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PROCESSOS EROSIVOS E DEPOSICIONAIS: FONTES E
IMPACTOS
Gustavo Merten1 e Jean Minella2
1 Instituto de Pesquisas Hidráulicas da UFRGS 2 Centro de Ciências Rurais da UFSM
XXXIV CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO
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Roteiro de apresentação:
• Produção de sedimentos e seus impactos
• Fontes de produção de sedimentos
• O controle da produção de sedimentos
• Necessidades de pesquisa
• Considerações finais
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BACIA VERTENTE, AMBIENTE RIPÁRIO E O CANAL FLUVIAL
SEDIMENTOS
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CONCEITOS BÁSICOS DE GEOMORFOLOGIA FLUVIAL
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IMPORTÂNCIA DOS SEDIMENTOS ÀS OBRAS HIDRÁULICAS
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FORMAÇÃO DAS VÁRZEAS PELOS DEPÓSITOS DE SEDIMENTOS
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PRESENÇA DE NUTRIENTES E METAIS NOS SEDIMENTOS FLUVAIS
Fonte: Horowitz (2012)
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SEDIMENTOS E A QUALIDADE DA ÁGUA
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PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS NO MUNDO
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AÇÕES ANTRÓPICAS E SEUS IMPACTOS AO FLUXO DE SEDIMENTOS
- EROSÃO TOTAL NO PLANETA TERRA = 120 BILHÕES DE TONELADAS ANO
OU SEJA CADA SER HUMANO PRODUZ CERCA DE 21 TONELADAS ANO
ONDE 6 TONELADAS SÃO DECORRENTE DAS CONSTRUÇÕES E 15
TONELADAS DEVIDO À AGRICULTURA (WILKYSON, 2005).
- TAXA DE DENUDAÇAO DA SUPERFĺCIE TERRESTRE TEM AUMENTADO DE
0,024 mm/ANO PARA 0,643 mm/ANO (WILKYSON, 2005).
- O FLUXO DE SEDIMENTOS DOS RIOS PARA OS OCEANOS TEM SIDO
REDUZIDO DE 14 BILHÕES DE TONELADAS ANO PARA 12 BILHÕES DE
TONELADAS ANO DEVIDO ÀS OBRAS HIDRÁULICAS (SIVITSKY et al., 2005).
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PROBLEMAS CAUSADO PELA REDUÇÃO DE SUPRIMENTO DE SEDIMENTOS
ÀS ÁREAS COSTEIRAS
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Remoção em massa
Processo erosivo na bacia vertente
Colapso de margem do rio
FONTES DE SEDIMENTOS
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FLUXOS DE SEDIMENTOS NA CALHA
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TRANFERÊNCIA DE SEDIMENTOS DA BACIA VERTENTE PARA A CALHA FLUVIAL
050010001500200025003000
162
163
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164
165
165
166
167
167
168
168
169
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170
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172
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175
175
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180
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182
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184
185
185
186
187
187
188
188
189
190
Turbidez da agua
(NTU)
Dias (calendario Juliano)
Mais de 80% da transferência e do fluxo de sedimentos ocorrem durante as cheias
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EFEITO DE ESCALA E A PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS EM BACIAS
0
50
100
150
200
250
300
350
2,3 31 580 32.375
Produção de sedimentos especifica
( t km
-2ano-1 )
Área da bacia (km2)
(Fonte: Merten & Welch, 2013)
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EFEITO DA AGRICULTURA SOBRE A PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS
FONTE: MONTGOMERY (2007)
mm ano-1
Agricultura convencional 3,939Agricultura conservacionista 0,124
Erosão geológica 0,176
Condição de erosão Taxas de erosão
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CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS ALTERAM O FLUXO DE SEDIMENTOS NOS RIOS E PARA OS OCEANOS
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PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS NO BRASIL
FONTE: CAPAGNOLI (2005); LIMA et al. (2005) e BORGES (1996)
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Lavouras
Estradas
Canal rios
Potreiros
FONTES DE SEDIMENTOS EM BACIAS RURAIS
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Fontes Agudo Arvorezinha
Lavoura 68,3 55,5Estrada 28,1 37,6Canal fluvial 3,6 6,9
%
Fonte: Minella, J. P. G.; Merten, G. H.; Reichert, J. M.; Santos, D. R. Identificação e implicações para a conservação do solo das fontes de sedimentos em bacias hidrográficas. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.31, p.1637-1646
USO DA TÉCNICA DO FINGERPRINTING PARA IDENTIFICAR FONTES DE SEDIMENTOS
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EFEITO DAS PRÁTICAS DE CONSERVAÇÃO DO SOLO SOBRE A PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS EM ESCALA DE
PEQUENA BACIA HIDROGRÁFICA
Minella, J. P. G.; Merten, G. H.; Clarke, R. T.; Reichert, J. M. Estimating suspended sediment concentrations from turbidity measurements and the calibration problem. Hydrological Processes, v.22, p.1819–1930, 2008.
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VARIAÇÃO TEMPORAL DAS FONTES DE SEDIMENTOS
mm t km-2 year-1
2002-2004 4055 270 (63%) 153 (35%) 8 (2%) 431 (100%)2005-2006 4668 169 (54%) 76 (24%) 69 (22%) 314 (100%)2007-2008 3534 96 (70%) 20 (14%) 23 (16%) 139 (100%)
TotalAnoPrecipitação
totalLavouras Estradas Canal fluvial
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EFEITO DA MORFOLOGIA DA VERTENTE SOBRE OS PROCESSOS EROSIVOS E DEPOSICIONAIS
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RAZÃO DE TRANSFERÊNCIA DE SEDIMENTOS DA BACIA VERTENTE PARA A CALHA FLUVIAL
Minella et al. (2013) utilizando Cs 137 em um balanço de sedimentos que do total de sedimentos produzidos na bacia vertente apenas 20% foi exportado para o canal fluvial.
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IMPLICAÇÕES DA REDISTRIBUIÇÃO DE SEDIMENTOS NA BACIA VERTENTE SOBRE O
CARBONO ORGÂNICO DO SOLO
Fonte: JANSSEN, E. Soil organic carbon stocks on subtropical agricultural land as affected by land use, soil management and erosion: A case study from Arvorezinha, RS-Brasil. Leuven: Katholieke Universitet. 146p. Dissertação de Mestrado, 2012.
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RAZÃO DE TRANSFERÊNCIA DE SEDIMENTOS E O EFEITO CONECTIVIDADE
Ausência de vegetação ciliar
Canaleta das estradas
Presença de vales encaixados sem planície aluvial
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PRÁTICAS DE CONTROLE DA PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS
SEDIMENTOS
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CONTROLE DA PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS NA BACIA VERTENTE
Práticas agronômicas já consagradas
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CONTROLE DE SEDIMENTOS NAS ESTRADAS
Canaletas de drenagem de estrada vegetada
Estrutura para filtragem de sedimentos junto à canaleta de estrada quando essa corta a rede de drenagem
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CONTROLE DE SEDIMENTOS PELO MANEJO DA VEGETAÇÃO CILIAR
Fonte: Moro (2011) e adaptado de Tom Schultz (2011)
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XXXIV CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO
USO DO MODELO MATEMÁTICO LISEM PARA AVALIAR EFEITO DA VEGETAÇÃO CILIAR NO CONTROLE DE SEDIMENTOS (MORO, 2011)
0
20
40
60
80
100
120
Cultivo minimo semmata ciliar
Cultivo minimo maismata ciliar
Cultivo minimomais biofiltro e mata
ciliar
Aporte de sedimentos a calha (t)
Largura do biofiltro = 5 m Largura da mata ciliar = 10 m
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XXXIV CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO
NECESSIDADE DE PESQUISA NA ÁREA DE USO MANEJO DO SOLO E CONSERVAÇÃO DO SOLO E DA ÁGUA EM ESCALAS MAIORES
QUE INTEGREM A BACIA VERTENTE E A CALHA FLUVIAL
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Monitoramento dos fluxos água, sedimentos e solutos e entendimento das relações entre as escalas
1 ha
16 ha
119 ha2000 km2
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XXXIV CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO
0
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0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600
SSC (g l-1)
Q (l s-1)
Time (min)Q measured SSC measured
0
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100
0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600
I (m
m h
-1)
CONHECER AS RELAÇÕES ENTRE A PRECIPITAÇÃO, FORMAÇÃO DO ESCOAMENTO
E PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS
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Dados medidos possibilitam a calibração de modelos matemáticos
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XXXIV CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO
PRECISAMOS CONHECER E CARACTERIZAR A QUALIDADE DO ESCOAMENTO GERADO PELOS SISTEMAS DE MANEJO CONSERVACIONISTAS
Foto: ADAPAR Parana 2013.
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EFEITO ESCALA NA BACIA VERTENTE E AS PRÁTICAS DE MANEJO DO SOLO
1) Com o aumento do comprimento de rampa o volume escoado aumenta ou diminui?
2) Essa condição depende do tipo de solo, declive , sistema de colocação da semente (disco ou facão) e do grau de compactação do solo?
3) Qual a prática mecânica mais eficiente e aceita pelos agricultores para controlar o escoamento superficial?
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
Para quê?
SEDIMENTOS
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SUGESTÃO PARA PENSAR
Obrigado!
Para quem?
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0
50
100
150
200
250
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Produção Sedim
entos
(ton)
Ano
Resultado do monitoramento mostrando o impacto das medidas de conservação do solo
4. Estratégias e ações
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Monitoramento dos fluxos água, sedimentos e solutosEntendimento das relações entre as escalas
1 ha16 ha
119 ha2000 km2 4. Estratégias e ações
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Rio Conceição: 800 km2
Produção grãosBovinocultura de leite
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Rio Guaporé: 1980 km2
Produção grãosFumicultura SuinoculturaBovinocultura de leite
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Perdas durante um evento (Arvorezinha)Element Soluble Particulate Total
kg kg kgSi 428.3 3202.8 3631.1Al 23.4 2505.4 2528.8Fe 17.0 2450.1 2467.1Ca 342.1 319.7 661.8K 349.8 236.1 585.9Ti 2.9 269.2 272.1Mg 90.6 172.3 262.9B 11.5 95.8 107.3Mn 0.8 74.4 75.3P 5.8 35.3 41.1Ba 6.2 26.3 32.5Pb 0.5 6.9 7.4Sr 4.0 2.9 7.0V 1.9 3.1 5.0La 0.0 2.6 2.7Be 1.1 0.5 1.6Sb 0.6 1.0 1.6Cr 0.2 1.2 1.4Co 0.1 0.8 0.9Na 255.2 NA NA
Zn 1.7 NA NA
Ni 0.6 NA NA
Se 0.6 NA NA
Cd 0.4 NA NA
Cu 0.2 NA NA
Particulate
Soluble
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Fósforo
Particulate
Soluble
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Fontes pontuais de P na bacia do Rio Guaporé (1980 km2)
4. Estratégias e ações
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Lavouras
Estradas
Canal rios
Potreiros
Método “fingerprinting”
4. Estratégias e ações
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Modelagem dos processos de transferência de água, sedimentos e químicos em bacias agrícolas:
Exemplo da simulação de um evento de grande complexidade.
4. Estratégias e ações
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Exemplo de modelo de base física: LISEM – LImburg Soil Erosion Model
4. Estratégias e ações
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Educação
4. Estratégias e ações
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� Conexão dos problemas e integração dos grupos de trabalho
� Treinamento
� Comparação de resultados
� Demanda da sociedade vs. Interesse da pesquisa
propostas
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XXXIV CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO
IMPORTÂNCIA DOS SEDIMENTOS NA GEOMORFOLOGIA FLUVIAL
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XXXIV CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO
FONTES, DISTRIBUIÇÃO E PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS EM PEQUENAS BACIAS RURAIS
- EROSÃO HÍDRICA NO BRASIL - 849 MILHÕES DE TONELADAS ANO
PARA UMA ÁREA DE 249 MILHÕES DE HA UTILIZADOS COM
AGROPECUARIA
- PASTAGENS DEGRADADAS - 50%
- CANA DE AÇUCAR – 13%
- SOJA – 8%
FONTE: MERTEN E MINELLA (2013)
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Fósforo
Particulate
Soluble
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XXXIV CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO
NECESSIDADE DE EXPLORAR O EFEITO DE ESCALA DO PROCESSO DE EROSÃO E DE
PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS
0
50
100
150
200
250
300
350
2,3 31 580 32.375
Producao de sedimentos
especifica
( t km
-2ano-1 )
Area da bacia (km2)