Use of the model WEPP (Water Erosion Prediction Project) modified to estimate erosion rates in forest roads

Este trabalho teve como objetivo geral determinar o volume total de água escoada e a produção de sedimentos provenientes de segmentos de estradas florestais submetidas às condições de chuva natural e, com esses resultados, validar o modelo WEPP por meio de comparações entre dados observados e dados preditos pelo modelo. A pesquisa foi realizada no projeto de reflorestamento, povoamento de Pinus caribaea Morelet e Pinus oocarpa Schiede, pertencente à Fazenda Monte Alegre, em Agudos São Paulo. O universo abrangido pela pesquisa foi constituído de 16 segmentos de estrada. Foram estudadas duas declividades (1 e 7%) e dois comprimentos (20 e 40 m), caracterizando quatro tratamentos: comprimento do segmento de 20 m e 1% de declividade, comprimento de 40 m e 1% de declividade, comprimento de 20 m e 7% de declividade e comprimento de 40 m e 7% de declividade. De cada tratamento foram feitas quatro repetições. Para determinação da quantidade de material erodido foram instalados tambores coletores, localizados na parte inferior das estradas. Posteriormente, os arquivos de clima, precipitação, solo, inclinação e comprimento do segmento foram introduzidos e adaptados ao modelo de predição de erosão WEPP com o propósito de dar validação a este, visando a confecção de um modelo apropriado às condições florestais brasileiras. Os resultados das análises permitiram concluir o seguinte: a) nos valores observados de volume de enxurrada, o efeito de comprimento do segmento de estrada foi significativo, ao passo que o efeito de declividade não apresentou diferença significativa; b) nos valores observados de peso do solo, o efeito de declividade do segmento foi mais significativo que o efeito de comprimento; c) nos valores de volume de enxurrada e peso do solo preditos pelo modelo WEPP, o efeito de declividade do segmento foi mais significativo que o efeito de comprimento; d) à medida que se aumentou a precipitação, ocorreu aumento quadrático do volume de enxurrada observado em todos os tratamentos; e) à medida que a precipitação aumentou, ocorreu aumento linear do peso do solo observado no comprimento do segmento de 20 m e 1% de declividade; entretanto, nos outros tratamentos, aumento no peso do solo observado foi quadrático; f) em todos os tratamentos, o peso do solo observado cresceu exponencialmente em função do incremento no volume de enxurrada; g) na validação do modelo WEPP, os valores preditos de volume de enxurrada foram em média 166,58% superiores aos dados observados; h) os valores observados de peso do solo na declividade de 1% apresentaram variação superior de 1125,09% no segmento de estrada com 20 m de comprimento e de 724,41% no segmento com 40 m de comprimento, em relação aos valores preditos pelo modelo WEPP, indicando que, nas menores declividades, o modelo se comportou de forma não-satisfatória, subestimando as perdas; i) os valores de peso do solo preditos pelo modelo WEPP na declividade de 7% apresentaram variação superior de 6,73% no segmento de estrada com 20 m de comprimento e de 120,25% no segmento com 40 m de comprimento, em relação aos valores observados; e j) o modelo brasileiro de predição de erosão pela água (WEPP Brasil) não se encontra totalmente calibrado para nossas condições.The general objective of this work was to determine the total volume of the water runoff and the production of sediments from segments of forest roads under normal rainfall conditions, and, with the results, to test the WEPP model through comparisons between data observed and data predicted by the model. The research was carried out in a reforestation project with Pinus caribaea Morelet and Pinus oocarpa Schiede plantations, of the Fazenda Monte Alegre, in Agudos São Paulo State, Brazil. The area covered by the research was of 16 road segments. Two slopes (1 and 7%) and two lengths (20 and 40 m) were studied, totalling four treatments: length of the segment of 20 m and slope of 1%; length of 40 m and slope of 1%; length of 20 m and slope of 7%; and length of 40 m and slope of 7%. Of each treatment, four repetitions were made. For the determination of amount of eroded matter, collector drums were placed in the lowest part of the roads. Later, files of climate, precipitation, soil, slope and segment length were included and adapted to the erosion prediction WEPP model, with the purpose of validating the model, viewing the elaboration of a model suited to the Brazilian forest conditions. The analyses results allowed the following conclusions: a) in the observed volumes of runoff, the effect of road segment length was significant, while the slope effect did not present a significant difference; b) in the observed values of soil weights, the slope effect of the segment was more significant than the length effect; c) in the values of runoff volume and soil weight predicted by the WEPP model, the slope effect of the segment was more significant than the length effect; d) as the precipitation increased, the runoff volume increased in a quadratic way, which was observed in all the treatments; e) as the precipitation increased, a linear increase of soil weight occurred in the segment length of 20 m and slope of 1%. However, in the other treatments, the increase observed in soil weight was quadratic; f) in all the treatments, the observed soil weight increased exponentially in function of the increase in the runoff volume; g) in the validation of the WEPP model, the runoff volumes predicted were, in average, 166.58% greater than the observed data; h) the observed soil weight values in the 1% slope presented a higher variation of 1125.09% in the road segment with length of 20 m, and 724.41% in the segment with 40 m in relation to the values predicted by the WEPP model. This indicates that, in lower slope values, the behaviour of the model was not satisfactory, subestimating losses; i) the soil weight values predicted by the WEPP model in the 7% of slope presented a higher variation of 6.73% in the road segment of 20 m, and 120.25% in the segment of 40m, in relation to the observed values; and j) the Brazilian model for prediction of erosion by water (WEPP-Brasil), is not totally adjusted to these conditions.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerai