Estimativa da profundidade do solo e seu efeito na modelagem de escorregamentos

Abstract

Diversos fenômenos hidrogeomorfólógicos, tais como os escorregamentos, fluxos de detritos e inundações, dependem diretamente da distribuição espacial da profundidade do solo. Justamente por isso, a profundidade do solo é uma variável de extrema importância em inúmeros estudos ambientais, tais como a modelagem hidrológica, geomorfológica ou de estabilidade de encostas. Entretanto, atualmente, as metodologias para definir a distribuição espacial deste parâmetro nas encostas são escassas. As metodologias existentes para estimativa da profundidade do solo podem ser divididas em: (i) métodos de campo e (ii) matemáticos. Os métodos de campo são capazes de realizar esta tarefa de maneira pontual ou em áreas de reduzidas dimensões, além de demandarem grande tempo e esforço. Os métodos matemáticos têm a capacidade de definir uma distribuição espacial para a profundidade do solo sobre grandes áreas, porém, na maioria das vezes, as metodologias são aplicáveis apenas para casos específicos. Assim, o presente trabalho tem por objetivo propor uma nova metodologia, através de modelagem fisicamente embasada, para estimativa da máxima profundidade do solo das encostas, com a finalidade de aperfeiçoar a modelagem de escorregamentos. Para isso, foi utilizada uma abordagem baseada em um modelo de estabilidade de encosta infinita, combinado a um modelo hidrológico de estado uniforme. Através desta metodologia foi possível estabelecer a distribuição da profundidade máxima do solo das encostas da bacia do arroio Jaguar, em Alto Feliz-RS, considerando os padrões de distribuição da umidade do solo relacionados àquelas estações chuvosas que não foram capazes de deflagrar escorregamentos. O modelo construído foi chamado de Modelo de Estimativa da Máxima Profundidade do Solo (MEMPS). Dados de campo foram coletados para aplicação e verificação do desempenho do modelo proposto. O mapa de profundidade do solo das encostas elaborado com o MEMPS foi utilizado no modelo de escorregamentos (TRIGRS), juntamente com outros mapas de profundidade do solo elaborados com diferentes metodologias. Através da comparação do resultado da modelagem foi verificada a influência da adoção de diferentes padrões de distribuição espacial da profundidade do solo na modelagem de escorregamentos. Cicatrizes de escorregamento foram utilizadas para esta verificação através do cálculo de dois índices tradicionalmente utilizados na avaliação do desempenho de modelos de estabilidade de encostas e mais dois novos índices temporais propostos pelo presente trabalho. Os resultados mostraram que a utilização da distribuição da profundidade do solo calculada a partir do MEMPS na modelagem de escorregamentos gera informações de estabilidade de encostas mais realistas, tanto em termos espaciais quanto temporais.

Many hydrogeomorphologic phenomena, such as landslides, debris flows and floods, are strongly dependent on the soil depth distribution. Therefore, the soil depth is an important variable in innumerous environmental studies, such as hydrolological, geomorphological and slope stability modelling. However, nowadays there is a scarcity in the methodologies to define the spatial distribution of this parameter on the slopes. The existing methodologies to define soil depth can be divided in (i) field methods and (ii) mathematical methods. The field methods are able to determine soil depth only locally or over a reduced extension area, and, furthermore, it demands so much time and effort that is not very easy to execute these methods. Though the mathematical methods are capable to determine soil depth distribution over large areas, they are usually applicable only to specific cases. Thus, the present work aimed to propose a new methodology to define the spatial distribution of the maximum soil depth on the slopes, with physically based modelling which is used on landslides analysis. Thereunto, it was utilized an approach based on an infinite slope stability theory combined with a steady state hydrological theory. Thus, it was possible to define the maximum soil depth distribution of the Jaguar creek basin’s slopes, Alto Feliz/RS/Brazil. The methodology took into account the wetness of the soil related to a intense rainy season which was not capable to trigger landslides. The model proposed by the present work was called Modelo de Estimativa da Profundidade do Solo (MEMPS). Field data were collected to apply and verify the model performance. The soil depth map elaborated with MEMPS was used in the landslide model (TRIGRS) together with other soil depth distribution maps elaborated based on other methodologies. The comparision between the results verified the influence of the soil depth distribution on slope stability analysis. Landslide scars were used to this verification through the calculation of two traditional indexes as well as two new temporal indexes proposed by the presentework. The results showed that the use of the soil depth depth distribution ebalorated with MEMPS in the landslide modelling generated more realistic slope stability maps in terms of both space and time.