Efeito das características dos elementos grosseiros na erosão inter-sulcos: um contributo para a sua modelação

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VOLUME XXVII

NÚMERO 1

SOCIEDADE PORTUGUESA DA CIÊNCIA DO SOLO

Encontro

Anual da Sociedade

Portuguesa da Ciência do Solo

2004

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Ponte de Lima

5 a 7 de Setembro de 2002

EDIÇÃO E

S

PECIAL

Coordenada por

Manuel

A. V.

Madeira

EFEITO DAS CARACTERíSTICAS DOS ELEMENTOS

GROSSEIROS NA EROSÃO INTER-SULCOS: UM

CONTRIBU-TO PARA A SUA MODELAÇÃO

EFFECTS OF ROCK FRAGMENT CHARACTERISTICS lN INTER-RILL

ERO-SION

:

A CONTRIBUTION TO MODELLlNG

T.

de Figueiredo

1_,

_{A. G.}

_Ferreira

2_,

_O

_.

_Gonçalves

3

_&

_J.

_Poesen"

RESUMO

o

papel da pedregosidade tem vindo a 1llerecer. nos tÍltimos anos. crescente inte-n.:::sse !ln quadro dos estudos sobre erosão

dos solos. Se por um lado é reconheciua a

intluencia das características dos elementos grosseiros na perda de solo. a illcorpora~ão

desse efeito na modelação dos processos

erosivos em solos pedregosos é ainda inci -piente.

Com {l l)bjcct;vo de testar o efeito de

v,1rias características dos elementos grosseiros na erosão inter-sulcos. foi CO /l-duzido um ensaio experimental. à m

icro-c"'-~ala. Os resultados dn ensaio permitiram

calibrar modclus explicativos da influi!ncia

dessas características na perda de solo por

salpico e por escoamento difuso.

Quarenta e oito tabuleiros melálicos de fundo perfurado (612x I 0-1 ln"). contendo

um solo I'rallcn-limoso. foram expostas a 240 111m de chuva natural. na Escola Sup

e-rinr Agr:íri;:r de Bragança. Utilizaram-se

ele-mentos grosseiros simulados em 12

Tr:lla-11lentos (quatro repetições cada). correspon-dentes a dua .... formas (rectangular c

circu-lar). tres dimensües lcasealho. pedra mi Lida c p~dra), três posições (pousados ;\ super

-neie. sem i e totalmente enterrados) e três pcrcelllagens de cobenura (17. 30 c 66%): testou-se também o Tratamento solo nu. Os tabuleiros. coloc:uJos em declive (10%).

sub-meteram-se a uma "quase" saturação perma -nente. No fim de cada um dos cinco perío-dos de precipitaç:io ocolTidos durallle o en-saio mediram-se infiltração. escoamento e perdas de solo no escoamento e por salpico.

Os resultados aqui apresentados correspon -dem <apenas aos registos globais de perda de solo.

Com base em considerações de ordem

geométrica. foi desenvolvido um parámclro

único uescritivo da pedregosidadc - a d is-t;'ulêia entre elementos grosseiros - que con -templa a sua forma e dimensJo. para além da fracção de çobertura. Um 1I10delo

expli-cativo da perda de solo por salpico. incor

-porando este parfllllctro e cOlHando com o

efeito da posiçfio dos elementos grosseiros na intercepção das partículas projectadas. foi

l:alibrado COIII sucesso. revelando bO<l con -cordilncia com os resuhados globais do eu

-saiu (r'=0.93). Por sua vez. a disttulcia entre

d.:lnetltos grosseiros mostrou-se não line;}!' c significativamente correlacionada ..:-om os valores globais de perda de solo por eSCOa

-mentI' (r'=0.97).

'['.·.cola Superior Agrária UI: Bragança. Ap,.nado 172.5.101-855 IJmg::Jnç'J. el1J'Iil: 1onm.\ri<fWil!hm

'Depanam<:1I1o lI..: Engenhari'1 RUI~11. Ulli\"crsidadc de Évora

'Uni\'c~id:lde de Trús-us-IVloutcs c Alto Douro e Ins1itutu l'olikcnico de Bragnnça "'Llllornttiriu de ('e\)· morfologia E.\perimcnl;d. Universidade Cttólica de Lovaina. Bélgica

ErEITO DOS ELErvtENTOS GROSSEIROS NA t:ROSÀO INTER·SULCOS 231

AJlSTRACT

The cffects (lI' rol:k fragments 011 soil loss ;lml erosion processes are incrcasingly reco"

.

nized as all important rescarch topie.

. ' However. the influence 01 rock tragment clw.ractcrislics in crosion processes is not yet fully ~Iccountcd for in erasion Illodelling.

A micro-scale experimcnt \\Ias carried nut \1nder natural rainl"all aiming at testing

the cffects af several rock fragmcnt charac

-lcristics in intcrrill crosion. Tllc rcsults 01' lhis expcrimcnt \Vere applied in the calibra

-lion 01' modcls designed to c\escribe splash and wash losses in sttlny snils.

Forty-eight botwm-perforated boxes (612xI0": Ill'). filletl with a silt-Ioam sai\.

were cxposed tO 240 mm natural rainfalls. at Escola Superior Agrária de Bragança.

Portugal. The 12 Treatmen!s tested. 4 repli -cates each. cOllsistcd on se\cclcd combin,, -t;ons

01'

2 shapes trcctangular and circular). 3 sizes (small - 2 cm. mediurn - 4 cm aml largc - 10 cm). J positiotls (011 topo half -embcddcd und totally embeddctl) anJ 3 cov

-cr pcrcentages (17%. 30% and 66

:*

,

)

0

1'

sim .-lllatcd rock fragments and bare sol1. The sol1

boxes were lealled at 10% slope and set \O pcnnanenl "near saturalion" conJitions. In -tiltration aml runotl water aml splash antl wash sediment were measuTl:!d at lhe end 01' eacl1 one of lhe min periods lhal occurred

uurin\! the t:xperimclll. by rnl!:lllS uI' sp

edal-Iy dc;igned collcctioll dcviccs. Thc results

prcsenlcd here cOlllprise only global records

(lI' soilloss (spl;Jsh and wash).

A singk parallleter dcscribing rock rrag-ment characteristics was deri\!cd fmm

gel)-metrical consiJerations - dist;lIlcC betwecll rock fragrnetlls. II fnrrnaJly depeneis on sil'.c ílnd shape 01' rodo. fragmellls as \Vell as (lll rock cnvcr. The splash moJcI devc!oped in -corporatcs that parametcr anel accounts for splash interceptio11 by rock fragmellts. The calibrated modeJ showed a gnud agreemerll

wilh expcrimcllwl resuhs (r~O.93). More

-over. Jistam:e betweClI rock fragrnems was nnn-lincarly anel significantly corrclated with wash rcsults (1"=0.97).

INTRODUçAo

1\ maioria dos estudOS sobre o t:feito dos cle1l1t!ntos grosseiros

na

perda de solo

refe-rem-se:1 sua característica mais directamente

lllcnsuriÍvel - a fracç;io de cobertu1'i1 (Clllcn -dida I!sta comu a razfio entre a :in:a ocupada por cletnl!lllOS grosseiros e a área dc terreno

na 4ual se faz a avaliaç:io. efectuada em

ambos os casOS em projecção ortogonal so-bre a superfície. e designada pur pcrcen ta-nem de cobertura quando multiplicada por

~()O

)

.

No entanto. como ri

diver~ida

d

c

na

tu-ral dos materiais origin:írios e dos produtos dos processos da meteorização S;lll bem evi-dentes nos solos e nas paisagens. as carac-terísticas dos elementos grosseiros acusam muito ampla Jiversidade. Mesmo n:con

-hccendn que li efeito dos elemenlos

t!fOssciros na erosüo e em processos rísicos do solo se tornou túpico ue investigaçfio r e-lativamente comum (Pocst!n & Lavee. 1994:

Gras. 19<-)4). o facto ~ que pouco é cllnhe~ cido sobre os efeitos integrados. na perda de

solo. de características dos elementos

grosseiros que não apenas a sua frac.x;:lo de cobertura.

Poesen & Ingelnw-Sanchcz (1992) e

Poesell el "I. (1990) estudaram (l efeito da

posiçfil) dos elementos grosseiros na erosão e escoafllenlll superllcial difuso cm simu -lacões laboratoriais. O el'cilO da Jimensãu

foi tatnht5m estudado em condições de si -mula'f:10 por Poesetl & Lavee t 1991) e

Lavce & Pocsen t IlJl) I).

Estudos incluindo \l contribulo de carac

-terísticas dos elementos grosseiros centram

--se mais cm tópicos relacionados com os processos erosivos do lJue nos ditos proce

REVISTA DE CIÊNCIAS AGRÂRIAS

Wcscma\!l el/ll. (1994) c van Wcscmael t!t aI. (1996) que incluíram a dimensão dos el

-ementos grosseiros como efeito no esmdo laboratorial da evolução da compactação e da rugosidaue superficial de solos pedrego-sos

ao

longo ue chuvadns erosivas.

No

mes

-mo sentido foram tambtim os eSllluos de

Yalentin & Casenave (1992). que mod e-laram a infiltração em solos pedregosos in-cluindo o contribulO da dimensão e dá

posição dos elementos grosseiros. Na sua

revisão sobre a influência da pcdregosidade na hiddulica do escoamento. Abrahams &

Parsons (1994) referem-se aos efeitos da di-mensão. forma. espaçamento e di!iposição

espacial dos elementos grosseiros nas v:irias

componentes da resistência ao escoamento. Como se verifica pel;ls referencias apr e-sentadas. o processo de salpico não é con

-templado nos estudos soure este tópico. quer

na cumponente destacamcnto quer na dt!

transporte dc partículas cm sojas p edrego-sos.

A influência das características dos ele-mentos grosseiros na erosão intcr-sulcos é.

portanto. pouco conhecida e os modelos de erosão não incorporam mais do que a rracç.io de cobertura nu seu rormulário (Rose. 1985: Flanagan. 1994: Renard ela! ..

199b; Morgan el ai., 1998).

Constillli objectivo deste trabalho apre -sentar lIlTI (ontributo para a l1lodeluçno do efeito de características dos dementas grosseiros na erosão inter-suJcos. a qual .:omporta os processos de salpico e de trans -porte pelo c:-cOJmento superlicial difuso. O

objectivo foi cumprido em duas fases. cuja descrição compõe boa parte deste texto. Em

primeiro lugar. veriticaram-se experimcntal

-mente e de modo detalhado aqueles efeitos. o que foi concretizado em ensaio conduzido

:

1

micro-o:!scala. com t!lcmentos grosseiros superficiais simulado!i - condições tidas por

adequadas à representação de Meas slijeitas

a erosão inter-sulcos. Em segundo lugar. fo

-ram desenvolvidos procedimentos de

esti-mativa de salpico e perda de solo no escoa -mento em superfícies pedregosas. calihmdos

quer com base nos resultados da experime

n-tação efectuada quer cm expressões reporta

-das na bibliografia.

MATERIAL E MÉTODOS

Sistema de experimentação

o

delincn.mento experimental. por razões

de exequibilidade. não foi factorial compl

e-to.

antes incluindo combinações pré-sel

ec-cionadas dos seguintes efeitos

e

modal

i-d<tdes: (i) Percentagem de Cobertura (%Rc), (,;om solo nu. 17%, 30% e 66%; (ii)

Dimensão dos elementos grosseiros. com pequenos (cascalho). médios (pedr:l miúda). grandes (pedra): (iii) Forma. com rectan gu-lar e circular: (iv) Posição. (.:om pousados à superfície. semi-aflurantes e aflorantes (Quadro I e Figunl I). As combinações de

ereilOs testadas (Tratamentos) estão indicn -das no Quadro I. tendo-se instalado 4

Repetições por cada TratameIlIO.

Tabuleiros metálicos de fundo de rede. com 27.1 cm de comprimento. 22.6 cm de largura (612x I 0...\ m~ de áren) c 5,5 cm de

profundidade. constituíram o dispositivo ex-perimenwl de avaliação dos efeitos mencio

-nados. Aqueles foram preenchidos com umu

camada de 2 cm de areia grossa. sobre a

qual !iC colocou uma espessura de 3.5 cm de terra fina. No enchimento com terra fina

asscguri'llll-Se dcn!iidadcs aparentes sucess

i-vamente menorcs do fundo para a superfície (Figura I), A terra fina utilizada proveio do

solo dos Talhões de Erosi'io em vinha ao alto du Quinta de Santa Bárbara (Pinhão). sendo constituída por 5.2% de argila. 40.9% de

limo. 49.S% de areia fina e .. U % de areia grossa. com um teor de matéria orgfmica de

0.5%.

No ensaio utilizaram-se elementos

EFEITO DOS ELEMENTOS GROSSEIROS NA EROSÃO INTER-SULCOS

QUADRO I _ Dclinc;lmcnlo E:q)erimcntal: c>lr:tclerização dos Tratamcntos e dos elcmentos grosseiros

Tr;llunlcnto RC (%) Dimcnsões Classe Eixos (cm) Forma Posição ()

2 16.9 Média 4.H X 2,4 x 1,1 Rectangular Supcrl1cie

3 30.\ Média 4.8 x 2,4 xl, I RCl:t:mgular Superficic 4 65.9 Média 4.8 x 2,4 x 1.1 Rectangular Superfície 5 30.4 Pequena 2.2 x 1.2 x LI Rectangular Superfície 6 3U.I Grande 9,6 x 4,8 x 1.1 Rectangular Superfície

7 28.7 Pequena 02.0 x 1.1 Circular Superfície

8 28.7 Médin 04.0 x 1.2 Circular Superfície

l) 30.1 Média 4,8 x 2.4 x 1.1 Rectangular Scrni-Allorante

lO 30.1 Médin 4.8 x 2,4 x 1.1 Rectangular Allorante

II 28.7 Média 04.0 x 1.2 Cin:ular Allorante

12a 30.1 Média 4.8 x 2.4 x 1.1 Rcctangula~ Superficie a _ Tratamento não utiliz;Jdo nesta análise. com areia grossa como matenal de teste

I

D.6clll

I

\

I

1.2m

I

''''''''''M''''''''''''''","'''''''W'''''''''''''''''''''!!]

'''''/

Tahuleiro tle Solo

Disposiç,10 dos Elcmentos Grosseiros

f)"!"",~,\,\~,,, +d,.,,",~~.+

233

Figura I _ Dispusitivo experimental: colheita das perdas por Salpico (sedimento - SP). por Eseonmenw

REVISTA DE CIÊNCIAS ,\GRÁRIAS

grosseirc)s simulados. Para os rCCtanglllares,

foi cortJdn ladrilho cer.imico nas dimensões prctendicl:is. Para os circulares, cariando IU -bos de

rvc.

obtiveram-se anéis com as di-Illellsiie~ pretendidas. Estes foram p

reem;hi-Jo.~ com parafinu fundente.

n

a

qual se m er-gulharam pcqueJl:ls peças de chumbo de

modo a atingir densidade comparoivel cm

(odo~ os dementas grosseiros {cerca ue 2.4). Nos Traialllentos t:om elementos grosseiros

aflorantes e semi·aflorames. estes foram

colocados sem compressão do solo sub ja-cente. Os elementos grosseiros distribuíram· -se nos tabuleiros com disposição

em

"'dia-mante"' (rigura [). Os tabuleiros foram satu· rados dc ;íglla dllr.IIHe 2411. ;unes da sua ex· posição ao ar livre.

Os ~H tabuleiros dispuseram-se ale ato-riamente em grupos de 6 sobre bancadas de

maddra.

a

1.2

m

de altura. No fim de cada

um do~ cinco períodos de precipitação ocor

-ridos durante o ensaio, mediram·se infil·

traç.l0. escoamento e perdas dI! solo no es-coamc!lto e por salpico, com os dispositivos de colheita descritos em seguida (Figunl [).

No lado direito de cada tabull!iro. encaixou·

·se o dispositivo de colheita do salpico. constituído por lima chapa llletü!ica de 10 cm de altura por 27.1 cm de comprimento e por um (;ole<.:tor cilíndrico fixado à hase da chapa. O dispositivo podia ser desencaixa· do e reposto a qualquer tempo. o que ;\COII·

teceu cm cada uma das colheitas de salpico.

Uma pequena ponte mct,ilica amovível as· segurou

a

ligaçiio entre a

parte

frontal do tahuleiro c o dispositivo de recolha de água e sedimelllo escoados. Este compunha·sl.! de um saço plástico. com a hnca fixad" por el:ísticos ii ponte mctálica. colocado nu int e-rior de um tabuleiro igual aos de solo (ta-buleiro frontal). o qual foi coberto por uma

placa de esfcrovitc. Cada tahuleiro de solo encaixou-se no interior de um tabuleiro maior (b<lse), em posição inclinada (10% til! declive). Na zona pt1sterior do tabuleiro de

base. através de um orifício aí abeno. fi xou--se na vertical um tubo de p1tíSlil:o rigido

com

o topo ao mesmo nível que

a

base pos -terior do tabuleiro de solo. Este tubo funci

o-nou com descarregador da água de infil -tração lIos tabuleiros de solo. evacuada através de um mangueira t1exível para urn frasco COIll cerca de I L. Durante l) ensaio.

os tabuleiros de base foram precnchidos de ügua (I ou 2 vezes por dia). alé ao limite superior do tubo rígido referido. Isto não só assegurou que fi água infiltrada. ger.mdo um

acresci mo no nívd do tabuleiro de ba:se, fosse descarregada pelo tubo rígido, como também garantiu condições de "quase-sat u-ração" perm:tnente dos tabuleiros de solo. O dispositivo experimental correspondeu :l

uma adaptaç50, com modificações con sid-cr;íveis. do utilizado por Free ([952)

e

seguido também por Gonçalves (JY64).

O ensaio experimental foi instalado

n

a

Esco[a Superior Agrária de Bragança. tendo os tabuleiros recebiuu 11m total de 240 mm

de chuva natural.

Neste trabalho apenas se consideram os valores globilis de Perda de Solo 110 Escoa -mento (W) c por Salpico (SP), ex.pressos em

termos relativos. a significar. para cad:1

Tratamento e varinvel. a razão entre o valor

medido 110 tratamento em causa

e

o

medido

elll solo nu.

Em Figueiredo & Poesen ([998) e Figueiredo (2001) encontra-se informação adicional sobre o dispositivo experimental e os procedimentos de tratarnetllo de dados.

Modelação

A distância el/lre elementos gros.w:ims

Com vista à modela~ão cio efeito das características dos elemcntos grosseiros nu erosão iuter·sll1cus. foram deduzidas as relações geométricas entre Fracção de Cobertura (RC). Dimensão e Forma dos e

le-EFEITO DOS EU::: ... IENTOS GROSSEIROS NA EROSÃO INTER-SULCOS 235

Cir

cular

es

R

ecta

ngular

es

Fi~lIra 2 _ r\rr~njo a~~lImido pari! dcdul.ir as rdaçôcs gcomélric:IS entre r:ra~~:10 de ~ohertura. ?im~n~'lo.>.e Forma dos elementos gro~~ciros (/\1 e Arf sào as :ircas IOlat e coben:1 no donunLo.çollsl~lcrado: ~ C" dl~lancm media cnln:! dementas gro,~eiros: n()~ rectangulares. a c h silu os ~ells ci.xo~ 1Il:1I0f c ~I.\lermedlo, re.~pecll\lõl­

Ineme. e (Ia e db as dislüm;ias enlre ekrncntos gro~,ciros segunuo es~es eixos: D é o dl<llllClro dos c)r(':1I1arcsj

IlIcntos grosseiros. P:lC, \anto assumiu-se

o

"rranjo ilustrado na Figura

2.

Este considera

lima distribuição I.!spaci;\1 dos elementos grosseiros como a adopwda nn ensaio

ex-perimel1!a1 ("'em diamante" e com

o

eix.o maior. a. paralelo ao declive e o menor. c. perpendicular ao plano d;\ superfície).

A Fracç50 de Cobertura (RO. para este arranjo. pnde calclllar.se por (ver significa -do -dos símholo!-o na Figura 2):

I

'C=~~=: ab II ) I :1+Ja h+dh , A (

I

)

Rcctangubrcs .... a

Rc",Arf

"'~

[

--"-

l'

AI 2/3 O+J Circulares ... ( I b)

Para os elementos grosseiros rectangu·

lares. pressupôs-se que

;I_a+da (CqUivõllcntCil _,, _ __ b_) .. (2)

b - b+llb .1+lt;l- b+db

pelo que se obtélTl (equação 1:1)

.(3\

Assim sendo. pode Jeduzir·se que

dO

="

[

_JRC

1

-

I

]

..(40)

... 14h)

Uma estimativa da dislflllcia média (d) entre elemelltos grossciros rect:lllgularcs pode obter·se pur via de:

d=\/da!+dh: ... (5)

ú que permite. com

a

s

equaçúcs 4a e 4b. ~hegar a:

... (6)

Esta última cxprcssJo pode represent

ar--se como abaixo (equação 7a) e comparar·se

~om a deduzida a partir da equaç50 [b par:.

:I forma circular (equução 7h). Evidencia-se. deste modo. a similaridade das e,li.pressões de 1.1 !las duas Formas consideradas:

d=:a[ 1

-

'

~

I

+

[

~

l

!

RI!I:!anguhlrcs .... (7a)

REVISTA DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS

Circulares ... (7b)

De

facto. nos rect~ngulares qu~ndo b/a

tende para I (quadrados), o último (nctor

tende para 211,\ o que corresponde :1 dia!!o

-nal do quadrado de lado unitârio: no c;so

dos circul:lres. tal medida confunde-se com

o seu di;irnetro. também unitârio. pelo que o

factor correspondente é de I. Por outro la~lo.

quando d tende par~ zero, RC tende para o

seu m:íximo: ora. o numerador do t:lctor em

RC é t) v,llor da miz quadrada ua Fracçl'io

de Cobertura quando a mesma é máxima _

-unit.íria para os rectangulares mas igual

a

0,907 nos circulares (próximo de 91 % de

Percentagem de Cobertura). As expressões

s~o ainda consistentes para o valor extremo de RC nula (e concomitantemente D ou a e b nulos). a qual implica d infinita.

Os pressupostos relativos a da e db nos

rectangulares e a d nos circulares. aplicam

--sc à distribuição espacial dos elementos

grosseiros "cm diamante·'. Neste mranjo. os centros de 3 elementos grosseiros vizinhos definem um tri<ingulo. cujus <ingulos não variam quaisqucr que sejam as suas dimell-sôes e ii cobertura por eles proporcionada. Aceitou-se este pressuposto uma vez que, nos circulares. é o que pennite a convergt!n -cin para o ;IITanjo mnis compacto. qUimdo

aumenta RC e a dimens;io dos elementos

grosseiros. A posiç~o dos eixos dos elemen -tos grosseiros relativamente 410 solo. pre

s-suposta nos rectangulares. corresponde, pOr

outro l;Jdo. j situação

m

a

i

s

estável que os

mesmos podem assumir. Retira-se que pode

não ser verificada nas condilfões de campo. tendo cm conta as variadJs pedolUrbações

enumcrndJs por Poesen & Llvee (1994).

A dist5ncia entre elementos grosseiros.

tal como definida acim:l, reúne fracçi'ío de

coberturu, dimensão

e

forma num só

parâmetro. Para além disso, define as

di-mensões globais médias do espaço entre ele

-mentos grosseiros. que corresponde às zoo

nas onde o escoamento se realiza e onde se

geram I! distribuem as panículas projectadas

por salpic.:o. Deste modo, entende-se este

parflmetro como ú[il na uescrição da perda

de solo, quer por escoamento quer por sal.

pico.

Efeito 1/0 salpico

A observaç~o empíriça sugere que o

efeito das características dos elementos

grosseiros no s;llpico resulta de duas com

-ponentes: (i) limitações à livre projecção de

panículas destacadas. funç50 da distância

elHre elementos grosseiros e da sua posiçfio:

(ii) retenção de panículas na ;írea cobcrl<!.

funç:l0 da cobenum, dimensão e mgosidade

dos c!cmento~ grosseiros (Figura 3). Este

Figura 3 - RepTcscmaçiio elas compoll~llIc~ e vari:ivcis CllvolviU:lS 110 modelo ucscrÍli\'o do deito tias

car.Jctcl'~).IIC:lS dos clcmento.~ gross~iros no satpko: SPrspw - partícula:. retiradas dos elcmclIlos grosseiros por salpiCO c escoamento: SPr - ":llpico para os elementos grosseiro.~: dsh - disláncia sombra clllrc elelTIt!n -to~ ~roS~ClroS corrigida: c' - altura ekctiva du~ elementos gros~ciros acima dn su~rfície: d _ dist[lllcia media entre clernelHos gros:.dros: D - diflllletro dos dementas grosscims

EFEITO DOS ELErI-'tENTOS GROSSEiROS NA EROsAo tNTER-SULCOS 237

enunciado poJe traduzir-se formalmellle em:

51''''1 =1,I-RC",ÁI-5P,01)' ... (8)

onde SPrel é a perda de solo rel:ltiva devida ao salpico. RCse :1 fracção de I.:obertura pe-dregosa efectiva para o salpico e SPret é a

retcnção líquida de salpico pelos elementos grosseiros.

O primeiro factor do lado direito da

cquação 8 (em RCse) representa () efeito de

intercepção do salpico pelos elt.:mcrHos

grosseiros. o qual persiste para qU:llquer

fracção de cobertura (RC). De f:lcto, pode

figurar-se uma <Írea circundante de I.:ada

ele-mento. na qual existe destacamento mas o

transporte por salpico é unilateral. A área

coberta efcctiva ê, portanto. maior do que ii

proporcionada apenas pelos elementos

grosseiros. já que a esta se acrescenta uma

"{Irea sombra'·. dependente da altura dos

ele-mentos grosseiros acima do solo (da sua

posição) ou. no limite. do diürnetro das go

-tas de chuva, e da distribuiçflO uos fingulos

de cjccção das panículas. Assim. a fracção

de cobertura efectiva para o salpico (RCse)

é dada por (ver também equuç50 I

e

Figu-ras2e3):

RCsc = Arf + Ash = RC + H.Csh ... (9)

AI

onde RCsh reprcsclHa a fracyãll de

coberlu-ra virtual devida a uma "área sombra"

cir-cundaIHc de cada elemento grosseiro (Ash).

onde o (ransporte por salpico é unilalCraL

Por outro lado. o factor em SPret na

equação 8. corresponde ao balanço entre

punículas adidonadas iI superfície dos

ele-mentos grosseiros pelo salpico originado na

~írea descoberta eJ"ectiva adjacente (SPr. sa l-pico para os elemc.::nll)s grosseiros). e partícu-las daí retiradas por salpico ou escoamento

(SPrspw: Figura 3). A primeira componente

(SPr) depende da dimensão dos elementos

grosseiros e da fr:lcç:1o de cobertura -já que

aqueles funcionam como sumidouros de

pankulas -. e da área ut!scobertn efectiva -porquc constitui a fonte de partículas, A se -gunda componc.::nlt: (SPrspw). depende da

fracção de cobertura - afectando o salpiço a

partir dos elementos grosseiros -, d;l dimen·

s~o dos elemenlos grosseiros, especialmente

o eixo maior. se pantlelo ao declive - afec-Iílndo o est::o;lmento à superfície dos e

le-mentos grosseiros -. e da rugosidade da su·

perfície dos elementos grosseiros -

limitan-Jo ambos os processos. Assim:

SPret = SPr -SPrspw ... (10)

A equat;ão II intcgra as equayões

9

e

10 nu 8. e represenla o modelo aplicado para

estimar o efeito das caraclerístic'lS dos de-mentos grosseiros na perda de solo por sal· piço:

Enimmivl/ dI! panime,ros IllI calibraçtio do modelo reJfIlil'(} ao slIlpica

Na equaç~ll I!. RCsh. SPr e SPrspw

têm que ser estimados, com vista a calibrar o modelo. Tal I"oi t"e:dizado em parte çom os resultados do ensaio experimenl;ll mais aci

-ma descrito. em parte recorrendo a modelos

j:l cstabelecidos.

No que diz respeito a RCsh. ~\ regressão

entre salpico relativo e percentagem de cobertura (linear, negmivü e signilicaliva). obtida a pari ir dos result;ldos do ensnio,

mostra que, para elementos grosseiros

rec-tangulares de dimensão média pousados à

superrície. o salpi.:o çessaria aos 8!S '?oRe

(Figueiredo & Poesen, 1998). De acordo com ~l eqllaç~o 7a. :1 distância médi;l entre elementos grosseiros nestas condições. daqui p;lra :I frente designada por distância

sombra de base, dsh*. seria de 0.29 cm.

REVIST/\ DE ClF:NCIAS AGRÂRIAS

de chuva \l!Jsep.:ados por Torn<Ís (1997), no

Alentejo. para imensidade de precipitação de cerca de ~U mm h·1 _{(o 050 global das}

gOlas para imensidades de O. I a 120 mm Ir_' t5 de O. 1:2 cm). Isto significa que a Jist[mcia

sombra de base é muito menor do que a cs-tim:Jda considerando um ângulo médio de ejecção de partículas por salpico (8=300;

Poescn & Torri. 1995), e muito mais próxi

-ma dos di{uTlelros das gotas de chuva. De facto. para dsh*=O.29 cm e com a allura dos elementos grosseiros ele 1.1 cm (no caso.

igual ao eixo menor dos elementos

grosseiros. c), obtém-se 8=75°, valor indiea

-tivo de grande dispersão na distribuiçüo de fillgulns de ejecção. O valor obtido ele dsh deve ser corrigido para a altura efectiva dos elementos grosseiros (c'). igual a c para os pousados

:

1

superfície e menor para os semi-atlorantes:

... ( 12)

o

valor de dsh (com elsh*=O,29 cm) pode "plicar-se no cálculo de RCsh. admi

-lindo que persiste para quaisquer fracção dc cohenura e características de elementos grosseiros. As expressões deduzidas para

este efeito apresentam-se abaixo e mostram

a similaridade entre as duas formas consi

-deradas fsimbolos com o significado j~i des-nito: Figuras '2 e 3): RC,., RC d'h6+b+d,~j ah RC d'hl2D+d'h! O' Rectangulares .. ( I 3a) Circulares ... ( I 3b)

Na estimativa de SPr aplicou-se o esta-belecido por Poesen & Torri (1988) para a correcç.l0 das medições de salpico. de acor-do com a dimensão acor-do dispositivo de

captu-ra ("'splash cup·'). Com efeito. SPr interpr

e-ta-se COtllO a captura de salpico pelos el

e-mentos grosseiros. dependente da sua di

-mensüo (sumidouro) e da da ,írea c

ircundan-te (fonte). A relaç.l0 entre salpico relativo e

dimensão do dispositivo de caplllra. devida a Poesen & Toni lI98X), é dada na equaç,10

14. onde D é () diâmctro da "spl.tsh cup", em m, c SPr' é o valor de SPr não co

rrigt-do:

··· ... (14)

Por outro lado. Savat & Poesen (1981)

estabeleceram que: P = t _ e-I.JX-I

... ( 15)

sendo P a proporçüo de material projectado por salpico que atinge a distância L, a partir

do ponto de impacto. e XT a distânCIa real média ponderada de transporte de partículas por salpico (ambas em m). Como a equação

14 foi estabelecida para L tendendo para

infinito. deve ser corrigida para L menor ~1

custa da equaçüo 15, calculando-se, por

conseguinte, SPr pOr via de:

Nesta equaçüo. a distância média entre elementos grosseiros (d. aqui expressa cm

m) é afectada pelo factor 0,5 no pressuposto

ele que a fonte se localiza a meia distância entre aqueles elementos (Figura 3). A dife-rença entre exponenciais representa a dife-rem;a elltre as quantidades de materialtfans-portado por salpico até aos extremos distal c proximal dos elementos grosseiros. Tomou--se O igual ii diagonal dos elementos

grosseiros rectangulares, de modo a respei

-tar similaridade com os procedimentos de cúlculo ele d. XT é funçüo da granulometria do material. obtendo-se, com a expressão de cálculo ele Savat & Poesen (I 9~ I). um va -lor de 19.5 cm para a terra fina testada no

ensaio (cujo 050 é de 24 ,um).

Finalmente. SPrspw estimou-se para o caso dos elementos grosseiros aflorantes. no

EFEITO DOS ELEMENTOS GROSSEIROS NA EROSÃO INTER-SULCOS 23')

qual não ocorre intercepçüo do salpico (c·/c

= O). Neste caso. testado para 30 %RC por elementos grosseiros médios rectangulares c

circulares. tem-se: SPrcl=\ I-RC)(]-SPrcq SP

_"

_,,

₌

I _-ISP_-RC ",I ... ( 17) ... (IR) ... (19) A aplicaçüo da equação 19 com valores de SPrcl (resultados experimentais) e SPr

(estimativas. equação 16) produziu valores

de SPrspw praticamente nulos. Estes resulla-dos sugerem uma rugosidade dos elementos

grosseiros determinante de elevada

pro-porçüo de material retido it sua superfície, o

que foi visualmente veritlcado ao longo du ensaio, especialmente nos circulares. Por

isso. a contribuição de Srrspw foi consi

-derada nula nos c:ílculos subsequentes. Efeito n(/ perdtl de .\"0/0 por escoamento

A observaçüo empírica e a literatura i

n-dicam que o efcito das características dos elementos grosseiros na perda de solo no

escoamento resulta essencialmente da

in-troeluçüo de elementos de rugosidade no percurso deste. traduzindo-se por perda dc carga e. por consequência, perda de ca

-pacidade de transporte (Abrahams &

Par-sons. 1994). Poesen & Lavee (1991) e

Lavee & Poesen (1991) notaram

o

con

tribu-to da distúncia cntre elementos grosseiros para explicar a perda de solo devida ao

es-coamento superficial por eles observada em

ensaios laboratoriais de simulaçüo. De acor-do com os referiacor-dos autores. esta distüncia expressa a continuidade do escoamento

so-bre a superfície descoberta e. assim.

repre-senta simplificadamente a rugosidade de for-ma que detcrmina o retardamento do escoa-mento. Os elemcntos grosseiros imporiam,

portanto. restrições ao percurso do escoa

-mcnto, função da dist[tl1cla entre elementos

grosseiros. Tal como jú atrús estabelecida. esta, por sua vez, incorpora fracçüo de cobertura. dimellsüo e forma dos elementos

grosseiros na sua expressão de c:ilculo. Deste modo. neste trabalho tratou-se. tüo

só. de identificar a relação funcional entre distância entre elementos grosseiros e perda de solo no escoamento. Os Tratamentos com elementos grosseiros aflorantes foram ex

-cluídos da anúlise. o mesmo não acontecen-do com os semi-aflot"antes. uma vez que os registos experimentais não apontam para a

ocorrêncta de galgamcnto dos elementos

grosseiros pelo escoamento (Figueiredo.

2001).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Resultados cxpcrimentHis

As perdas totais de solo no escoamento

e por salpico foram em solo IlU de 42.2 e de

70.6x I 0--\ kg n,-2. respectivamente. Os

re-sullados do ensaio (valores relativos) apre

-sentam-se no Quadro 2. Deles se extrai um marcado efeito da Percentagem de Cobertu -ra ((7tJRC), perfeitamente concordante com

°

reportado na bibliografia (Wischmeier & Smith. 1978: Poesen. 1992). Acresce que o

efeito Oimensüo foi o LÍnieo a implicar

dife-renças significativas consistentes entre

Tratamentos quanto ii perda de solo. regi-stando-se os menores valores relativos do ensaio nas menores dimensões de elementos grosseiros (se exceptuado o Tratamento com

66 %RC).

Aplicaç50 dos modelos

A aplicaçüo do modelo relativo ao

sal-pICO. calibrado do modo descrito mais

aci-ma. condu/.iu aos resultados que se

240 REVISTA DE CIÊNCIAS AGRARIAS

valores observados e calculados de salpico.

~xprcssos em termos relativos. verificando·

se estreita e significativa eorrelaçfio entre

ambas as séries (r=0.966). Os valores calcu

-lados sobrestimam ligeiramente o salpico

medido. j:í que. em media. são 3% superi· ores :Ias observados (ver também orden;:lda na origem da equaçfio de regressão da Figu· ra 4). A mediana dos desvios entre estimati -vas e observações é de 2%. A sobrestimáti· va de 17% 110 Tratamento 7 (30 %RC. ele·

mentos grosseiros de dimensão pequena.

circulares. pousados à superfície). rellecte

a

grande retcnç<1o de partículas à superfície

destes elementos grosseiros, verificada v

i-sualmente ao longo do ensaio.

Deste modo entende· se que as equações estabelecidas representam bem o ensaio no que respeita ao salpico e à sua distribuição

pelas v:irias componentes illenlilic:ldas.

A distância entre c1emelllos grosseiros

(d) é. por si só. um bom estimador da perda

de solo por escoamento (Figura 5). Na ver· dade:. d está posiliva

e

não line;:lnnellle rel a-cionado com aquela variável. mas os resulta

-dos para elemelllos grosseiros grandes n50 siio consistentes com os restantes. Sendo

t.!ste caso omitido. a qualidade do ajustamen.

to na regressão entre perda de solo relativa

e

distância entre elementos grosseiros é

muito considcnível (1'=0,981 com a função logarítmica).

Esta runção cstima d=18 cm para

Wrel= I, significando que aquela distância se pode considerar tisicamcllle infinita à escala

dos efeitos do.~ factores aqui abordados.

Essa distância corresponlle n cerca de

7%RC (calculada pn!'a elcrnelllos grosseiros

QUADRO 2 - UcsuHados globais do ensaio: médias expressas

em

valores rel:tlivos de Perda de Solo no escoamento (Wrel) e de Sulllico (SPrel)

• I a) ljcito RC (elementos grosseiros médioJ, rec/allgulares, à .mperflcie)

Varmvcl Solo nu Percentagem de Cobertura (%RC)

Wrel

SPrcl

17% ~% M%

1,00 0,76 0,65 0,17

1,00 0,68 0,57 U,26

b) l!.leiJo Dimensão (RC=30%, à superfície, dila." formas)

Vari<i.vel Forma Dimensão

Wrel

*

SPrcl Wrel

*

SPrel Rectangular Circular Pequenos Médios 0,37a 0.65c 0,44" O.57b 0,33a 0,47b 0,40a U,52b Grandes 0,50b O.52b

c) Efeito Po.\·iç(10 me-300/0, duas formas)

Variável Forma

Wrel

SPrcl

Rectangular

Posicfio

À superrície Semi-anorantcs Aflonmtcs

0,65 0,58 0,(,0

0,57 0,48 0.58

~~~! Circular 0,47 0.79

, 0.52 0,59

Nota: Efeito R~ - ap:nas. ~nálise .de .r~gressão. Efeito Dimensão - valores seguidos da mesma lelr~ na linha, nao diferem !-itgmltcativamentc (p>0.05. teste dos contrastes independentes real~z~do apos ANOVA); apenas em Wrel (*) o efeito Forma foi significativo. Efeito

Poslçao - nenhum dos efeitos Posição e Forma foi significativo (p>0.05).

EFEITO DOS ELH.·lENTOS GROSSEIROS NA EROSÃO INTER·SULCOS 241

1,0 ~'

=

0.99) ~~ +0 .0;93 0,9 1..'

=

O.9~:l' o ,s

.e

e fi " "3 0,6 -"

II

0,5

..

_P. O,, 'A 0,3 O':;: 0,1 0,0 0.0 0,1 O;.! 0,3 0.4 0,5 Df> 0,1 0,8 0,9 1,') SPn:1 Cb:;elvado

Figura 4 • Valores relativos globais de Salpiw (SPrel) observadus e calculadus de awrdu cum cunjunto das

":'Iuaçõcs II. 12. 13 e 16. dcscritils no texto

médios. rectangulares), valor que se aproxi.

ma

dos IO%Re. propostos em Po~sen et ai. (1994) como limiar ncima do quallleixa de ser llesprezável o !.!feito dos elemelllos grosseiros na erosão imer-sulcos. No outro extremo. a equaç<1o mostrada na Figura

5

estima d=0.62 cm para Wrel=O. s ignifican-do que. para cerca de 800/0RC (calculado

para dementos grosseiros rectangulares de

dimensão média), a perda de solo cessa.

Deve recordar-se aqui que a cessação do

salpico se estimou ocorrer aos 0.29 cm de distâncill entre elementos grosseiros. valor

que é cerca de met:ldc do referido para a cessação da perda de solo por escoamento

superficiaL Esta estimativa corrobora

o

que

os resultados llo ensaio experimental mos· traram: um efeito das pedregosidalles eleva

-das mais marcado !la redução da perda de

solo por escoamento do que por salpico (Quadro 2).

O aumento mais acentuado da perda de

solo relativa verifica-se até d=4.5 cm. o que

corresponde a cerca de 30 %RC (de novo calculado para elementos grosseiros rectan· guiares de dimensão média). Estc valor de

fracção Lle cobertura pellregosa surge assim

comO um ponto de viragem assinalável no

comportamento de solos com elementos

grosseiros. sujeilOs a erosão inter-sulcos .

CONCLUSÕES

Com base em considerações de ordem

geométrica. delluziram·se neste trabalho ex·

pressões de cálculo da Llistância entre ele

-mentos grosseiros. que contemplam fracção

de cobertura. dimens<1o e forma desses ele· mentos. Oeste modo. aquela distância incor

-pora num parflllletro único um conjunto i

m-portante de características dos elementos

grosseiros. O valor pnítico lleste parâmetro

é tanto mais de assinalar quanto se revelou essencial pnra a explicação Jas perdas de

!-iolo por salpico e no t.!scoamento. verifica -das em ensaio experimentaL também descri

-to neste trabalho.

De facto. mostrou-se aqui a importância

da componente imcrcepção pelos elementos

grosseiros na correcta estimativa do salpico

cm solos pedregosos. a qual depende não só

2-12 _{REVISTA OE CIÊNCIAS AGRÁ.RIAS} 1.0 0,9 y = O,2S25Ln(xJ + O,JX3 r2 = f1,967

____ --1

---

, O,R 0,7 0,6

"

0,5 ~ 0.4 0,3 1l,2 0,1 0,0 O

•

..

!

~

2

•

..

•

...

(, 30%RC D Rectangulares Grandes 10 12 14 16 iS

Distância média entre elementos grosseiros (d, cm)

Figur'):; _{• . ' .} -Rt:hC_,." 1tl _{c le} 'm" D _{JS anc!;]} ,,' . _{me I,)} 'd' _{entrc l'1l'ml'lllos grosseiros}

(II) e valores relativos l.dobai.~ de Penb

d" Solo no l'Sl:oalllenlO (\Vrel). NOla; O Iratamento corresp0lJ(jente ao símholo aberto n:l0 se-inclUiu na ,érie C01l1 a qual ~e obteve a cl]uaçií(l regre~sií()

também da distância entre eles. Estes

parâmetros foram lIlc1uídos num modelo

descritivo do salpico, calibrado com su

ces-so, que estima assim o efeito combinado de

v:írias características dos elementos grosseIros na reduçãll da perda de solo por salpico cm solos pedregosos.

Por outro lado, a distáncia entre ele-mentos grosseiros explicou, por si só, a

perda de solo por escoamento difuso

regis-tad;] na maior pane dos Tratamentos testa

-uns 110 ensaio experimental. Mostrou-se.

portanto. que este paràmetro é um bom

descritor da pedregosidade superficial dos solos no que às perdas de solo no escoa

-mento inreressa, pois permite Identificar o conrribmo de várias caracterfsticas dos ele

-mentos grosseiros na redução dessas pe

r-das em solos pedregosos.

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