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 1. ARAÚJO, L. A. de: Danos Ambientais na idade do Rio de Janeiro. In: Impactos Ambientais Urbanos no Brasil. Orgs.: GUERRA e CUNHA, Rio de Janeiro: Bertrand Brasil,2001, pp. 347-403 2. BERQUE, A. Paisagem-Marca, Paisagem-Matriz: Elementos da Problemática para uma Geografia Cultural. In: CORRÊA, Roberto Lobato; ROSENDAHL, Zeny (Orgs.). Paisagem, Tempo e Cultura. Rio de Janeiro: EDUERJ, 1998. p. 84-91. 3. GUERRA, A. J. T.; MARÇAL, M. S.. Geomorfologia Ambiental. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 2009. 2º edição. 4. GUERRA, A.J.T. "Processos erosivos nas encostas”, in Geomorfologia; uma atualização de bases e conceitos, (Guerra, A.J. T; Cunha, S.B, orgs.) Rio de Janeiro, 2009, 9º edição. 5. TUCCI, C.E.M., BERTONI, J.C. (2000): “Hidrologia: ciência e aplicação”, Associação Brasileira de Recursos Hídricos, 2 ed. Porto Alegre, 943p 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 biota-solo-água. 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 novembro 2009.Disponível no site: http://www.nima.puc-rio.br/grupos-pesquisa/nimajur/arquivos/peu/PEU%20VARGENS%2 0compara%C3%A7%C3%A3o%20LC%2079%20c%20LC%20104.pdf 10. IBGE. Manual Técnico de Uso da Terra, Manuais Técnicos em Geociências. 2. ed., n. 7, IBGE, Rio de Janeiro. 2007. 11. IBGE. Manual técnico da vegetação brasileira. Rio de Janeiro: IBGE, 1992. 92p. 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.