Autores
Ferreira, A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO) ; Lawall, S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO) ; Fernandes, N. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO)
Resumo
A infiltração é o processo entrada de água no topo do solo e que junto as características dos solos, regulam a movimentação e retenção da umidade. Ela está condicionada as condições de superfície, dentre elas, o uso e cobertura destacam-se uma vez que influenciam nas demais variáveis. Objetiva-se avaliar a movimentação da água através do potencial matricial em diferentes perfis de solo com distintos tipos de uso e cobertura. Foram analisados dados de cinco estações watermark posicionadas em agricultura, floresta e pastagem, com sensores cravados a 10, 20, 50 e 80 cm da superfície e registros de 30 em 30 minutos. Como recorte temporal utilizou-se o ano de 2011. Acusou-se dois comportamentos conforme a sazonalidade, úmido e seco, através dos valores baixos e altos respectivamente do potencial matricial das estações. Durante o período úmido, as oscilações são maiores em floresta, agricultura e pastagem, o que indica maior retenção nos dois usos e maior percolação na floresta.
Palavras chaves
Umidade do solo ; Uso e cobertura; Potencial matricial
Introdução
A infiltração é uma importante etapa do ciclo hidrológico, pois é responsável pela entrada de água no solo. Esta etapa mantem a umidade do solo e influencia à recarga dos lençóis freáticos, a água para as plantas e a manutenção dos canais de drenagem, através da percolação (Horton, 1933; Moretti, 1965; Tucci, 1991; Moura, 1994; Leite, 2010). Várias pesquisas concentram esforços na investigação dos condicionantes da infiltração (Cantón, 2004; McDonnell, 2005; Chen, 2007). Tais condicionantes para infiltração estão ligados com as condições da superfície do solo, características da precipitação, propriedades físicas do solo, e uso da terra, pois este influencia diretamente os demais. Os diferentes tipos de uso e cobertura auxiliam de maneiras distintas no processo hidrológico, podendo intervir ou desencadear em impactos sobre o solo. As consequências aos recursos naturais trazidas pela mudança do uso e cobertura são vistas pela qualidade do solo, água e biodiversidade (Chen, 2000). Além disso, mudanças do uso e cobertura do solo estão diretamente ligados à presença marcante da população e a intensificação da produção agrícola. O estudo da umidade do solo pode ser realizado por diferentes métodos, dentre eles tem o destaque do monitoramento continuo do potencial matricial através de sensores de matriz granular onde os dados são armazenados em Datalogger. Isto possibilita melhor entendimento do solo em relação ao conteúdo de agua presente. Há pesquisas que exploram e comparam o desempenho de diferentes ambientes no comportamento hidrológico dos solos (Silva et al, 2005; Zimmermann, 2006). Além disso, há trabalhos ligados ao monitoramento continuo da umidade do solo, com uso de TDR e modelagem (Schwartz, 2003; Lacerda et al, 2005; Monteiro, 2007; Simunek, 2009). No Brasil, são escassos os trabalhos que debruçam sobre os processos de movimentação da água no perfil através do potencial matricial com uso dados contínuos no tempo e variáveis no espaço. Assim, tal estudo procura avaliar o processo de infiltração e movimentação da água no solo em perfis de diferentes tipos de uso e cobertura, buscando entender a contribuição destes processos na dinâmica hidrológica do solo.
Material e métodos
1) ÁREA DE ESTUDO: A área de estudo está localizada na região serrana do estado do Rio de Janeiro, mais precisamente na bacia experimental do Rio Bonfim em Petrópolis, com uma área de 30 km2 (Fig.1). A bacia possui um relevo montanhoso com presença de 33% de afloramentos rochosos e paredões abruptos, interferindo diretamente na chegada da chuva ao solo. Além disso, é um dos afluentes do principal rio da região serrana, o Piabanha. A bacia foi escolhida para ser experimental uma vez que apresenta compartimentação dos tipos de uso e cobertura, diferindo-se, portanto, das demais neste ambiente. Assim, nota-se presença de floresta preservada e remanescente da Mata Atlântica com predomínio no alto e médio curso da bacia com presença de solos rasos. Uma marcante agricultura de hortaliças no curso médio, com solos mais profundos possibilitando esse tipo de uso, tendo como preparo da terra o arado mecânico e irrigação por aspersão; ainda no terço médio numa vertente bastante íngreme da bacia e com vegetação gramínea temos uma incipiente atividade de pastagem. Também há trabalhos anteriores retratados na bacia (Goulart, 1999; CPRM, 2008/2010; Lawall, 2010; Silva, 2012). 2) MÉTODOS: Na seguinte pesquisa é empregado o monitoramento continuo do potencial matricial do solo, que confere indiretamente a umidade do solo. Para tal monitoramento, é utilizado o uso de sensores de matriz granular Watermark modelo 900, que indica a tensão com que a água está armazenada no solo através do potencial matricial. Os sensores estão distribuídos nas seguintes profundidades do perfil: 10, 20, 50 e 80 cm e estão acoplados ao Datalogger do próprio aparelho (armazenador de dados), Em cada área foi instalado um Kit completo de oito sensores (7 watermark e 1 de temperatura), onde os dados permanecem reservados por series estabelecidas em intervalos de 30 em 30 minutos, envolvendo uma serie temporal total de 2009 a 2015. Para o presente trabalho escolhemos analisar a série de 2011, visando a identificação dos processos de infiltração e armazenamento no período úmido (verão) e outro no período seco (inverno). Procurando também a confirmação de comportamentos hidrológicos observados em estudos anteriores na bacia. A distribuição dos aparelhos na área de estudo são nas seguintes áreas: 2 em áreas florestais, 2 em áreas agrícolas e 1 em pastagem. Sendo selecionada apenas 1 estação de cada ambiente (Fig. 1). Em busca de uma correlação dos processos analisados, utiliza-se os dados de pluviosidade total diária de uma estação de pluviométrica que produz dados através de pluviômetros e pluviógrafos. A estação de chuva é mantida pela CPRM – SERVIÇO GEOLOGICO DO BRASIL, que desde 2008 vem produzindo via monitoramento hidrológico, dados na bacia do rio Bonfim. É realizado trabalhos de campo para a coleta dos dados, e posteriormente sendo trabalhados através do KaleidaGraph. A partir desses dados é obtidos gráficos que expressão o comportamento dos sensores, ou seja, o comportamento da umidade presente no solo, Além disso, o comportamento da chuva também é representado pelo gráfico. Dando assim, o entendimento dos processos estudados
Resultado e discussão
Como resultado da seguinte pesquisa são obtidos gráficos de cada área
(floresta, agricultura, pastagem) os quais apresentam a correlação entre o
potencial matricial de cada área e a pluviosidade no ano de 2011. Os
sensores são representados por 4 profundidades no perfil do solo 10cm
(vermelho), 20 cm (amarelo), 50 cm (verde) e 80 cm (preto). O gráfico é dado
a partir de eixos, o primeiro eixo (vertical) exibe o potencial matricial
variando entre 0 kPa à -250 kPa. Partindo disso, é associado com uma serie
temporal (eixo horizontal), no qual, permite a visualização continua dos
sensores. Um outro eixo vertical é ligado a pluviosidade acumulada diária no
qual varia entre 0 a 150 mm. A partir dessa descrição da representação do
gráfico é verificado a resposta de cada área.
No primeiro gráfico analisado (Fig.2), indica a área agrícola, nela
temos o sensor de 10 cm com variações no primeiro período úmido (início do
ano) e no período seco (mais marcante), que podem ser justificados pelos
processos de evaporação e infiltração, alimentados pela irrigação e manejo
do solo. Correlacionando os sensores com a chuva é visto que na primeira
chuva intensa (no final de Outubro) é gerado uma saturação em todos os
sensores, aumentando a umidade no perfil do solo. Quando temos o período
úmido do final do ano ocasionando em outras demais chuvas, com o solo úmido,
o excedente da precipitação pode gerar o escoamento superficial.
No segundo gráfico analisado (Fig.3), temos a área de floresta, é
visto que os sensores de 10 e 20 cm se apresentam mais sensíveis a chuva e
com maior capacidade de drenar em ambos os períodos (úmido e seco). Além
disso, o gráfico mostra que durante o período seco, o perfil tende a perder
o conteúdo de agua, tendo maior perda nos sensores 10 e 20cm, isso pode ser
influenciado pela evaporação. Entretanto, o perfil que se apresentava seco
tem uma variação abrupta, devido às chuvas intensas no final de outubro,
mostrando uma capacidade de infiltração rápida. No período úmido (final do
ano) temos os sensores de 50 e 80 cm próximos da saturação e os 10 e 20 cm
infiltrando e drenando rapidamente.
E o terceiro gráfico analisado é o da área de pastagem (Fig. 4),
nesse ambiente encontramos primeiramente uma drenagem que ocorre de forma
ordenada, no qual 10 cm drena mais rápido seguido pelo de 20 cm, 50 cm e 80
cm, podendo assim, evidenciar o movimento (vertical) da água nesse perfil.
Isso é visto a partir do primeiro período úmido (Início do ano) com os
sensores diminuindo o seu potencial matricial. No período seco é visto que o
sensor de 10 cm atua diferentemente das demais áreas, oscilando pouco e
tendo mais perda de umidade (drenagem). Logo após, temos uma variação
abrupta de todos os sensores similar a floresta, ou seja, um processo rápido
de infiltração. No entanto, com as chuvas intensas final do ano, onde temos
o início do período úmido, os sensores se apresentam saturados, tendo um
comportamento similar a agricultura, ou seja, retendo mais água.
Com os seguintes resultados é possível observar que nas áreas
florestadas da bacia, há indicação de significante oscilação dos sensores,
conferindo uma rápida drenagem e uma menor retenção de umidade por parte do
solo. Ao contrário dos resultados encontrados na floresta, temos na
pastagem, as menores oscilações, mostrando assim uma drenagem lenta e uma
maior retenção da umidade no solo. Com oscilações maiores que a pastagem e
análogas a floresta durante o período seco, temos as áreas agrícolas da
bacia. Relacionando os resultados com os estudos anteriormente realizados por
Lawall (2010) na Bacia, temos propriedades físico-hídricas que validam e
apoiam os resultados obtidos, tais como a presença de solos arenosos no
ambiente florestado, incidindo maior infiltração e baixa capacidade de
retenção de água.
Localização da bacia do rio Bonfim, indicando a posição das estações de monitoramento continuo na bacia. A – AGRICULTURA; F – FLORESTA; P – PASTAGEM.
gráfico referente do monitoramento continuo do potencial matricial da área agrícola
apresenta monitoramento continuo do potencial matricial observado na área de floresta
Apresenta o monitoramento continuo do potencial matricial na área de pastagem.
Considerações Finais
A área de Floresta demonstrou uma alta drenagem e baixa retenção. No caminho inverso tivemos a área da Pastagem, contendo uma de alta retenção e baixa drenagem. Já em um cenário intermediário temos a área da Agricultura, contendo uma maior drenagem por parte de sensores superiores (de 10cm e 20cm)e maior retenção por parte de sensores inferiores (de 50cm e 80cm). A umidade do solo presente no pré-evento de precipitação condiciona os processos hidrológicos no perfil. Quando seco há tendência de saturação do perfil.
Agradecimentos
Referências
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