Estudo da evolução de voçorocas: caracterização espaço-temporal e simulação numérica

Abstract

As voçorocas representam o estágio mais avançado do processo de erosão hídrica de encostas, podendo causar diversos problemas ambientais, econômicos e sociais. Compreender os processos responsáveis por sua evolução é de suma importância para a gestão e planejamento territorial de municípios. Neste estudo, realizou-se a caracterização de duas voçorocas desenvolvidas em uma encosta íngreme e avaliou-se a efetividade do modelo Simulation of Water Erosion (SIMWE) para simular a evolução de voçorocas. A área de estudos está localizada no município de Alegre, Estado do Espírito Santo. A metodologia compreendeu a descrição geológica de campo, amostragem do solo, realização de ensaios de caracterização mineralógica e geotécnica, sobrevoo de drone para a obtenção de um modelo digital do terreno (MDT) recente, análise morfométrica das voçorocas, análise de imagens históricas da área, e simulação da erosão. Em relação à simulação numérica, duas abordagens foram consideradas: um evento de chuva extremo e uma série temporal de eventos de chuva. Para o primeiro cenário, considerou-se ainda duas situações: topografia pré- e sin-voçoroca. Estimou-se que o volume total de solo erodido no período de 2007 a 2021 é superior ao de uma piscina olímpica, com uma taxa média de erosão da ordem de 198 m³.ano-1. Especula-se que a ruptura dos terracetes seja um importante mecanismo de desenvolvimento das voçorocas na área de estudos. Os resultados sugerem que o horizonte A seja mais resistente a erosão, atuando como uma camada protetora dos horizontes subjacentes. A simulação do evento de chuva máxima para a topografia pré-voçoroca indicou áreas de maior potencial erosivo, mas não definiu quais dessas áreas possui maior potencial para a formação de voçorocas. Para a topografia sin-voçoroca, o modelo apresentou resultados parcialmente coerentes com as observações de campo. Portanto, a simulação para um único evento de chuva mostrou que o modelo pode auxiliar no entendimento do fluxo superficial atual da vertente, além de indicar áreas com maior potencial de erosão. Contudo, o modelo SIMWE aplicado para a série de eventos de chuva não demonstrou efetividade para simular a evolução espaço-temporal de voçorocas, apresentando propagação de erros e tempo de processamento excessivamente prolongado.

Gullies represent the most advanced stage of the process of water erosion on hillslopes, which can cause several environmental, economic and social impacts. Understanding the processes responsible for its evolution is of paramount importance for the management and territorial planning of municipalities. In this study, the characterization of two gullies developed on a steep slope was carried out, and the effectiveness of the SIMWE (Simulation of Water Erosion) model to simulate the gully evolution. The study area is located in the municipality of Alegre, State of Espírito Santo, Brazil. The methodology included field geological description, soil sampling, mineralogical and geotechnical tests, drone overflight to obtain a precise digital terrain model (DTM), morphometric analysis of gullies, analysis of historical satellite imagery, and simulation of erosion. Regarding the numerical simulation, two approaches have been considered: an extreme rain event and a rain time series. For the first, two conditions were considered: pre- and syn-gully erosion topography. It has been estimated that the total volume of eroded soil in the period from 2007 to 2021 is about the volume of an olympic swimming pool, with an erosion rate around 198 m³.year-1. It is speculated that rupture of terracettes are an important mechanism for gully erosion formation in the study area. The results suggest that the A horizon is less susceptible to erosion, acting as a protective layer of the underlying horizons. The simulation of the extreme rain event for the pre-gully topography indicated areas of greater erosion potential but did not define which of these areas has the greatest potential for the formation of gullies. For the syn-gully topography, the model presented results partially consistent with field observations. Therefore, the simulation for a single rain event showed that the model can help understand the current surface flow of the slope, in addition to indicating areas with greater erosion potential. However, the SIMWE model applied to the series of rain events did not demonstrate effectiveness in simulating the spatio-temporal evolution of gullies, presenting propagation of errors and excessively prolonged processing time.