CAPÍTULO 4
ANÁLISE DO REGIME HÍDRICO
O objetivo do presente capítulo é demonstrar de que modo as transformações do uso do solo na bacia hidrográfica do Itajaí influenciaram o regime de escoamento da água. As "transformações" começaram a ocorrer com a colonização, mas sua extensão pode ser estimada somente a partir de 1940, quando tiveram início os censos econômicos, que incluíam o levantamento das áreas agrícolas e pastoris. Data da mesma época a instalação dos postos de medição fluviométrica em várias localidades da bacia, o que possibilita que o estudo do regime hídrico abranja o período 1940-1990.
No contexto da análise do sistema regional, esse estudo, que corresponde à comprovação da proposição parcial 1 - a alteração do uso do solo acarretou desvios do regime hídrico - ocupa o lugar apontado na figura 14.
De modo geral as bacias hidrográficas não são estacionárias ao longo do tempo, no que concerne a suas características físicas, em particular em virtude das intervenções humanas. Para o gerenciamento adequado dos recursos, é essencial ser capaz de explicar os efeitos de intervenções como a drenagem agrícola, a irrigação, a urbanização, o deflorestamento, as mudanças de práticas agrícolas, diferentes manejos dos cursos d'água, etc., sobre o regime hidrológico. A tarefa de identificar as não-estacionaridades é difícil de ser cumprida para os modelos hidrológicos em geral. Basicamente existem três metodologias para abordar o problema (NASCIMENTO, 1995). Neste trabalho optou-se pela metodologia que preconiza a subdivisão das séries de dados de entrada e saída em subséries, em função das alterações progressivas na bacia. Avaliam-se as mudanças dos valores dos parâmetros, tentando identificar os mais sensíveis às não-estacionaridades. Quando possível, utilizam-se bacias vizinhas, submetidas às mesmas condições climáticas, mas que permaneceram inalteradas durante o período de estudo (bacias testemunho). Uma condição considerada desejável, segundo NASCIMENTO (1995), é aplicar o método aos dados contínuos e não por eventos. Deste modo seria eliminada a subjetividade da escolha dos eventos a serem estudados, fato que poderia favorecer certas hipóteses ou fenômenos em relação a outros.
Figura 14: O sistema regional: a seta em negrito representa as reações do sistema natural às mudanças no uso do solo enfocadas neste capítulo.
O parâmetro hidrológico escolhido é o coeficiente de escoamento, discutido na seção 4.1. Em função do parâmetro, a condição da continuidade não é atendida, isto é, examinam-se eventos. O método de trabalho adotado é apresentado na seção 4.2., e foi aplicado a três sub-bacias, a saber: a de Rio do Sul, a de Ibirama e a de Timbó (figura 15), localizadas a montante dos postos fluviométricos de igual nome. Os resultados correspondentes se encontram na seção 4.3.
4.1 COEFICIENTE DE ESCOAMENTO
Os dois modelos principais que descrevem como a água se move do topo de um morro até sua base, são chamados hortoniano e não-hortoniano (Horton, 1945; Chorley, 1978; apud MITCHELL, 1991). O modelo hortoniano assume que a água infiltra no solo no topo, emerge na superfície logo abaixo e continua como escoamento superficial. Este, por sua vez,
manifesta-se inicialmente na forma de pequenos filetes de água que se moldam ao microrrelevo do solo. A erosão de partículas de solo pelos filetes, aliada à topografia pré-existente, molda uma microrrede de drenagem efêmera que converge para a rede de cursos de água mais estável, formada por arroios e rios (SILVEIRA, 1993:37).
O escoamento pelo modelo hortoniano é representado esquematicamente pela trajetória 1 da figura 16. O modelo não-hortoniano supõe que a água infiltra no solo e se move morro abaixo para se juntar ao fluxo superficial como fluxo sub-superficial, com pouco ou nenhum escoamento superficial (trajetória 2 na figura 16). A maior parte dos escoamentos reais apresentam graus intermediários entre estes modelos extremos. Suas diferenças podem ser quantificadas em termos do coeficiente de escoamento, definido como o volume do escoamento dividido pelo volume de precipitação, expresso em valores de 0 a 1 (TUCCI, 1993b:401; MITCHELL, 1991:250). Um monte de cascalho, por exemplo, terá coeficiente de escoamento próximo de zero, e uma estrada asfaltada aproximadamente 1. O coeficiente de escoamento tende a crescer com a intensidade da chuva, e a decrescer com o tamanho da bacia (MITCHELL, 1991).
Figura 15: Localização das três sub-bacias analisadas, respectivamente a montante dos postos fluviométricos de Rio do Sul, Ibirama e Timbó
A proporção entre a infiltração e o escoamento superficial aumenta, e as encostas são menos hortonianas, à medida que apresentam maior rugosidade e permeabilidade na superfície, densidade da cobertura vegetal, grau de concavidade topográfica, grau de empoçamento e convergência das linhas de fluxo. Quanto mais acentuadas estas características, tanto maior será a defasagem temporal entre uma tormenta e o instante em que a vazão atinge seu pico.
Em encostas florestadas, com solo permeável e climas úmidos - como é o caso da bacia do Itajaí - o escoamento é predominantemente não-hortoniano. Quando a intensidade da chuva excede a capacidade de infiltração da superfície, ocorre escoamento superficial. À medida que a cobertura do solo - o húmus, a liteira e a vegetação - se apresenta mais espessa, são requeridas intensidades de precipitação progressivamente mais altas para ocorrer o escoamento superficial.
Figura 16: Escoamento hortoniano e não-hortoniano (Fonte: MITCHELL, 1991)
O processo de ocupação da bacia do Itajaí teve, em grandes extensões, o efeito de rarefazer a cobertura vegetal e reduzir a espessura da liteira, de modo que, pelo exposto acima, intensidades de precipitação progressivamente mais baixas devem estar provocando o escoamento superficial. Em outras palavras, o coeficiente de escoamento deve ter sofrido acréscimos ao longo do período. O sumário do plano diretor da JICA (BRASIL, 1988:S-15) refere-se ligeiramente a esta questão, dizendo: Considera-se que podem ocorrer enchentes devido ao aumento do coeficiente de escoamento, ocasionado pelo desmatamento em grande escala..., mas não estima a importância destes efeitos.
Entretanto, alguns estudos associados a este tema já foram realizados na bacia do Itajaí. BACCA et al (1985) fizeram levantamentos de dados acerca da interceptação e da infiltração de água da chuva em diversos tipos de cobertura vegetal. A importância da infiltração em ambientes arbóreos em relação à infiltração em pastagens mostrou-se especialmente significativa. REFOSCO e PINHEIRO (1992) estudaram a influência da floresta no regime hidrológico da sub-bacia de Ibirama. Comparando dados dos períodos 1935-1965 e 1966-1986, constataram que a vazão média do rio Hercílio aumentou em cerca de 50% e a vazão mínima aumentou em 86%, enquanto que a precipitação anual permaneceu aproximadamente constante. No segundo período, a floresta teve sua extensão reduzida de 58% para 39% da área da bacia. Embora estes resultados sejam significativos, eles apenas expressam parcialmente as alterações do regime hídrico. Mas há também estudos que apontam em outra direção. POMPÍLIO (1990), estudando os eventos de cheia registrados de 1941 a 1983, curiosamente concluiu que as variações de freqüência de ocorrência das inundações devem-se a causas climatológicas.
O objetivo deste capítulo é, pois, evidenciar e quantificar a influência da alteração do uso do solo e da floresta nativa para a agropecuária, sobre os coeficientes de escoamento, no período de 1940 a 1990.
4.2 MÉTODO DE ANÁLISE
O método empregado para a análise do regime de escoamento foi baseado em CONWAY e HULME (1992) e VISHER (1989). As etapas realizadas foram as seguintes:
(a) Confecção de um mapa da bacia hidrográfica na escala 1:250.000, que apresenta os limites municipais, os contornos das sub-bacias definidas pelas estações fluviométricas de Rio do Sul, Ibirama e Timbó, e as estações pluviométricas. Sobre este mapa foram determinadas as áreas das sub-bacias e as áreas dos municípios, bem como as parcelas das áreas de municípios localizadas fora da respectiva sub-bacia, quando fosse o caso.
(b) Determinação da transformação quantitativa de uso do solo em cada sub-bacia, a partir da compilação dos dados dos censos agrícolas de 1940, 1950, 1960, 1970, 1975, 1980 e 1985 (IBGE: 1952, 1956, 1963, 1974a, 1979a, 1983 e 1991a), e do levantamento da Produção Agrícola Municipal de 1990 (IBGE, 1991b). O conjunto das áreas utilizadas para lavouras e pastagens foi estimado em relação às áreas de floresta, que correspondem ao "uso" original. Definiu-se o coeficiente de área explorada, ou percentual de área explorada, como a razão entre a área explorada e a área total da sub-bacia. A variação do coeficiente de área explorada ao longo do tempo é apresentada graficamente, incluindo, por interpolação, o período que se estende desde o início da colonização em cada uma das sub-bacias - em 1875, 1898 e 1917, respectivamente no Benedito, no Hercílio e no alto Itajaí (PIAZZA, 1988) - até 1940.
(c) Cálculo do coeficiente de escoamento (para cada sub-bacia):
c1) Foram confeccionados diagramas médios da precipitação diária acumulada em cinco dias (três dias no caso da sub-bacia de Timbó), para cada ano, no período 1940-1990.c2) Pela comparação dos diagramas, foram encontradas seqüências de precipitação média semelhante, denominadas grupos. Cada grupo compreende dois ou mais intervalos de mesmo comportamento da precipitação - eventos - distribuídos ao longo do período da análise.
c3) Para cada evento, foi calculada a precipitação média P acumulada na sub-bacia, bem como o respectivo escoamento específico Q (volume escoado por unidade de área).
c4) Finalmente, foram determinados os coeficientes de escoamento, definidos pela relação entre o total escoado e o total precipitado Q/P. Os coeficientes de escoamento, assim obtidos, definem o comportamento do escoamento sob diversas condições. Sua variação ao longo do tempo, em cada sub-bacia, é apresentada graficamente.
(d) Confronto da variação dos coeficientes de escoamento com a transformação quantitativa do uso do solo. Mais especificamente, verificou-se como o coeficiente de escoamento se desenvolveu com a extensão crescente de áreas agrícolas e pastoris em cada sub-bacia, comparando os resultados da etapa (b) com os da etapa (c).
(e) Comparação dos resultados para as diversas sub-bacias. Foram encontradas diferenças quanto às variações do coeficiente de escoamento nas diversas sub-bacias, fazendo com que a influência da alteração relativa do uso do solo se delineasse com maior nitidez.
É necessário chamar atenção para
as
aproximações implícitas no método adotado.
Várias informações não estão sendo
contempladas. Destacam-se:
Enfim, se a correlação estabelecida entre a proporção da extensão do solo usado para fins agropecuários e os coeficientes de escoamento resultar em conformidade com a proposição inicial, apesar das aproximações feitas, pode-se deduzir que a situação real dos fenômenos estudados é ainda mais acentuada.
4.3
RESULTADOS
O gráfico da figura 17 representa um resumo do desenvolvimento da ocupação do território na bacia, do qual se depreende que a exploração não foi uniforme, atingindo níveis mais elevados na sub-bacia de Rio do Sul.
Figura 17: Variação dos coeficientes de área explorada nas sub-bacias a partir de 1940 (a sub-bacia de Blumenau engloba as áreas a jusante das demais sub-bacias)
Em cada uma das sub-bacias estudadas foram estabelecidos sete grupos de eventos, apresentados nas figuras 18, 20 e 22, respectivamente, para as sub-bacias de Rio do Sul, Ibirama e Timbó, e cujas características médias são apresentadas nas tabelas 4, 5 e 6. Alguns dos eventos selecionados coincidem com enchentes registradas em Blumenau.
A variação dos coeficientes de escoamento ao longo do tempo é apresentada nas figuras 19, 21 e 23 para as sub-bacias de Ibirama, Rio do Sul e Timbó, nesta seqüência. As mesmas figuras confrontam os coeficientes de escoamento com o crescimento dos percentuais da área territorial explorada. De modo geral, verifica-se uma tendência de crescimento do coeficiente de escoamento para todos os grupos considerados.
Embora os grupos estabelecidos para cada sub-bacia sejam independentes, o que significa que em princípio os resultados não serão comparáveis um a um, é possível identificar um crescimento mais acentuado dos coeficientes de escoamento na sub-bacia de Rio do Sul, precisamente onde a variação percentual da área explorada é maior durante o período 1940-1990.
Por outro lado, verifica-se que as 63 enchentes, registradas em Blumenau desde o início da colonização do vale do Itajaí até 1990, não se encontram aleatoriamente distribuídas ao longo do tempo. O gráfico da figura 24 mostra como o número de enchentes vem sendo incrementado, a cada período de 20 anos, de 1850 a 1990. É nítido o aumento do número de enchentes a partir de 1910, o que coincide com a expansão maciça da colonização em toda a bacia hidrográfica, refletida no coeficiente de área explorada a montante de Blumenau. Os resultados sugerem, portanto, uma forte correlação entre a variação dos coeficientes de escoamento e o número crescente de enchentes.
A correlação sugerida se torna ainda mais evidente, quando se observa que a variação dos coeficientes de escoamento foi determinada a partir de 1940, quando as parcelas de área explorada nas sub-bacias já eram significativas (19% em Ibirama, 27% em Rio do Sul e 17% em Timbó), enquanto o crescimento do número de enchentes em 20 anos é verificado no período 1910-1990, em que a parcela de área explorada a montante de Blumenau passou de 4% para 41%.
Há ainda outro aspecto do "uso do solo" que, embora não possa ser avaliado quantitavamente, há que ser considerado, pois também influencia o regime hídrico. Trata-se de intervenções nos cursos d'água, particularmente das dragagens e retificações. Um exemplo do efeito da canalização de um rio é trazido por WILCOCK e ESSERY (1991). Estes autores examinaram uma pequena bacia hidrográfica na Irlanda do Norte. No rio Main, cuja área de drenagem mede 205 km2, as medidas mostraram que a canalização através de trechos de várzea acresce o fluxo médio diário e impede o armazenamento de água. No período anterior à canalização, muitas vezes a vazão no trecho estudado mostrou ser "negativa", o que, nas condições hidrometeorológicas locais, significa absorção de água pelas várzeas. Depois da canalização, o mesmo fenômeno raramente pode ser observado.
Figura 18: Grupos de eventos selecionados para a determinação do coeficiente de escoamento na sub-bacia de Rio do Sul.
Tabela 4: Grupos
de eventos selecionados na sub-bacia de Rio do Sul
e seus respectivos
coeficientes de escoamento
Figura 19: Variação dos coeficientes de escoamento e do coeficiente de área explorada na sub-bacia de Rio do Sul (área=5114km2)
Figura 20: Grupos de eventos selecionados para a determinação do coeficiente de escoamento na sub-bacia de Ibirama.
Tabela 5: Grupos
de eventos selecionados na sub-bacia de Ibirama
e seus respectivos
coeficientes de escoamento
Figura 21: Variação dos coeficientes de escoamento e do coeficiente de área explorada na sub-bacia de Ibirama (área=3252km2)
Figura 22: Grupos de eventos selecionados para a determinação do coeficiente de escoamento na sub-bacia de Timbó.
Tabela 6: Grupos de eventos selecionados na sub-bacia de Timbó e seus respectivos coeficientes de escoamento
Figura 23: Variação dos coeficientes de escoamento e do coeficiente de área explorada na sub-bacia de Timbó (área=1443km2)
Entretanto, obras de retificação ou
canalização
vêm se tornando cada vez mais comuns em Santa Catarina (DRENAGEM...,
1995) e se justificam pela necessidade de controlar enchentes localizadas
e/ou recuperar áreas de várzea para aproveitamento agrícola.
É o que ocorreu em Agrolândia, no alto vale do Itajaí
(BUTZKE, 1994), em Pomerode e em Timbó, no médio vale do
Itajaí. No município de Blumenau praticamente todos os
ribeirões estão sofrendo dragagens e retificações,
sem uma avaliação prévia das conseqüências
negativas, e com o apoio do Governo Estadual, através da cessão
do equipamento necessário. O efeito dessas obras é,
invariavelmente, o aumento das vazões de pico a jusante, ou seja,
contribui para elevar ainda mais os coeficientes de escoamento.
Figura 24: Confronto entre freqüência de cheias em Blumenau e variação do coeficiente de área explorada na bacia correspondente
4.4 SÍNTESE
A análise minuciosa das séries históricas dos dados de precipitação e vazão das sub-bacias de Rio do Sul (5114 km2), Ibirama (3252km2) e Timbó (1443km2), a partir das quais foram selecionados eventos de precipitação semelhante, levou à comprovação da PP1. Efetivamente, as transformações do uso do solo na bacia hidrográfica influenciaram o regime de escoamento da água: para os diversos eventos selecionados foi detectado um acréscimo dos coeficientes de escoamento ao longo do tempo. O mesmo fenômeno se manifesta em relação a eventos extremos (enchentes), mas neste caso apenas seus efeitos puderam ser computados. A evolução do número de enchentes registradas em Blumenau a cada 20 anos acompanha o crescimento da área explorada a montante de Blumenau, como mostra a figura 24.
Enfim, as alterações do uso do solo ocorridas na bacia do Itajaí em decorrência do processo colonizador possivelmente geraram diversas reações do sistema natural. A reação aqui constatada e quantificada é a "aceleração" do escoamento da água, gerando um agravamento do problema das enchentes.