Dinâmica hidrogeomorfológica de ravinas em estradas não pavimentadas

Abstract

Resumo: As estradas não pavimentadas representam as maiores fontes de sedimentos transportados em zonas de floresta devido ao solo exposto, à compactação e às condições de conectividade. A erosão nas estradas pode se intensificar, gerando ravinas com a mescla de pequenos sulcos, caracterizando o aprofundamento da feição no solo juntamente com expansão longitudinal e lateral. Contudo, a dinâmica hidrogeomorfológica dessas feições erosivas sob eventos de precipitação ainda é pouco conhecida, pois poucos trabalhos empregaram monitoramento hidrossedimentológico em ravinas. Nessa perspectiva, teve-se por objetivo no presente trabalho avaliar as condições hidrogeomorfológicas determinantes da dinâmica erosiva em duas ravinas observadas em estradas não pavimentadas, localizadas em zonas de povoamento de Pinus taeda na bacia experimental do Rio Saci, município de Rio Negrinho/SC. A área de estudo foi mapeada com dados de um voo de RPA (Remotely Piloted Aircraft), fornecendo Modelo Digital do Terreno (MDT) de alta resolução. As condicionantes hidrogeomorfológicas de declividade do terreno, área de contribuição, largura e profundidade das ravinas, condições de manejo e propriedades físicas do solo (coesão, granulometria e infiltração) foram analisadas. Vazão, produção de sedimentos e precipitação foram monitoradas nas ravinas durante 20 eventos de precipitação entre 2017 e 2019, sendo utilizadas calhas "H" associadas a sensores de nível, turbidímetros e pluviômetro. O modelo de erosão openLISEM, utilizado para a caracterização do comportamento erosivo das ravinas no tempo e no espaço, foi calibrado com dados da encosta analisada e bibliografia consultada. Os resultados foram avaliados com o uso do coeficiente de Nash-Sutcliffe (NSE). A Ravina com Pinus apresentou proporções inferiores (comprimento 191,4 m, volume 14,1 m³) quando comparada com a Ravina Lindeira (comprimento 214,3 m, volume 50,1 m³). A dinâmica hidrogeomorfológica das ravinas dependeu principalmente das variações de declividade do terreno, tamanho da área de contribuição, manejo e heterogeneidade espacial/comportamento erosivo dos diferentes perfis do solo, o que determina a morfometria das ravinas. A produção de sedimentos aumenta com o escoamento (R² = 0,95 e 0,66 para as Ravinas Lindeira e com Pinus, respectivamente). Destaca-se a relação entre a intensidade do escoamento e a intensidade da precipitação, a existência de depressões formadas pela erosão por queda d’água e o transporte não seletivo de sedimentos promovido pelo escoamento em sulcos. O modelo openLISEM reproduziu eficientemente o escoamento (coeficientes NSE variando entre -1,98 e 0,80), mas apresentou problemas na simulação da produção de sedimentos (coeficientes NSE variando entre -258,57 e 0,31) para a maioria dos eventos de chuva, superestimando os dados monitorados. Apesar disso, o modelo simulou a concentração dos processos erosivos no interior das ravinas, bem como representou as depressões como zonas de alternância de erosão e deposição e intensificação da infiltração. As depressões se mostraram áreas passíveis de modificações mais rápidas e intensas em relação ao restante das ravinas, representando importantes mecanismos de erosão no contexto de ravinas de estradas não pavimentadas.

Abstract: Unpaved roads represent the largest sources of sediment transported in forest areas due to exposed soil, compaction and connectivity conditions. Erosion on the roads can become more pronounced over time, generating ravines with a mixture of small grooves, characterizing the deepening of the feature in the soil along with longitudinal and lateral expansion without outcropping the water table. However, the hydrogeomorphological dynamics of these erosive features under precipitation events is still poorly understood, as few studies have used hydrosedimentological monitoring in ravines. In this perspective, the objective of this study was to evaluate the hydrogeomorphological conditions that determine erosive dynamics in two ravines observed on unpaved roads, located in areas of Pinus taeda in the experimental basin of the Saci River, municipality of Rio Negrinho, state of Santa Catarina. The study area was mapped with data from a RPA flight (Remotely Piloted Aircraft), providing high resolution Digital Terrain Model (MDT). The hydrogeomorphological conditions, slope of the land, contribution area, width and depth of the ravines, management conditions and physical properties of the soil (cohesion, granulometry and infiltration) were analyzed. Flow, sediment production and precipitation were monitored in the ravines during 20 precipitation events between 2017 and 2019, using "H" flume associated with level sensors, turbidimeters and rain gauge. The openLISEM model, used to characterize the erosive behavior of ravines in time and space, was calibrated with data from the analyzed slope and consulted bibliography. The results were evaluated using the Nash-Sutcliffe coefficient (NSE). The Pinus Ravine showed lower proportions (length 191.4 m, volume 14.1 m³) when compared to the Ravine Lindeira (length 214.3 m, volume 50.1 m³). The hydrogeomorphological dynamics of the ravines depend on the variations in slope of the terrain, size of the contribution area, management, and spatial heterogeneity/erosive behavior of the different soil profiles, which determines the morphometry of the ravines. The production of sediments increases with increasing flow (R² = 0.95 and 0.66 for the Lindeira and Pinus ravines, respectively). The relationship between the intensity of runoff and the intensity of precipitation, the existence of depressions formed by erosion due to waterfalls and the non-selective transport of sediments promoted by runoff in furrows. The openLISEM model efficiently reproduced runoff (NSE coefficients ranging from -1.98 to 0.80) but presented problems in sediment production (NSE coefficients ranging from -258.57 to 0.31) for most rain events, overestimating the monitored data. Despite this, the model simulated the concentration of erosion processes inside the ravines, as well as representing the depressions as alternating zones of erosion and deposition and intensification of infiltration. The depressions proved to be areas subject to faster and more intense modifications in relation to the rest of the ravines, representing important erosion mechanisms in the context of ravines of unpaved roads.