Conectividade hidrossedimentológica em bacias experimentais embutidas

Abstract

Resumo: A produção de sedimentos em bacias hidrográficas é dependente dos processos erosivos e da transferência dos sedimentos ao longo das vertentes e da rede de drenagem realizada pelo escoamento. Essa capacidade de transferência, variável no espaço e no tempo, é definida com conectividade hidrossedimentológica. Esse estudo tem como objetivo avaliar a dinâmica da erosão e do transporte de sedimentos nas vertentes e na rede de drenagem e identificar a conectividade hidrossedimentológica em bacias experimentais embutidas com cobertura florestal por meio de monitoramento e modelagem. O trabalho foi realizado na bacia experimental do rio Saci localizadas no município de Rio Negrinho, SC. O uso da terra na área de estudo é composto por plantio de Pinus taeda, floresta nativa em zona riparia e estradas não pavimentadas. O monitoramento foi realizado em cinco estações, com áreas de drenagem variando entre 0,4 a 18,5 ha, sendo três nascentes, V1, V2 e V3, em que as duas primeiras estão contidas na área de drenagem estação Saci, que drena juntamente com a estação V3, até o exutório (V5). Foram coletadas amostras dos solos nos diferentes usos da terra, além de material de fundo e sedimentos transportados em cada uma das estações de monitoramento, para as quais foi analisada a composição química elementar, para estabelecer a relação entre fontes e sedimentos transportados. Nas cinco bacias foi realizado monitoramento de vazão e nas estações Saci e V5 foi realizado o monitoramento de concentração de sedimentos. Nas séries monitoradas 26 eventos de precipitação foram identificados e posteriormente caracterizados pela geração de escoamento superficial, transporte de sedimentos e histerese entre vazão e concentração de sedimentos. O modelo LISEM foi utilizado para validar a conectividade hidrossedimentológica na escala de bacia identificada na análise de eventos. As análises dos sedimentos indicaram que nas quatro bacias de menor área os sedimentos transportados são provenientes do material de fundo dos canais de drenagem e da zona ripária, não havendo contribuição de sedimentos das estradas presentes na área. As fontes de escoamento e sedimentos resultantes da análise dos eventos na estação Saci confirmam essa distribuição espacial. Para a estação V5 a análise das características dos sedimentos indicou que ocorre a conectividade de sedimentos das estradas. Para essa estação foi verificado que a conexão hidrossedimentológica das estradas não ocorre em todos os eventos, no entanto, os sedimentos transportados, mesmo em eventos em que não há conexão, são provenientes de depósitos de material produzido nas estradas e transportados até o canal durante eventos em que houve a conectividade. Na simulação com o modelo LISEM foi reproduzida adequadamente a dinâmica espacial e temporal do escoamento e transporte de sedimentos observada nos eventos validando as conclusões das análises. Por existir na bacia hidrográfica áreas em que é observada a geração de escoamento e processos erosivos sem que que se produza resposta no exutório, a identificação da conectividade é determinante para o entendimento do comportamento hidrossedimentológico. Palavras-chave: Conectividade hidrossedimentológica. Transporte de sedimentos. Bacia hidrográfica florestada. Modelo LISEM.

Abstract: The sediment production on watersheds is dependent on both erosion processes and sediment transfer along the hillslopes and the drainage network. This sediment transfer capacity, variable in space and time, is defined as connectivity. The main objective of this study is to evaluate the erosion and sediment transport dynamics in the hillslopes and drainage network and to identify the hydrosedimentological connectivity in nested experimental watersheds with forest cover by monitoring and modeling. The study was carried out in the Saci river experimental watershed located in the municipality of Rio Negrinho, Santa Catarina, Brazil. The land cover in the area is composed of Pinus taeda, native forest in riparian zone and unpaved roads. The monitoring was conducted at five stations with catchment areas ranging from 0.4 to 18.5 ha. Three stations are located in springs, called V1, V2 and V3, in which the first two are in the catchment area of the Saci river station, which drains along with the V3, to the outlet (V5). Samples were collected from soils on the different land covers, channel bed material and sediments transported at each of the monitoring stations. Elemental chemical composition of the samples was analyzed in order to establish the relationship between sources and transported sediments. Stream flow was monitored in the five stations and sediment concentration was monitored in Saci and V5 stations. In the monitored series 26 precipitations events were identified and characterized by total surface runoff, sediment transport and hysteresis between stream flow and sediment concentration. The LISEM model was applied to validate the hydrosedimentological connectivity in the watershed scale. The sediment analysis indicated that on the four smaller watersheds the sediment sources are the channel bed and riparian zone with no connectivity of unpaved roads. The spatial sources of overland flow and sediments determined by the events analysis confirm this connectivity pattern. The analysis of sediment characteristics for station V5 indicated that the sediment connectivity of the unpaved roads occurred. For this watershed it was verified that the hydrosedimentological connection of the unpaved roads does not occur in all the events. However, even in events in which there was no hydrosedimentological connectivity of unpaved roads the sediments transported were mobilized from deposits of sediments produced on unpaved roads and transported to the channel during events in which there was connectivity. In the simulation with the LISEM model the spatial and temporal dynamics of overland flow and sediment transport, observed in the events, were correctly reproduced validating the conclusions of the analyzes. Due to the presence of areas in the watershed on which overland flow and erosion processes are observed without causing a response in the outlet, the identification of the connectivity is determinant for the understanding of hydrosedimentological behavior. Keywords: Hydrosedimentological connectivity. Sediment transport. Forested watershed. LISEM model.