Technical Papers
May 3, 2018

Erosivity Index and Characteristics of Erosive Rainfall from the Far Western Region of Santa Catarina, Brazil

Publication: Journal of Environmental Engineering
Volume 144, Issue 7

Abstract

The objective of this study was to determine the erosivity index and to characterize the erosive rainfalls with respect to the far western region of Santa Catarina. Four meteorological stations were used to determine the rainfall erosivity based on the index of the product of the maximum rain intensity during a 30 min period and the kinetic energy of the rain (EI30), and the equations were adjusted to estimate the EI30 value from the rainfall coefficient. Erosive rainfalls were classified, according to the pattern of temporal distribution, as Advanced, Intermediate, and Late rainfall pattern. The erosive rainfalls represent, on average, 83–88% of the annual precipitation, and the value of EI30 varies from 6,072 to 10,478  MJmmha1h1year1. The adjusted equations can be used to estimate the rainfall erosivity in places with only pluviometric data. Erosive rainfalls presented an average distribution of 51, 31, and 18%, respectively, of the Advanced, Intermediate, and Late patterns. The maximum rainfall intensity of 30 min with 20% of frequency ranged from 21.8 to 33.6  mmh1. For larger frequency, no significant variation was observed between the time distribution patterns.

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Acknowledgments

The authors would like to thank the National Council of Scientific and Technological Development (CNPq) for the financial support to this research.

References

Agnese, C., and V. Bagarello. 1997. “Describing rate variability of storm events for infiltration prediction.” Trans. Am. Soc. Agric. Eng. 40 (1): 61–70. https://doi.org/10.13031/2013.21249.
Albuquerque, A. W., F. Lombardi Neto, V. S. Srinivasan, and A. Cataneo. 1998. “Parâmetros Erosividade da Chuva e da Enxurrada Correlacionados com as Perdas de Solo de um Solo Bruno Não Cálcico de Sumé (PB).” Revista Brasileira de Ciência do Solo 22 (4): 743–749. https://doi.org/10.1590/S0100-06831998000400020.
Almeida, C. O. S., R. S. S. Amorim, F. L. F. Eltz, E. G. Couto, and S. A. Jordani. 2012. “Erosividade da chuva em municípios do Mato Grosso: Distribuição sazonal e correlações com dados pluviométricos.” Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental 16 (2): 142–152. https://doi.org/10.1590/S1415-43662012000200003.
Alvares, C. A., J. L. Stape, P. C. Sentelhas, J. L. M. Goncalves, and G. Sparovek. 2014. “Koppen’s climate classification map for Brazil.” Meteorologische Zeitschrift 22 (6): 711–728. https://doi.org/10.1127/0941-2948/2013/0507.
Alves Sobrinho, T., C. A. Pertussatti, L. C. S. Rebucci, and P. T. S. Oliveira. 2011. “Estimativa da erosividade local das chuvas, utilizando redes neurais artificiais.” Ambi-Agua 6 (2): 246–254. https://doi.org/10.4136/ambi-agua.197.
Amorim, R. S. S., D. D. Silva, F. F. Pruski, and A. T. Matos. 2010. “Avaliação do desempenho dos modelos de predição da erosão hídrica USLE, RUSLE e WEPP para diferentes condições edafoclimáticas do Brasil.” Engenharia Agrícola 30 (6): 1046–1049. https://doi.org/10.1590/S0100-69162010000600006.
Angulo-Martinez, M., M. López-Vicente, S. M. Vicente-Serrano, and S. Begueria. 2009. “Mapping rainfall erosivity at a regional scale: A comparison of interpolation methods in the Ebro Basin (NE Spain).” Hydrol. Earth Syst. Sci. 13 (10): 1907–1920.
Back, A. J., J. V. Alberton, and C. Poleto. 2016. “Avaliação da erosividade das chuvas de Chapecó, Santa Catarina.” In Vol. 3 of Proc., Simpósio sobre Sistemas Sustentáveis, 1–6. Interciência, Rio de Janeiro.
Back, A. J., M. Sonego, and A. C. Pola. 2015. “Distribuição temporal de chuvas intensas de Chapecó, SC.” In Proc., XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 1–8. Anais, ABRH, Porto Alegre.
Bertol, I. 1994. “Avaliação da erosividade da chuva na localidade de Campos Novos (SC) no período de 1981–1990.” Pesquisa Agropecuária Brasileira 29 (9): 1453–1458.
Bertoni, J., and F. Lombardi Neto. 1990. Conservação do solo. 2nd ed., 355. São Paulo: Ícone.
Beskow, S., C. R. Mello, D. L. Norton, N. Curi, M. R. Viola, and J. C. Avanzi. 2009. “Soil erosion prediction in the Grande River Basin, Brazil using distributed model.” Catena 79 (1): 49–59. https://doi.org/10.1016/j.catena.2009.05.010.
Cantalice, J. R. B., and E. Margolis. 1993. “Caraterísticas das chuvas e correlação de índice de erosividade com as perdas de solo do agreste de Pernambuco.” Revista Brasileira de Ciência do Solo 17 (2): 275–281.
Carvalho, D. F., C. A. Montebeller, E. M. Franco, R. Valcarcel, and I. Bertol. 2005. “Padrões de precipitação e índices de erosividade para as chuvas de Seropédica e Nova Friburgo, RJ.” Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental 9 (1): 7–14. https://doi.org/10.1590/S1415-43662005000100002.
Carvalho, M. P., F. Lombardi Neto, J. Vasques Filho, and A. Catâneo. 1991. “Correlação entre o índice de erosividade EI30 médio mensal e o coeficiente de chuva do município de Mococa-SP.” Científica 19 (1): 1–7.
Carvalho, N. O. 2012. Hidrossedimentologia prática. 2nd ed., 599. Rio de Janeiro: Interciência.
Cassol, E. A., F. L. F. Eltz, D. Martins, A. M. Lemos, V. D. Lima, and A. C. Bueno. 2008. “Erosividade, padrões hidrológicos, período de retorno e probabilidade de ocorrência das chuvas em São Borja, RS.” Revista Brasileira de Ciência do Solo 32 (3): 1239–1251. https://doi.org/10.1590/S0100-06832008000300032.
Cassol, E. A., D. Martins, F. L. F. Eltz, V. S. Lima, and A. C. Bueno. 2007. “Erosividade e padrões hidrológicos das chuvas de Ijuí (RS) no período de 1963 a 1993.” Revista Brasileira de Agrometeorologia 15 (3): 220–231.
Dias, A. S., and J. R. C. Silva. 2003. “A erosividade das chuvas em Fortaleza (CE). I: Distribuição, probabilidade de ocorrência e período de retorno—1a: Aproximação.” Revista Brasileira de Ciência do Solo 27 (2): 335–345. https://doi.org/10.1590/S0100-06832003000200013.
Eltz, F. L. F., E. A. Cassol, P. B. Pascotini, and R. S. S. Amorim. 2013. “Potencial erosivo e características das chuvas de São Gabriel, RS, de 1963 a 1993.” Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental 17 (6): 647–654. https://doi.org/10.1590/S1415-43662013000600011.
Evangelista, A. W. P., L. G. Carvalho, and D. T. Bernardino. 2005. “Caracterização do padrão das chuvas ocorrentes em Lavras, MG.” Irriga 10 (4): 306–317.
Ferro, V. 2010. “Deducing the USLE mathematical structure by dimensional analysis and self-similarity theory.” Biosyst. Eng. 106 (2): 216–220. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2010.03.006.
Foster, G. R., D. K. McCooL, K. G. Renard, and W. C. Moldenhauer. 1981. “Conversion of the Universal Soil Loss Equation to SI units.” J. Soil Water Conserv. 36 (6): 355–359.
Fournier, F. 1956. “The effect of climatic factors on soil erosion estimates of solids transported in suspension in runoff.” Assoc. Hydrol. Int. Public 38: 6.
Gonçalves, F. A. 2002. “Erosividade das chuvas no estado do Rio de Janeiro.” Dissertação (mestrado em Engenharia Agrícola), Universidade Federal de Viçosa.
Grimm, A. M. 2009. “Clima da região Sul do Brasil.” In Vol. 17 of Tempo e Clima no Brasil, edited by I. F. A. Cavalcanti, 259–275. São Paulo: Oficina Textos.
Hernando, D., and M. G. Romana. 2016. “Estimate of the (R)USLE rainfall erosivity factor from monthly precipitation data in mainland Spain.” J. Iberian Geol. 42 (1): 113–124.
Horner, W. W., and S. W. Jens. 1942. “Surface runoff determination from rainfall without using coefficients.” Trans. ASAE 107: 1039–1117.
Hudson, N. 1977. Soil conservation, 320. New York: Cornell Univ.
Huff, F. A. 1967. “Time distribution of rainfall in heavy storms.” Water Resour. Res. 3 (4): 1007–1019. https://doi.org/10.1029/WR003i004p01007.
Kinnell, P. I. A. 2010. “Event soil loss, runoff and the universal soil loss equation family of models: A review.” J. Hydrol. 385 (1–4): 384–397. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2010.01.024.
Lal, R. 1988. “Erodibility and erosivity.” In Soil erosion research methods, edited by R. Lal, 141–160. Ankeny, IA: Soil and Water Conservation Society.
Lee, M.-H., and H.-H. Lin. 2015. “Evaluation of annual rainfall erosivity index based on daily, monthly, and annual precipitation data of rainfall station network in southern Taiwan.” Int. J. Distrib. Sens. Netw. 2015: 1–15. https://doi.org/10.1155/2015/875371.
Lombardi Neto, F. 1977. Vol. 53 of Rainfall erosivity—Its distribution and relationship with soil loss at Campinas, Brazil. West Lafayette, IN: Purdue Univ.
Lombardi Neto, F., and W. C. Moldenhauer. 1992. “Erosividade da chuva: Sua distribuição e relação com perdas de solo em Campinas, SP.” Bragantia 51 (2): 189–196. https://doi.org/10.1590/S0006-87051992000200009.
Mannaerts, C. M., and D. Gabriels. 2000. “Rainfall erosivity in Cape Verde.” Soil Tillage Res. 55 (3–4): 207–212. https://doi.org/10.1016/S0167-1987(00)00104-5.
Marques, J. J. G. S. M., R. C. Alvarenga, N. Curi, D. P. Santana, and M. L. N. Silva. 1997. “Índices de erosividade da chuva, perdas de solo e fator erodibilidade para dois solos da região dos cerrados—Primeira aproximação.” Revista Brasileira de Ciência do Solo 21 (3): 427–434. https://doi.org/10.1590/S0100-06831997000300011.
Martins, D., E. A. Cassol, F. L. F. Eltz, and A. C. Bueno. 2009. “Erosividade e padrões hidrológicos das chuvas de Hulha Negra, Rio Grande do Sul, Brasil, com base no período de 1956 a 1984.” Pesquisa Agropecuária Gaúcha 15 (1): 29–38.
Mazurana, J., E. A. Cassol, L. C. Santos, F. L. F. Eltz, and A. C. Bueno. 2009. “Erosividade, padrões hidrológicos e período de retorno das chuvas erosivas de Santa Rosa (RS).” Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental 13: 975–983. https://doi.org/10.1590/S1415-43662009000700021.
Mehl, H. U., J. M. Reichert, and I. A. Didoné. 2001. “Caracterização de padrões de chuvas ocorrentes em Santa Maria (RS).” Revista Brasileira de Ciência do Solo 25 (2): 475–483. https://doi.org/10.1590/S0100-06832001000200023.
Mello, C. R., M. A. C. Sá, N. Curi, J. M. Mello, and M. R. Viola. 2007. “Erosividade mensal e anual da chuva no Estado de Minas Gerais.” Pesquisa Agropecuária Brasileira 42 (4): 537–545. https://doi.org/10.1590/S0100-204X2007000400012.
Mello, C. R., M. R. Viola, S. Beskow, and L. D. Norton. 2013. “Multivariate models for annual rainfall erosivity in Brazil.” Geoderma 202–203: 88–102. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2013.03.009.
Meusburger, K., A. Steel, P. Panagos, L. Montanarella, and C. Alewell. 2012. “Spatial and temporal variability of rainfall erosivity factor for Switzerland.” Hydrol. Earth Syst. Sci. 16 (1): 167–177. https://doi.org/10.5194/hess-16-167-2012.
Monteiro, M. A. 2001. “Caracterização climática do estado de Santa Catarina: Uma abordagem dos principais sistemas atmosféricos que atuam durante o ano.” Geosul 16 (31): 69–78.
Morais, L. F. B., L. S. M. Mutti, and F. L. F. Eltz. 1988. “Índices de erosividade correlacionados com perdas de solo no Rio Grande do Sul.” Revista Brasileira de Ciência do Solo 12 (3): 281–284.
Moreira, M. C., F. F. Pruski, T. E. C. Oliveira, F. A. C. Pinto, and D. D. da Silva. 2009. “Redes neurais artificiais para estimativa mensal da erosividade da chuva no estado de Minas Gerais.” Engenharia na Agricultura 17 (1): 75–83. https://doi.org/10.13083/1414-3984.v17n01a08.
Morgan, R. P. C. 1986. Soil erosion and conservation, 298. New York: Longman Scientific and Technical.
Morgan, R. P. C., J. N. Quinton, R. E. Smith, G. Govers, J. W. A. Poesen, K. Auerswald, G. Chisci, D. Torri, and M. E. Styczen. 1998. “The European Soil Erosion Model (EUROSEM): A dynamic approach for predicting sediment transport from fields and small catchments.” Earth Surf. Processes Landforms 23 (6): 527–544. https://doi.org/10.1002/(SICI)1096-9837(199806)23:6%3C527::AID-ESP868%3E3.0.CO;2-5.
Muttil, N., and K. W. Chau. 2007. “Machine learning paradigms for selecting ecologically significant input variables.” Eng. Appl. Artif. Intell. 20 (6): 735–744. https://doi.org/10.1016/j.engappai.2006.11.016.
Nearing, M. A., G. R. Foster, L. J. Lane, and S. C. Finkner. 1989. “A process-based soil erosion model for USDA-Water Erosion Prediction Project technology.” Trans. ASAE 32 (5): 1587–1593. https://doi.org/10.13031/2013.31195.
Nigel, R., and S. D. D. Rughooputh. 2010. “Soil erosion risk mapping with new datasets: An improved identification and prioritization of high erosion risk areas.” Catena 82 (3): 191–205. https://doi.org/10.1016/j.catena.2010.06.005.
Oliveira, P. T. S., E. Wendland, and M. A. Nearing. 2013. “Rainfall erosivity in Brazil: A review.” Catena 100: 139–147. https://doi.org/10.1016/j.catena.2012.08.006.
Oliveira, P. T. S., C. Youlton, D. B. B. Oliveira, T. A. Sobrinho, E. Wendland, and E. M. Mendiondo. 2011. “Estimativa do índice de erosividade e obtenção de padrões de precipitação usando séries curtas de dados.” In XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 1–9. Maceió, Brazil: ABRH.
Oliveira, R. C., Jr., and B. F. Medina. 1990. “A erosividade das chuvas em Manaus (AM).” Revista Brasileira de Ciência do Solo 14 (2): 235–239.
Peñalva Bazzano, M. G., F. L. F. Eltz, and E. A. Cassol. 2007. “Erosividade, coeficiente de chuva, padrões e período de retorno das chuvas de Quaraí, RS.” Revista Brasileira Ciência do Solo 31 (5): 1205–1217. https://doi.org/10.1590/S0100-06832007000500036.
Recknagel, F., J. Bobbin, P. Whigham, and H. Wilson. 2002. “Comparative application of artificial neural networks and genetic algorithms for multivariate time-series modelling of algal blooms in freshwater lakes.” J. Hydroinf. 4 (2): 125–134.
Renard, K. G., G. R. Foster, G. A. Weesies, D. K. Mccool, and D. C. Yoder. 1997. “Predicting soil erosion by water: A guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE).” Agriculture handbook, 703. Washington, DC: USDA.
Rezende, C. C., A. F. Andrade, E. A. Ferreira, R. L. Machado, and J. L. Conceição. 2015. “Erosividade e padrões de precipitação pluvial para Posse-GO.” In Proc., Congresso estadual de Iniciação Científica do IF Goiano. Rio Verde-GO: Instituto Federal Goiano.
Salako, F. K. 2010. “Development of isoerodent maps for Nigeria from daily rainfall amount.” Geoderma 156 (3): 372–378. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2010.03.006.
Salako, F. K., B. S. Ghuman, and R. Lal. 1985. “Rainfall erosivity in south-central Nigeria.” Soil Technol. 7 (4): 279–290. https://doi.org/10.1016/0933-3630(94)00013-T.
Santos, C. N. 2008. El Niño, La Niña e a erosividade das chuvas no Estado do Rio Grande do Sul. UFPEL, Pelotas-RS: Universidade Federal de Pelotas, Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel, Programa de Pós-graduação em Agronomia.
Santos, T. E. M., and A. A. A. Montenegro. 2012. “Erosividade e padrões hidrológicos de precipitação no Agreste Central pernambucano.” Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental 16 (8): 871–880. https://doi.org/10.1590/S1415-43662012000800009.
Schick, J., I. Bertol, N. P. Cogo, and A. P. González. 2014. “Erosividade de chuvas em Lages, Santa Catarina.” Revista Brasileira de Ciência do solo 38 (6): 1890–1905. https://doi.org/10.1590/S0100-06832014000600024.
Sedeghi, S. H., M. Zabihi, M. Vafakhah, and Z. Hazbavi. 2017. “Spatiotemporal mapping of rainfall erosivity index for different return periods in Iran.” Natural Hazards 87: 35–56.
Silva, A. M. 2004. “Rainfall erosivity map for Brazil.” Catena 57 (3): 251–259. https://doi.org/10.1016/j.catena.2003.11.006.
Silva, M. L. N., P. L. Freitas, P. Blancaneaux, and N. Curi. 1997. “Índices de erosividade das chuvas da região de Goiânia, GO.” Pesquisa Agropecuária Brasileira 32 (10): 977–985.
Silva, T. V., R. L. Machado, D. R. Marques, and E. A. Ferreira. 2013. “Determinação do potencial erosivo e dos padrões de chuva de Rio Verde GO.” In Simpósio de Pesquisa e Extensão de Ceres e Vale de São Patrício, Ceres-GO: Instituto Federal Goiano.
Syvitski, J. P. M., and A. Kettner. 2011. “Sediment flux and the Anthropocene.” Philos. Trans. R. Soc. 369 (1938): 957–975. https://doi.org/10.1098/rsta.2010.0329.
Valvassori, M. L., and Á. J. Back. 2014. “Avaliação do potencial erosivo das chuvas em Urussanga, SC, no período de 1980 a 2012.” Revista Brasileira de Ciência do Solo 38 (3): 1011–1019. https://doi.org/10.1590/S0100-06832014000300033.
Wagner, C. S., and O. Massambani. 1988. “Análise da relação intensidade de chuva: Energia de Wischmeier and Smith e sua aplicabilidade à região de São Paulo.” Revista Brasileira de Ciência do Solo 12 (3): 197–203.
Waltrick, P. C., M. A. D. M. Machado, J. Dieckow, and D. Oliveira. 2015. “Estimativa da erosividade de chuvas no estado do Paraná pelo método da pluviometria: Atualização com dados de 1986 a 2008.” Revista Brasileira de Ciência do Solo 39 (1): 256–267. https://doi.org/10.1590/01000683rbcs20150147.
Wischmeier, W. H., and D. D. Smith. 1958. “Rainfall energy and its relationship to soil loss.” Trans. Am. Geophys. Union 39 (2): 285–291. https://doi.org/10.1029/TR039i002p00285.
Wischmeier, W. H., and D. D. Smith. 1978. “Predicting rainfall erosion losses: A guide to conservation planning.” Agriculture handbook, 1–58. Washington, DC: US Dept. of Agriculture.
Woolhiser, D. A., R. E. Smith, and D. C. Goodrich. 1990. KINEROS: A kinematic runoff and erosion model: Documentation and user manual, ARS-77, 130. Washington, DC: US Dept. of Agriculture.
Wu, C. L., K. W. Chau, and C. Fan. 2010. “Prediction of rainfall time series using modular artificial neural networks coupled with data-preprocessing techniques.” J. Hydrol. 389 (1–2): 146–167. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2010.05.040.
Yin, S., Y. Xie, B. Liu, and M. A. Nearing. 2015. “Rainfall erosivity estimation based on rainfall data collected over arrange of temporal resolutions.” Hydrol. Earth Syst. Sci. 19 (10): 4113–4126. https://doi.org/10.5194/hess-19-4113-2015.

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Journal of Environmental Engineering
Volume 144Issue 7July 2018

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Received: Nov 23, 2016
Accepted: Jan 8, 2018
Published online: May 3, 2018
Published in print: Jul 1, 2018
Discussion open until: Oct 3, 2018

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Álvaro José Back, Ph.D. [email protected]
Researcher, Empresa de Pesquisa Agrícola e Extensão Rural de Santa Catarina (EPAGRI), Estação Experimental de Urussanga, Urussanga, CEP 88840-000, Brazil (corresponding author). Email: [email protected]
Janaina Veronezi Alberton, Ph.D. [email protected]
Student, Environmental Sciences, Univ. of Extremo Sul Catarinense, Avenida Universitária, 1105, Bairro Universitário, CEP 88806-000 Criciúma, Santa Catarina, Brazil. Email: [email protected]
Cristiano Poleto, Ph.D., M.ASCE [email protected]
Professor, Institute of Hydraulic Research, Federal Univ. of Rio Grande do Sul, Avenida Bento Gonçalves 9500, Caixa Postal 15029, CEP 91501-970 Bairro Agronomia, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brazil. Email: [email protected]

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