Departamento de Geografia e Meio Ambiente
ANÁLISE HIDROLÓGICA NA INTERFACE URBANO-FLORESTAL
EM ÁREA SOB A INFLUÊNCIA DO PROJETO DE ESTRUTURAÇÃO
URBANA DAS VARGENS, RIO DE JANEIRO/RJ
Aluna: Natasha Fernandes Muniz.
Orientador: João Rua
Co-orientadora: Rita C. M. Montezuma
Introdução
O maciço da Pedra Branca vive atualmente um acelerado processo de
desenvolvimento das atividades urbanas em seu entorno e da subsequente expansão da
degradação do ecossistema florestal. O novo Projeto de Estruturação Urbana das Vargens
(PEU das Vargens, 2009) abrange os bairros de Vargem Grande, Vargem Pequena,
Camorim, parte do Recreio e de Jacarepaguá e constitui mais um vetor de alteração
significativa das condições ambientais no Município do Rio de Janeiro.
A degradação da qualidade ambiental urbana em decorrência de condutas e
atividades lesivas ao meio ambiente natural remanescente e cultural (construído) torna-se
cada vez mais presente e visível no cotidiano das cidades brasileiras, expostas a impactos e
agressões advindos principalmente da intensa concentração populacional e do contínuo
processo de urbanização. São novos loteamentos e construções, intervenções urbanísticas
diversas, serviços de infraestrutura, atividades industriais e comerciais, exploração de
recursos naturais, enfim, várias atividades e acontecimentos importantes na dinâmica da
cidade, mas que sem a devida avaliação e controle de suas implicações ambientais acabam
causando alterações adversas nas características do ambiente [1].
Com isso, a área das Vargens, adjacentes ao maciço da Pedra Branca, torna-se de
nosso interesse, por ser uma grande área de expansão urbana, ou seja, onde o crescimento dos
núcleos de ocupação estão em um processo acelerado de investimentos e especulações
imobiliárias, em contrapartida a isso guardam no seu espaço parte de um conflito
rural-urbano, cujas resultantes necessitam ser monitoradas.
Levando-se em conta o conceito de paisagem e a interação homem-ambiente,
utilizamos o conceito de Augustin Berque [2] partindo da premissa que a beleza cênica
remanescente na Baixada de Jacarepaguá, associada a sua vasta planície, são elementos que
atuam na composição da matriz que influencia na percepção dos principais indutores das
transformações da paisagem local. Desta forma, no que diz respeito ao conceito de paisagem
de Berque, “a paisagem é uma marca, pois expressa uma civilização, mas é também uma
matriz porque participa dos esquemas de percepção, de concepção e de ação – ou seja, da
cultura” (p.85). Buscamos avaliar as marcas deixadas pelas ocupações atuais e em curso,
comparando-as quanto à sua forma, função e processos desencadeados.
Os processos de urbanização e industrialização tem tido um papel fundamental nos
danos ambientais ocorridos nas cidades. O rápido crescimento causa uma pressão
significativa sobre o meio físico urbano, tendo as consequências mais variadas, tais como:
poluição atmosférica, do solo e das águas, deslizamentos, enchentes etc. [3]
A Geomorfologia Urbana procura compreender em que medida essas
transformações, em sua maioria feita pelo homem, no meio ambiente, podem ser
responsáveis pela aceleração de certos processos geomorfológicos. A propósito disso, os
autores [3], dão um exemplo das bacias hidrográficas que são ocupadas por cidades. À
medida que as árvores são cortadas, ruas asfaltadas, casas e prédios são construídos, encostas
são impermeabilizadas, rios são canalizados e retificados, ocorre toda série de respostas
geomorfológicas, bem típicas das cidades grandes: movimentos de massa e enchentes, que
acontecem com frequência, muitas vezes não sendo necessários totais pluviométricos
elevados para que esses processos ocorram.
Como podemos perceber a Geomorfologia Urbana busca a relação entre os fatores
físicos (chuvas, solos, encostas, rede de drenagem, cobertura vegetal etc.) e as
transformações provocados pela ocupação humana, no qual contribuem para a detonação e
aceleração dos processos geomorfológicos, muitas vezes assumindo um caráter catastrófico.
Com isso podemos perceber que as bacias hidrográficas são de grande importância na
recuperação de áreas degradadas. Para isso, precisamos conhecer a sua formação,
constituição e dinâmica. Para Guerra [4], os rios possuem um papel importante no modelado
do relevo terrestre, atuando como importantes agentes geomorfológicos, transportando
sedimentos, que na maioria das vezes são oriundos das encostas pertencentes às bacias onde
esses rios estão situados.
O homem usa os rios de diversas formas: como fonte de água potável e industrial;
como meio de transporte; como elemento para produzir energia; como área onde possam ser
despejados efluentes domésticos e industriais etc. Para tal, são criadas barragens, rios são
retificados e canalizados, a água é retirada para irrigação, essa mesma água recebe os
despejos industriais, portos são construídos para possibilitar a navegação, enfim, existe uma
infinidade de obras que o homem faz nos canais fluviais para facilitar a sua utilização [4].
A maioria das intervenções que o homem faz nos rios produz uma série de impactos,
que se constituem em riscos para o ambiente e para o próprio homem, necessitando diferentes
formas de intervenção para corrigir o que foi feito de maneira inadequada, anteriormente,
produzindo, por exemplo: poluição das águas, onde o esgoto é despejado in natura,
assoreamento, onde são construídas barragens; erosão acelerada, onde os rios são retificados
etc. [4].
Objetivo
O presente trabalho tem como objetivo analisar a transformação da paisagem a partir
das respostas ambientais face às mudanças socioeconômicas correntes. Analisar o uso e
cobertura do solo tendo como recorte espacial o setor H do PEU das Vargens, vertente sul do
Maciço da Pedra Branca, zona Oeste do Rio de Janeiro e analisar os processos hidrológicos
considerando-os indicadores das mudanças em área florestal e urbana.
Área de estudo
A área de estudo é a vertente sul do maciço da Pedra Branca, respectivamente, os bairros de
Vargem Grande e parte de Vargem Pequena e Recreio dos Bandeirantes, Zona Oeste do Rio
de Janeiro/RJ e o recorte temporal começa no ano de 2009, ano de implementação da lei do
PEU das Vargens, até 2013, ano de conclusão do projeto PIBIC.
Figura 1: Mapa da área de estudo.
Revisão Bibliográfica
Ciclo Hidrológico
A entrada de água no sistema da bacia de drenagem ocorre através das precipitações.
Na hidrologia a precipitação é entendida como toda água proveniente do meio atmosférico
que atinge a superfície terrestre, seja ela através de chuva, neblina, granizo, geada, neve,
entre outras formas. No caso das chuvas, as mesmas ocorrem a partir do momento em que o
vapor d’água atmosférico atinge o ponto de saturação, ocorrendo o agrupamento de
moléculas e a formação de gotas. Para que essas gotas precipitem é necessário que tenham
um volume tal que seu peso seja superior às forças que as mantêm em suspensão, adquirindo
assim uma velocidade de queda superior às componentes verticais ascendentes dos
movimentos atmosféricos [5].
No Brasil essas chuvas estão associadas aos avanços das massas de ar polares em
direção às massas quentes e úmidas continentais. Precipitações locais estão relacionadas com
mecanismos convectivos ou orográficos. As precipitações convectivas geralmente ocorrem
em regiões equatoriais, onde os ventos são fracos e os movimentos de ar são essencialmente
verticais, sendo, geralmente, de alta intensidade [5].
A precipitação que chega às bacias de drenagem segue por diversos caminhos, sendo
importante para essa definição de trajetória uma gama de fatores. Parte da precipitação é
interceptada pela vegetação e serrapilheira sendo evaporada de volta para a atmosfera,
processo esse chamado de intercepção. Outra parte infiltra no solo, sendo que dessa parcela
uma parte é transpirada pela vegetação após a sua absorção pelas raízes, parte é armazenada
no perfil do solo, outra parte percola o solo até recarregar os aqüíferos. Certa quantidade de
água também não chega a infiltrar no solo e escoa superficialmente em direção aos fundos de
vales. A água que muitas vezes está presente nos canais provém daquela que escoou
superficialmente, a que veio subsuperficialmente e também daquela que caiu diretamente
sobre os rios. Parte dessa água presente nos corpos d’água como os rios e lagos, pode ser
evaporada diretamente dos mesmos, fechando o ciclo hidrológico.
Hidrologia de bacias de drenagem
Encostas, topos ou cristas e fundos de vales, canais, corpos de água subterrânea,
sistema de drenagem urbanos e áreas irrigadas, entre outras unidades espaciais, estão
interligados como componentes de bacias de drenagem. A bacia de drenagem é uma área da
superfície terrestre que drena água, sedimentos e materiais dissolvidos para uma saída
comum, num determinado ponto de um canal fluvial. O limite de uma bacia é conhecido
como divisor de drenagem ou divisor de águas [6].
Os caminhos tomados pela água determinam muitas das características da paisagem,
a geração de fluxos de chuva nos canais, que tipos de uso de solo são mais apropriados e
também as estratégias a serem tomadas para o manejo das áreas. A importância relativa de
cada tipo de fluxo varia numa determinada região em função da geologia, clima, topografia,
características do solo, vegetação e uso do solo. Da mesma forma, a importância do tipo de
fluxo dominante também varia de acordo com as características das chuvas, sejam elas de
maior ou menor intensidade [7].
O fluxo subterrâneo provém da água subterrânea residente nos solos e nas rochas que
pode ter ficado estocada por meses ou até milhares de anos, dependendo das características
do aqüífero. Ele possui uma velocidade muito inferior ao fluxo superficial Hortoniano, isso
porque percorre maiores distâncias no interior do solo, sendo retardado também pela
dificuldade da água fluir por entre os grãos que compõem o solo. Na análise de uma
hidrógrafa (curva de vazão x tempo de um canal) também é possível observar o fluxo que é
gerado logo após o início do evento de chuva e que, ao atingir os canais de drenagem,
aumentam sua descarga e vazão: é o fluxo de chuva.
Horton [6] integrou o modelo de hidrologia superficial com o modelo de erosão pela
ação desses fluxos, enfatizando o processo de formação de canais, rede de canais e vales ou
bacias de drenagem em seus múltiplos níveis hierárquicos. Para o entendimento do fluxo
superficial Hortoniano considera-se que o solo possui uma taxa máxima de absorção de água
da chuva, a qual chamou de “capacidade de infiltração”, sendo que essa taxa diminui logo
após o início do evento chuvoso e tende a se estabilizar após algum tempo. Essa diminuição
da capacidade de infiltração é explicada pela saturação gradual do perfil do solo como
também pela selagem da superfície do solo gerada pelo efeito erosivo do impacto das gotas
da chuva, denominado de erosão por “splash” ou salpicamento [4] Se em algum momento do
evento chuvoso a intensidade da chuva for superior à capacidade de infiltração, o excedente
de chuva passa a escoar superficialmente, dando origem ao chamado escoamento superficial
Hortoniano, mas se a intensidade de chuva for igual ou inferior à capacidade de infiltração do
solo não haverá escoamento e toda água infiltrará no solo. Esse fluxo é formado pela
concentração de água em micro-depressões na superfície do terreno, possui alta velocidade e
algumas vezes tem a capacidade de erodir os solos, sendo que essa erosão pode evoluir
verticalmente e, depois, lateralmente, dando origem a um canal erosivo e, em seguida,
alargando suas paredes laterais [6].
Quando um evento de chuva é iniciado, parte da água infiltra e percola o solo até
atingir a zona saturada. Esse processo de recarga da zona saturada normalmente ocorre
primeiro na base das encostas, uma vez que o nível freático nessa porção da encosta se
encontra menos profundo do que na média e alta encosta. Com a subida do nível freático na
base da encosta ocorre um aumento do gradiente hidráulico em direção ao canal, o que faz
com que a velocidade dos fluxos subterrâneos aumente, de acordo com a Lei de Darcy. Esse
fluxo extra de água subterrânea para os canais durante os eventos de chuva é chamado de
fluxo subsuperficial raso de chuva. Em alguns casos, pode haver um horizonte com menor
permeabilidade no perfil do solo, como uma camada de argila orgânica ou uma
descontinuidade hidráulica em função do término da zona de raízes, o que acaba dificultando
a percolação da água. Dessa forma, a água acumula sobre esse horizonte numa posição acima
do nível freático e passa a fluir subsuperficialmente em direção à baixa encosta, somando-se
ao fluxo subsuperficial de chuva. A esse fluxo que escoa subsuperficialmente sobre uma
camada de menor permeabilidade dá-se o nome de fluxo subsuperficial raso de chuva.
O fluxo superficial de saturação possui dois componentes: o fluxo de retorno e
também a precipitação direta sobre porção saturada. Esse tipo de fluxo ocorre nos fundos de
vale após o nível freático atingir a superfície do solo, o que faz com que parte da água
subterrânea aflore em superfície (fluxo de retorno) e se some à precipitação que incide
diretamente sobre essa porção da encosta que já se encontra saturada (precipitação direta
sobre porção saturada), gerando assim outro tipo de fluxo superficial de mecanismo diferente
do escoamento superficial Hortoniano. O fluxo superficial de saturação possui velocidade até
cem vezes maior que os fluxos subsuperficiais de chuva e pode abastecer os canais gerando
fluxos de chuva. Esses fluxos podem inclusive mudar os perfis das hidrógrafas com o
aumento das vazões de pico e a redução do tempo de atraso entre o pico de precipitação e o
pico de vazão.
Interceptação vegeta l
A interceptação é um processo de retenção superficial feito pela vegetação, de parte
da chuva precipitada, evitando que ela atinja diretamente o solo, diminuindo o impacto direto
com o solo e a erosão provocada pelo salpico. A interceptação vegetal depende de vários
fatores tais como as características da precipitação (intensidade, volume precipitado e chuva
antecedente), as condições climáticas, o tipo de densidade da vegetação e o período do ano.
De maneira geral, quanto mais densa for a cobertura vegetal, maior será sua importância no
processo de interceptação da chuva, o que reduz significativamente a ocorrência de
problemas ligados à erosão e a formação de enxurradas [8].
Tendo em vista, o plantio de bananas presente na vertente sul do maciço da Pedra
Branca podemos observar como se dará essa interceptação e a importância dessa plantio
tanto para encosta quanto para a população local. A substituição parcial da floresta e do
bananal por formas urbanas mudará a dinâmica hidrológica da área e com isso acreditamos
que haverá um aumento significativo de inundações devido às altas taxas de
impermeabilidade.
Projeto de Estruturação Urbana das Vargens
O Projeto de Estruturação Urbana das Vargens (PEU das Vargens) [9] criado em
2009 com lei Complementar (104/09) modifica as regras urbanísticas dos bairros da Vargem
Grande, Vargem Pequena, Camorim, parte do Recreio dos Bandeirantes, Jacarepaguá e da
Barra da Tijuca. O PEU das Vargem tem uma área maior que 77.000km2 aproximadamente 5
vezes os territórios de Copacabana, Ipanema e Leblon. O PEU está dividido em 11 setores de
A a L e subdividido em zonas de uso residencial e serviços (ZRU e ZRM) e uso residencial,
comércio e indústria (ZUM1 a ZUM3). E como podemos observar na lei a aplicação da
outorga onerosa do direito de construir em 10 dos 11 Setores (excetua-se apenas o Setor H):
Aumento de gabaritos de altura, número de pavimentos, Índice de Aproveitamento do
Terreno (IAT) e Taxa de Ocupação e Redução de Taxa de Permeabilidade.
O setor H (figura 1) está localizado numa área de interface com o Parque Estadual da
Pedra Branca, estabelecida entre as cotas de 25 m e 100 m, para a qual está proposta
ocupação a partir de lotes unifamiliares de 5000 m2, com gabarito de 2 pisos com o IAT de
0,4, taxa de ocupação de 20% e taxa de permeabilidade de 60%.
Figura 2: Mapa da área do PEU das vargens com destaque do setor H.
Procedimentos metodológicos
No começo, fizemos alguns levantamentos bibliográficos a partir de conceitos como
paisagem, sobre as interações homem-natureza. Posteriormente, após quatro visitas de
campo, foi decidido que a área selecionada teria como limite norte o divisor de drenagem e o
limite sul a cota 25 m (figura 2), limite inicial do setor H do referido PEU. Entretanto, tendo
em vista a extensão da área, optou-se por estabelecer como recorte espacial do estudo um
limite menor que o considerado pelo Instituto Pereira Passos (Microbacia da Zona dos
Canais), utilizou-se o limite da bacia do rio Morto, o limite oeste do PEU das Vargens e área
de maior heterogeneidade topológica, o que permite testar as principais possibilidades de uso
e cobertura dentro dos objetivos propostos. Posteriormente, o desenvolvimento da chave de
classificação de uso e cobertura de superfície e, a partir da delimitação da área, foi dado
início à classificação dos usos e coberturas de superfície. Para tanto, vem sendo estudado um
conjunto de conceitos que dará base para a elaboração de uma chave de classificação dividida
em níveis hierárquicos decrescentes, onde a primeira categoria foi designada como
Vegetação. A partir dessa decisão foi iniciada a identificação das classes de cobertura
vegetada presente no recorte espacial estabelecido.
Com base na bibliografia vem sendo realizada a leitura e fundamentação
terminológica das categorias de classificação e análise de superfície florestal/vegetada, tendo
como principais referências o Manual técnico da Terra/IBGE [10] e o Manual técnico da
Vegetação do IBGE [11], além do suporte metodológico de diversos autores, tendo como
referência principal Richard T. Formam [12] e Marina Alberti [13] e vários artigos e
dissertações sobre o assunto, dando-se preferência para a literatura usada ou elaborada pelos
órgãos oficiais, tais como EMBRAPA, IBGE, IPP, MMA dentre outros.
Em paralelo à definição da chave de classificação, foi realizada a subdivisão da área
de estudo em unidades de paisagem, usando como parâmetros para a delimitação os
mapeamentos geológicos, geomorfológicos e de cobertura de Roncarati e Neves [14] e as
características do tecido urbano. Neste procedimento utilizamos uma imagem GEOEYE de
alta resolução (0,50m) DE 2011. A primeira unidade de paisagem (UP1) tem como limite
norte o divisor de drenagem e o limite sul a cota 25 m (setor H). A UP2 tem em seu limite a
área da zona de deposição. A UP3 tem como limite as planícies paludiais, ou seja, uma área
pertencente a uma zona de transição entre uma área de urbanização mais horizontal (UP2) e a
outra uma área de urbanização mais verticalizada (UP4). E por fim, a UP4 que corresponde à
parte costeira dessa microbacia.
Após o mapeamento, instalamos pluviômetros cilíndricos e calhas para monitorar o
comportamento da chuva através do fluxo de atravessamento e da interceptação da
precipitação pelas copas das árvores. Tendo em vista que nas áreas do plantio de bananas a
cobertura é homogênea, será feita uma comparação entre o método de análise do fluxo de
atravessamento com calhas e com pluviômetros. Serão 18 pluviômetros cilíndricos e 6 em
calhas dispostos na seguinte maneira: 9 pluviômetros e 3 calhas na área florestal e 9
pluviômetros e 3 calhas do bananal.
Figura 3: Mapa da Unidade da Paisagem e dos pontos amostrais para monitoramento da
chuva.
Resultados preliminares
mm
As unidades de paisagem (UP1, UP2, UP3 e UP4) foram analisadas para
compreendermos os processos geográficos em cada área, ou seja, suas características
geológicas, geomorfológicas, hidrológicas, as mais alagáveis ou susceptíveis a alagamentos,
as tipologias das áreas mais urbanizadas (horizontal e/ou vertical). Conforme pode ser
observado na figura 3, a primeira unidade de paisagem (UP1) tem como limite norte o divisor
de drenagem e o limite sul a cota 25 m (setor H). A UP2 tem em seu limite a área da zona de
deposição. A UP3 tem como limite as planícies paludiais, ou seja, uma área pertencente a
uma zona de transição entre uma área de urbanização mais horizontal (UP2) e a outra uma
área de urbanização mais verticalizada (UP4). E por fim, a UP4 que corresponde à parte
costeira dessa microbacia.
Por fim, temos o monitoramento hidrológico da interface florestal que foi monitorado
de dezembro de 2012 a maio de 2013 por 18 pluviômetros cilíndricos divididos em um
bananal ativo e uma floresta (ver figura 4 e 5). Além da análise dos dados interceptados pelas
vegetações, utilizamos também, duas estações pluviométricas da GeoRio (sistema Alerta
Rio) localizadas na Grota Funda e no Rio Centro afim de comparar a pluviosidade mensal
sem interceptação vegetal, já que ambas as estações estão em áreas abertas.
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Dezembro
(2012)
Interceptação no Bananal
Interceptação na Floresta
Janeiro
Fevereiro
Março
Abril
Maio
Figura 4. Dados interceptados por duas vegetações em áreas de bananal e floresta.
mm
360
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Dezembro Janeiro
(2012)
Estação Rio Centro
Estação Grota Funda
Fevereiro
Março
Abril
Maio
Figura 5. Estações Pluviométricas da Grota Funda e do Rio Centro (Fonte: AlertaRio)
Como podem ser percebido, nas figuras 4 e 5, as estações Grota Funda e Rio Centro
apresentam uma pluviosidade média de 158 mm no período analisado, não aparentando ter
diferenças significativas entre elas. Como o período de monitoramento ainda é curto, ao fim
de 2013, com a série completada, será feita análise estatística comparativa a fim de avaliar a
existência de diferenças significativas entre as estações.
Quanto às tipologias de uso, até o presente, os dados indicam que a capacidade de
estocagem da floresta é mais elevada do que na área do bananal, possivelmente em face da
arquitetura da copa, que neste último favorece a concentração e convergência dos fluxos que
incidem sobre ela, confirmando o que vem sendo apontado na literatura.
Como passos futuros, além da finalização do monitoramento, serão feitas avaliações
dos aspectos morfofuncionais das duas tipologias de uso. Serão realizadas as análises
fitossociológicas de ambas, além da quantificação da serrapilheira estocada e sua capacidade
potencial de retenção de água, a título de obtermos uma maior compreensão da estocagem
total que cada uso desempenha nesse segmento da bacia hidrográfica.
Referências Bibliográficas
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6. COELHO NETTO, A.L. “Hidrologia de encosta na interface com a geomorfologia”,
in Geomorfologia; uma atualização de bases e conceitos, (Guerra, A.J. T; Cunha, S.B,
orgs.) Rio de Janeiro, Bertrand Brasil, pp.93-148. 2009, 9º edição.
7. SATO, A.M. (2008): Respostas geo-hidroecológicas à substituição de pastagens por
plantações de eucalipto no médio vale do rio Paraíba do Sul: a interface
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8. TORRES, F. T. P., MACHADO, P. J. de O. Introdução à hidrogeografia. São Paulo:
Cengage Learning, 2012.
9. Projeto de Estruturação Urbana das Vargens. Lei Complementar n.º 104 de 27 de
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http://www.nima.puc-rio.br/grupos-pesquisa/nimajur/arquivos/peu/PEU%20VARGENS%2
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10. IBGE. Manual Técnico de Uso da Terra, Manuais Técnicos em Geociências. 2. ed., n.
7, IBGE, Rio de Janeiro. 2007.
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12. FORMAN, R. Urban Regions – ecology and planning beyond the city. Cambridge
University press. Cambridge, UK. 2008. 408p.
13. ALBERTI, M. Advances in Urban Ecology – integrating Humans and ecological
processes in urban ecosystems. Spring, Washington, USA, 2009. 366p.
14. RONCARATI, H. e NEVES, L.E. (1976). Projeto Jacarepaguá. Estudo geológico
preliminar dos sedimentos recentes superficiais da Baixada de Jacarepaguá, RJ.
Petrobrás, CENPES.
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