Avaliação das principais variáveis que influenciam na conectividade de sedimentos com base em modelos aplicados

Resumo

O índice de conectividade hidrossedimentológica determina o grau de possibilidade que os sedimentos de uma determinada área chegue a um ponto de controle. Compreender a dinâmica que ocorre com os sedimentos requer o uso de variáveis que representam a morfologia e as condições ambientais envolvidas no espaço e no tempo. Esta pesquisa propõe a análise de modelos, identificando as principais variáveis que explicam a conectividade de sedimentos e observando as influências e frequências de uso delas. Com base em 35 artigos específicos que trataram de modelos de conectividade de sedimentos, foi constatada uma representatividade importante do uso de modelos digitais de elevação em 85% dos trabalhos, com destaque para variáveis de declividade, área de drenagem, além do uso da terra. A rugosidade, apesar de extrema importância, foi usada apenas com dados tabelados, podendo assim ser um elemento a ser detalhado em novos modelos.

Palavras-chave:
hidrossedimentologia; índice de conectividade; parâmetros hidrossedimentológico; métodos hidrossedimentológicos

Abstract

The hydro-sedimentological connectivity index determines the degree of possibility that sediments from a given area reach a control point. To understand the dynamics that occur with sediments, the use of variables that represent the morphology and environmental conditions involved in space and time is necessary. This research proposed the analysis of models, identifying the main variables that explain the connectivity of sediments and observing their influences and frequency of use. Based on 35 specific articles that addressed sediment connectivity models, an important representativeness of the use of digital elevation models was found in 85% of the studies, emphasizing slope variables, drainage area, and land use and cover. Roughness was used only with tabulated data, despite being extremely important, thus being able to be an element to be detailed in new models.

Keywords:
Hydro-sedimentology; Connectivity Index; Hydro-sedimentological parameters; Hydro-sedimentological methods

Resumen

El índice de conectividad hidrosedimentológica determina el grado de posibilidad de que los sedimentos de una zona determinada lleguen a un punto de control. Comprender la dinámica que ocurre con los sedimentos requiere el uso de variables que representen la morfología y las condiciones ambientales involucradas en el espacio y el tiempo. Esta investigación propuso el análisis de modelos, identificando las principales variables que explican la conectividad de los sedimentos y observando sus influencias y frecuencia de uso. A partir de 35 artículos específicos que abordaron modelos de conectividad de sedimentos, se encontró una representatividad importante del uso de modelos digitales de elevación en el 85% de los trabajos, con énfasis en variables de pendiente, área de drenaje, además del uso del suelo. La rugosidad, a pesar de ser sumamente importante, se utilizó únicamente con datos tabulados, pudiendo así ser un elemento a detallar en nuevos modelos.

Palabras Clave:
hidrosedimentología; índice de conectividad; parámetros hidrosedimentológicos; métodos hidrosedimentológicos

Introdução

A sedimentologia trata de todos os processos de produção, transporte e deposição de sedimentos a partir da sua origem até o exutório de uma bacia ou em um dado ponto de referência para a análise. Essa dinâmica pode ocorrer por meio hídrico, eólico, por arraste do movimento de animais ou ações antrópicas (Perry; Taylor, 2007; Oliveira, 2023; Mahoney; Fox, 2024). Para compreender os processos sedimentológicos (também tratados em Rodrigues, 2015), estudos recentes utilizam modelos computacionais e/ou desenvolvem índices que possam representar a dinâmica dos sedimentos ao longo da bacia hidrográfica, com alguns exemplos apresentados neste artigo. Esses modelos são construídos com o aporte de dados disponíveis a depender do objetivo e da área de estudo, os quais são aqui tratados como variáveis, também considerados como parâmetros de entrada para alguns autores.

Como parte dos estudos da sedimentologia, a conectividade vem ganhando espaço como relatado em uma revisão da literatura que abordou a dinâmica dos sedimentos (Najafi et al., 2021). Ainda segundo os autores, a maioria dos estudos levantados focaram em características estáticas e não em aspectos dinâmicos da conectividade, desenvolvendo métodos e índices baseados especialmente nas estruturas, deixando a conectividade funcional, que está relacionada basicamente com os processos de transporte do sedimento à margem dos estudos. Com a evolução destes, foram surgindo conceitos para definir a conectividade de sedimentos, como: transferência de água mediada de matéria, energia e/ou organismos dentro ou entre os elementos do ciclo hidrológico (Pringle, 2001); passagem da água entre compartimentos da paisagem a partir de escoamento na bacia, causando efeitos sobre os processos biológicos e movimento de sedimentos (Bracken et al., 2013); estimativa da conexão potencial entre o sedimento erodido nas encostas e o sistema de riachos (Borselli; Cassi; Torri, 2008) e transferência integrada de sedimentos por toda a bacia, de qualquer fonte possível, para determinado ponto de controle em um sistema, onde o vetor de transporte é única e exclusivamente a água, com ligações ao longo da cascata de sedimentos (Zanandrea; Kobiyama; Michel, 2017).

A conectividade de sedimentos trabalha com os componentes estrutural e funcional. A conectividade estrutural se relaciona com características físicas, como: declividade, uso e ocupação da terra, área de drenagem, rugosidade da superfície e características do sedimento; e a funcional se relaciona com os processos de erosão do solo, transporte, deposição de sedimentos, escoamento superficial e precipitação (Najafi et al., 2021). Um dos primeiros modelos para calcular a conectividade de sedimentos através de um índice foi proposto por Borselli, Cassi e Torri (2008), através das características topográficas e uso da terra e com o apoio de Sistemas de Informações Geográficas (SIG). Através do uso do modelo LAPSUS (Research, 2018), que aplica a teoria da onda cinemática para simular erosão e deposição por fluxo superficial, foram utilizados seis modelos digitais de elevação com características diferentes para avaliar a relação das diferentes formas de relevo com a conectividade de sedimentos. Os resultados confirmaram que a relação não é linear e que os eventos de chuvas podem ter importâncias diferentes em função da complexidade da paisagem (Baartman et al., 2013).

A produção de sedimentos, a conectividade dos sedimentos e a taxa de entrega de sedimentos estão fortemente relacionados, porém existem diferenças importantes entre elas. A produção de sedimentos quantifica a massa no espaço e no tempo através de modelos matemáticos com o uso de equações consolidadas na literatura (Carvalho, 2008). A taxa de entrega de sedimentos determina a fração de todo sedimento erodido na bacia hidrográfica que chega ao exutório (Minella; Merten; Clarke, 2009). A conectividade de sedimentos só depende da morfologia para sua determinação. No entanto, outras variáveis podem ser utilizadas como parte dos processos para cálculo da conectividade. (Zanandrea et al., 2020).

Através de vários artigos revisados dentro do tema de conectividade de sedimentos, Najafi et al. (2021) organizaram os trabalhos em cinco categorias diferentes: (1) desenvolvimento de estruturas conceituais; (2) representação a distribuição espacial e temporal das áreas de origem e sumidouro de sedimentos; (3) desenvolvimento de índices de conectividade de sedimentos; (4) uso e desenvolvimento de modelos; ou (5) investigação da probabilidade de entrega de sedimentos por meio de uma abordagem de análise de rede.

Estudos têm sido desenvolvidos utilizando dados geomorfológicos e morfométricos, como: o comprimento do percurso de transporte dos sedimentos, a declividade do terreno, a área de drenagem e a rugosidade da superfície, sendo estes derivados de modelo digital de terreno (MDT). Esse alto número de pesquisas que usam esses dados de MDTs podem ser explicados pela evolução dos softwares de Sistema de Informação Geográfica (SIG), os quais facilitam e agilizam os processos no uso desses dados. Essas aplicações podem ser observadas em artigos mais antigos, como, por exemplo, Fryirs et al. (2007) e Borselli, Cassi e Torri (2008).

Entre uma diversidade de variáveis aplicadas nos modelos, existem algumas com maior frequência e outras que são características específicas dos sedimentos, as quais foram alvos de análises e observações neste trabalho. A partir da busca de trabalhos que aplicaram modelos relacionados à conectividade de sedimentos, a proposta deste artigo é uma revisão bibliográfica para análise e discussão das principais variáveis aplicadas a partir de um agrupamento considerando variáveis hidrológicas, geomorfológicas e sedimentológicas, e, com essa organização e análise, poder identificar possíveis lacunas para novas pesquisas.

Materiais e métodos

Este trabalho constitui uma revisão da literatura científica de caráter analítico a respeito dos modelos aplicados para análise de conectividade de sedimentos. A busca e seleção das informações de referência para este estudo se deu utilizando a base de dados da CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior), Google Scholar e Science Direct. Como critério de busca, foi aplicada a restrição aos artigos publicados a partir do ano de 2000 a 2023. Entre os artigos encontrados sobre sedimentologia, foram identificados aqueles que utilizaram modelos de conectividade de sedimentos para analisar os parâmetros aplicados na metodologia, os quais serviram de base para a discussão do presente trabalho. Após a identificação dos artigos, foram selecionadas as principais variáveis usadas nos modelos para uma observação da frequência de aplicação entre os trabalhos.

No primeiro momento, as variáveis de interesse a serem observadas foram agrupadas em: hidrológica (precipitação, erosividade, precipitação antecedente, taxa de infiltração, escoamento superficial), geomorfológica (comprimento do percurso, declividade, área de drenagem, fator topográfico, rugosidade do terreno), sedimentológica (densidade do sedimento, erodibilidade do solo, granulometria do sedimento, coesão do sedimento, sólidos em suspensão e perda de solo) e uso da terra. Foi criada uma planilha para organizar e identificar as variáveis aplicadas nos artigos e, assim, poder calcular as devidas proporções.

Entende-se como variáveis a identificação dos dados usados como entrada nos modelos para atender os objetivos de cada trabalho. Vale ressaltar que existem outras variáveis aplicadas nos modelos e não relatadas anteriormente por não serem comuns a todos os artigos analisados. Com os artigos selecionados, foi identificado e tabelado o modelo usado, uma definição objetiva do trabalho, resolução do MDE (modelo digital de elevação) aplicado no modelo, as variáveis utilizadas e o grupo que as variáveis pertencem.

Através da busca foram identificados 831 artigos contendo a palavra “sedimentos” na CAPES e 835 na base Science Direct, todos nos últimos 24 anos. Quando se restringiu a busca para “modelos sedimentológicos”, o número de artigos foi reduzido consideravelmente, obtendo-se 70 artigos na CAPES, 371 no Google Scholar e 645 no caso do Science Direct. Finalmente, com mais uma palavra-chave, “hidrossedimentologia”, a busca encontrou 40 artigos na CAPES, 1.650 no Google Scholar e nenhum no Science Direct. De toda a busca, foram identificados 35 artigos que contemplavam a aplicação de modelos de conectividade sedimentológica para análise e discussão dos parâmetros aplicados nos modelos de conectividade.

Resultados e discussões

Durante as análises foram observados trabalhos que aplicavam mais de um modelo no processo, bem como algumas adaptações (ver Tabela 1).

Tabela 1 -
Relação dos modelos de avaliação da conectividade de sedimentos

Autores	Modelo	Definição	Borselli como referência*	Resolução	Variáveis aplicadas	Grupo
(Asadi; Dastorani; Sidle, 2023)	Aplicação com Redes Neurais Artificiais	Aplicação com Redes Neurais Artificiais com o uso do IC (Borselli) para comparação	Aplicado	MDE 30m	Precipitação, Erosividade, Precipitação Antecedente, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Fator Topográfico, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra, Erodibilidade do solo, Elevação Média, Gradiente Médio de Declive e Umidade Superficial do Solo.	Geomorfológica, hidrológica, sedimentológica e uso e cobertura da terra
(Liu et al., 2022)	Adaptado IC (Borselli) com inclusão de cálculo de erosividade, erodibilidade e características de uso da terra	Índice revisado de conectividade de sedimentos (RIC) incorporando o funcional com os componentes estruturais de um sistema de roteamento de sedimentos	Aplicado	MDE 30m	Precipitação, Erosividade, Precipitação Antecedente, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Fator Topográfico, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra, Erodibilidade do solo.	Geomorfológica, hidrológica, sedimentológica e uso e cobertura da terra
(Zingaro et al., 2019)	Índice de conectividade de fluxo de sedimentos (SCI)	Representa um gradiente de mobilidade dos sedimentos integrando aspectos funcionais dentro do componente estrutural	Citado	MDE 2 m	Uso e Cobertura da Terra, Solo, Precipitação, Declividade, Rugosidade	Geomorfológica, hidrológica e uso e cobertura da terra
(López-Vicente; Ben-Salem, 2019)	Índice agregado de conectividade de vazão e sedimentos (AIC)	Representa a potencial conectividade de vazão e sedimentos considerando a variação temporal e espacial	Aplicado	MDE 5 m	Precipitação, Erosividade, Precipitação Antecedente, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Fator Topográfico, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra, Erodibilidade do solo, Perda de Solo	Geomorfológica, hidrológica, sedimentológica e uso e cobertura da terra
(Turnbull; Wainwright, 2019)	Indicador de conectividade	Quantifica a taxa entre conectividade funcional e estrutural com modelos de escoamento superficial e de transporte de sedimentos	Citado	Não Informado	Precipitação, Erosividade, Escoamento superficial, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra, Perda de Solo	Geomorfológica e hidrológica
(Fressard; Cossart, 2019)	Indicador de conectividade	Avalia a conectividade sedimentológica estrutural pelo índice de fluxo residual		MDE 20 m	Precipitação, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Uso e Cobertura da Terra	Geomorfológica
(Mishra et al., 2019)	Índice de conectividade de sedimento (IC) e modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool - Software de avaliação de solo e água)	Avaliou a conectividade de sedimentos com combinação de modelos, comparando com dados observados e destacando a variabilidade espacial com a dinâmica estrutural dos sedimentos	Aplicado	MDE 90 m	Precipitação, Taxa de Infiltração, Escoamento superficial, Declividade, Área de Drenagem, Uso e Cobertura da Terra, Sólidos em Suspensão, Perda de Solo	Geomorfológica, uso e cobertura da terra, hidrológica e sedimentológica
(Di Stefano; Ferro, 2019)	Modelo Sediment Delivery Distributed (SEDD)	Uso de variáveis morfométricas para avaliar a conectividade de sedimentos	Citado	MDE 2 m	Precipitação, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem	Geomorfológica
(Cislaghi; Bischetti, 2019)	Método: PRIMULA PRobabilistIc MUltidimensional Landslide Analysis	Determinou a probabilidade de conectividade de sedimentos em encostas até o corpo hídrico	Citado	MDE 5 m	Precipitação, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Uso e Cobertura da Terra, Coesão do sedimento	Geomorfológica, hidrológica, uso e cobertura da terra e sedimentológica
(Llena et al., 2019)	Índice de Conectividade de sedimento (IC) e algoritmo SfM-MVS	Compreender a evolução da conectividade de sedimentos associada a diferentes usos da terra e mudanças topográficas	Aplicado	MDE 5 m	Precipitação, Escoamento Superficial, Uso e Cobertura da Terra, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem	Geomorfológica e uso e cobertura da terra
(Mahoney; Fox; Al Aamery, 2018)	Probabilidade da conectividade de sedimentos	Modelo de conectividade de sedimentos que se baseia nas probabilidades de intersecção da fonte, destacamento e transporte de sedimentos integrado em uma estrutura de modelagem hidrossedimentológica de bacias hidrográficas.	Citado	MDE 9 m	Precipitação, Escoamento superficial, Declividade, Área de Drenagem, Uso e Cobertura da Terra, Sólidos em Suspensão	Geomorfológica, hidrológica e sedimentológica
(Grauso; Pasanisi; Tebano, 2018)	Índice de Conectividade Simplificado (SCI)	Expressa a capacidade potencial da transferência de sedimentos disponível em uma seção do rio.	Citado	MDE 20 m	Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Perda de Solo	Geomorfológica e sedimentológica
(Persichillo et al., 2018)	Índice de conectividade de sedimento (IC)	Analisou os efeitos antrópicos nas modificações da paisagem a partir da influência resultante da entrega de sedimentos	Aplicado	MDE 5 m	Precipitação, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra	Geomorfológica, hidrológica, uso e cobertura da terra e sedimentológica
(Rathburn; Shahverdian; Ryan, 2018)	Índice de resiliência	Avaliar a recuperação de sedimentos pós-perturbação através da resiliência		Não Aplicado	Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Densidade do sedimento, Coesão do sedimento, Perda de Solo	Sedimentológica
(Zanandrea; Kobiyama; Michel, 2017)	Índice de conectividade hidrossedimentológica (ICHS)	Calcula o grau de conectividade de um escorregamento com o canal	Aplicado	Não Informado	Precipitação, Precipitação Antecedente, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra	Geomorfológica e sedimentológica
(Coulthard; van de Wiel, 2017)	Modelo de evolução da paisagem	Utilização de modelo de evolução da paisagem para avaliar conectividade de sedimentos		MDE 50 m	Precipitação, Escoamento superficial, Declividade, Área de Drenagem, Sólidos em Suspensão	CAESAR e CAESAR -Lisflood
(Calsamiglia et al., 2017)	Índice de conectividade de sedimento (IC)	Analisou a qualidade do solo usando padrões espaciais de conectividade hidrológica e sedimentar	Aplicado	MDE 1 m	Precipitação, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra	Geomorfológica, hidrológica, uso e cobertura da terra e sedimentológica
(De Walque et al., 2017)	Regressão logística com índice de conectividade de sedimento (IC)	Avaliou o risco de inundação lamacenta com regressão logística e IC como uma das variáveis explicativas	Aplicado	MDE 10 m	Precipitação, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra, Sólidos em Suspensão, Perda de Solo	Geomorfológica, hidrológica, uso e cobertura da terra e sedimentológica
(Kalantari et al., 2017)	Índice de conectividade de sedimento (IC)	Avaliou a probabilidade de inundação em infraestrutura de transporte a partir do acúmulo de sedimentos	Aplicado	MDE 2 m	Precipitação, Precipitação Antecedente, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra	Geomorfológica, hidrológica, uso e cobertura da terra e sedimentológica
(Masselink et al., 2017)	Classificador Randon Forest e traçador de óxido de terra	Avaliou a conectividade de sedimentos com método de aprendizagem de máquina Random Forest		MDE 0,1 m	Precipitação, Granulometria do sedimento, Perda de Solo	Geomorfológica, hidrológica, uso e cobertura da terra e sedimentológica
(Bywater-Reyes; Segura; Bladon, 2017)	Regressão de mínimos quadrados e análise de componentes principais	Relevância nos controles naturais na produção de sedimentos.		MDE 0,9 m	Precipitação, Escoamento superficial, Declividade, Área de Drenagem, Perda de Solo	Geomorfológica, uso e cobertura da terra e sedimentológica
(Ortíz-Rodríguez; Borselli; Sarocchi, 2017)	Índice conjunto de conectividade (ICJ) e índice de eficiência hidrológica lateral (LHEI)	Análise de mobilização de sedimentos piroclásticos. Identificação de bacias hidrográficas que fornecem grandes quantidades de sedimentos com novo índice.	Aplicado	MDE 5 m	Precipitação, Erosividade, Taxa de Infiltração, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra, Sólidos em Suspensão, Perda de Solo	Geomorfológica, hidrológica, uso e cobertura da terra e sedimentológica
(Lisenby; Fryirs, 2017)	Análise de sedimentos através de coleta em campo	Foi avaliada a distribuição dos principais tipos de amortecedores de sedimentos (planícies aluviais, terraços, etc.), barreiras (açudes) e área de captação efetiva para caracterizar o potencial de (des)conectividade de sedimentos grosseiros		MDE 1 m	Precipitação, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra	Geomorfológica, uso e cobertura da terra e sedimentológica
(Gran; Czuba, 2015)	Modelo de Czuba e Foufoula-Georgiou	Avaliou o comportamento de pulsos de sedimentos, observando o papel da estrutura de rede		MDE 3 m	Precipitação, Erosividade, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra, Erodibilidade do solo, Perda de Solo	Geomorfológica, hidrológica e sedimentológica
(Liu; Fu, 2016)	Indicadores de conectividade	Quantifica a conectividade hidrossedimentológica de uma bacia utilizando modelo de erosão do solo e sedimentação	Citado	MDE 10 m	Precipitação, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra	Geomorfológica e hidrológica
(Pechenick et al., 2014)	Estatística multi-escala	Avalia a conectividade de sedimentos entre estradas rurais e canais na bacia		Não Informado	Precipitação, Precipitação Antecedente, Declividade, Uso e Cobertura da Terra, Perda de Solo	Geomorfológica e sedimentológica
(Messenzehl; Hoffmann; Dikau, 2014)	Índice de conectividade de sedimentos e índice morfométrico	Índice morfométrico através de geoprocessamento, para caracterizar a conectividade de sedimentos ao canal	Aplicado	MDE 2 m	Precipitação, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra	Geomorfológica e uso e cobertura da terra
(Cavalli et al., 2013)	Índice de conectividade de sedimentos (IC)	Abordagem geomorfológica da conectividade de sedimento em relação aos fluxos de detritos	Aplicado	MDE 2,5 m	Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra, Perda de Solo	Geomorfológica
(Baartman et al., 2013)	Índices de complexidade morfológica e de conectividade de sedimentos	Avalia relações entre a complexidade da paisagem e a conectividade da bacia		MDE 30 m	Precipitação, Erosividade, Taxa de Infiltração, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra	Geomorfológica e hidrológica
(Croke; Fryirs; Thompson, 2013)	Conectividade sistema canal/ planície aluvial	Avalia a conectividade de água e sedimentos do sistema canal/ planície aluvial	Citado	MDE 1 m	Precipitação, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra, Perda de Solo	Geomorfológica e hidrológica
(Tobias; Wolfgang, 2013)	Gráfico espacial	Avalia a conectividade das fontes e acumulações de sedimentos.	Citado	MDE 1 m	Precipitação, Escoamento superficial, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Rugosidade do Terreno, Uso e Cobertura da Terra	Geomorfológica
(Duvert et al., 2011)	Monitoramento hidrossedimentológico	Avaliou a conectividade entre as taxas de transferência de sedimentos e a vazão de base		MDE 10 m	Precipitação, Escoamento superficial, Declividade, Área de Drenagem, Uso e Cobertura da Terra, Sólidos em Suspensão, Perda de Solo	Geomorfológica, hidrológica e sedimentológica
(Borselli; Cassi; Torri, 2008)	Índice de conectividade de campo (FIC)	Dependem das intensidades dos eventos que ocorreram localmente e que deixaram sinais visíveis	Aplicado	MDE 5 m	Precipitação, Escoamento superficial, Erosividade, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem	Geomorfológica e uso e cobertura da terra
(Borselli; Cassi; Torri, 2008)	Índice de conectividade de sedimento (IC)	Identificou a representação da potencial conectividade baseada nas características da paisagem	Aplicado	MDE 5 m	Precipitação, Escoamento superficial, Erosividade, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem	Geomorfológica e uso e cobertura da terra
(Fryirs et al., 2007)	Modelo conceitual	Avaliou a conectividade da cadeia de sedimentos na bacia hidrográfica		Não Informado	Precipitação, Comprimento do Percurso, Declividade, Área de Drenagem, Densidade do sedimento, Granulometria do sedimento, Perda de Solo

• Fonte: Elaborada pelos autores.
• *A coluna “Borselli como referência”, quando em branco, significa que o modelo não foi aplicado e nem citado pelos autores.

O primeiro trabalho de sedimentologia registrado no Brasil foi efetuado pela CEEE (Companhia Estadual de Energia Elétrica) no rio Camaquã, no Rio Grande do Sul, com o objetivo de prever o assoreamento e cálculo da vida útil do reservatório da barragem do Paredão (Carvalho, 2008). Porém, quando se adentra na especificidade com o processo de conectividade dos sedimentos, as pesquisas são mais recentes (Zanandrea, 2017). A evolução cronológica da produção científica relacionada com a conectividade de sedimentos foi relatada através de 142 trabalhos, como demonstrado na Figura 1, destacando-se como ápice o ano de 2017 (Najafi et al., 2021).

Figura 1 -
Evolução da produção científica para conectividade de sedimentos.

Entre os artigos avaliados, 43% aplicaram a base do modelo proposto por Borselli, Cassi e Torri (2008) ou adaptado por Cavalli et al. (2013), e 69% citaram Borselli, Cassi e Torri (2008). Dessa forma, fica nítida a importância da proposta inicializada por Borselli e que foi evoluindo com o tempo, trazendo novos índices com o objetivo de melhorar e trazer novos elementos para a modelagem de conectividade de sedimentos.

Pelos grupos apresentados na Tabela 2, 31% dos artigos utilizaram dados hidrológicos, 46% para dados geomorfológicos, 12% para dados sedimentológicos e 11% do total para uso da terra. Isso reforça a importância dos dados geomorfológicos. Pelo menos uma variável de cada classe foi utilizada por 28% dos artigos, demonstrando, assim, uma diversidade no uso das variáveis.

Tabela 2 -
Proporção das aplicações das variáveis nos trabalhos avaliados

Grupo	Variável	Proporção das aplicações
Hidrológica	Uso da Terra	77%
	Precipitação	91%
	Erosividade	20%
	Precipitação Antecedente	11%
	Escoamento superficial	80%
Geomorfológica	Comprimento da rampa	74%
	Declividade	97%
	Área de Drenagem	91%
	Rugosidade do Terreno	51%
Sedimentológica	Densidade do sedimento	6%
	Erodibilidade	6%
	Granulometria do sedimento	6%
	Coesão do sedimento	6%
	Sólidos em Suspensão	17%
	Perda de Solo	40%

• Fonte - Elaborada pelos autores.

Mesmo com uma grande aplicação da variável área de drenagem (Tabela 2), não quer dizer que o valor da área tenha sido utilizado nas análises como possível influência na dinâmica dos sedimentos. Apesar de não ser considerado como uma variável nas análises, o MDE é uma informação de extrema importância, a qual apenas um artigo não utilizou como dado de entrada para o modelo. Porém, é importante ressaltar que algumas variáveis são derivadas do MDE, como: declividade, comprimento da rampa e área de drenagem, o que justifica a ampla utilização desta variável.

Devido à grande utilização de MDE nas aplicações, foram observadas as resoluções das imagens empregadas nas modelagens. Foi constatado o uso de imagens com resolução espacial acima de 5m na maioria dos artigos como mostra a Figura 2.

Figura 2 -
Faixa de resoluções de imagens aplicadas nos artigos.

Entre os artigos que usaram a rugosidade da superfície, 60% aplicaram valores tabelados, seja através do coeficiente de Manning, do fator C ou da variação da declividade. O restante (40%) utilizou cálculos com base na topografia residual com imagem de satélite. Entre os trabalhos que aplicaram uma tabela de valores para a rugosidade, 73% usaram o coeficiente de Manning. Apenas 10% dos trabalhos aplicaram a rugosidade com base no uso da terra com dados tabelados. Com uma alta proporção de aplicação da rugosidade (91%), essa variável chama a atenção não apenas por esse valor, mas por ter formas diferentes de uso (tabelado ou calculado). Apesar do coeficiente de Manning ser um dado bem consolidado nos artigos, vale uma observação, de que valores tabelados podem não refletir a realidade das áreas, o que pode sugerir estudos para comparar o uso da rugosidade em suas duas formas de aplicação (tabelado ou calculado). Foi identificado apenas um artigo que aplicou a integração com dados de uso da terra, declividade e tipo de solo, através do modelo SWAT model, porém usado com dados secundários (Mishra et al., 2019). Ainda nesse trabalho, os autores analisaram a influência da variação da declividade apenas relacionadas aos cursos d’água, e não a bacia. Com base nos artigos avaliados, a Figura 3 apresenta a distribuição dos métodos aplicados para uso da rugosidade.

Figura 3 -
Métodos aplicados para a rugosidade.

Conclusões

Diante das observações nas referências analisadas, os autores convergem para um consenso de que a conectividade sedimentológica é um termo complexo no qual a diversidade, as correlações entre parâmetros e a dinâmica dos sedimentos em uma região podem ser os principais obstáculos no desenvolvimento de modelos de conectividade sedimentológica. Sendo assim, existe um alinhamento com esse pensamento que as evidências nos processos da conectividade sedimentológica estão limitadas e que ainda existem diversas lacunas para pesquisas, como, por exemplo, o uso de mais parâmetros de elementos funcionais ou melhorar a representação da rugosidade superficial. Além desses pontos limitantes, as pesquisas situam-se mais no componente estrutural do que no componente funcional, sendo assim, abrem-se oportunidades para novas pesquisas aplicarem o uso de variáveis desse componente.

Apesar do grande potencial da aplicação com o uso da declividade e que tem uma importância significativa nos processos de conectividade, não foi observado uma análise mais criteriosa com relação à variação dos declives na influência da conectividade.

O uso de dados geomorfológicos, especialmente com base nos modelos digitais de elevação, está bem consolidado nas pesquisas, nas quais se destaca a qualidade dos resultados em função das resoluções espaciais das imagens. Assim, esses dados podem ser mais bem utilizados e potencializados com o emprego de imagens de drones e com processos fotogramétricos mais acurados, em que o tamanho do pixel é menor, atingindo, na prática, até 0,05 m. No entanto, ressalta-se avaliar as limitações atuais em termos de capacidade computacional e de viabilidade em termos de tempo de processamento.

Quando observados os parâmetros sedimentológicos, apenas 12% dos artigos estudados aplicaram esses parâmetros. Vale destacar que os parâmetros correspondentes à densidade e coesão foram pouco utilizados nos modelos, o que não elimina a importância destes. Assim, a busca de novas modelagens com foco em parâmetros sedimentológicos abrirá caminhos para novas observações e a melhor compreensão da dinâmica dos sedimentos.

Com uma quantidade significativa de parâmetros aplicados nos modelos, nenhum dos trabalhos discutiu a importância relativa de cada um nos devidos modelos. Informação importante que pode direcionar novas pesquisas para compreender melhor os processos das variáveis mais sensíveis.

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• Declaração de financiamento

  Esta pesquisa foi apoiada pela Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais (FAPEMIG, bolsa de doutorado para WLO), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq, bolsa de produtividade em pesquisa para DRM), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES, Código de Financiamento 001).

Editado por

Editor do artigo:

Fernando Villela

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  01 Jul 2024
• Data do Fascículo
  2024

Histórico

• Recebido
  01 Nov 2022
• Aceito
  22 Nov 2023