De acordo com o trabalho de Williams (1975) a precisão da previsão da EUPS foi aumentada pela substituição do fator R pelo fator runoff. Para estimar a produção de sedimentos a longo prazo pode-se calcular a frequência das taxas de sedimentos utilizando a MEUPS. A frequência de eventos de escoamento superficial de ocorrência individual pode ser obtida a partir de medição direta ou calculada com modelos matemáticos, partindo-se do conceito de eventos extremos de baixa frequência como fator significativo para o processo erosivo e produção de sedimentos (WILLIAMS, 1974, p.106).
O fator runoff contempla o impacto antrópico na produção de sedimentos, expressa pelo uso da terra, manejo de cultivos e práticas de controle de erosão através fator C. Indiretamente, a equação para a determinação dos valores de runoff inclui informações de extensão da vertente e declividade. De acordo com Williams (1975) e Donzeli et al. (1994), pode-se determinar o fator runoff pela equação 2.
O cálculo para a obtenção do fator Q, é dado pelo método de abstração (SCS, 1973), indicado em Williams (1975), Chaves (1991) e Lombardi Neto et al. (1994), por meio da equação 19.
Q i,j = (19)
Em que: Qi,j - volume do escoamento superficial em uma célula com coordenadas (i, j), para um determinado evento chuvoso (m3); P - quantidade máxima do volume de precipitação (mm); Sa - parâmetro de retenção da água no solo pelas características de superfície do terreno.
Ressalta-se que para a simulação das perdas de solo por evento de chuva, P é substituído diretamente pela quantidade de precipitação máxima num determinado período de tempo, conforme Williams (1975). No entanto, a MEUPS não foi elaborada para a realização de simulações de perdas médias em um ano. Neste sentido, Williams [1986?7] descreve esta limitação e revisa por meio de dados empíricos o fator runoff, sugerindo a aquisição das perdas médias anuais pela substituição de P para o total anual das precipitações, com ajuste pela calibração do tempo de concentração médio representativo para a bacia hidrográfica de interesse.
7 Data provável da publicação.
O parâmetro Sa é determinado em função da relação entre: (a) classes/tipos de solo, uso da terra e manejo e declividade; e (b) tempo, em função do conteúdo de água no solo; é derivado o índice número da curva ou curva número (CN). O SCS, atualmente National
Resource Conservation Service – NRCS, do USDA, sugeriu em 1972 um modelo empírico
para estimar a chuva excedente com base no potencial de absorção de umidade do solo. Foi estabelecida uma relação empírica que relaciona a capacidade de armazenamento das precipitações na bacia a um índice denominado CN (CANHOLI, 2005). A estimativa da CN baseia-se em características do tipo de solo, uso da terra e grau inicial de saturação do solo. Sob as mesmas condições de precipitação, baixos valores de CN indicam que a superfície tem um alto potencial de retenção de água, enquanto valores de CN mais altos indicam potencial de retenção mais baixo, Assim, os valores de CN variam de 0 a 100, correspondendo respectivamente de uma cobertura permeável, até uma cobertura totalmente impermeável (SCHAFER et al., 2011).
Para a determinação do CN nas áreas de estudo, buscou-se relacionar as classes de solo aos grupos hidrológicos de solo correspondente pelo método do SCS (1986). Os grupos hidrológicos A, B, C e D são determinados a partir das propriedades do solo, como saturação hidráulica, condutividade hidráulica, e profundidade das camadas impermeáveis e do lençol freático. No presente estudo, a textura dos solos foi o parâmetro utilizado para a classificação dos grupos hidrológicos. Com base em SCS (2007), os parâmetros de classificação segundo a textura e correspondência das classes de solo das bacias são descritos na Tabela 10.
Tabela 10. Grupos hidrológicos de solo (SCS, 2007) e correspondência com classe de solo.
Grupos hidrológicos (SCS, 2007) Classe
de solo A
Solos com teor de argila menor que 10% e mais que 90% de areia, baixo potencial de escoamento superficial quando completamente úmidos, e a água transita no perfil livremente. Não há rocha nem camadas argilosas e nem mesmo densificadas até a profundidade de 1,5 m.
RQ RY
B
Solos com teor de argila entre 10 e 20% e de 50 a 90% de areia, baixo a moderado potencial de escoamento superficial quando completamente úmidos, e não há impedimento de água nas camadas do solo. Não pode haver pedras e nem camadas argilosas até 1,5 m.
LVA
C
Solos com teor de argila entre 20 e 40% e menos que 50% de areia, de moderado a alto potencial de escoamento superficial quando
completamente úmidos, e a percolação da água no perfil é restrita. Nota- se a cerca de 60 cm de profundidade camada mais densificada que no Grupo B, mas ainda longe das condições de impermeabilidade.
D
Solos com teor de argila maior que 40% e menos que 50% de areia, alto potencial de escoamento superficial, e a transição da água no perfil é restrita ou muito restrita. Camada densificada a uns 50 cm de
profundidade ou com camada quase impermeável, por argila ou contato lítico, ou horizonte de seixos rolados.
CX RL
Uma vez estabelecida a correspondência entre os grupos hidrológicos e as unidades pedológicas, foram obtidos os valores da CN para diferentes tipos de uso da terra e cobertura de superfície para áreas rurais, conforme SCS (2004), indicados na Tabela 11.
Tabela 11. Valores da Curva-Número (CN) para diferentes usos da terra e grupos hidrológicos de solo*.
Classes de uso da terra e cobertura vegetal A B C D
Vegetação arbórea e ripária (boas condições) 30 55 70 77 Reflorestamento (vegetação em condições médias) 36 60 73 79
Pastagem (condições médias) 49 69 79 84
Cana-de-açúcar (contorno e terraço – condições pobres) 66 74 80 82
Solo exposto 77 86 91 94
Área construída (100% impermeabilização) 98 98 98 98 *Fonte: SCS (2007). Adaptado por: o autor.
Para a espacialização dos valores da CN, procedeu-se com a intersecção entre as classes de uso da terra e unidades pedológicas, para atribuição dos valores de cada tipo e respectivos grupos hidrológicos. No ArcGis v.10.1, foi utilizado o módulo Geoprocessing, ferramenta Intersect. Posteriormente, atribuíram-se os valores da CN para cada novo atributo gerado pela intersecção.
A seguir, o cálculo para determinação dos valores de retenção de água pelas características de superfície do terreno (Sa), obtido para cada pixel, é descrito pela equação 20:
Sa = 254 (100/CN - 1) (20)
Por fim, para a determinação da vazão pico (qp), a qual representa a vazão máxima que ocorre com um dado evento chuvoso e configura-se como um indicador da força erosiva das chuvas intensas, utilizou-se o modelo matemático elaborado pelo SCS (1973) com a seguinte formulação (21):
qp = 0,0028 * A * (Q / Tc) (21)
volume do escoamento superficial (m3); A - área da bacia hidrográfica (ha) - (considerou-se a área do pixel); Tc - tempo de concentração da bacia (h).
O Tc para uma determinada bacia hidrográfica pode ser definido como o tempo do percurso da água, desde o ponto mais afastado da bacia até o exutório, a partir do início da precipitação (CANHOLI, 2005, p. 94). Como neste caso o Tc é dado pixel a pixel, o tempo do percurso da água é calculado da parte superior de cada pixel até chegar à saída deste mesmo pixel e começar a contribuir para o pixel seguinte. Para a sua determinação optou pelo método descrito por Genovez (1993), que comtempla a extensão da vertente (L) para a determinação do tempo do percurso da água, relacionado à declividade (S) e ao grau de permeabilidade da cobertura de superfície (CN), descrito pela seguinte equação (22):
(22)
Os procedimentos relativos à estruturação e implementação da MEUPS foram esquematizados pelo fluxograma da Figura 24.
Figura 24. Fluxograma dos procedimentos relativos a estruturação e implementação da MEUPS.