, em média, as chuvas ocorridas na região de Seropédica
apresentam intensidades maiores que 25 mmh-1, influenciadas pela maior proximidade com o
oceano e a uma maior susceptibilidade a movimentação de massas de ar. No entanto,
independente desta variação, os riscos de erosão em Nova Friburgo são superiores em função
da presença de áreas com maiores declividades (região serrana do estado). As informações
foram refletidas nas equações de regressão ajustadas entre os dados de precipitação e
coeficiente Rc com dados de EI30. Para Seropédica, as equações foram:
EI 30 = 7,171.P + 211,820 ; R 2 = 0,78 ; e
(5)
EI 30 = 38,138.Rc + 64,866 ; R 2 = 0,82 .
Em Nova Friburgo, as equações ajustadas foram:
EI 30 = 7,216.P + 186,64 ; R 2 = 0,87 ; e
(6)
(7)
EI 30 = 33,856.Rc + 67,991; R = 0,85 .
(8)
Nas equações, P representa a precipitação média mensal (mm) e Rc o coeficiente de chuva
médio mensal (mm).
2
3
Percentagem acumulada (%)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Precipitação
Coeficiente Rc
EI30
Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set
Meses
Figura 2. Curvas de distribuição da erosividade da chuva, precipitação pluvial e coeficiente de
chuva para Nova Friburgo, durante o período de 1974 a 1978 e 1980.
O padrão de chuva de maior ocorrência para Seropédica e Nova Friburgo é o padrão
avançado, correspondendo a 61,3 e 57,7%, seguido pelos padrões intermediário com 23,6 e
24,2%, e atrasado com 15,1 e 18,1%, respectivamente. Os valores médios anuais estimados
para o EI30 e KE>25 foram de 5.472,5 MJmmha-1h-1 e de 76,8 MJha-1, para Seropédica e
para Nova Friburgo, foram 5.431,2 MJmmha-1h-1 83,5 MJha-1.Os coeficientes de correlação
encontrados para Seropédica e Nova Friburgo indicam que o índice mensal de erosividade
pode ser estimado de modo satisfatório com base nos dados de precipitação e coeficiente de
chuva.
5. REFERÊNCIAS
BERTOL,I. Índice de Erosividade (EI30) para Lages (SC)-1a Aproximação. Pesquisa
Agropecuária Brasileira, v. 28, n 4, p.515-521, 1993.
HORNER, W. W.; JENS, S. W. Surface runoff determination from rainfall without using
coefficients. Transactions of the ASAE, v. 107, p, 1039-1117,1941.
HUDSON, N.W. The influence of rainfall on the mechanics of soil erosion with particular
reference to northern Rhodesia. Cape Town: University of Cape Town, 1965. M.Sc.
Thesis.
LOMBARDI NETO, F. Rainfall erosivity - its distribution and relationship with soil loss at
Campinas, Brazil. West Lafayette: Purdue University, 1977. 53p. Tese de Mestrado.
MARQUES,J.G.; ALVARENGA,R.C.;CURI,N. Erosividade das chuvas de Sete Lagoas,MG.
WAGNER,C.S.; MASSAMBANI,O.; Análise da relação intensidade de chuva-energia
cinética de Wischmeier & Smith e sua aplicabilidade à região de São Paulo. Revista
Brasileira de Ciência do Solo, Campinas, v.12,n.3,p.197-203,set./dez. 1988.
WISCHMEIER, W.H.;SMITH, D.D. Rainfall energy and its relationship to soil loss.
Transactions American Geophisical Union, Washington, v.39, p.285-291,1958.
WISCHMEIER, W.H.;SMITH, D.D. Predicting rainfall erosion losses: a guide to
conservation planning, Washington,DC: USDA,1978.58p.(Agriculture Handbook,537).
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