Methodological proposal for mapping vulnerability to erosion: application in the Santa Maria River hydrographic basin, RS

Authors

DOI:

https://doi.org/10.11606/eISSN.2236-2878.rdg.2023.197776

Keywords:

Elements of geomorphons, Erosivity, GIS

Abstract

The spatialization of natural and anthropic physical information in hydrographic basins provides a systemic understanding of the unit and the development of planning strategies in the face of erosive processes. Therefore, the objective of this research is to propose a method of mapping the vulnerability to erosion for the Santa Maria River Basin (BHRSM), located in southwestern Rio Grande do Sul. The study area was chosen because it presents the development of erosive features documented by other authors. The methodology involved assigning weights to the data variables of geology, soils, land use, rainfall erosivity and Geomorphons elements and subsequent crossing in a GIS environment. The model demonstrated that the BHRSM has a natural vulnerability to erosion due to the presence of friable sedimentary rocks. However, overgrazing in the portion occupied by cattle has increased soil degradation and fostered sediment transport. In addition, the introduction of soybeans provides soil exposure at certain times of the year, causing erosion. The model indicated, in an unprecedented way, the association of the portions with the highest presence of erosive features to the highest average annual rainfall erosivity in the BHRSM. The model also had the advantage of the possibility of changing the vulnerability class due to the variation in erosivity and land use, data that show annual changes in the BHRSM. Bearing in mind the situation of vulnerability to erosion, it is necessary to develop management strategies, especially for grassland formation and temporary crops, in order to minimize the damage caused by erosion.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

  • Carina Petsch, Universidade Federal de Santa Maria

    Possui graduação em Geografia (Bacharelado) pela Universidade Estadual de Maringá (2011), mestrado em Geografia pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2014) e doutorado em Geografia pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2018). Atuou como professora colaboradora da UNIOESTE, campus Francisco Beltrão, no período de 05/2018 a 03/2019. Tem experiência na área de Geociências, com ênfase em Geografia Física, atuando principalmente nos seguintes temas: Antártica, monitoramento de geleiras, Ensino Polar, Geomorfologia glacial, Sensoriamento Remoto e Cartografia escolar. Atua como pesquisadora no Laboratório de Geologia Ambiental (LAGEOLAM) da UFSM, Laboratório de Ensino e Pesquisas em Geografia e Humanidades (LEPGHU) e Centro Polar e Climático (CPC) da UFRGS. Atualmente é professora adjunta da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) atuando na área de Geografia Física, Ensino e Cartografia.

  • Anderson Augusto Volpato Sccoti, Universidade Federal de Santa Maria

    Bacharel em Geografia, formado na Universidade Federal de Santa Maria. Mestre em Geografia pela UFSM, área de concentração: Análise Ambiental e Dinâmica Espacial, linha de pesquisa Meio Ambiente, Paisagem e Qualidade Ambiental. Doutor em Geografia pelo Programa de Pós-Graduação em Geografia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, área de concentração: Análise Ambiental. Pós-Doutorado junto ao Programa de Pós-Graduação em Geografia da Universidade Federal de Rondônia. Tem experiência em Geoprocessamento e Análise Ambiental. Trabalha com Geociências e Cartografia Temática, com ênfase em: mapeamentos Pedológicos, Geológicos, Geomorfológicos, Geoambientais e identificação de áreas com risco Geológico-Geomorfológico. Professor Adjunto A do Departamento de Geociências da Universidade Federal de Santa Maria.

  • Romario Trentin, Universidade Federal de Santa Maria

    Possui Graduação em Geografia Licenciatura pela Universidade Federal de Santa Maria (2004), Mestrado em Geografia pela Universidade Federal de Santa Maria (2007) e Doutorado em Geografia pela Universidade Federal do Paraná (2011). Pós-Doutorado em Geografia pela Le Mans Université, França (2021) pelo PrInt - Programa de Institucional de Internacionalização. Atualmente é professor titular do Departamento de Geociências, do Programa de Pós-Graduação em Geografia da Universidade Federal de Santa Maria. Tem experiência na área de Geociências, com ênfase em Geotecnologias, atuando principalmente nos seguintes temas: Bacia Hidrografica, Arenização, Geomorfologia, Uso e Ocupação da Terra, Caracterização Geoambiental e Áreas de Risco.

  • Luís Eduardo de Souza Robaina, Universidade Federal de Santa Maria

    Possui graduação em Geologia pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos (1984), mestrado em Geociências pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1990), doutorado em Geociências pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1999) e Pós-Doutorado na Universidade do Porto, Portugal e na Universidade du Maine, Le Mans/França. Atualmente é professor/pesquisador colaborador do programa de pós-graduação em geografia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e professor titular da Universidade Federal de Santa Maria, do curso de geografia e do programa de Pós-graduação em geografia e geociências. Coordena o Grupo de Pesquisa do CNPq LAGEOLAM organizado em 1995.Tem experiência na área de Geociências, com ênfase em estudos geomorfológicos, geoambientais e de desastres naturais.

References

ALMAGRO, A.; OLIVEIRA, P.T. S.; NEARING, M. A.; HAGEMANN, S. Projected climate change impacts in rainfall erosivity over Brazil. Nature - Scientific Reports, n. 7, p. 1-12, 2017. DOI: 10.1038/s41598-017-08298-y

AMBUS J.V.; REICHERT, J.M; GUBIANI, P.I.; FACCIO CARVALHO, P. C. Changes in composition and functional soil properties in long-term no-till integrated crop-livestock system. Geoderma, n. 330, p. 232-243, 2018. DOI: 10.1016/j.geoderma.2018.06.005

ARABAMERI, A.; PAL, S. C.; COSTACHE, R.; SAHA, A.; REZAIE, F.; DANESH, A. S.; PRADHAN, B.; LEE, S.; HOANG, N. Prediction of gully erosion susceptibility mapping using novel ensemble machine learning algorithms. Geomatics, Natural Hazards and Risk, n. 12:1, p. 469-498, 2021. DOI: 10.1080/19475705.2021.1880977

BALLABIO, C., et al. Mapping monthly rainfall erosivity in Europe. Science of The Total Environment, 579, p. 1298-1315, 2017. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2016.11.123

BAZZANO, M. G. P.; ELTZ, F. L. F.; CASSOL, E. A. Erosivity, rainfall coefficient and patterns and return period in Quaraí, RS, Brazil. Revista Brasileira de Ciência do Solo, n. 31, p. 1205–1217, 2007. DOI: 10.1590/S0100-06832007000500036

BERTONI, J.; LOMBARDI NETO, F. Conservação do solo. 5 eds. Editora Ícone: São Paulo, 355p.; 2012.

BORRELLI, P.; ROBINSON, D.A.; FLEISCHER, L.R.; LUGATO, E.; BALLABIO, C.; ALEWELL. C.; MEUSBURGER, K.; MODUGNO, S.; SCHUTT, B.; FERRO, V.; BAGARELLO, V.; OOST, K.V.; MONTANARELLA, L.; PANAGOS, P. An assessment of the global impact of 21st century land use change on soil erosion. Nature, n. 8, p. 1-13, 2017. DOI: 10.1038/s41467-017-02142-7

CABRAL, T. L.; NUMMER, A. V.; BATEIRA, C. V. DE M. Indicadores morfométricos como suporte para a classificação de voçorocas em sub-bacias hidrográficas no município de Cacequi, RS. Revista Brasileira Geomorfologia, v. 21, n.1, p. 139-154, 2020. DOI: 10.20502/rbg.v21i1.1670

CARVALHO, C. M.; BERNARDI, E. S.; FANTINEL, R. A.; FELDKIRCHER, T.; CRUZ, R. C. Fragilidade Ambiental frente ao Uso do Solo do Alto Camaquã, RS. Revista de Geografia (Recife), v. 37, n. 1, 2020. DOI: 10.51359/2238-6211.2020.236352.

CRAWSHAW, D.; DALL´AGNOL, M.; CORDEIRO, J. L. P.; HASENACK, H. Caracterização dos campos sul-rio-grandenses: uma perspectiva da ecologia da paisagem. Boletim Gaúcho de Geografia, v. 33, p. 233-252, 2007.

CREPANI, E.; MEDEIROS, J. S. DE; HERNANDEZ FILHO, P.; FLORENZANO, T. G.; DUARTE, V.; BARBOSA, C. C. F. Sensoriamento Remoto e Geoprocessamento Aplicados ao Zoneamento Ecológico-Econômico e ao Ordenamento Territorial. São José dos Campos, 2001. Disponível em: http://sap.ccst.inpe.br/artigos/CrepaneEtAl.pdf

CUNHA, H. N. DA; FILIPPINI ALBA, J. M.; MIURA, A. K.; SALDANHA, D. L. Análise da suscetibilidade à erosão da Bacia Hidrográfica do Alto Camaquã (RS). Caminhos De Geografia, n. 19(65), p. 16–28, 2018. DOI: 10.14393/RCG196502

DROOGERS, P.; KITE G. Remotely sensed data used for modelling at different hydrological scales. Hydrological Process, n. 16(8), p. 1543–1556, 2002. DOI: 10.1002/hyp.1019

DUBE, F.; NHAPI, I.; MURWIRA, A.; GUMINDOGA, W.; GOLDIN, J.; MASHAURI, D. Potential of weight of evidence modelling for gully erosion hazard assessment in Mbire District–Zimbabwe. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. n. 67–69, p. 145–152, 2014. DOI: 10.1016/j.pce.2014.02.002

FAROQI, H.; SADEGHI-NIARAKI, A. GIS-based ride-sharing and DRT in Tehran city. Public Transport, n. 8(2), p. 243–260, 2016. DOI: 10.1007/s12469-016-0130-2

GHORBANZADEH, O.; SHAHABI, H.; MIRCHOOLI, F.; KAMRAN, K. V.; LIM, S.; ARYAL, J.; JARIHANI, B.; BLASCHKE, T. Gully erosion susceptibility mapping (GESM) using machine learning methods optimized by the multi‑collinearity analysis and K-fold cross-validation, Geomatics, Natural Hazards and Risk, n. 11:1, p. 1653-1678, 2020. DOI: 10.1080/19475705.2020.1810138

HASENACK, H.; WEBER, E. J.; VÉLEZ-MARTIN, E.; HOFMANN, G. S.; DEWES, H. Bioma Pampa: oportunidades e desafios de pesquisa para o desenvolvimento sustentável. In: Vilela, E. F.; Callegaro, G. M.; Fernandes, G. W. Biomas e agricultura: oportunidades e desafios. Rio de Janeiro: Vertente edições, 304 p., p. 123-140, 2019.

JASIEWICZ, J.; STEPINSKI, T. F. Geomorphons — a pattern recognition approach to classification and mapping of landforms. Geomorphology, v. 182, p. 147-156, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2012.11.005.

KOURGIALAS, N. N.; KOUBOURIS, G. C.; KARATZAS, G. P.; METZIDAKIS, I. Assessing water erosion in Mediterranean tree crops using GIS techniques and field measurements: the effect of climate change. Natural Hazards, n. 83, p. 65-81, 2016. DOI: 10.1007/s11069-016-2354-5

LI, Z.; FANG, H. Impacts of climate change on water erosion: A review. Earth-Science Reviews, 163, p. 94-117, 2016. DOI:10.1016/j.earscirev.2016.10.004

MAURYA, S.; SRIVASTAVA, P. K.; YADUVANSHI, A.; ANAND, A.; PETROPOULOS, G. P.; ZHUO, L.; MALL, R. K. Soil erosion in future scenario using CMIP5 models and earth observation datasets. Journal of Hydrology, v. 594, 2021. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2020.125851.

MENGUE, V. P; FREITAS, M. W. D. DE; SILVA, T. S.; FONTANA, D. C.; SCOTTÁ, F. C. Land-use and land-cover change processes in Pampa biome and relation with environmental and socioeconomic data. Applied Geography, n. 125, p. 1–12, 2020. DOI: 10.1016/j.apgeog.2020.102342

NABINGER, C.; FERREIRA, E. T.; FREITAS, A. K.; CARVALHO, P. C. DE F.; SANT’ANNA, D. M. Produção Animal com base no campo nativo: aplicação de resultados de pesquisa. In: PILLAR, V. DE P.; MULLER, S. C.; CASTILHOS, Z. M. DE S.; JACQUES, A. V. Á. Campos Sulinos—conservação e uso sustentável da biodiversidade, Ministério do Meio Ambiente, Brasil, 2009. p. 175-198.

NHU, V-H. et al. GIS-based gully erosion susceptibility mapping: a comparison of computational ensemble data mining models. Applied Sciences, n. 10(6), p. 2039, 2020.

OLIVEIRA, L. C; BERTOL, I.; CAMPOS, M. L; MECABÔ JÚNIOR, J. Erosão hídrica em plantio de pinus, em estrada florestal e em campo nativo. Floresta, n. 44, p. 239-248, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.5380/rf.v44i2.31373.

OLIVEIRA, P. T. S.; WENDLAND, E.; NEARING, M. A. Rainfall erosivity in Brazil: a review. CATENA, n. 100, p. 139-147, 2013. DOI: 10.1016/j.catena.2012.08.006

OVERBECK, G. E.; MULLER, S. C,; FIDELIS A.; PFADENHAUER, J.; PILLAR, V. DE P.; BLANCO, C. C.; BOLDRINI, I. I.; BOTH, R.; FORNECK, E. D. Os campos sulinos: um bioma negligenciado. In: PILLAR, V. DE P.; MULLER, S. C.; CASTILHOS, Z. M. DE S.; JACQUES, A. V. Á. Campos Sulinos—conservação e uso sustentável da biodiversidade, Ministério do Meio Ambiente, Brasil, 2009. p. 101-121.

OVERBECK, G. E.; MULLER, S. C.; FIDELIS, A.; PFADENHAUER, J.; PILLAR, V. D.; BLANCO, C. C.; BOLDRINI, I.; BOTH, R.; FORNECK, E. Brazil's neglected biome: The South Brazilian Campos. Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics, v. 9, n. 2, p. 101-116, 2007.

PANAGOS, P.; IMESON, A.; MEUSBURGER, K.; BORRELLI, P.; POESEN, J.; ALEWELL, C. Soil conservation in Europe: wish or reality? Land Degradation & Development, n. 27, p. 1547-1551, 2016. DOI: 10.1002/ldr.2538.

PETSCH, C.; SANCHES, F. DE O.; SCCOTI, A. A. V.; TRENTIN, R.; ROBAINA, L. E. DE S.; AMARAL, E. C. do. Erosividade da bacia hidrográfica do rio Santa Maria (RS): tendências e espacialização. Boletim de Geografia, v. 39, p. 348-368. 2022. DOI: 10.4025/bolgeogr.v39.a2021.e61231

RADEMANN, L. K.; TRENTIN, R.; ROBAINA, L. E. de S. Relação das variáveis ambientais com os processos erosivos no município de Cacequi, Rio Grande do Sul. Revista Geoaraguaia. v. 8 n. 2, 2018.

RAZAVI-TERMEH, S. V.; SADEGHI-NIARAKI, A. CHOI, S. M. Gully erosion susceptibility mapping using artificial intelligence and statistical models. Geomatics, Natural Hazards and Risk, n. 11:1, p. 821-844, 2020. DOI: 10.1080/19475705.2020.1753824

REICHERT, J.M.; AMADO, T.J.C.; REINERT, D.J.; RODRIGUES, M.F.; SUZUKI, L.E.A.S. Land use effects on subtropical, sandy soil under sandyzation/desertification processes. Agriculture, Ecosystems & Environment, n. 233, p. 370-380, 2016. DOI: 10.1016/j.agee.2016.09.039

RIBEIRO, S.; MOREIRA, L. F. B; OVERBECK, G. E.; MALTCHIK, L. Protected Areas of the Pampa biome presented land use incompatible with conservation purposes. Journal of Land Use Science, n. 16:3, p. 260-272, 2021. DOI: 10.1080/1747423X.2021.1934134

ROBAINA, L.E.S.; TRENTIN, R.; LAURENT, F; SCCOTI, A. A. V. Zoneamento morfolitológico da bacia hidrográfica do rio Ibicuí e sua relação com processos superficiais e o uso do solo. Revista Brasileira de Geomorfologia, v. 16, n. 1, p. 63-77, 2015. DOI: 10.20502/rbg.v16i1.630.

ROESCH, L. F. W.; VIEIRA, F. C. B.; PEREIRA, V. A.; SCHUNEMANN, A. L.; TEIXEIRA, I. F., SENNA, A. J. T.; STEFENON, V. M. The Brazilian Pampa: A Fragile Biome. Diversity. n. 1(2), p. 182-198, 2009. DOI: 10.3390/d1020182.

ROSSATO, M. S. Os climas do Rio Grande do Sul: variabilidade, tendências e tipologia. 2011. Tese (Doutorado em Geografia) Programa de Pós-Graduação em Geografia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. 2011.

ROVANI, F. F. M.; VIERA, M. Vulnerabilidade Natural do Solo de Silveira Martins-RS. Floresta e Ambiente, v. 23(2), p. 151-160, 2016. DOI: 10.1590/2179-8087.125614.

SANCHES, F.; VERDUM, R.; FISCH, G.; GASS, S.L.B.; ROCHA, V.M. Extreme rainfall events in the Southwest of Rio Grande do Sul (Brazil) and its association with the Sandization process. American Journal of Climate Change, v. 8, p. 441-453, 2019. DOI: 10.4236/ajcc.2019.84024

SARTORI, M.; PHILIPPIDIS, G.; FERRARI, E.; BORRELLI, P.; LUGATO, E.; MONTANARELLA, L.; PANAGOS, P. A linkage between the biophysical and the economic: Assessing the global market impacts of soil erosion. Land Use Policy, n. 86, p. 299-312, 2019. DOI: 10.1016/j.landusepol.2019.05.014.

SCCOTI, A. A. V. Estudo e zoneamento geoambiental com auxílio de sig na bacia hidrográfica do Rio Santa Maria: sudoeste do Estado do Rio Grande do Sul. 2017. Tese (Doutorado em Geografia) Programa de Pós-Graduação em Geografia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. 2017.

SENSOY, H.; KARA, O. Slope shape effect on runoff and soil erosion under natural rainfall conditions IForest, n. 7, p. 110-114, 2014. DOI: 10.3832/ifor0845-007

SIMÕES, M.; BECKER, B.; EGLER, C.; MIRANDA, M.; ORLEANS E BRAGANÇA, P. C.; SANTOS, U. P.. Metodologia para elaboração do Zoneamento Ecológico-Econômico em áreas com grande influência antrópica. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 1999.

SOUZA, C. M. JR. et al. Reconstructing three decades of land use and land cover changes in Brazilian biomes with Landsat archive and Earth Engine. Remote Sensing, n. 12(17), p. 2735, 2020. DOI: 10.3390/rs12172735.

SPROL, C.; ROSS, J. L. S. Análise comparativa da fragilidade ambiental com aplicação de três modelos. GEOUSP Espaço e Tempo, São Paulo, n. 15, p. 39-49, 2004. DOI: 10.11606/issn.2179-0892.geousp.2004.123868

STRECK, E. V.; KÄMPF, N.; DALMOLIN, R. S. D.; KLAMT, E.; NASCIMENTO, P. C.; SCHNEIDER, P.; GIASSON, E.; PINTO, L. F. S. Solos do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: UFRGS, 222 p., 2008.

THOMAZ, E. L.; DIAS, W. A. Bioerosão - evolução do rebanho bovino brasileiro e implicações nos processos geomorfológicos. Revista Brasileira de Geomorfologia, v. 10, n. 2, 2009. DOI: 10.20502/rbg.v10i2.125.

VALENTE, M. L.; RECIHERT, J. M.; CAVALCANTE, R. B. L.; MINELLA, J. P. G.; EVRARD, O.; SRINIVASAN, R. Afforestation of degraded grasslands reduces sediment transport and may contribute to streamflow regulation in small catchments in the short-run. CATENA, v. 204, 105371, 2021. DOI: 10.1016/j.catena.2021.105371

WEI, S.C.; ZHANG, X.P.; MCLAUGHLIN, N.B.; CHEN, X.W.; JIA, S.X.; LIANG, A.Z. Impact of soil water erosion processes on catchment export of soil aggregates and associated SOC. Geoderma, 294, 63-69, 2017. DOI: 10.1016/j.geoderma.2017.01.021

WISCHMEIER, W. H.; SMITH, D. D. Predicting Rainfall Erosion Losses: A Guide to Conservation Planning. Agriculture Handbook No. 537. USDA/Science and Education Administration, U.S. Govt. Printing Office, Washington, 1978.

WILDNER, W; RAMGRAG, G. E.; LOPES R. C.; IGLESIAS, C. M. F. Mapa Geológico do Estado do Rio Grande do Sul. Escala 1:750000. CPRM, Serviço Geológico do Brasil. Porto Alegre, RS. 2006.

ZHU, Q.; YANG, X.; JI, F.; LIU, D. L.; YU, Q. Extreme rainfall, rainfall erosivity, and hillslope erosion in Australian Alpine region and their future changes. International Journal of Climatology, n. 40, p. 1-15, 2019. DOI: 10.1002/joc.6266

Published

2023-05-16

Issue

Section

Artigos

How to Cite

Petsch, C., Sccoti, A. A. V. ., Trentin, R. ., & Robaina, L. E. de S. . (2023). Methodological proposal for mapping vulnerability to erosion: application in the Santa Maria River hydrographic basin, RS. Revista Do Departamento De Geografia, 43, e197776 . https://doi.org/10.11606/eISSN.2236-2878.rdg.2023.197776