Spatial patterns of sediment production in urban areas of the semiarid region of Ceará (Southeast Brazil) using a geostatistical approach and field validation
DOI:
https://doi.org/10.11606/eISSN.2236-2878.rdg.2026.248856Keywords:
siltation, urbanization, river networks, modelingAbstract
It is not yet understood how fluvial sedimentation, conditioned by erosive processes, behaves among different sectors of the urban space in the semi-arid region. In this context, this research aimed to propose an approach integrating geostatistics and field data to analyze the spatial patterns of sediment input in four urban areas of municipalities in Ceará: Baturité, Mulungu, Pacoti, and Guaramiranga. A RUSLE soil loss model and a RAS sediment input model were used as a basis for the analysis of fluvial sedimentation. A geostatistical analysis using Ordinary Kriging with cross-validation and field verification was performed to provide greater reliability to the spatial prediction. The results suggest that the highest rates of fluvial sedimentation tend to concentrate in the peripheries, apparently associated with areas of recent expansion, exposed soil, unpaved roads, and agricultural activities, while densely populated areas presented the lowest rates, which may be related to soil impermeability. Validation indicated that the values estimated by kriging showed good approximation to the original RAS values, and the correlation between soil loss and fluvial siltation was moderate with a Pearson correlation coefficient of 0.67 and a covariance of 1.994, highlighting disconnection mechanisms (natural and anthropogenic) in the landscape that alter sedimentary dynamics. Finally, the research revealed that the geostatistical methodological approach and field validation has the potential to support urban planning, being consistent and replicable. However, it requires caution when applied in very small urban areas or where natural factors predominate.
Downloads
References
ALLESSI, C. C. Análise estatística e geoestatística da distribuição de CO² , CH4, Rn e microbiota em uso no campo petrolífero do Recôncavo (BA). 2011. 218 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010.
ARMELIN, L. F. Estudo do comportamento dos resíduos sólidos veiculados pelos rios urbanos junto aos vertedores de entrada de reservatórios de controle de cheias. 2011. 140 f. Tese (Doutorado em Engenharia Hidráulica e Ambiental) - Universidade de São Paulo, São Paulo, 2010.
ASGHARPOUR, A.; NAJAFI, S.; NAZARNEJAD, S. N. Structural sediment connectivity as a tool in validating sediment fingerprinting results. International Journal of Sediment Research, v. 39, n. 5, p. 845-853, 2024.
BERTONI, J.; LOMBARDI NETO, F. Conservação do Solo. São Paulo: Ícone, 2012.
BISOLO, A.; RODRIGUES, M. F.; CONCEIÇÃO, F. G. da.; PELLEGRINI, A. Spatial Variability and Correlation between Soil Physical Properties under No-Tillage with and without Agricultural Terraces. Brazilian Archives of Biology and Technology, v.67, n. 1, p. 1-13, 2024.
BRACKEN, L. J.; TURNBULL, L.; WAINWRIGHT, J.; BOGAART, P. Sediment connectivity: a framework for understanding sediment transfer at multiple scales. Earth Surface Processes and Landforms, v. 40, n. 2, p. 177–188, 2015.
CHAI, B.; SETO, K. C. Conceptualizing and characterizing micro-urbanization: A new perspective applied to Africa. Landscape and Urban Planning, v. 190, p. 1-12, 2019.
CHEN, M.; CHEN, C.; JIN, C.; LI, B.; ZHANG, Y.; ZHU, P. Evaluation and obstacle analysis of sustainable development in small towns based on multi-source big data: A case study of 782 top small towns in China, Journal of Environmental Management, v. 366, p. 1-19, 2024.
CHAVES, H. M. L. Relações de aporte de sedimento e implicações de sua utilização no pagamento por serviço ambiental. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 34, n. 4, p. 1469-1477, 2010.
DANTAS, M. E. Geomorfologia do Estado do Rio de Janeiro. Brasília: CPRM. 2001.
FELDMAN, D. L. Achieving Transboundary Water Security Through Water Innovations: A Framework and Cases. World Water Policy, v. 12, n. 1, p. 1-10, 2026.
FIGUEIREDO, F. T.; GOMES, P. V. O. Efeitos de barragens em barras fluviais do baixo Rio São Francisco: dinâmica morfosedimentar e implicações para interpretação de rios antigos. Revista Brasileira de Geomorfologia. v. 25, n. 4, p. 1-26, 2024.
FIORIO, P. R. Avaliação cronológica do uso da terra e seu impacto no ambiente da microbacia hidrográfica do Córrego do Ceveiro da região de Piracicaba - SP. 1998. 114 f. Dissertação (Mestrado em Agronomia) - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 1998.
FONTELLES, M. J.; SIMÕES, M. G.; ALMEIDA, J. C. de; FONTELLES, R. G. S. Metodologia da pesquisa: diretrizes para o cálculo do tamanho da amostra. Revista Paraense de Medicina. v. 24, n. 2, p. 57-64. 2010.
FRYIRS, K. (Dis) Connectivity in catchment sediment cascades: a fresh look at the sediment delivery problem. Earth Surface Processes and Landforms, v. 38, n. 1, p. 30-46, 2013.
GELLIS, A. C.; MYERS, M. K.; NOE, G. B.; HUPP, C. R.; SCHENK, E. R.; MYERS, L. Storms, channel changes, and a sediment budget for an urban-suburban stream, Difficult Run, Virginia, USA. Geomorphology, v. 278, p. 128–148, 2017.
HAIR, J. F; BLACK, H. C.; BABIN, B. J.; ANDERSON, R. E.; TATHAM, R. L. Análise multivariada de dados. Porto Alegre: Editora Bookman, 688p, 2009.
INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA (IBGE). Pedologia 1:250.000 - Base de dados espacial de 1:250.000, Brasil. 2023. Disponível em: <https://www.ibge.gov.br/geociencias/informacoes-ambientais/pedologia/10871-pedologia.html.>. Acesso em: 25 mar. 2026.
INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA (IBGE). Manual Técnico de Geomorfologia. Rio de Janeiro: IBGE, 2009.
JARDIM, A .M. R. F.; JUNIOR, G. M. A.; SILVA, M. J.; MORAIS, J. E. F.; SILVA, T. G. F. Estimativas de perda de solo por erosão hídrica para o município de Serra Talhada, PE. Journal of Environmental Analysis and Progress, v. 2, n. 3, p. 186-193, 2017.
JENSEN, J. R. Sensoriamento remoto do ambiente: uma perspectiva em recursos terrestres. São José dos Campos: Parênteses, 2009.
JOHNSTON, K.; HOEF, J. M. V.; KRIVORUCHKO, K.; LUCAS, N. Using ArcGIS Geostatistical Analyst. Redlands: ESRI Press. 2001.
JUNIOR, B. S. G.; MAGALHÃES, I. A. L.; FREITAS, C. A. A. de.; CECÍLIO, R. A. Análise de técnicas de interpolação para espacialização da precipitação pluvial na bacia do rio Itapemirim (ES). Ambiência, v.8, n.1, p. 61-71. 2012.
SOARES, F. L. da C..; SOBRINHO, J. F. S. Geomorfologia urbana e análise ambiental de Sobral, Ceará, Brasil. William Morris Davis - Revista de Geomorfologia, v. 6, n. 1, p. 48–83, 2025.
LIU, Q. Machine learning crop yield models based on meteorological features and comparison with a process-based model. Artificial Intelligence for the Earth Systems, v. 1, n. 4, p. 1-14, 2022.
MANER, S. B. Factors Affecting Sediment Delivery Rates in the Red Hills Physiographic Area. Transactions American Geophysical Union, v. 39, n. 4, p. 669–675. 1958.
MASIERO, E.; CHRISTOFORO, A. L.; KOWALSKI, L. F.; FERNANDES, M. E. Urban morphology and prediction models of microclimatic phenomena in dry atmospheric context. Revista Brasileira de Climatologia, v. 31, n. 18, p. 259–284, 2022.
MONEGO, M. L. C. D; RAMOS, P.; NEVES, M. V. Avaliação de impacto ambiental de descargas de águas residuais usando uma metodologia geoestatística. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v. 15, n .3, p. 57-69, 2010.
MOURA, L. F. S. Estudo da sedimentação fluvial em decorrência dos processos erosivos em municípios da região do Maciço do Baturité – Ceará. 2024. 113 f. Dissertação (Mestrado em Geografia) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
MOURA, L. F. S.; SOPCHAKI, C. H. Modelagem espacial da erosão por perda de sedimentos para a região da sub-bacia do rio Aracoiaba – Ceará e sua influência no assoreamento dos cursos fluviais. Boletim Paulista de Geografia, v.1, n. 109, p.213-234, 2023.
OZCAN, A. U.; ERPUL, G.; BASARAN, M.; ERDOGAN, H. E. Use of RUSLE/GIS technology integrated with geostatistics to assess soil erosion risk in different land uses of Indagi Mountain Pass–Çankiri, Turkey. Environmental Geology, v. 53, n. 8, p. 1731- 1741. 2008.
PEIXOTO, L. O. M. Análise da relação entre parâmetros socioeconômicos e a poluição em rios urbanos: estudo de caso da bacia do rio Atuba. 2020, 154 f. Dissertação (mestrado em engenharia de recursos hídricos e ambiental) - Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2020.
QUEIROZ, K. B. de.; RIBEIRO, G. do N.; FRANCISCO, P. R. M.; SILVA, V. F.; SANTOS, D. Potencial natural de erosão e limite de tolerância de perdas de solo na bacia hidrográfica do açude do Namorado, Paraíba. Revista GEAMA, v. 7, n. 3, p. 36-48, 2021.
REN, Z.; MA, X.; WANG, K.; LI, Z. Effects of extreme precipitation on runoff and sediment yield in the middle reaches of the Yellow River. Atmosphere, v. 14, n. 1415, p. 1-15, 2023.
RENARD, K. G.; FOSTER, G. R.; WEESIES, G. A.; PORTER, J. P. RUSLE: revised universal soil loss equation. Journal of Soil Water Conservation, v. 46, n. 1, p.30–33, 1991.
RUSSELL, K. L.; VIETZ, G. J.; FLETCHER, T. D. Global sediment yields from urban and urbanizing watersheds. Earth-Science Reviews, v. 168, p. 73–80, 2017.
RUSSELL, K. L.; VIETZ, G. J.; FLETCHER, T. D. Urban sediment supply to streams from hillslope sources. Science of the Total Environment, v. 653, p. 684–697, 2019.
SARTORI, A.; LOMBARDI NETO, F.; GENOVEZ, A. Classificação hidrológica de solos brasileiros para estimativa da chuva excedente com o método do serviço de conservação do solo dos EUA, Parte 1: Classificação. Revista Brasileira de Recursos Hídricos. v. 10, n. 4, p. 5-18, 2005.
SENA, A. M. A. Estudo das técnicas de krigagem ordinária e simulação estocástica por bandas rotativas, um estudo de caso do corpo de minério de Fe-Cu-Au de Sequeirinho. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação), Universidade de São Paulo, São Paulo, 2021.
SILVA, A. M. Rainfall erosivity map for Brazil. Catena, v. 57, p. 251-259, 2004.
SILVA, D. C. C.; ALBUQUERQUE FILHO, J. L.; SALES, J. C. A.; LOURENÇO, R. W. Identificação de áreas com perda de solo acima do tolerável usando NDVI para o cálculo do fator C da USLE. Revista Ra’e Ga - Espaço Geográfico em Análise, v. 42, n. 1, p. 72-85, 2017.
VALERIANO, M. M. Modelo digital de variáveis morfométricas com dados SRTM para o território nacional: o projeto TOPODATA. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 12.; 2005, Goiânia. Anais... Goiânia: Anais do XII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 2005. p. 1-8.
WARRICK, J.A.; BOUNTRY, J.A.; EAST, A. E.; MAGIRL, C. S.; RANDLE, T. J.; RITCHIE, A. C.; PESS, G. R., LEUNG, V.; DUDA, J. J. Large-scale dam removal on the Elwha River, Washington, USA: Source-to-sink sediment budget and synthesis. Geomorphology, v. 246, p. 729-750, 2015.
WILLIAMS, J. R. BERNDT, H. D. Sediment yield prediction based on watershed hydrology. American Society Agriculture Engineering, v. 20, p. 1100-1104. 1977.
WISCHMEIER, W. H.; SMITH, D. D. Predicting rainfall erosion losses - a guide to conservation planning. Washington: USDA - Agricultural Handbook, 1978.
YAMAMOTO, J. K.; LANDIM, P. M. B. Geoestatística: conceitos e aplicações. São Paulo: Oficina de Textos. 2013.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Luis Felipe Santos Moura, Carlos Henrique Sopchaki
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos:
- Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution BY-NC-SA que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.
- Autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista. A licença adotada enquadra-se no padrão CC-BY-NC-SA.
- Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto antes ou durante o processo editorial, já que isso pode gerar alterações produtivas, bem como aumentar o impacto e a citação do trabalho publicado (Veja O Efeito do Acesso Livre).
