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Estudo da Bacia do Rio Pirangi (RN): uma análise morfométrica visando correlações geoambientais

Maria Francisca de Jesus Lírio Ramalho1 Darlington Roberto Bezerra Farias.
Resumo Trata de uma análise morfométrica da rede de drenagem do rio Pirangi, com base em conceitos e métodos adotados por Horton, Strahler e Shreve, partindo da caracterização da ramificação do sistema hidrográfico por meio do método empírico. Neste estudo foram mensuradas as variáveis que integram o sistema de drenagem do rio Pirangi, visando a compreender sua relação com as características morfopedológicas, revendo-se o caso das interferências antrópicas no desencadeamento de processos erosivos. Partindo de tais princípios, foi observado que a análise morfométrica pode auxiliar no planejamento ambiental, além de se revestir de importância para o estabelecimento de correlações com a geologia, a geomorfologia e a erosão do  solo. Palavras-chave: Bacia hidrográfica; Análise morfométrica; Método empírico.

Introdução As alterações antrópicas do meio biofísico, conforme Cunha e Guerra (2007) têm se expressado através de impactos ambientais. Neste sentido,  estudos têm sido feitos para melhor esclarecer as consequências das mudanças que o homem estabelece no meio em que vive. 1 Doutora e docente do Departamento de Geografia da UFRN. Contato: franci@ufrnet.br 2 Especialização em Geoprocessamento pela UFRN. Contato: superdarlington@hotmail.com
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Pelas razões apontadas, atenta-se para o desenvolvimento de pesquisas que caracterizam o meio físico das bacias de drenagem em conjunto com o aspecto socioeconômico, uma vez que são locais com recursos disponíveis para atrair o homem. A concentração de atividades humanas no entorno de bacias hidrográficas gera consequentes alterações de suas capacidades naturais, por envolver sistemas de fluxos de energia e matéria, implementados no sistema geomorfológico. O desenvolvimento dessas áreas sem o uso racional dos recursos naturais ocorre em muitas bacias hidrográficas, e o que chama mais  atenção é o desmatamento e a impermeabilização do solo. Neste sentido, as características físico-químicas dos solos, a ação dos agentes meteóricos e as interferências das atividades humanas são fatores que devem ser considerados e analisados. Neste contexto estão as variáveis que influenciam nos fluxos superficiais e subsuperficiais, conforme a morfologia das vertentes, que envolve a área, a forma, a inclinação e o comprimento de rampa. Há também diferenças na capacidade de infiltração e/ou de escoamento nas encostas em razão do revestimento florestal e de uso do solo. A intervenção do homem pode acelerar a dinâmica dos processos erosivos, com efeitos que se refletem no assoreamento de vales, nas marcas erosivas das encostas e nas alterações da paisagem em geral. Partindo desses princípios, atenta-se para o fato de que o processo de ocupação da Bacia do rio Pirangi, com a remoção da cobertura vegetal e a impermeabilização do solo, tem resultado em aumento do escoamento superficial e das taxas de erosão, conforme enfatizam Ramalho (1999; 2003); Ramalho, Borges e Farias (2008). Muitos fatores podem contribuir para que processos erosivos se acentuem, entre os quais se aponta a dinâmica dos fluxos d’água que notadamente marcam na paisagem seus efeitos danosos, visíveis em forma de sulcos que rasgam a terra e se aprofundam, conforme a inclinação das encostas e a susceptibilidade dos solos arenosos. Voltando-se ao foco da questão, busca-se através deste trabalho analisar a rede de drenagem e a sua inter-relação com o solo, o relevo e a geologia em uma área que passa por modificações na paisagem em decorrência do processo de expansão urbana, caso das cidades de Natal, Parnamirim e Macaíba. Com o objetivo de estabelecer comparações entre as diferentes variáveis que
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integram o sistema hidrográfico da referida Bacia, justifica-se a importância do estudo de sua rede de drenagem, que parte da caracterização do processo de ramificação da rede fluvial do rio Pirangi, visando a avaliar a ação da erosão em função do escoamento linear, das características morfopedológicas e das interferências antrópicas. 
Caracterização da área de estudo A Bacia do rio Pirangi faz parte do conjunto de bacias menores que deságuam no litoral oriental do Estado do Rio Grande do Norte (Figura 1). Localizada aproximadamente entre as coordenadas 35º 30’ – 35º 00’ de Longitude Oeste, e 05º 50’ – 06º 30’ de Latitude Sul, abrange uma área aproximada de 599,04 km2, onde se inserem os municípios de Natal, Parnamirim, Macaíba, Nísia Floresta, São José de Mipibu e Vera Cruz, sendo os cinco (5) primeiros desta série pertencentes à Região Metropolitana da Grande Natal (Figura 2). A Bacia do rio Pirangi, que se caracteriza por uma extensão relativamente pequena, tem a rede hidrográfica formada pelos rios Pitimbu, Taborda, Mendes, Pium, Água Vermelha e Pirangi.
Figura 1- Localização da Área de Estudo
Na área de estudo constata-se um contínuo processo de ocupação urbana, destacando os municípios de Natal e Parnamirim (Tabela 1 e 2).
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Entre os impactos observados estão desmatamento, abertura de estradas, loteamento de áreas rurais, além da especulação imobiliária e da atividade industrial, as quais também concorrem para as modificações da paisagem do sistema hidrográfico da Bacia, sobretudo no seu baixo curso, onde ocorre a influência dos sistemas continental e costeiro. Nesse setor, principalmente nas áreas próximas ao litoral, ocorrem as maiores interferências com a urbanização voltada para o turismo e o lazer. A faixa de ocupação, tanto na margem dos rios, quanto na área de praia, onde o rio Pirangi deságua, muda a paisagem natural das dunas, as quais, na sua estrutura física, conta com a presença de elementos susceptíveis à erosão. A friabilidade das coberturas eólicas facilita o trabalho do vento e da chuva na remoção e mobilização de areia das superfícies expostas pelo desmatamento.  Os cortes efetuados nas dunas para a construção de vias de acesso e a inconsistência das areias favorecem a dissipação de sedimentos e movimentos de massa.
Figura 2 – Áreas dos municípios na Bacia do rio Pirangi
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TABELA 1 – População e Densidade Demográfica dos Municípios da Bacia do rio Pirangi - 2004 Município População Total População Urbana População Rural Dens. Demog. (hab/km2) Macaíba Vera Cruz S. José de Mipibu Parnamirim Natal Nísia Floresta 54883 8522 34912 124690 712317 19040     36041 3925 15602 109139 712317 8638     18842 4597 19310 15551     10402     107,09 92,51 118,80 1037,34 4182,77 62,21    Fonte: IBGE (2004).
TABELA 2 – População e Densidade Demográfica dos Municípios da Bacia do rio Pirangi - 2011 Município População Total População Urbana População Rural Dens. Demog.    (hab/Km2)
Macaíba 69467 42631 26836 136,01 Vera Cruz 10719 4695 6024 128,43 S. José de Mipibu 39776 - 18232 21544 137,00 Parnamirim 202456 202456 -  1638,14 Natal 803739 803739 - 4808,20 Nisia Floresta 23784 9380 14404 77,26 Fonte: IBGE (2011).
Geologicamente, predominam na Bacia as rochas sedimentares da Formação Barreiras, de idade Plio-Pleistocênica, onde se desenvolve o relevo dos tabuleiros costeiros, dissecado pela rede hidrográfica que define a referida Bacia. Nessa paisagem também se destacam os depósitos quaternários de dunas e aluviões, ocupando, respectivamente, a borda oriental da superfície dos tabuleiros e o leito dos rios. No alto curso da Bacia, ocorrem alguns afloramentos cristalinos, marcando o limite onde a Formação Barreiras faz contato litológico com as rochas do Complexo “Presidente Juscelino”. A presença desses afloramentos, apesar da pouca ocorrência, em relação aos depósitos sedimentares, tem alguma influência no processo de dissecação no setor das nascentes a oeste da Bacia, onde a altitude máxima é em torno de 105 metros. O padrão de drenagem tem formato grosseiramente dendrítico, com trechos que indicam angularidade dos canais em vários segmentos, denotando controle estrutural na
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rede de drenagem. A direção do canal principal entre o alto e o médio curso é no sentido sudoeste-leste. Nesse trecho da Bacia, o sentido do canal muda para NE, e depois para SE, passando em seguida a drenar nesse mesmo sentido, até desaguar no litoral (Figura 3). Inflexões semelhantes a esta também ocorrem na direção de outros canais da Bacia, como na sinuosidade do canal do rio Pitimbu, destacando-se a maior delas na direção de seu canal no médio curso, quando este inflete para nordeste e, em seguida, para sudeste, passando a drenar um trecho de mais de três quilômetros de extensão antes de desaguar na lagoa do Jiqui, logo após uma outra inflexão que faz para noroeste e, depois, para sudeste. Considerando a influência geológica na compartimentação do relevo da referida Bacia, definem-se as unidades de tabuleiros e dunas, a planície aluvial do rio Pirangi e de seus tributários. As dunas com os tabuleiros dão o aspecto monótono da paisagem, caracterizando uma forma de relevo de topo plano a suavemente ondulado, com perfis de vertentes mais e menos inclinados.  Figura 3 - Hipsometria da área ocupada pela Bacia  do rio Pirangi
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A característica das encostas reflete a natureza da cobertura vegetal, bem como do uso do solo. A forma convexa é a mais característica, embora, conforme o comprimento de rampa, ocorram perfis retilíneos, convexo-retilíneos, convexo-côncavo com declives mais e menos acentuados. As rampas variam em torno de 70, 90 e até mais de 200 metros, registrando declives entre 5 a 10%, 10 a 20% e acima de 20%.  Conforme Ramalho (2003), nas rampas arenosas com mais de 30% de declividade e sem a proteção da cobertura vegetal é comum a descida de areia por instabilidade, processo que é ainda mais acentuado quando a área é transitada por pedestres.
Nas proximidades do litoral, nas margens dos rios, sobretudo no baixo curso, dunas e paleodunas influenciam no processo de mobilidade de sedimentos, tanto as que estão parcialmente fixadas pela vegetação quanto as que apresentam superfície de deflação. Conforme o IDEC (1994), a altitude das dunas varia entre 20 e 50 metros, sendo as mais baixas aquelas que ficam mais distantes da área costeira.
Os solos arenosos predominam em quase toda a área, ficando, com o desmatamento, vulneráveis à ação da gravidade, às chuvas e ao vento. Os baixos teores de argila, a acidez e a baixa fertilidade natural das areias Quartzosas ou  Neossolos Quartzarênicos, conforme a  Classificação de solos da Embrapa (1999), pouco favorecem o cultivo, e a fraca agregabilidade não oferece muita resistência, principalmente quando secos, ou mesmo quando se encontram parcialmente cobertos com associações de cobertura vegetal do tipo herbácea e arbustiva. A Formação Savana Arbórea Aberta, a Restinga Arbórea e a Restinga Arbustiva, conforme Brasil (1981) e IDEC (1994), cobrem, respectivamente, os tabuleiros e a maior parte das dunas consolidadas.
As condições climáticas favorecem o processo erosivo e os mecanismos que se relacionam à drenagem das águas pluviais, ao trabalho do vento e à ação da gravidade.
Conforme dados apresentados em Brasil (1981) e IDEC (1994), o clima da região é quente e úmido, correspondente ao tipo As’, da Classificação de Köppen. As temperaturas médias são relativamente elevadas, com máximas de 270 C e mínima de 240 C, e os índices pluviométricos estão em torno de 1.500 a 2000 mm anuais, com chuvas concentradas nos meses de fevereiro a julho. O máximo de precipitação é verificado no outono, quase sempre no mês de abril, e o período mais seco, geralmente, ocorre nos
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meses de outubro, novembro e dezembro (RAMALHO 2003). Assim, durante o ano, muitas áreas da Bacia ficam expostas à dinâmica de processos fluviais, eólicos e costeiros, que se alternam em função das duas estações: Outono-Inverno e PrimaveraVerão.
Fonte de dados A metodologia deste trabalho tem como base a análise empírica mantida por conceitos e métodos que determinam os estudos morfométricos de bacias hidrográficas, conforme critérios adotados por Horton, Strahler e Shreve. A ordenação fluvial foi feita a partir da aplicação de  variáveis morfométricas, selecionadas com base em Christofoletti (1980). Elas foram utilizadas como parâmetros de análise deste estudo, orientado a partir da rede fluvial compilada das Cartas Topográficas da SUDENE (1979), na escala 1:100.000, Folhas: Natal SB-25-V-C-V; São José de Mipibu SB-25-Y-A. A falta de mapeamentos em escala topográfica de mais detalhe condicionou o uso das referidas Cartas da SUDENE como base cartográfica, revendo-se que, mesmo utilizando-se a técnica da interpolação, não seria viável inferir as curvas, nem tampouco interpretar a imagem fotográfica, para não se confundirem os entalhes da drenagem pluvial, nem os canais da Bacia que devem ser considerados. O critério foi conferir no campo os principais rios e riachos desta. Conforme Christofoletti (1980, p. 110):
A definição e o reconhecimento preciso dos cursos fluviais, nos mapas nas fotografias ou no terreno, são questões fundamentais para a lei do número de canais. É evidente que a precisão e os detalhes variam em função da escala na confecção das cartas topográficas. Outro ponto importante é definir entre escoamento fluvial e o escoamento pluvial. O primeiro pode ser considerado como escoando através de canais nitidamente marcados e compondo uma rede permanente na topografia. O escoamento pluvial estabelece-se sobre as vertentes e os seus canais não devem ser levados em consideração no estabelecimento das redes hidrográficas.
Assim, com a base cartográfica da SUDENE, os cálculos foram feitos a partir das variáveis que determinam os aspectos lineares, areais e topológicos, representadas por área da Bacia, perímetro, ordenação fluvial, magnitude, extensão do percurso superficial, índice de circularidade, índice de forma, comprimento do rio principal, comprimento da Bacia, densidade de drenagem, densidade de segmentos, densidade hidrográfica, coeficiente de manutenção, amplitude altimétrica máxima e relação de bifurcação,
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Utilizando-se, para isso, as mensurações lineares e areais, determinadas, respectivamente, pelo uso de um planímetro e curvímetro.
Procedimentos metodológicos Para a obtenção dos dados foi feita a delimitação da Bacia e a compilação da rede de drenagem, utilizando-se a informação das Cartas Topográficas, sendo considerados o levantamento dos pontos cotados que orientaram a definição dos divisores de água, a delimitação da área da Bacia e  os elementos desta, como o rio principal, afluentes e subafluentes. Posteriormente, foram feitas as mensurações das variáveis previamente definidas para análise, das quais obtiveram-se os dados relacionados com a Área da Bacia (A), Perímetro (P), Comprimento da Bacia (L), Índice de Circularidade (IC), Índice de Forma (K), Comprimento do Rio Principal (L) e Extensão do Percurso Superficial (Eps). Na obtenção do comprimento da Bacia foi considerada a maior distância medida em linha reta entre a foz e um determinado ponto situado ao longo do perímetro, no sentido leste-oeste. O Índice de Circularidade, que considera a relação existente entre a Área da Bacia e a Área do Círculo de mesmo perímetro, conforme Milher (1953 apud CHRISTOFOLETTI, 1980), foi calculado a partir da fórmula: C =AAC
onde:
C= índice de Circularidade A= Área da Bacia AC = Área do Círculo de perímetro igual ao da Bacia considerada, que tem como valor máximo 1,0 e que, quanto maior for o valor, mais próxima da forma circular será a Bacia.
2 r = Pπ 
AC =2r  R= P2/r
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Os cálculos permitiram a hierarquização dos cursos de água da Bacia e, a partir desta, foram selecionadas as variáveis: Magnitude, Número Total de Segmentos, Número de Segmentos, Frequência de Ligamentos, Densidade de Segmentos (Fs), Densidade de Drenagem (Dd), Amplitude Altimétrica Máxima da Bacia (Hm), Relação de Relevo (Rr). A hierarquização dos canais, que se refere à identificação da ordem destes, conforme Horton e Strahler, expressa que todo canal sem tributário é considerado de 1a ordem, e que a junção de dois cursos d’água da mesma ordem forma outro curso de ordem superior, e assim sucessivamente. A magnitude expressa que cada ligamento exterior tem magnitude 1 e cada ligamento interior tem magnitude 1-n (SHREVE, 1966 apud CHRISTOFOLETTI, 1980). Assim, se estabelece que todo canal que vai desde a nascente até a confluência com outro canal é considerado como ligamento exterior, sendo os demais ligamentos interiores. O número total de segmentos é a soma de todos os segmentos de diferentes ordens; o número destes relaciona-se à ordenação uniforme de outros canais ao longo dos quais não ocorre confluência. Entende-se nessa ordenação que as características hidrográficas, assim como o trabalho de erosão e sedimentação na Bacia, dependem em parte do número de canais existentes, sendo importantes para o estudo da geomorfologia de uma bacia de drenagem. Conforme o procedimento anterior para a obtenção de dados, obteve-se a frequência de ligamentos e as outras variáveis, que foram calculadas de acordo com cada forma de expressão, tal como seguem abaixo.
Frequência de Ligamentos. F= 2n-1A
onde: F = Frequência de Ligamentos. 2n – 1 = Total de Ligamentos. A = Área da Bacia
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A relação de bifurcação foi encontrada através da expressão: Rb = NuNu-1
onde: Rb = Relação de Bifurcação. Nu = Número de Segmentos de Determinada Ordem. Nu-1 = Número de Segmentos de Ordem Superior.
A densidade de segmentos (Fs), que se relaciona à quantidade de segmentos existentes em uma determinada bacia por unidade de área, foi obtida a partir da fórmula: Fs=  n1A
onde: Fs = Densidade de Segmentos n i = Número de Segmentos de Determinada Ordem: i = 1a , 2a, 3a ...enésima ordem. A = Área da Bacia.
A Densidade de Drenagem(Dd), conforme Christofoletti (1980), representa uma variável importante na análise morfométrica. Além de representar o grau de dissecação topográfica da atuação fluvial, também expressa a quantidade disponível de canais de escoamento e o comportamento hidrológico das rochas, em relação à infiltração. A Dd foi calculada através da formula: Dd = LtA
onde: Dd = Densidade de Drenagem. Lt = Comprimento Total dos Rios ou Canais Existentes na Bacia. A = Área da Bacia.
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Resultados obtidos As características morfométricas analisadas mostram, conforme os resultados apresentados nas Tabelas 3, 4 e 5, que a Bacia do rio Pirangi é um sistema de drenagem de 3a ordem (Tabela 3), caracterizada por uma área aproximada de 599,4 km2 com perímetro em torno de 94 km de comprimento (Tabela 4). O índice de forma 1,08 (Tabela 4) se afasta do padrão circular evidenciado pela forma alongada, grosseiramente semelhante a uma pera, que se configura com o baixo gradiente do relevo que caracteriza a área drenada, conforme pode ser observado na figura 5. TABELA 3 - Ordenação Fluvial Orde m Frequên cia Extens ão (km) Magnit ude No de Segment os Ligament os Exteriore s (n) Ligame ntos Interior es (n1) Total de Ligame ntos (2n-1) Relaçã o de Bifurca ção (RB) 1a 2a 3a 25 11 09 38 48 35 25 45 25 24 49 2,08 1,10
TABELA 4 – DADOS GERAIS DA BACIA DO RIO PIRANGI - RN Bacia Área (km2) Perímetro (km) Comprimento da Bacia (km) Índice de Circularida de ( C ) Índice de Forma (K)
Comp. rio principal ( L ) km
Extensão percurso superficial (Eps) (m)
Pirangi 599,4 94 38,5 X 22,2 0,8520 1,08 43 1,8274
A densidade de drenagem de 0,27 km de rios por km2 e a densidade hidrográfica de 0,053 canais por km2 indicam, conforme Strahler (1957 apud CHRISTOFOLETTI, 1980), que são baixas, o que se reflete no número de canais (25), no alto coeficiente de manutenção de 3.655 m2 de canal permanente e na extensão do percurso superficial de 1.8274 m (Tabela 5). Em relação aos aspectos observados, mesmo se tratando de uma área marcada
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por precipitações pluviométricas acima de 1.000 mm anuais, avalia-se que o comportamento da rede de drenagem da referida Bacia reflete as condições das influências litológicas e morfoestruturais, caracterizadas, respectivamente, por formações sedimentares e relevo tabular. Essas características certamente tendem a estabelecer uma compensação entre as precipitações e o escoamento superficial, tendo em vista a permeabilidade das rochas e o relevo de topografia plana a suavemente ondulado. Considerando a relação de bifurcação, que apresentou valores 2,08 para canais de 1ª e 2a ordem, e 1,10 para os canais de 2a e 3a ordem, inferiores aos valores estabelecidos por Strahler (3,0 a 5,0), para definir o desenvolvimento pleno das redes hidrográficas, talvez exista, no caso, uma anormalidade, significando que a Bacia ainda não atingiu o seu desenvolvimento normal, influenciando na dissecação do relevo tabular pelos cursos d´água de 1a, 2a e 3a ordens, os quais fluem, conforme o arranjo estabelecido pelo índice de forma, diferente do padrão circular, do qual, de acordo com as características morfoestruturais e a exposição dos solos, subtende-se que a atuação dos processos erosivos ocorram de forma diferenciada dentro da Bacia.

TABELA 5 - Densidade de drenagem, densidade de segmentos, densidade hidrográfica, coeficiente de manutenção e frequência de segmentos Bacia Densidade de Drenagem (km/km2) Densidade de Segmentos (FS) km Densidade Hidrográfica(DH ) Canais/km2 Coeficiente de Manutenção (cm) M2/m
76 0,27 0,1001 0,053 36554.9707
Considerações finais Com o estudo da rede de drenagem da Bacia do rio Pirangi, apesar de se tratar de dados empíricos baseados na quantificação das variáveis que caracterizam morfometricamente uma bacia hidrográfica, e considerando também a escala de análise com base nas Cartas Topográficas da SUDENE, conforme acima especificadas, constatase que a baixa densidade de drenagem reflete a influência litológica das rochas sedimentares e as características morfoestruturais do relevo. O escoamento influenciado pelo índice de forma, diferente do padrão circular, concentra pouca água, impossibilitando a ocorrência de cheias excepcionais na Bacia. As rochas permeáveis e o relevo tabular compensam o processo de infiltração em
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relação ao volume das precipitações pluviométricas. Os rios de 1a, 2a e 3a ordens são responsáveis pela dissecação do relevo tabular, que difere, em função da relação de bifurcação, do coeficiente de manutenção permanente e da frequência. As alterações na cobertura vegetal e a exposição dos solos arenosos ativam a erosão e a produção de sedimentos, aumentando a sedimentação dos canais de drenagem e a tendência de adaptação da direção do fluxo no trajeto do seu percurso. Com este estudo, mesmo fazendo ressalva em relação à escala de trabalho utilizada, é válido acrescentar que a análise morfométrica, apesar de utilizar dados empíricos, pode auxiliar não só no planejamento ambiental, como também no levantamento de algumas características da drenagem da Bacia estudada para se estabelecerem correlações com a geologia, a geomorfologia e a erosão.
Referências
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CUNHA, Sandra Baptista da; GUERRA, Antônio José Teixeira. Geomorfologia Fluvial. In ____. Geomorfologia: uma atualização de bases e conceitos. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 2007. pp. 211-252. EMBRAPA. Centro Nacional de Pesquisa de Solos. Sistema Brasileiro de Classificação de solos. Rio de Janeiro, 1999. 421 p. IDEC (Instituto de Desenvolvimento do RN). Secretaria do Planejamento. Diagnóstico Ambiental e Sócio-econômico do Litoral Oriental do Estado do Rio Grande do Norte. Natal, v.1, 1994. SUDENE. SUPERINTENDÊNCIA DO DESENVOLVIMENTO DO NORDESTE 1979. Folha Natal, Natal SB-25-V-C-V. Cartas Topográfica, Recife, escala 1/100.000. _____. Folha Natal, São José de Mipibu SB-25-Y-A. Carta Topográfica, Recife, escala 1/100.000. RAMALHO, Maria Francisca de J. L. Evolução dos processos erosivos em solos arenosos entre os municípios de Natal e Parnamirim-RN. Tese (doutorado). Rio de
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Janeiro: UFRJ, 1999. _____. Geomorfologia e dinâmica Ambiental: Vale do rio Pitimbu/RN. Natal: Imagem Gráfica, 2003 RAMALHO, Maria Francisca de J. L.; BORGES, Josemberg Pessoa; FARIAS, Leilane Regina Cardoso Bezerra. O uso do spring na análise do processo de ocupação em bacias hidrográficas do Rio Grande do Norte. Espaço e Geografia, vol. 11, n. 2, 2008, pp. 1-22.
Referências de Internet:
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_____. Censo demográfico 2010. Disponível em: <http://www.ibge.gov.br>. Acesso em: 05 dez. 2011.
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