DINÂMICA DA INFILTRAÇÃO DA ÁGUA NO SOLO EM DIFERENTES TIPOS DE USOS DA TERRA NO CURSO SUPERIOR DA BACIA DO RIO DAS ANTAS EM IRATI-PR
Dynamics of water infiltration in soil in different types of earth use in the higher course of the rio das antas basin in Irati-PR
Taís de Oliveira*
RESUMO: Situada na região Centro-Sul do Estado do Paraná, a bacia hidrográfica do Rio das Antas está localizada nos municípios de Fernandes Pinheiro, Imbituva e Irati. O objetivo deste trabalho é identificar a capacidade de infiltração da água no solo em diferentes tipos de cobertura vegetal, no curso superior da bacia do Rio das Antas. Foi realizada a mensuração da infiltração em quatro tipos de uso da terra: urbano, pasto, cultivo e mata, nas quatro estações do ano. Os resultados variaram de acordo com o tipo de cobertura vegetal e a estação na qual foi mensurada.
Abstract: Located in the Center-South region of the State of Paraná, the watershed of Rio das Antas is located in the municipalities of Fernandes Pinheiro, Imbituva and Irati. The objective of this work is to identify the water infiltration capacity in the soil in different types of vegetation cover, in the upper course of the Rio das Antas basin. Infiltration was measured in four types of land use: urban, pasture, cultivation and forest, in the four seasons of the year. The results varied according to the type of vegetation cover and the season in which it was measured.
PALAVRAS-CHAVE: Uso da terra, Bacia Hidrográfica, Infiltração, Rio das Antas.
INTRODUÇÃO
Impactos ao meio são oriundos de atividades do homem que tem o espaço como objeto de apropriação e, muitas vezes esses impactos são irreversíveis. Neste sentido, alternativas que amenizem essas alterações precisam ser implantadas. Estudos relacionados ao levantamento do uso da terra auxiliam no diagnóstico dessas alterações causadas pela ação antrópica. Os estudos à bacias hidrográficas vêm se intensificado no sentido de preserva-la e analisa-la visando estratégias para controlar ou amenizar impactos causados.
A Política Nacional de Recursos Hídricos, instituída pela Lei nº 9.433, de 8 de janeiro de 1997 (BRASIL, 1997), atrela princípios e normas para a gestão de recursos hídricos adotando a definição de bacias hidrográficas como unidade de estudo e gestão. Sendo assim, é de grande importância para gestores e pesquisadores a compreensão do conceito de bacia hidrográfica e de suas subdivisões. Diversas definições de bacias hidrográficas ao longo do tempo foram formuladas por autores que apresentam semelhança em seus conceitos e abordam diferentes fatores que vão do físico ao ecológico.
Barrella et al (2001) definem bacia hidrográfica como um conjunto de terras drenadas por um rio e seus afluentes, formada nas regiões mais altas do relevo por divisores de água, onde as águas das chuvas, ou escoam superficialmente formando os riachos e rios, ou infiltram no solo para formação de nascentes e do lençol freático. Já Santos (2004, p. 40) define bacia hidrográfica como “um sistema natural bem delimitado no espaço, composto por um conjunto de terras topograficamente drenadas por um curso d’água e seus afluentes, onde as interações, pelo menos físicas, são integradas e, assim, mais facilmente interpretadas”.
A bacia hidrográfica é também denominada de bacia de captação quando atua como coletora das águas pluviais, ou bacia de drenagem quando atua como uma área que está sendo drenada pelos cursos d’água (SILVA, 1995). Por constituírem ecossistemas com o predomínio de uma única saída, as bacias hidrográficas possibilitam a realização de uma série de experimentos (VALENTE e CASTRO, 1981).
As bacias hidrográficas constituem ecossistemas adequados para avaliação dos impactos causados pela atividade antrópica que podem acarretar riscos ao equilíbrio e à manutenção da quantidade e a qualidade da água, uma vez que estas variáveis são relacionadas com o uso do solo (FERNANDES e SILVA, 1994; BARUQUI e FERNANDES, 1985).
A realização de estudos hidrológicos em bacias hidrográficas vem da necessidade de se compreender o funcionamento dos processos que controlam o movimento da água e os impactos de mudança do uso da terra sobre a quantidade e qualidade da água (WHITEHEAD e ROBINSON, 1993). O estudo das características fisiográficas da bacia hidrográfica, bem como seu uso e ocupação, no geral, tornam-se importantes fatores para a avaliação da degradação ambiental que essa bacia possa estar sofrendo ou mesmo contribuindo para que outras sofram.
As formas e dinâmicas de ocupação da terra levam em conta o levantamento sobre a cobertura e seu uso. Segundo o IBGE (2013) o levantamento da Cobertura e do Uso da Terra indica
A distribuição geográfica da tipologia de uso, identificada por meio de padrões homogêneos da cobertura terrestre. Envolve pesquisas de escritório e de campo, voltadas para a interpretação, análise e registro de observações da paisagem, concernentes aos tipos de uso e cobertura da terra, visando sua classificação e espacialização por meio de cartas. O levantamento sobre a Cobertura e o Uso da Terra comporta análises e mapeamentos e é de grande utilidade para o conhecimento atualizado das formas de uso e de ocupação do espaço, constituindo importante ferramenta de planejamento e de orientação à tomada de decisão (IBGE, 2013, p.20).
Neste sentido, esses levantamentos fornecem aparatos para as análises e avaliações dos impactos ambientais, sejam eles provenientes do desmatamento, perda da biodiversidade, mudanças climáticas ou pela urbanização e/ou transformações no meio rural. Neste sentido vale ressaltar a importância da atualização dos dados em diferentes datas onde proporcionam estudos mais minuciosos visando o planejamento ambiental. Rosa (1990) afirma que a frequente atualização dos dados referentes ao uso da terra possibilita a identificação e análise das tendências de ocupação que servirão de subsídio a ações do planejamento regional.
O mapeamento do uso da terra do curso superior da bacia do Rio das Antas fornece informações necessárias ao desenvolvimento de políticas públicas visando a ocupação de forma racional da área, com o planejamento e a recuperação da mesma. A análise do uso e ocupação da terra é importante para evitar problemas ambientais, como processos erosivos e alagamentos de áreas em fundo de vale.
A frequência e intensidade das inundações é decorrência não somente das características físicas de uma bacia hidrográfica, mas também das alterações antrópicas locais que geram mudanças entre as taxas de infiltração e as taxas de escoamento superficial em diferentes tipos de uso e ocupação da terra. Para Reichardt (1990) o processo de infiltração envolverá três processos, sendo eles; de entrada de água no topo do solo, armazenamento dentro do solo e transmissão de água através do solo.
Entre as propriedades físicas do solo, a infiltração é uma das mais importantes quando se estudam fenômenos que estão ligados ao movimento de água, entre estes a infiltração e a redistribuição (CARVALHO, 2000). A capacidade de infiltração de um solo é influenciada por vários fatores como: intensidade e duração da chuva, umidade antecedente, textura do solo, cobertura vegetal e uso da terra (manejo) (DUNNE e LEOPOLD, 1978).
A infiltração é definida como a entrada de água no solo através da interface solo-atmosfera. O termo taxa de infiltração refere-se à quantidade de água que atravessa a unidade de área da superfície do solo por unidade de tempo. Durante o processo de infiltração, estando o solo inicialmente seco, a taxa de infiltração tende a decrescer com o tempo, atingindo um valor final constante (LIBARDI, 1995 e BERNARDO, 1995).
Para Paixão et al (2004) a infiltração de água no solo deve ser quantificada por meio de métodos simples e capazes de representar, adequadamente, as condições naturais em que se encontra o solo. Neste sentido, torna-se necessário adotar métodos e modelos cujas determinações baseiam-se em condições iguais as observada durante ao qual o solo é submetido.
Vale salientar que a presente pesquisa faz parte da coleta de dados de um projeto maior onde serão analisadas as relações entre infiltração da água nos diferentes tipos de uso da terra visando estudos de inundações no perímetro urbano da cidade de Irati-PR, mais precisamente no Rio das Antas, objeto de estudo deste projeto.
Sendo assim, o presente estudo tem como objetivo mensurar a infiltração de água no solo e fornecer dados e informações que contribuirão para o planejamento urbano e ambiental da cidade, visando a minimização dos impactos causados pela ação antrópica e que afetam diretamente a população que reside às margens do Rio das Antas.
- METODOLOGIA
Situada na região Centro-Sul do Estado do Paraná, a bacia hidrográfica do Rio das Antas está localizada nos Municípios de Fernandes Pinheiro, Imbituva e Irati. Possui uma área de 166.73 Km² e integra a bacia hidrográfica do Rio Tibagi. O Rio das Antas nasce na zona rural, na serra do Nhapindazal e tem quase todo o seu percurso no município de Irati, chegando ao perímetro urbano após 1,5 Km e percorre diversos bairros inclusive o centro da cidade. O clima da região é temperado do tipo Cfb, classificação de Köppen, temperatura média no mês mais frio abaixo de 18ºC (mesotérmico), com verões frescos, temperatura média no mês mais quente abaixo de 22ºC e sem estação seca definida (IAPAR, 2015).
Quanto aos solos, a área em estudo apresenta solos Argissolos Vermelho-Amarelos e Latossolos Vermelhos. Segundo a EMBRAPA (2013) solo argissolos são constituídos por material mineral, que têm como características diferenciais a presença de horizonte B textural de argila de atividade baixa, ou alta conjugada com saturação por bases baixa ou caráter alético. O horizonte B textural (Bt) encontra–se imediatamente abaixo de qualquer tipo de horizonte superficial, exceto o hístico, sem apresentar, contudo, os requisitos estabelecidos para serem enquadrados nas classes dos Luvissolos, Planossolos, Plintossolos ou Gleissolos. Já os solos latossolos apresentam material mineral, com horizonte B latossólico imediatamente abaixo de qualquer um dos tipos de horizonte superficial, exceto hístico. São solos em avançado estágio de intemperização, muito evoluídos, como resultado de enérgicas transformações do material constitutivo. São virtualmente desprovidos de minerais primários ou secundários menos resistentes ao intemperismo, e tem capacidade de troca de cátions da fração argila, inferior a 17cmol/kg de argila sem correção para carbono.
A entrada, armazenamento, tratamento e saída de dados foram realizados através do Software SPRING, na versão 5.2.6, elaborado pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais/Divisão de Processamento de Imagens (INPE/DPI, 1999).
Como base cartográfica foi utilizada a Carta Topográfica elaborada pela Diretoria de Serviços Geográficos (DSG) do Exército (1980) na escala 1:50000, folha SG. 22-X-C-I-14 (Irati) e SG.22-X-C-IV-2 (Rebouças).
Para a elaboração do mapa de uso da terra, enfatizando os diferentes tipos de cobertura vegetal, foram utilizadas imagens Rapideye fornecidas pelo Ministério do Meio Ambiente (MMA) do ano de 2013. A composição de bandas adotada foi a R(3) G(4) B(2) para as áreas de vegetação obtenham coloração verde se diferenciando das áreas de concentração urbana.
Para obtenção de resultados mais precisos na elaboração do mapa de uso da terra foi utilizada a classificação supervisionada que utiliza a distância Euclidiana para associar um “pixel” a uma determinada classe. O número de “pixels” de treinamento necessário para a precisão do reconhecimento de uma classe aumenta com o aumento da variabilidade entre as classes. (INPE/DPI, 1999)
As técnicas de classificação multiespectral “pixel a pixel” mais comum é a de máxima verossimilhança (MAXVER), distância mínima e método do paralelepípedo. Essa classificação considera a ponderação das distâncias entre médias dos níveis digitais das classes, utilizando parâmetros estatísticos. Os conjuntos de treinamento definem o diagrama de dispersão das classes e suas distribuições de probabilidade, considerando a distribuição de probabilidade normal para cada classe do treinamento (INPE/DPI, 1999).
Visando o monitoramento da infiltração da água no solo foi adotada a metodologia descrita em Antoneli e Thomaz (2009) que consiste na instalação de dois anéis medidores de infiltração em diferentes tipos de cobertura, baseadas em coletas de simulação de chuva e medições da capacidade de infiltração da água no solo. A mensuração de infiltração de água no solo foi realizada nos diferentes tipos de uso da terra a serem identificados por meio do mapa de uso da terra, através de infiltrômetro de anel duplo.
Foram teste de infiltração em quatro tipos de uso da terra, sendo eles: Cultivo, Urbano, Floresta e Pastagem nas quatro estações do ano: Primavera, Verão, Outono e Inverno. Realizaram-se várias repetições em cada uso da terra, por um período de sessenta minutos, mensurando a infiltração a cada cinco minutos.
Após a coleta dos dados em campo a interpretação e a comparação da capacidade de infiltração de cada uso foi baseada na classificação proposta por Reichardt (1990), pois segundo Antoneli e Thomaz (2009) esta permite análises qualitativas e quantitativas.
- RESULTADOS E DISCUSSÃO
Após a sistematização dos dados levantados, foi confeccionado o mapa de uso da terra (Figura 1) com as características mais precisas de cada um dos tipos de cobertura vegetal analisada. Além da elaboração do mapa foi possível a quantificação das classes de uso da terra.
A área em estudo possui um total de 1955,89ha, destes, 422,78ha corresponde a área de cultivo, esta por sua vez, apresentou-se com monocultura de soja na estação do outono, nas demais estações não havia presença de plantação.
A área de floresta corresponde a um total de 404,61ha, a vegetação presente é nativa e típica da região Centro-Sul do Paraná, com a presença de araucárias, bracatingas e vegetação de menor porte.
A área de estudo da pastagem corresponde há 622,04ha, esta por sua vez se manteve a mesma em todas as mensurações, solo compactado devido a presença dos animais e vegetação rasteira.
A área urbana possui um total de 506,46ha, variando muito a vegetação presente. Vale salientar que nesse uso a presença de concreto nas calçadas é significante o que dificulta a infiltração da água, ocasionando o escoamento superficial da mesma.
Figura 1 – Mapa de uso da terra da Bacia Hidrográfica Rio das Antas
Fonte – OLIVEIRA, 2015.
A mensuração da infiltração foi desenvolvida em quatro tipos de uso da terra – Cultivo, Urbano, Floresta e Pastagem, sendo o primeiro teste na estação da primavera, posteriormente a de verão, outono e inverno. Realizaram-se várias repetições em cada uso da terra, por um período de sessenta minutos, mensurando a infiltração a cada cinco minutos.
Na cobertura vegetal de cultivo (Gráfico 1), nota-se que a maior taxa de infiltração ocorreu na estação do verão com 317mm durante 60 minutos, onde o solo estava revolvido e preparado para o plantio da soja.
Gráfico 1 – Comportamento da infiltração mensurada durante 60 minutos em área de cultivo
Já a estação em que a água menos infiltrou foi no outono, com 40mm durante sessenta minutos, onde a monocultura de soja estava presente. Conforme Bertol et al (2001), os diferentes tipos de manejo e de cultivo do solo alteram as propriedades físicas e podem manifestar-se de várias maneiras, influenciando no crescimento e desenvolvimento das plantas. Assim, o solo cultivado, com o tempo, tende a ter sua estrutura original alterada pelo fracionamento dos agregados em unidades menores, com redução no volume de macroporos e aumentos no volume de microporos e na densidade do solo. Em decorrência disso, observou-se diminuição na taxa de infiltração de água no solo, com consequente aumento das taxas de escoamento superficial.
O comportamento da infiltração da água na cobertura de vegetação de floresta (Gráfico 2) nas quatro estações do ano foi muito variável, observa-se que na primavera a infiltração foi maior comparada as demais, totalizando em 583mm em sessenta minutos seguida da estação do outono com 494mm. No inverno a infiltração foi de 301mm e no verão a infiltração foi menor, com 249mm.
Gráfico 2 – Comportamento da infiltração mensurada durante 60 minutos em área de floresta
Deve-se considerar que o clima da região é temperado do tipo Cfb, classificação de Köppen, com verões frescos, temperatura média no mês mais quente abaixo de 22ºC e sem estação seca definida e tendências de concentração das chuvas nos meses de verão (IAPAR, 2015). Desta forma, no período de verão, devido à ocorrência de precipitações mais concentradas, o solo saturado de água, não infiltrou muito comparado as demais estações do ano.
Outro uso da terra analisado foi o de cobertura vegetal de pastagem (Gráfico 3). A taxa de maior infiltração foi no período da primavera, contudo os resultados obtidos nas demais estações do ano apresentaram taxa de infiltração baixa, semelhante ao estudo apresentado por Antoneli e Thomaz (2009). Os autores comprovaram que no uso da terra com pastagens ocorre a menor taxa de infiltração nos períodos mensurados (agosto e dezembro) se comparado aos demais usos.
Gráfico 3 – Comportamento da infiltração mensurada durante 60 minutos em área de pastagem
Um dos fatores que contribuem na taxa de infiltração nesse tipo de uso do solo ser baixa é a presença dos animais que favorecem a compactação do solo. À medida que aumenta a compactação do solo, há redução da porosidade total e aumento da densidade e resistência do solo à penetração (MORAES et al, 1995; BORGES et al, 1999), causando impedimento físico ao desenvolvimento do sistema radicular e restringindo o movimento da água e do ar ao longo do perfil (JORGE, 1985).
Os dados coletados na área urbana do Município de Irati-PR (gráfico 4), variou a cada estação do ano. A falta de chuvas no período do inverno na região, contribuiu para que a infiltração fosse maior (655mm) comparada às demais estações.
A urbanização implica, forçosamente, em alterações significativas no ambiente, de forma geral, e nos processos hidrológicos, em particular, através da ação direta nos cursos d’água e nas superfícies das bacias hidrográficas, como um todo (BAPTISTA, 2005).
Embora a taxa de infiltração no período do inverno tenha sido considerável, esta não ocorreu de forma significativa nos outros períodos, contudo, a área analisada sofreu e ainda sofre alterações antrópicas relevantes que por sua vez altera a taxa de infiltração de água no solo.
Gráfico 4 – Comportamento da infiltração mensurada durante 60 minutos em área urbana
Vale salientar que as mensurações neste uso da terra, ocorreram em área com gramado, infiltrando facilmente, isso reforça a necessidade da presença de jardins nas residências no perímetro urbano, pois contribuem para que a água infiltre e não ocorra o escoamento superficial, desencadeando impactos à população como os alagamentos e inundações. Outro fator importante é a necessidade de um Plano Diretor em vigor que regule o uso e ocupação do solo urbano prevenindo esses desastres.
- CONCLUSÕES
Com base nos resultados expostos fica claro que as atividades humanas exercidas no município de Irati, mais precisamente próximas ao Rio das Antas, objeto de estudo deste projeto, influenciam de forma direta no processo de infiltração de água no solo. As mensurações apresentadas na área urbana do município são exemplos claros de que a ação antrópica modifica e altera o uso da terra. Entretanto, quanto mais próximo das condições naturais estiver o solo, maiores são as taxas de infiltração apresentadas, como se pode observar na área de floresta.
Recomenda-se que sejam tomadas medidas por partes dos agricultores e do poder público que possam minimizar os efeitos de suas atividades sobre o processo de infiltração de água no solo, visto que nas áreas de pastagem e cultivo a infiltração não foi considerável.
Neste sentido, conclui-se que as alterações e modificações no uso da terra pela ação antrópica refletem os em impactos ao meio ambiente. Vale ressaltar ainda que um bom planejamento nas cidades retrai em parcelas significativas desastres futuros.
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*Mestranda em Geografia pela Universidade Estadual do Centro-Oeste UNICENTRO/G. E-mail:
