Hidrologia Florestal aplicada ao Manejo de Bacias Hidrográficas

253 Pages·2008·2.88 MB·Portuguese

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Piracicaba, dezembro de 2008
HIDROLOGIA FLORESTAL APLICADA AO
MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS
Walter de Paula Lima

ISBN _________________

Copyright © 1996 by Walter de Paula Lima

1ª Edição 1996
2ª Edição 2008

Todos os direitos reservados

Permite-se a reprodução total ou
parcial só com fins educativos e não
comerciais, citando a fonte.
HIDROLOGIA FLORESTAL APLICADA AO MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS
SUMÁRIO

APRESENTAÇÃO v

CAPÍTULO I. O QUE É MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS 1
QUESTÕES 3
CAPÍTULO II. INTRODUÇÃO À HIDROLOGIA FLORESTAL 5
2.1. A CIÊNCIA HIDROLOGIA 5
2.2. DESENVOLVIMENTO DA HIDROLOGIA FLORESTAL 9
TERMINOLOGIA, UNIDADES E TRANSFORMAÇÕES EM
2.3. 13
HIDROLOGIA FLORESTAL
2.3.1. As Unidades 13
2.3.2. O Sistema Internacional de Unidades (SI) 13
2.3.3. Outras Unidades Utilizadas em Hidrologia Florestal 15
2.3.4. Unidades Usadas em Análise de Qualidade da Água 18
2.3.5. As Grandezas Físicas mais comum em Hidrologia Florestal 18
2.3.6. Outras Expressões e Constantes Úteis 19
2.4. MEDIÇÕES EM MAPAS TOPOGRÁFICOS 20
2.4.1. Medição de distâncias 20
2.4.2. Medição da declividade 21
2.4.3. Medição de Área 21
2.5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 22
2.6. QUESTÕES 23

CAPÍTULO III. CICLO HIDROLÓGICO E BALANÇO HÍDRICO 29
3.1. IMPORTÂNCIA DA ÁGUA 29
3.2. CARACTERÍSTICAS DA ÁGUA 31
3.3. O CICLO HIDROLÓGICO 36
3.4. BALANÇO HÍDRICO 37
3.4.1. Balanço Hídrico Global 37
3.4.2. Balanço Hídrico dos Continentes 38
3.4.3. Balanço Hídrico de Bacias Hidrográficas 40
3.5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 42
3.6. QUESTÕES 43
CAPÍTULO IV. ANÁLISE FÍSICA DA BACIA HIDROGRÁFICA 46
4.1. CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DE BACIAS HIDROGRÁFICAS 46
4.2. PARÂMETROS FÍSICOS DE BACIAS HIDROGRÁFICAS 49
4.2.1. Área 49
4.2.2. Densidade de Drenagem 52
4.2.3. Forma da Bacia 53
i
HIDROLOGIA FLORESTAL APLICADA AO MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS
4.2.4. Declividade e Orientação 54
4.2.5. Altitude Média 56
4.2.6. Razão de Bifurcação 57
4.2.7. Lei do Comprimento dos Canais 59
4.3. O ECOSSISTEMA BACIA HIDROGRÁFICA 60
4.4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 61
4.5. QUESTÕES 62

CAPÍTULO V. PRECIPITAÇÃO 64
5.1. FORMAS DE PRECIPITAÇÃO 64
5.2. CAUSAS DA PRECIPITAÇÃO 65
5.3. MEDIÇÃO DA CHUVA 66
5.3.1. Fundamentos: 66
5.3.2. Análise Pontual 66
CÁLCULO DA PRECIPITAÇÃO MÉDIA PARA UMA
5.4. 72
MICROBACIA.
5.5. ANÁLISE DE FREQUÊNCIA 77
5.6. INFLUÊNCIAS DA FLORESTA 78
5.7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 83
5.8. QUESTÕES 84

CAPÍTULO VI. INTERCEPTAÇÃO DA CHUVA PELA FLORESTA 87
6.1. INTRODUÇÃO 87
6.2. O PROCESSO INTERCEPTAÇÃO 88
6.3. INFLUÊNCIA DA FLORESTA 91
6.4. INTERCEPTAÇÃO E TRANSPIRAÇÃO 93
6.5. MEDIÇÃO DA INTERCEPTAÇÃO 94
6.6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 96
6.7. QUESTÕES 100

CAPÍTULO VII. REGIME DA ÁGUA DO SOLO EM MICROBACIAS
102
FLORESTADAS
7.1. INTRODUÇÃO 102
7.2. ÁGUA DO SOLO 103
7.2.1. Conceitos 103
7.2.2. Influências da Florestas 104
7.3. ÁGUA SUBTERRÂNEA 106
7.3.1. Conceitos 106
7.3.2 Influências da Floresta 109
7.4. DINÂMICA DA ÁGUA NO SOLO 110
7.4.1. Infiltração 110
i i
HIDROLOGIA FLORESTAL APLICADA AO MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS
7.4.1.1. Conceitos 110
7.4.1.2. Influências da floresta 115
7. 4.2. Movimento da Água no Solo 116
7.5. MEDIÇÃO DA ÁGUA DO SOLO 122
7.5.1. Relações Massa-Volume 122
7.5.2. Métodos de Medição da Água do Solo 124
7.5.2.1 Conteúdo Gravimétrico de Água (U%) 124
7.5.2.2. Infiltração 126
7.5.2.2.1. Infiltrômetro 126
7.5.2.2.2. Simulador de Chuva 127
7.5.2.2.3. Infiltração em Bacias Hidrográficas 128
7.5.2.2.4 Índice de Infiltração 129
7.5.2.3. Potencial Matricial da Água do Solo 130
7.6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 131
7.7. QUESTÕES 134

CAPÍTULO VIII. CONSUMO DE ÁGUA POR ESPÉCIES FLORESTAIS 138
8.1. INTRODUÇÃO 138
8.2. BALANÇO DE ENERGIA 139
8.2.1. Balanço de Energia de uma Superfície 139
8.2.2. Balanço de Energia em Florestas 144
8.3. O PROCESSO EVAPORAÇÃO 149
8.4. TRANSPIRAÇÃO 153
8.5. INTERCEPTAÇÃO 156
EVAPOTRANSPIRAÇÃO COMO COMPONENTE DO 158
8.6. BALANÇO HÍDRICO DE UMA MICROBACIA
HIDROGRÁFICA.
8.7. MEDIÇÃO DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO 159
8.8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 166
8.9. QUESTÕES 189

CAPÍTULO IX. GERAÇÃO DO DEFLÚVIO EM MICROBACIAS
171
FLORESTAIS
9.1. INTRODUÇÃO 171
9.2. CONCEITUAÇÃO 171
9.3. COMPONENTES DO DEFLÚVIO 173
9.4. FATORES QUE AFETAM O DEFLÚVIO 178
9.5. GERAÇÃO DO ESCOAMENTO DIRETO EM MICROBACIAS 179
9.6. MEDIÇÃO DO DEFLÚVIO 182
9.7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 188
9.8. QUESTÕES 189
i i i
HIDROLOGIA FLORESTAL APLICADA AO MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS
CAPÍTULO X. MANEJO FLORESTAL E QUALIDADE DA ÁGUA 191
10.1. INTRODUÇÃO 191
DETERMINAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA: O
10.2. 194
PROBLEMA DA AMOSTRAGEM
REVISÃO DA QUÍMICA APLICADA À ANÁLISE DE
10.3. 196
QUALIDADE DA ÁGUA
10.4. PARÂMETROS FÍSICOS DE QUALIDADE DA ÁGUA 204
OCORRÊNCIA E MEDIÇÃO DE N, P, K, Ca, Mg, Fe E Na
10.5. 218
EM ÁGUAS NATURAIS
CICLAGEM DE NUTRIENTES EM BACIAS
10.6. 223
HIDROGRÁFICAS FLORESTADAS
INCORPORANDO O CONTROLE DA QUALIDADE DA
10.7. 226
ÁGUA NAS PRÁTICAS DE MANEJO FLORESTAL
10.8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 232
10.9. QUESTÕES 234

CAPÍTULO XI. HIDROLOGIA DE MATAS CILIARES 236
11.1. INTRODUÇÃO 236
11.2. FUNÇÃO HIDROLÓGICA DA ZONA RIPÁRIA 237
11.3. PERSPECTIVAS DE PESQUISAS EM ZONAS RIPÁRIAS 240
11.4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 242

i v
HIDROLOGIA FLORESTAL APLICADA AO MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS
APRESENTAÇÃO

O presente trabalho tem por objetivo constituir-se em texto básico para a disciplina
“Manejo de Bacias Hidrográficas” do Curso de Graduação em Engenharia Florestal da
ESALQ/USP.

Na natureza existe uma relação muito forte entre a floresta e a água. Desta forma, é
imprescindível que o futuro Engenheiro Florestal adquira a competência necessária para
incorporar a conservação da água nas suas atividades profissionais de manejo florestal.

Sua primeira versão foi editada em 1986, com o título “Princípios de Hidrologia
Florestal para o Manejo de Bacias Hidrográficas. Ao longo dos anos, algumas
imperfeições foram identificadas e corrigidas.

Em 1996, mercê da colaboração valiosa da Dra. Maria José Brito Zakia, o texto foi
revisado e remodelado, ganhando o título atual e incorporando exercícios práticos e
ilustrações de resultados de microbacias experimentais do Programa de Monitoramento
em Microbacias do IPEF (REMAM). Nesta revisão foi inclusive inserido o capítulo XI,
Hidrologia de Matas Ciliares, preparado em conjunto com a esta autora.

E em 2008 esta segunda versão passou por nova revisão graças à inestimável
colaboração e boa vontade do Professor Guillermo Vásquez Velásquez, do
Departamento de Ciências Florestais da Universidade Nacional da Colômbia, em
Medellin.

Ainda assim é bem possível que o mesmo ainda careça de reparos. Em todo esse
processo de revisão desde a edição original de 1986, por exemplo, deliberadamente não
houve a preocupação de atualizar a bibliografia, que é sem dúvida rica e apresenta
muitas publicações nos últimos anos. Os princípios básicos do texto, evidentemente,
continuam válidos, mas o leitor deve ter em mente essa necessidade da incorporação do
avanço desta ciência registrado nos últimos anos.

Espera-se que o texto possa ser útil para a formação do profissional florestal, assim
como para todos os profissionais envolvidos no manejo dos recursos naturais renováveis
e dos recursos hídricos.

Piracicaba, dezembro de 2008
Walter de Paula Lima

v
HIDROLOGIA FLORESTAL APLICADA AO MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS
CAPÍTULO I

O QUE É MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS

Existem, ainda hoje, dúvidas sobre se seria o MANEJO DE BACIAS
HIDROGRÁFICAS uma especialização dentro da engenharia florestal ou uma
estratégia de planejamento de uso dos recursos naturais renováveis. Esta questão é,
portanto, de ordem conceitual, estando presente entre os mais diferentes profissionais.
Por essa razão iniciaremos este livro com uma breve discussão conceitual sobre
MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS.

Não é rara, por exemplo, a idéia de que manejo de bacias hidrográficas tem algo a ver
com um corpo d’água, seja ele uma represa ou um curso d’água. Mais freqüentemente,
para muitas pessoas, MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS significa a proteção
da vegetação que cobre regiões montanhosas ou qualquer área natural, com o único
propósito de se produzir água de ótima qualidade para consumo humano.

Este conceito não está totalmente errado, mas temos que considerar, porém, que o termo
manejo não se aplica realmente, uma vez que a área em questão não está sendo
manejada de fato, mas foi preservada (“deixada de lado”) com o propósito de proteger a
bacia hidrográfica e, conseqüentemente, a água.

De fato, existem alguns exemplos de tal situação em muitos países: as chamadas “bacias
hidrográficas municipais”, como no caso da Bacia Hidrográfica Municipal da cidade de
Melbourne, na Austrália, onde a floresta, que cobre inteiramente a bacia hidrográfica de
cerca de 1.200 ha, é mantida intacta, com o único propósito de produzir água de boa
qualidade para abastecimento público.

Em tais situações, poder-se-ia prescindir da participação de um profissional da área
ambiental e um particular de um Engenheiro Florestal, uma vez que a bacia hidrográfica
está coberta com uma floresta não perturbada e que normalmente manterá uma boa
condição de funcionamento ecológico e hidrológico, levando a uma produção natural e
estável de água de boa qualidade. Conceitualmente, isto é sinônimo de preservação de
um ecossistema e, portanto, “sem manejo”.

No entanto, pode ocorrer uma situação em que o rendimento hídrico nessas bacias
hidrográficas municipais pode se situar abaixo da demanda e o estabelecimento de um
plano de manejo da cobertura florestal (por exemplo, raleamento, corte em faixas,
substituição de espécies de sistema radicular profundo por outras de sistema radicular
mais superficial etc.), visando aumentar a produção de água, poderia ser uma
alternativa, uma medida não estrutural capaz de aliviar ou resolver temporariamente o
problema.

Para realizar esta prática de manejo, com o propósito de incrementar a produção de
água, o engenheiro florestal lança mão dos resultados obtidos em pesquisas em
hidrologia florestal, pesquisas estas realizadas em microbacias experimentais.

Por outro lado, em muitos países a crescente demanda por alimentos, madeira e fibras
exerce constante e significativa pressão sobre os recursos naturais destas bacias
hidrográficas municipais, o que levou ao reconhecimento de que a produção de água
não pode ser, necessariamente, a única função de uma bacia hidrográfica municipal.
1
HIDROLOGIA FLORESTAL APLICADA AO MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS
Neste caso, portanto, o uso múltiplo exige um plano adequado de manejo, cuja
elaboração e implementação depende de profissional habilitado para esta tarefa.

Dentro desta ótica, a bacias hidrográfica tem que ser considerada como unidade
fundamental para o planejamento do uso e conservação de recursos múltiplos, onde a
água, a madeira, os alimentos, as fibras, as pastagens, a vida silvestre, a recreação e os
serviços ambientais podem ser mantidos para atender às necessidades da crescente
população mundial. (MOULD, 1980; FAO, 1991; BROOKS et al., 1991).

Nas partes mais elevadas do relevo, nas cabeceiras da bacia hidrográfica, onde
usualmente prevalece a vocação florestal, a implementação do conceito de uso múltiplo
para realizar um programa auto-sustentável e integrado em bacias hidrográficas é de
responsabilidade do Engenheiro Florestal.

O Engenheiro Florestal maneja a floresta para que haja a saída balanceada de
diferentes produtos e serviços, usando as práticas de manejo de bacias hidrográficas.

Vale a pena discutir com mais detalhes alguns pontos importantes envolvidos nas frases
destacadas em negrito no parágrafo anterior:

a) "O eng. florestal maneja a floresta..." - O engenheiro florestal é o único profissional
que tem o conhecimento técnico para manejar a floresta com o propósito de produzir
bens e serviços. Ele pode fazê-lo baseado unicamente em uma estratégia, digamos, de
"visão estreita e de curto prazo", visando maximizar o retorno financeiro da produção
madeireira, sem qualquer consideração com os outros fatores do ambiente.
Alternativamente, ele pode fazê-lo baseando-se na estratégia de manejo de bacias
hidrográficas.

O MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS é definido, então, como o “processo de
organizar e orientar o uso da terra e de outros recursos naturais numa bacia hidrográfica,
a fim de produzir bens e serviços, sem destruir ou afetar adversamente o solo e a água”.
(BROOKS et al., 1991).

b) "... usando práticas de manejo de bacias hidrográficas." - isto é, a planejada e
cuidadosa mudança no uso da terra, da cobertura florestal ou qualquer outra ação
estrutural ou não-estrutural, executada na bacia hidrográfica, para atingir os objetivos do
MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS.

Esta estratégia de uso dos recursos naturais implica em dois importantes conceitos, a
saber:

1º) Existe uma interrelação delicada entre o uso da terra, o solo e a água. O que quer que
aconteça a um, afetará os outros;

2º) Existe uma interligação entre as cabeceiras, a média bacia, a baixa bacia e o estuário.
Em outras palavras, esta estratégia implica em que o uso dos recursos naturais, assim
como qualquer outra atividade antrópica de alteração da paisagem, devem ser
planejados com base nos limites naturais das bacias hidrográficas e não nos limites
políticos (limite de propriedade, limite de municípios etc.).
O importante disto tudo é reconhecer que a bacia hidrográfica é a unidade natural de
planejamento de recursos naturais e que a água é o agente unificador de integração no
2
HIDROLOGIA FLORESTAL APLICADA AO MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS
MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS, baseado na sua vital e estreita relação com
outros recursos naturais. Portanto, o conhecimento da hidrologia, bem como do
funcionamento hidrológico da bacia hidrográfica, são fundamentais para o planejamento
e manejo sustentável dos recursos naturais renováveis.

Freqüentemente a hidrologia não se encontra ou não é vista de forma explícita no
manejo florestal, na agricultura, na pecuária, ou em qualquer outra atividade de uso dos
recursos naturais. Mas ela deve estar sempre implícita.

O manejo de bacias hidrográficas envolve, normalmente, uma série de ações ou práticas
não-estruturais (manejo da cobertura vegetal), assim como estruturais (obras de
engenharia).

Assim, práticas de conservação do solo, mapeamento de solo segundo as classes de
capacidade de uso etc., são ferramentas empregadas no manejo de bacias hidrográficas.
Neste sentido, também são ferramentas:

- sistemas agroflorestais
- planejamento do sistema viário
- diversidade de paisagem ao longo da área
- proteção da mata ciliar
- sistemas adequados de colheita da madeira etc.

É este foco, é esta ênfase na água, e na sua inter-relação com o uso dos recursos naturais
que diferencia MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS de outras estratégias de uso
ou de manejo dos recursos naturais.

De um lado, MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS se constitui, portanto, numa
forma integrada de se visualizar ou de se pensar a respeito das atividades antrópicas
numa área qualquer (que é sempre uma ou parte de uma bacia hidrográfica) e seus
efeitos sobre o solo e a água.

Por outro lado, o manejo de bacias envolve a adoção de práticas, de técnicas de caráter
físico, regulatório e econômico, que são destinadas à solução de um dado conjunto de
problemas e, normalmente, empregadas ou adotadas por diversas pessoas isoladamente.

QUESTÕES

1. Qual a importância do conhecimento de “Manejo de Bacias Hidrográficas” para
o Engenheiro Florestal?
2. Qual a relação entre “pesquisas em microbacias experimentais” para o manejo
florestal?
3. O que você entendeu por “uso múltiplo de recursos naturais”?
4. Baseado na leitura global do capítulo I, para que um empreendimento florestal
possa ser “certificado”, ele deve, entre outros aspectos, estar baseado na
estratégia de manejo de microbacias hidrográficas. Você concorda totalmente,
concorda apenas em parte ou discorda? Por que?
3