Autores

Moroz Caccia Gouveia, I.C. (FCT-UNESP) ; Barros, R.R.F. (FCT-UNESP) ; Silva, I.R. (FCT-UNESP)

Resumo

Este trabalho apresenta estimativas de perda de solos e exportação de sedimentos na bacia hidrográfica do rio Paranapanema (UGRH Paranapanema), nos estados de São Paulo e Paraná, a partir da ferramenta computacional InVEST, que emprega a Equação Universal de Perdas de Solo (USLE), integrando informações sobre relevo, precipitações pluviométricas, uso e cobertura da terra e propriedades dos solos. Os resultados obtidos permitiram concluir que embora haja limitações no uso da Equação Universal de Perda de Solo, o modelo possibilitou a identificação de áreas críticas produtoras de sedimentos e a estimativa de aporte de sedimentos nas sub-bacias hidrográficas. Os produtos cartográficos gerados subsidiarão as ações previstas no Plano Integrado de Recursos Hídricos (PIRH Paranapanema) referentes à ampliação da rede de monitoramento de sedimentos e à identificação de áreas prioritárias para a conservação de recursos hídricos e indicação a Programa de Serviços Ambientais.

Palavras chaves

USLE (Equação Universal de Perdas de Solos); InVEST; Bacia hidrográfica do Rio Paranapanema

Introdução

Este trabalho apresenta alguns resultados parciais de projeto desenvolvido pelos discentes do programa de Mestrado Profissional em Geografia (FCT- UNESP), na disciplina “Projeto de Integração Profissional”, no ano de 2017. Como a disciplina propõe-se a desenvolver a capacidade de análise de situação da dinâmica e gestão ambiental, integrando e aplicando conhecimentos geográficos em contextos reais junto aos órgãos públicos e organizações da sociedade civil, o projeto proposto visou fornecer subsídios ao Comitê da Bacia Hidrográfica Paranapanema (CBH-Paranapanema) para duas ações específicas previstas no Plano Integrado de Recursos Hídricos (PIRH Paranapanema): a) Definição dos locais de instalação das novas estações de monitoramento de sedimentos (descarga sólida) e, b) Identificação de áreas prioritárias para a conservação de recursos hídricos e implantação de Programa de Serviços Ambientais. De acordo com Embrapa (2017), a seleção de áreas prioritárias para a implementação de programas de pagamentos de serviços ambientais hídricos faz-se de acordo com critérios tais como: áreas de alta declividade; áreas de alto risco de erosão ou sedimentação; áreas prioritárias para aumento da infiltração de água no solo, melhoria da qualidade e quantidade de água, constância do regime de vazão e/ou diminuição da poluição; áreas com pouca cobertura vegetal em áreas de preservação permanentes (APP); áreas com maior densidade de drenagem; áreas ativas de rio; áreas potenciais para ampliar a conectividade da paisagem ou possibilitar a formação de corredores de biodiversidade; e, áreas de interesse para a conservação de habitats, dentre outros. Diante disso, o projeto focou-se na produção de dados referentes às perdas anuais de solos e identificação de áreas de maior susceptibilidade à erosão laminar na bacia hidrográfica do rio Paranapanema. - A exemplo de estudos desenvolvidos para a implantação de Programas de Serviços Ambientais nas bacias hidrográficas do rio Guandu-RJ (CASTELLO BRANCO, 2015) e do Rio Paraíba do Sul-SP (OIKOS, 2015), e de acordo com recomendações técnicas da ANA - Agência Nacional de Águas (SILVA et al, 2008; CHAVES at al, 2004; CHAVES, 2010) e da Embrapa (2017), a presente pesquisa utiliza-se da Equação Universal de Perdas de Solos - USLE (WISCHMEIER & SMITH, 1978). Apesar de suas limitações, a USLE constitui-se no modelo empírico mais conhecido e utilizado para estimativa de taxas de perda de solo por erosão laminar e atualmente, sua aplicação tornou-se mais simples e rápida utilizando ferramentas de sistemas de informação geográfica, como é o caso da ferramenta computacional InVEST (TALLIS et al., 2012), desenvolvida pelo Projeto Capital Natural ), que resultou de uma cooperação entre a Universidade de Stanford, The Nature Conservancy - TNC e o Fundo Mundial para a Natureza - WWF. Trata-se de uma ferramenta utilizada como subsídio ao processo de tomada de decisão ambiental, disponibilizada gratuitamente e que possui interface com o ambiente ArcGIS. Dentre os diversos módulos para a quantificação, espacialização e valoração de serviços ambientais de sistemas terrestres e aquáticos (marinhos e de água doce), o módulo SDR (Sediment Delivery Ratio) estima perda de solos por erosão laminar a partir da aplicação da USLE. Como resultado, foi possível obter valores referentes às perdas de solos anuais por erosão laminar e à exportação de sedimentos, identificando áreas mais críticas que necessitam de monitoramento e que se constituem em áreas prioritárias para a conservação de recursos hídricos e implantação de programas de Serviços Ambientais que visam o abatimento de erosão e sedimentação.

Material e métodos

Para a estimativa de perdas de solos anual, identificação de áreas críticas produtoras de sedimentos e a estimativa de aporte de sedimentos foi utilizado o módulo SDR (Sediment Delivery Ratio) da ferramenta InVEST (TALLIS et al., 2012), que estima perda de solos a partir da aplicação da USLE. Segundo Bertoni & Lombardi Neto (1985, p.250), a equação desenvolvida por Wischmeier & Smith (1978) é expressa da seguinte forma: A = R.K.L.S.C.P, sendo: A - Perda de solo calculada, em t/ha/ano; R - fator erosividade, índice de erosão pela chuva; K- fator erodibilidade dos solos face suas características físicas; L – índice relativo ao comprimento da vertente ou rampa; S – índice relativo à declividade média da vertente ou rampa; C – índice relativo ao uso e manejo da terra e P – índice relativo à pratica conservacionista adotada. A partir da integração de dados morfométricos (declividades e comprimento de rampa), de precipitações (erosividade), propriedades dos solos (erodibilidade) e padrões de uso e ocupação da terra, esse módulo permite calcular a perda de solo média anual de cada parcela de terra, além de determinar o quanto de solo pode chegar a um determinado ponto de interesse, conhecendo a capacidade de cada parcela para reter sedimentos, e, adicionalmente, avaliar o custo de remoção do sedimento acumulado (THOMPSON & FIDALGO, 2013). Os dados de entrada requeridos pelo InVEST, bem como os produtos cartográficos finais foram preparados no ArcGIS 10.1. Os dados morfométricos (fatores LS) são obtidos automaticamente pelo InVEST a partir de MDE (modelo digital de elevação) e, para a presente pesquisa, utilizou-se MDE disponibilizado pelo projeto TOPODATA (Banco de dados geomorfométicos do Brasil) . Os produtos do projeto TOPODATA são derivados do processo de refinamento das imagens SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) que transforma sua resolução espacial original, de 90m para 30m utilizando o método de krigagem, além de diversas análises geomorfométricas. Os dados referentes à erosividade (fator R) requeridos pelo InVEST devem ser apresentados na forma de um mapa isoerodente, em formato raster. Para a elaboração deste mapa, utilizou-se os dados de erosividade obtidos por Waltrick et al. (2015), referentes a 61 estações pluviométricas do estado do Paraná e dados obtidos através do programa NetErosividade SP (GPRH/UFV – IAC) referentes a 154 estações no estado de São Paulo. O valor do índice de erosividade (MJ mm ha-1 h-1 ano-1 depende da duração e intensidade da chuva. Em relação à erodibilidade, utilizou-se o mapa pedológico da bacia hidrográfica do Rio Paranapanema (1:500.000), elaborado a partir do Mapa Pedológico do Estado do Paraná (BHERING et al, 2008) e Mapa Pedológico do Estado de São Paulo (OLIVEIRA et al, 1999). O fator K foi atribuído para cada classe de solos de acordo com referências encontradas na literatura (BERTONI & LOMBARDI NETO, 1985; SILVA & ALVARES, 2005 e PULIDO GÓMEZ, 2012). O mapa foi convertido para o formato raster e reclassificado com base nos valores de erodibilidade (Mg ha h MJ -1 mm-1) para cada tipo de solo. A erodibilidade é determinada pelo potencial de desagregação das partículas constituintes do solo. Para os fatores C e P, utilizou-se o Mapa de Uso e Cobertura da Terra da UGRH Paranapanema (ANA/CBH-Paranapanema, 2016), também na escala 1:500.000. Os valores dos fatores C e P foram atribuídos de acordo com Bertoni & Lombardi Neto (1985), Sivertun & Prange (2003) e Ribeiro & Alves (2007). Além do mapa de uso e cobertura da terra em formato raster, o Invest requer também uma tabela em formato CSV com os valores dos fatores C e P para cada categoria de uso e cobertura da terra. O módulo SRD solicita ainda (opcionalmente) em formato shape, a rede de drenagem e a divisão da área em sub-bacias hidrográficas, que serão analisadas quanto à produção e retenção de sedimentos para um determinado ponto de interesse. Na presente pesquisa, optou-se por utilizar a sub- divisão da área em UPHs (Unidades de Planejamento Hídrico).

Resultado e discussão

A bacia hidrográfica do rio Paranapanema, pertencente à região hidrográfica do Paraná, compreende uma área de 106,5 mil km², e drena áreas de 247 municípios dos quais 115 estão localizados no Estado de São Paulo e 132 no Estado do Paraná. Dentre eles, destacam-se as seguintes sedes municipais: Londrina, Maringá e Ponta Grossa, no Paraná; e Itapetininga, Ourinhos, Assis e Presidente Prudente, em São Paulo. A área concentra 2,3% da população brasileira (cerca de 4.680.000 habitantes) e respondendo por quase 2% do PIB nacional, o que mostra a sua importância no contexto socioeconômico brasileiro. (ANA/CBH-Rio Paranapanema, 2016). Conforme a Resolução CNRH nº 109, de 13 de abril de 2010, que definiu as Unidades de Gestão de Recursos Hídricos de Bacias Hidrográficas de rios de domínio da União (UGRHs), a UGRH Paranapanema engloba as bacias hidrográficas do rio Paranapanema e do rio Santo Anastácio e demais tributários diretos que contribuem para o rio Paraná nesta região. Embora a bacia do rio Santo Anastácio, não faça parte da bacia hidrográfica do rio Paranapanema, é integrante da Unidade de Gerenciamento de Recursos Hídricos do Pontal do Paranapanema (UGRHI 22), que é uma das três unidades de gestão da vertente paulista pertencentes ao CBH-PARANAPANEMA. Além da UGRHI 22 – Pontal do Paranapanema, fazem parte do CBH-Paranapanema, as UGRHIs 14 (Alto Paranapanema) e 17 (Médio Paranapanema) no estado de São Paulo e, no estado do Paraná, as UGRHIs Norte Pioneiro, Tibagi e Piraponema. De acordo com os mapas geomorfológicos do Estado de São Paulo (ROSS & MOROZ, 1997) e do Estado do Paraná (SANTOS et al., 2006), o relevo da UGRH Paranapanema abrange três unidades morfoestruturais I - Cinturão Orogênico do Atlântico; II – Bacia Sedimentar do Paraná; III -Bacias Sedimentares Cenozóicas. O Rio Paranapanema tem suas nascentes nos terrenos cristalinos da Unidade Morfoestrutural Cinturão Orogênico do Atlântico, cujas Unidades Morfoesculturais denominam-se, genericamente, Planalto Atlântico, no estado de São Paulo e, Primeiro Planalto, no estado do Paraná. Nestas morfoestruturas, são encontrados predominantemente associações de solos dos tipos Latossolos e Argissolos em maiores extensões. Em porções de menor extensão, são encontrados Cambissolos, geralmente háplicos, principalmente em locais de maiores altitudes e altas declividades, assim como, pontualmente, observa-se a ocorrência de Neossolos litólicos. (MOROZ-CACCIA GOUVEIA et al, 2014; ANA/CBH-Rio Paranapanema, 2014) Adentrando para oeste, grande parte da UGRH Paranapanema assenta-se sobre a Unidade Morfoestrutural Bacia Sedimentar do Paraná, cujas unidades Morfoesculturais correspondem no estado do Paraná ao “Segundo Planalto Paranaense” e “Terceiro Planalto Paranaense” e à Depressão Periférica Paulista e Planalto Ocidental Paulista, no estado de São Paulo. Nas unidades morfoestruturais Segundo Planalto Paranaense e Depressão Periférica Paulista são encontradas predominantemente as associações de solos dos tipos Argissolos e Latossolos em maiores extensões e secundariamente, ocorrências de Cambissolos, Neossolos litólicos e Neossolos quartzarênicos. Já nas unidades morfoesculturais Terceiro Planalto Paranaense e Planalto Ocidental Paulista predominam as associações de Latossolos e Argissolos, principalmente sobre as formações areníticas, que ocorrem nas maiores extensões do terreno. Todavia, importantes ocorrências de Nitossolos associados aos basaltos intercalados por arenitos característicos da Formação Serra Geral, são encontradas, além de áreas constituídas por Neossolos litólicos. (MOROZ-CACCIA GOUVEIA et al, 2014; ANA/CBH-Rio Paranapanema, 2014) A Unidade Morfoestrutural denominadas Bacias Sedimentares Cenozóicas correspondem, na área de estudo, às planícies fluviais. Destaca-se a presença de trechos de planícies fluviais no curso inferior do Rio Paranapanema, à jusante da UHE de Rosana, no Rio Paraná, à jusante da UHE Porto Primavera e no baixo curso do Rio Santo Anastácio, no estado de São Paulo, e, ainda, no alto curso do Rio Tibagi, no estado do Paraná. Nelas, e em outras menores, geralmente alveolares de pequenas extensões podem ser encontrados solos dos tipos Organossolos e Neossolos flúvicos, com ocorrências pontuais de Gleissolos. (MOROZ-CACCIA GOUVEIA et al, 2014) Segundo ANA/CBH-Rio Paranapanema (2016) as maiores altitudes (em torno de 1.363 m) localizam-se no setor oriental da bacia e vão diminuindo em direção ao rio Paraná, apresentando 185 m de altitude na foz do rio Paranapanema. Quanto às declividades, observa-se que mesmo nas regiões de maiores altitudes as declividades são baixas, tendo pouca representatividade acima de 20%, sendo estas mais evidentes nas porções oriental e central da bacia hidrográfica. Com relação ao clima, as temperaturas médias anuais diminuem em função do aumento da latitude e também em função da continentalidade. Desse modo, são inferiores a 18°C no sul e sudeste da UGRH e superiores a 21°C no norte e noroeste A precipitação média na UGRH é de 1.450 mm, podendo atingir valores acima de 1.800 mm, nas áreas mais altas e ao sul; e valores inferiores da ordem de 1.300 mm a leste e noroeste (ANA/CBH-Rio Paranapanema, 2014). Em relação ao uso e ocupação da terra, observa-se que as classes de uso mais representativas são pastagem (36,3%), cultura temporária - milho/soja (14,8%), floresta (13,9%), cultura temporária - cana (10,1%), silvicultura (8,3%) e cultura temporária não especificada (7,8%), sendo que as demais classes de uso somadas ocupam menos de 10% da bacia. (ANA/CBH-Rio Paranapanema, 2016). O mapa de estimativa de perdas de solo (Figura 1), aponta estimativas de perdas de solo que variam de 27,8 ton/ha.a até 168,8 ton/ha.ano, sendo que a média total de perdas de solo para a bacia hidrográfica do Rio Paranapanema é 70,5 ton/ha.ano. A sub-bacia 3 - Baixo Paranapanema – Margem Direita, pertencente a UGRHI Pontal do Paranapanema é aquela que apresenta menor tendência a perdas de solos (27,8 ton/ha.ano). Já as sub-bacias 16 - Alto Cinzas (UGHRI Norte Pioneiro) e 19 - Baixo Tibagi (UGRHI Tibagi), são aquelas que possuem tendência à maior perda de solos, alcançando 168,8 ton/ha.ano. De um modo geral, pode-se considerar que a UGRHI Norte Pioneiro é a que apresenta a pior situação, pois suas duas sub-bacias apresentam estimativas de perdas de solo superiores à 100 ton/ha.ano. Considerando os graus de erosão (Tabela 1) com base em FAO, UNEP e UNESCO (ALMOROX, 1994; VALENTE et al, 2001 apud PEREIRA, 2014), a bacia hidrográfica do Rio Paranapanema apresenta, em média, um grau de erosão considerado Alto (Tabela 2). Considerando que, em função dos usos e cobertura da terra, parte dos sedimentos produzidos nas bacias hidrográficas fica retida nas vertentes, a Figura 2 apresenta estimativas de exportação de sedimentos, ou seja, a carga sedimentar que pode atingir os cursos fluviais, nos exutórios de cada sub- bacia. Observa-se que a sub-bacia Baixo Paranapanema – Margem Direita, pertencente a UGRHI Pontal do Paranapanema é aquela que menos exporta sedimentos (2,25 ton/ha/ano), enquanto que a sub-bacia Alto Cinzas (UGHRI Norte Pioneiro) exporta cerca de 16 ton/ha/ano. Observa-se, na Tabela 2, que a UGRHI Norte Pioneiro é a mais crítica pois suas três sub-bacias produzem juntas, cerca de 450 ton/ha.ano de sedimentos, com graus de erosão Alto e Muito Alto e exportam cerca de 44 ton/ha.ano para o Rio Paranapanema. Em contrapartida, a UGRHI que apresenta melhores condições é a Piraponema, cujas sub-bacias apresentam graus de erosão Moderado e Alto, mas no total, apresentam perdas de solo de cerca de 203 ton/ha.ano, exportando aproximadamente 17 ton/h.ano. Também é possível observar que em termos de retenção de sedimentos, a sub-bacia Baixo Cinzas (Norte Pioneiro) é aquela que apresenta menor desempenho (89,86%) enquanto que as sub-bacias Capivara (Médio Paranapanema), Alto Paranapanema M.E. (Alto Paranapanema) e Alto Tibagi (Tibagi) conseguem reter mais 92% da carga sedimentar produzida.

Perdas de Solo e graus de erosão definidos por Pereira (2014)


Mapa de estimativa de perdas de solo na bacia hidrográfica do rio Paranapanema


Mapa de estimativa de exportação de sedimentos na bacia hidrográfica do rio Paranapanema


Estimativas de perdas de solos por sub-bacias hidrográficas, graus de erosão, estimativa de exportação e percentual retenção de sedimentos

Considerações Finais

O módulo SDR da ferramenta InVEST possibilita bastante economia de tempo e trabalho para a aplicação da USLE, desde que os dados de entrada necessários estejam disponíveis e sejam acessíveis. A disponibilização dos dados referentes à erosividade (Fator R) do Paraná e a possibilidade de obtenção deles, através do programa NetErosividade-SP, para o estado de São Paulo, foi fundamental pois demandam exaustiva seleção e análise estatística de dados de séries históricas de postos pluviométricos. Também a existência de mapa pedológico e mapa de uso e cobertura da terra em escalas compatíveis, para a área de estudo, contribuiu bastante para a execução do trabalho. As estimativas de perda de solo resultantes da aplicação da USLE devem ser utilizadas com precaução pois o modelo apresenta algumas limitações, como por exemplo, simular apenas a erosão laminar sendo que em algumas áreas, outros processos tais como movimentos de massa, ravinas e voçorocas podem ser mais importantes e determinantes para a perda de solos. Entretanto, diante da extensão da área de estudos e, portanto, da escala de análise adotada, os resultados obtidos permitiram a identificação das sub- bacias mais críticas que necessitam de monitoramento e que se constituem em áreas prioritárias para a conservação de recursos hídricos e implantação de programas de Serviços Ambientais que visam o abatimento de erosão e sedimentação.

Agradecimentos

Aos alunos(as) da disciplina de Programa de Integração Profissional do ano de 2017, do Programa de Mestrado Profissional em Geografia (FCT-UNESP), pela disposição em enfrentar desafios e pela oportunidade de aprendizagem conjunta. Ao pesquisador Paulo Cesar Waltrick, pela cessão de dados referentes a erosividade das chuvas do estado do Paraná.

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