Nesta tempestade, a chuvada (com precipitações entre cerca de 150 a 300 mm) teve uma duração de aproximadamente 20 horas estando as zonas mais afectadas localizadas nas bacias hidrográficas das ribeiras de S. João, St. Luzia e João Gomes. Estas bacias têm a foz na baixa do Funchal e perfazem uma área total de cerca de 42 km².

Elevadas quantidades de sedimentos e detritos foram depositados, na baixa e frente litoral do Funchal, tendo as águas costeiras ficado carregadas de sedimentos durante, pelo menos, mais de uma semana. Mais de 300 000 m³ de detritos foram removidos dos arruamentos e zona marginal e a estimativa global de material erodido e transportado foi superior a 1 200 000 t (Almeida et al., 2010).

Abordagem ao problema

No presente estudo optou-se pelo uso da metodologia da RUSLE, com relevância à obtenção dos valores de R, distribuídos espacial e temporalmente, para o acontecimento e para vários anos.

Em termos de dados disponíveis, a estação meteorológica do Funchal-Observatório é a única com registos de precipitação com 10 minutos de discriminação (nos últimos 10 anos), que permite o cálculo da erosividade, por chuvada, em base diária e mensal e para um período relativamente longo. Esta estação dispõe também de registos horários para mais de 20 anos e os registos diários existem desde a década de 1930.

Recentemente, foram instaladas estações meteorológicas automáticas, em locais com altitudes mais elevadas, mas, o número de anos de dados com a discriminação de 10 minutos não excede, no geral, mais que 2 a 4 anos. Devido à escassez de dados, foram desenvolvidas correlações para estimativa de erosividade para períodos maiores e para a avaliação da erosividade em outros locais.

A metodologia estabelecida permitiu o cálculo do parâmetro de erosividade RUSLE numa base anual e por acontecimentos (chuvadas de Wischmeier), na Madeira, tendo sido efectuadas comparações com as estimativas anteriores obtidas para Portugal Continental. A maior parte destas estimativas resultaram dos dados da estação de Vale Formoso (CEEVF) e de mais alguns registos obtidos para a região de Lisboa. Os dados permitiram o estabelecimento de relações regionais anuais do parâmetro de erosividade da precipitação (RUSLE) em função da precipitação anual, para diferentes regiões de Portugal, nomeadamente:

onde, P e R representam as grandezas anteriormente descritas.

A comparação com as equações e estimativas obtidas para Portugal Continental mostram que existe uma forte dependência das características globais da região, designadamente: geografia/ morfologia, condições climáticas, precipitação média anual, número de dias de precipitação e o valor do índice de concentração da precipitação.

As estimativas mostram sempre melhor ajustamento quando são obtidas a partir de dados de estações próximas da região e com características semelhantes. Também, a qualidade das estimativas foi sempre melhor quando se partiu de dados diários para mensais ou, de dados mensais para valores anuais.

O procedimento mostrou grande robustez e eficácia pelo que, a partir destes estudos se desenvolveu uma proposta metodológica (Coutinho e Antunes, 2011) para lidar com casos de escassez de dados.

Material e métodos

Modelação da Erosão Hídrica (Equação EUPSR)

A Equação Universal da Perda de Solo Revista (EUPSR / RUSLE - Revised Universal Soil Loss Equation) (Wischmeier e Smith, 1978; Renard et al. 1997) foi a metodologia adoptada para a análise e avaliação do processo erosivo, em particular para o cálculo do parâmetro de erosividade da precipitação. No entanto, a questão principal colocada foi a determinação dos valores distribuídos de R, tanto por chuvada como em base anual.

A RUSLE constitui uma ferramenta muito adequada para a estimativa e modelação da erosão hídrica, a nível local e para planeamento. A equação é traduzida pela expressão:

onde:

E - perda de solo por erosão hídrica (distribuída) (t. ha. ano ^-1);

R - erosividade da precipitação (MJ. mm. h ^-1. ha ^-1. ano ^-1);

K - erodibilidade do solo (t. h . MJ ^-1 . mm ^-1);

C - factor de coberto vegetal (adimensional);

P - factor de prática agrícola e conservação (adimensional).

O parâmetro de erosividade da precipitação ou, de Wischmeier, traduz o efeito da energia cinética da precipitação no solo, em que a sua estimativa resulta de um processo de cálculo complexo (Renard et al. 1997).

A erosividade R (ou EI₃₀) representa o valor, para a chuvada ou para o ano, da energia cinética da precipitação multiplicado pelo valor da intensidade máxima da chuva, em 30 minutos, calculado para todas as chuvadas do período (em MJ. mm. h ^-1. ha ^-1).

O valor de R (R_a ou R_méd) resulta da soma ou média de valores obtidos, para o período de referência (ano, em geral). Os valores são obtidos por aplicação das fórmulas:

onde:

R_méd - erosividade anual média;

E.I₃₀ - erosividade de Wischmeier (para cada chuvada j);

n - n.º de anos no período;

m - n.º de chuvadas no ano i.

sendo, a erosividade para cada chuvada obtida por:

em que, para I_k = 76 mm. h ^-1

e, para I_k > 76 mm. h ^-1

e_k - energia cinética da chuva, com intensidade constante, por mm de precipitação (MJ.mm^-1.ha^-1);

q - n.º períodos de chuva, com intensidade constante I_k;

p_k - precipitação no período k (mm);

I_k - intensidade da chuva no período k (mm. h^-1);

I₃₀ - intensidade máxima da chuva em 30 minutos, para a chuvada j (mm. h^-1).

Devido à morosidade e cuidado a ter no processo de cálculo, a forma mais simples para a aplicação da metodologia resulta no estabelecimento de relações regionais, em base anual, através de uma equação de regressão simples (Coutinho e Tomás, 1993; Mannaerts e Gabriels, 2000; Nazareno, 2004; Silva, 2004), do tipo:

onde:

P - precipitação média anual (mm. ano ^-1)

a, b - parâmetros dependentes das características climáticas da região.

Como em muitos casos não existem dados suficientes para a estimativa do parâmetro de erosividade de precipitação R de Wischmeier considerou-se necessário estabelecer as relações entre este parâmetro e o Índice Modificado de Fournier (Arnoldus, 1977). Para a sua determinação foi seguida a formulação adoptada por Lujan e Gabriels (2005).

Dados Disponíveis

A ilha da Madeira detém, actualmente, uma rede relativamente densa, de estações climáticas e postos meteorológicos, a maioria automática, pertencentes a instituições oficiais e privadas, a maior parte estabelecida recentemente (Almeida et al., 2010).

Grande parte dos postos tem períodos de recolha de dados inferiores a 5 anos, dos quais poucos com discriminação de 10 minutos, ou inferior, e somente dois com registos superiores a 10 anos.

Para Portugal Continental dispõe-se, também, de uma boa rede de Estações Climáticas e Postos Meteorológicos, que pertencem, maioritariamente, ao Instituto Português do Mar e da Atmosfera (ex-Instituto de Meteorologia) e à Agência Portuguesa do Ambiente (ex-INAG), que detém elevados padrões de qualidade.

Até ao princípio do ano 2000 foram usados basicamente os dados do Centro Experimental de Vale Formoso (CEEVF), que iniciou o seu funcionamento em meados da década de 1960, além de que se dispôs de outros dados e registos, obtidos com equipamento próprio em outros locais de estudo.

Se, em Portugal, tivesse sido reconhecido o interesse estratégico da investigação sobre erosão hídrica teria sido possível dispor actualmente de mais dados e informação mais consolidada sobre a erosividade da precipitação, dados fundamentais para a avaliação de riscos de erosão e de outros parâmetros ambientais, nomeadamente a degradação ambiental e a desertificação.

O estudo apresentado desenvolve unicamente relações obtidas com os anos mais recentes de dados, com descriminação de 10 min para o posto Funchal-Observatório.

Resultados e discussão

Os valores para o parâmetro da erosividade da precipitação - R - têm vindo a ser calculados para os acontecimentos erosivos de precipitação na ilha da Madeira de acordo com a metodologia de Wischmeier, nomeadamente para a tempestade do dia 20 de Fevereiro de 2010.

Devido à escassez de dados foi necessário estabelecer uma metodologia baseada em correlações entre parâmetros calculados e dados obtidos, de forma a permitir a estimativa da erosividade noutros períodos e noutras localizações.

Para além do estabelecimento destas correlações da erosividade, para diferentes localizações, não se efectuaram correlações da precipitação nem da erosividade com a altitude.

Correlações com a Erosividade

Como se referiu anteriormente, devido à escassez de dados foi necessário estabelecer uma metodologia baseada em correlações entre parâmetros calculados e dados obtidos.

Com base nos elementos calculados a partir dos registos do Funchal-Observatório, com a discriminação de 10 minutos, na sua extrapolação para todo o período de registos e, seguidamente, para a sua extrapolação para outros postos da ilha, foram estabelecidas as correlações apresentadas em seguida.

Observou-se que sequências de dias chuvosos com quantidades de precipitação de 35 a 40 mm (P_10s) pertenciam, em geral à mesma chuvada de Wischmeier.

A regressão preliminar entre a erosividade mensal R_m, a precipitação mensal, de dias com precipitação superior a 10,0 mm, P_10ms e o número de dias de precipitação superior a 10,0 mm, d_10s obtida para a Madeira é dado pela seguinte expressão, com r² ˜ 0,93.

Uma regressão semelhante foi, anteriormente, determinada para o Algarve (Loureiro e Coutinho, 2001), nomeadamente:

Considera-se, no entanto, que o esforço e cuidado suplementar para o processamento duma regressão múltipla deste tipo não compensa o esforço face ao diminuto valor acrescentado obtido.

Considera-se que a correlação através do Índice de Fournier Modificado constitui a melhor metodologia, quando não estão disponíveis valores de precipitação diária.

Foi analisada a relação entre a erosividade anual, R_a, e o Índice de Fournier Modificado anual, IF_Ma, mas, as correlação obtidas em termos anuais conduziram a estimativas de baixo rigor, uma vez que o coeficiente de determinação, r² é geralmente inferior a 0,7. As equações obtidas são as seguintes:

ou,

Com base nas correlações estabelecidas e numa fase preliminar dos estudos em que não foram ainda processados todos os dados, a metodologia desenvolvida permitiu o cálculo do parâmetro de erosividade da RUSLE em base anual e por acontecimento, para a ilha da Madeira. Para a região do Funchal, foi obtida a relação, com r² ˜ 0,82.

onde, R_a e P_a representam as grandezas anteriormente descritas.

Face à concordância dos resultados com dados e equações regionais semelhantes, obtidas para outras regiões de Portugal, considera-se que a abordagem desenvolvida é consistente, podendo ser extrapolada para regiões climáticas homogéneas, em base anual ou para outros períodos.

Conclusões

A partir de estudos de erosividade da precipitação, recentemente elaborados para a ilha da Madeira e considerando outros estudos anteriores, podem ser apresentadas as seguintes conclusões, com carácter preliminar:

a) Observaram-se muito boas relações entre o parâmetro de erosividade de Wischmeier R_W e o valor da precipitação P_W para cada chuvada, bem como entre os valores da chuvada de Wischmeier P_W e a precipitação, para dias com mais de 10 mm de chuva (precipitação erosiva) P_10s (sequencialmente acoplados);

b) Obtiveram-se boas a muito boas relações entre erosividade mensal de Wischmeier R_Wm e a precipitação mensal P_Wm e P_10sm - precipitação mensal erosiva;

d) A relação entre a erosividade mensal R_Wm e o valor mensal do Índice de Fournier Modificado IF_Mm é significativamente melhor do que as relações mensais com P_Wm ou P_10sm. Esta conclusão considera-se importante, particularmente para a extrapolação da metodologia a outros locais onde não existam dados de pormenor;

e) Anualmente, as relações entre a erosividade anual R_a e os valores anuais do Índice de Fournier Modificado IF_Ma, ou da precipitação anual P_a não são boas, pelo que é aconselhável a obtenção das estimativas anuais, por adição de valores mensais;

f) Para fins de planeamento é reconhecida a vantagem de estabelecer e dispor de relações regionais do tipo R = a . P - b, porque estas são de simples aplicação.

O procedimento desenvolvido mostrou boa robustez e consistência que justificou a apresentação da proposta de metodologia para aplicação em casos de escassez de dados. Refere-se, todavia, que a sua aplicação a regiões de extensão elevada deva ser efectuada com as necessárias precauções e unicamente em situações de homogeneidade climática, o que geralmente implica que a área abrangida não ultrapasse 5 000 a 10 000 km². Reconhece-se, a necessidade de aprofundar ainda o trabalho, para melhorar e optimizar a metodologia desenvolvida.

Referências Bibliográficas