Modelagem geobiohidrológica como ferramenta no planejamento ambiental: estudo da bacia hidrográfica do rio Pequeno, São José dos Pinhais - PR

Abstract

O presente trabalho teve por objetivo propor e discutir alternativas para subsidiar o zoneamento e o planejamento ambiental com base na modelagem de alguns processos geobiohidrológicos na bacia hidrográfica do rio Pequeno, no município de São José dos Pinhais, Região Metropolitana de Curitiba, Paraná, Brasil. Foram empregados dois modelos distribuídos de base física, um hidrológico e outro geomorfológico. O modelo hidrológico TOPMODEL pressupõe que a dinâmica da água é influenciada pelas características do solo e do relevo de toda a bacia contribuinte, fornecendo como resultado, além da vazão do rio, a distribuição espacial da umidade no sistema (zonas saturadas e áreas secas) ao longo do tempo. O modelo geomorfológico UMBRAL, desenvolvido neste trabalho, pressupõe que a evolução do relevo está intimamente ligada à dinâmica da água na bacia, sendo que a determinação de onde e quando acontecem os diferentes processos erosivos depende do conhecimento das propriedades hidráulicas e mecânicas do solo, das caraterísticas do relevo e dos processos hidrológicos. As propriedades hidráulicas do solo foram determinadas através da simulação do TOPMODEL e as propriedades mecânicas por ensaios geotécnicos de cisalhamento direto. Assim, através de expressões simples foi possível combinar estas características da paisagem e delimitar espacialmente onde ocorrem os diferentes processos erosivos (erosão difusa; por lixiviação; linear; e por deslizamento). O TOPMODEL apresentou boa aderência entre as vazões observadas e calculadas, confirmando sua eficiência em regiões de clima úmido e relevo suave. O UMBRAL permitiu a delimitação dos processos erosivos atuantes na bacia e apresentou resultados bastante coerentes com às características ambientais. Os produtos cartográficos resultantes dos modelos TOPMODEL (mapa de áreas saturadas) e UMBRAL (mapa de processos erosivos) são instrumentos que por si só conceituam, caracterizam e localizam os processos naturais de interesse geobiohidrológico. Esses mapas, de áreas saturadas e de processos erosivos, foram analisados frente ao uso do solo e às áreas de preservação permanente de mata ciliar. Os modelos utilizados mostram grande potencial de aplicabilidade no planejamento ambiental, pois permitem discutir e orientar as ações antrópicas sobre o meio físico com base no entendimento dos processos naturais.

The objective of the present work was to propose and discuss alternatives to subsidize the environmental zoning and planning with base on the modelling of some geobiohydrological processes in the Pequeno river watershed in the municipal of São José dos Pinhais, Metropolitan Region of Curitiba, Paraná State, Brazil. Two physically-based and distributed models (one is hydrological and the other géomorphologie) were used. The hydrological model TOPMODEL supposes that the water dynamics is influenced by the soil and relief characteristics of the whole watershed, and calculates, as result, the river discharge as well as the spatial distribution of the soil humidity in the system (saturated and unsaturated zones) through the time. The géomorphologie model UMBRAL developed in the present work supposes that the relief evolution is strongly linked to the water dynamics in the watershed. In this model, the determination of where and when the different erosion processes occur depends on the knowledge of the hydraulic and mechanical properties of the soil, the relief characteristics and the hydrological processes. The hydraulic and mechanical properties of the soil were determined through the simulation of TOPMODEL and the geotechnical study by the direct shear, respectively. By using simple expressions it was possible to combine these landscape characteristics and to define spatially where the different erosion processes (diffusive erosion; seepage erosion; overland flow erosion; and landslide erosion) occur. The TOPMODEL had a good adjustment between the observed and calculated discharge, confirming its efficiency in areas of humid climate and gentle relief The UMBRAL showed the delimitation of the actual erosion processes in the watershed, which is a quite coherent result compared to the environmental characteristics. The cartographic products generated with the TOPMODEL and the UMBRAL are a map of saturated areas and a map of erosion processes, respectively. These are instruments that by themselves characterize and locate the natural processes of geobiohydrological interest. The maps were analyzed with the land use map and the riparian vegetation (permanent preservation) areas map. The used models showed high applicable potential for the environmental planning, because they allowed to discuss and to guide the human actions on the environment with base on the understanding of the natural processes.