A Hydrosedimentometric description of rill formation in a cohesive soil

Na pesquisa em erosão, nas últimas décadas, está se formando um consenso de que é importante entender os processos básicos que regem o fenômeno. Uma alternativas para tentar compreender melhor as etapas do processo erosivo é separá-lo na fase de sulco (fluxo concentrado) e de entressulco. Dentro desse enfoque foi construído no Laboratório de Processos Erosivos e Deposicionais (LaPED) do IPH/UFRGS um canal de declividade para estudar o processo de incisão e o desenvolvimento dos sulcos de erosão. A estrutura experimental projetada e construída permite que seja controlada a vazão através de um medidor eletromagnético e que seja alterada a declividade do canal através de um sistema hidráulico associado a um nível digital. O solo colocado no canal foi um Latossolo Vermelho distrófico típico, as declividades de trabalho foram 3,0; 6,0 e 9,0% e a seqüência de vazões aplicadas foi 10,0; 18,5; 25,5; 38,5 e 51,0L.min-1. A estrutura experimental montada se mostrou de fácil operação e eficiente para permitir o avanço no entendimento dos processos de desagregação e de transporte de partículas sólidas pela ação do escoamento superficial, além de possibilitar a geração de sulco(s) de erosão na superfície do solo. O escoamento passou da condição de difuso para concentrado a partir do momento em que a velocidade superficial do fluxo alcançou 0,26m.s-1, a altura de lâmina atingiu 0,0102m, a velocidade de cisalhamento superou os 0,059m.s-1, a tensão de cisalhamento chegou a 3,50Pa e que a potência do escoamento atingiu pelo menos 0,22N.s-1. O processo de incisão iniciou-se com o canal experimental colocado em baixa declividade e em regime de escoamento sub-crítico e de transição. A velocidade de cisalhamento, no momento da incisão, foi, praticamente, o dobro daquela encontrada na literatura para solos siltosos e arenosos. Entretanto, para as três declividades a fase de sulco definido ocorreu somente em regime de escoamento turbulento. A tensão de cisalhamento foi o parâmetro que melhor descreveu a evolução da perda de solo. A potência do escoamento foi o parâmetro hidráulico que mostrou maior eficiência para separar as fases evolutivas dos sulcos. O desenvolvimento do(s) sulco(s) teve o seu início em uma condição de escoamento difuso (ausência de sulcos) e com a potência do escoamento oscilando entre 0,057 e 0,198N.s-1. O avanço do(s) sulco(s) começou com uma zona de transição (fase de incisão e de aprofundamento) onde a potência do escoamento varia entre 0,220 e 0,278N.s-1 e, logo em seguida, teve início a fase de sulco definido, com a potência do escoamento entre 0,314 e 0,544N.s-1. Na fase de escoamento concentrado foi preponderante o papel do processo de erosão regressiva para aumentar tanto o tamanho como o peso das partículas sólidas em transporte pelo escoamento superficial e assim fazer com que predominasse o transporte via fundo sobre o transporte via suspensão. As cargas de sedimento geradas nos solos de diferentes classes texturais foram separadas em grupos distintos em função da potência unitária do escoamento.Within the field of erosion research, a consensus has been forming during the past few decades that it is important to understand the basic processes responsible for the phenomenon. One of the strategies toward a better understanding of the stages of erosion is to separate the rill (concentrated flow) and inter-rill phases. With this in mind, was constructed in the Erosive and Depositional Processes Laboratory (LaPED) of the Hydraulic Research Institute of the Federal University of Rio Grande do Sul (IPH/UFRGS) an experimental flume with which to study the process of incision and rill development. This structure enables flow rate to be controlled via an electromagnetic sensor, and the grade to be changed using a hydraulic system associated with a digital level. The soil placed in the flume was a typical dystrophic red oxisol, the working slopes were 3.0, 6.0 and 9.0% and the sequence of flow rates applied were 10.0, 18.5, 25.5, 38.5 and 51.0 L.min-1. The flume proved easy to operate and was an efficient way to advance in the understanding of disaggregation and solid particle transport processes via surface runoff, as well as enabling the creation of rills on the soil surface. Runoff, initially diffuse, became concentrated once the surface flow rate reached 0.26m.s-1, the height of the sheet of water reached 0.0102m, shear velocity exceeded 0.059m.s-1, shear stress reached 3.5Pa, and stream power reached approximately 0.22N.s- 1. The incision process began when the flume was at low slope and with sub-critical and transitional runoff regimes. Shear velocity, at the moment of incision, was practically double that encountered in the literature for silty and sandy soils. Nonetheless, for the three slopes used, the rill phase occurred only with turbulent runoff. Shear stress was the parameter which best described the evolution of soil loss, while stream power was the most efficient hydraulic parameter for separating the different evolutionary phases of the rills. With diffuse runoff (without rills), the stream power oscillated between 0.057 and 0.198N.s-1. Rill progression began with a transitionary period (incision and deepening phases) in which the stream power varied between 0.220 and 0.278N.s-1, and was immediately followed by the defined rill phase, with stream power between 0.314 and 0.544N.s-1. During the concentrated runoff phase, regressive erosion processes played a key role in increasing both the size and weight of the particles being transported by the surface runoff, so that bed load transport predominated over suspended sediment transport. The sediment loads generated with soils of different textural classes were separated in different groups depending on their unit stream power