Revisão Bibliográfica

Transcrição

Bacia cio Rio Paraíba do Sul
Caracterização Cartográfica e Estatística
Revisão Bibliográfica - Produto M01
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Caracterização Cartográfica e Estatística da
Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul
Revisão
Bibliográfica
PRODUTO M01
CEIVAP
Comité de Integração da Bacia do Rio
Paraíba do Sul
AGEVAP
Associação Pró-Gestão das Águas da
Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul
FUNCAB (elaboração)
Fundação
Professor
Carlos
Augusto
Bittencourt
Todos os direitos reservados. É permitida a
reprodução de dados e de informações contidos
nesta publicação, desde que citada a fonte.
Jun/2012
Bacia do Rio Paraíba do Suí
Revisão Bibliográfica- Produto MÓI
Este relatório, elaborado pela FUNCAB - Fundação
Professor Carlos Augusto Bittencourt, tem por objetivo
apresentar revisão bibliográfica visando detalhar e
levantar estudos anteriores sobre temas, conceitos e
metodologias referenciados no projeto de pesquisa
aplicada Caracterização Cartográfica e Estatística da
Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul e aprofundar
aspectos
específicos dos assuntos
projeto em tela.
abordados no
Bacia do Rio Paraíba do Sul
Revisão Bibiiociráfica - Produto M01
(fIVAP
AGEVAP
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FUNCAB
SUMARIO
1. APRESENTAÇÃO
4
2. CONTEXTUALIZAÇÃO E CONCEITUAÇÕES
4
3. SENSORIAMENTO REMOTO, GEOPROCESSAMENTO E SISTEMA DE
INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS
7
4.
METODOLOGIAS E CONCEITOS CITADOS NO PROJETO DE PESQUISA
RELACIONADOS À ELABORAÇÃO DE MAPAS
10
5. REFERENCIAS
21
Bacia do Rio Paraíba do Sui
Revisão Bibliográfica --- Produto M01
CEIWP
1. Apresentação
Este relatório apresenta a Revisão Bibliográfica relativa ao projeto de pesquisa
aplicada Caracterização Cartográfica e Estatística da Bacia do Rio Paraíba do Sul, no
âmbito do contrato firmado entre a Associação Pró-Gestão das Águas da Bacia Hidrográfica
do Rio Paraíba do Sul - AGEVAP e a Fundação Professor Carlos Augusto Bittencourt FUNCAB e, após aprovado, consistirá na entrega do produto M01 - Revisão Bibliográfica.
Tem por objetivo levantar estudos anteriores sobre temas, conceitos e metodologias
referenciados no projeto de pesquisa supracitado e aprofundar aspectos específicos dos
assuntos abordados no projeto em tela.
O presente projeto possui o potencial de gerar diversas informações geográficas, de
modo que o Ceivap possa torná-las acessíveis à pesquisadores, gestores e comunidade em
geral. Tem-se como objetivo gerar um "arcabouço cartográfico ímpar" para pesquisadores e
gestores em busca da compreensão das complexas interações entre a ocupação antrópica,
meio ambiente e suas relações com os recursos hídricos. Tal propositura possui aderência
com o texto abaixo:
"We have an unparalieled opportunity to turn a flood of raw data into
understandable Information about our society and out planet. This data will
include not only high-resolution satellite imagery of the planet, digital maps,
and economic, social, and demographic Information. If we are successful, it
will have broad societal and commercial benefits in áreas such as education,
decision-making for a sustainable future, land-use planning, agricuitural, and
crisis management. The Digital Earth project couid allow us to respond to
manmade or natural disasters - or to collaborate on the long-term
environmentalchallenges we face." hL GORE, 1998.
2. Contextualização e conceituações
O presente projeto visa desenvolver um detalhamento dos aspectos físicos e
antrópicos de toda a bacia hidrográfica do Paraíba do Sul, seguindo os preceitos da "bacia
hidrográfica como unidade de planejamento e gestão" conforme Lei Federal n° 9433/1997,
Resolução CERHI n° 06/2003, Lei Estadual RJ n° 3239/1999, entre outras. Neste sentido,
diversos mapas serão gerados, sendo efetuado, para cada mapa, análise e interpretação
dos resultados encontrados.
Os mapas serão desenvolvidos em formato geotiff para dados matriciais (raster),
e em formato shapefile para dados vetoriais, georeferenciados e sob o datum
CflVAP
AGEVAP
SIRGAS2000. Como instrumentais disciplinares para a elaboração deste projeto de
pesquisa aplicada serão utilizados o Sensoriamento Remoto e o Geoprocessamento.
Mapas: são representações visuais de uma região, no todo ou em parte, em uma
determinada escala e projeção, mostrando o tamanho relativo e a posição das feições. Os
mapas temáticos: representam elementos específicos (temas) do espaço geográfico, como
o uso e ocupação do solo, características da vegetação, etc.
Para o desenvolvimento dos mapas serão utilizados dados das cartas topográficas
do IBGE, dados de relevo mapeados pelos projetos Aster/GDEM (Global Digital Elevation
Model) e SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), imagens de satélite entre 2009 e 2011
e dados de campo obtidos por meio de GPS.
Dados matriciais e vetoriais: a estrutura matricial, também denominado de raster, é
composta por uma matriz que definem células, denominadas como pixels. A figura 2
diferentes representações do formato matricial.
Figura 2: Modelo de representação matricial.
Fonte: FRANCISCO (2011)
A estrutura vetorial é definida por um par de coordenadas e podem ser expressos
pelas seguintes feições geométricas (Figura 1):
Ponto
único
A6EVAP
(EIVAP
Revisão Bibliográfica- Produto M01
FUNCAB
Linhai
Única
Polígono;
Único
/
i
Múltipla
Mútpla
Yr,
Figura 1 - Representação geométrica dos elementos geográficos.
Fonte: ESRI{2011)
Arquivo de imagem GeoTIFF: é um padrão de metadados, ou seja conjunto de dados, de
domínio público que permite embutir informações das Coordenadas geográficas em um
arquivo TIFF. A informação adicional inclui
projeções
cartográficas,
sistema de
coordenadas, elipsóides, datums, e tudo mais necessário para estabelecer a referência
espacial exata no arquivo. Por definição, a quantidade máxima de armazenamento deste
arquivo é de 4 Gbytes. Caso o presente projeto ultrapasse esse limite, será realizado uma
subdivisão da área de análise.
Arquivo shapefile: é um formato de arquivos vetoriais padrão utilizado nos Sistemas de
Informações Geográficas - SIG. Este formato se tornou um padrão de fato, amplamente
utilizado por software de código aberto (MapServer, Grass, MapGuide OpenSource,
GmapCreator, gvSIG ...) como para softwares proprietários, como, por exemplo, o Sistema
ArcGis. Assim, o shapefile é um vetor digital (formato de armazenamento não-topológica)
para armazenar a localização geométrica e informações de atributo associados.
O SIG é um sistema de informação baseado em software e hardware que permite
capturar,
modelar,
manipular,
recuperar, consultar,
analisar
e apresentar
dados
geograficamente referenciados (Hara, 1997, apud Câmara Neto, 1995)
O Shapefile contém todas as informações relacionadas à geometria dos objetos
descritos, que podem ser pontos, linhas e polígonos. Sua extensão é convencionalmente
.SHP, e está sempre acompanhado por dois outros arquivos com o mesmo nome e
extensão:
• .DBF, que contém o atributo de dados relacionados a objetos no shapefile.
• .SHX arquivo, que armazena o índice da geometria.
AGEVAP
FUNCAB
Georreferenciamento: O objetivo do georreferenciamento é tornar as coordenadas
conhecidas num dado sistema de referência. Este processo inicia-se com a obtenção das
coordenadas pertencentes ao sistema no qual se pretende georreferenciar, de pontos da
imagem ou da imagem a ser georreferenciada. Este pontos, chamados pontos de controle,
são locais que oferecem uma feição física perfeitamente identificável, tais como
intersecções de estradas e de rios, represas, pistas de aeroportos, edifícios proeminentes,
topos de montanha, entre outros.
Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas (SIRGAS1: Segundo o Instituto
Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE, O Sistema de Referência Geocêntrico para as
Américas (SIRGAS) tem como objetivo compatibilizar os sistemas geodésicos dos países da
América do Sul, promovendo a definição e o estabelecimento de um referencial único, com
precisão compatível com a tecnologia atual de posicionamento geográfico, com auxílio de
satélites e com a metodologia cartográfica com base na Geodésia. A adoção do Sirgas foi
recomendada na 7a Conferência Cartográfica Regional das Nações Unidas para as
Américas, realizada em Nova Iorque em 2001. A maioria dos países da América do Sul
introduziu o Sirgas como sistema de referência nacional (IBGE, 2012)
Datum: diz respeito ao modelo matemático teórico da representação da superfície da Terra
ao nível do mar, que indica o ponto de referência a partir do qual a representação gráfica
dos paralelos e meridianos está relacionado. De acordo com o Instituto Brasileiro de
Geografia e Estatística - IBGE, até 2014 o datum SIRGAS2000 será o único sistema
geodésico de referência legalizado no país. Ele é a nova base para o Sistema Geodésico
Brasileiro (SGB) e para o Sistema Cartográfico Nacional (SCN). A utilização do datum
SIRGAS2000 nos mapas propostos permitirá a utilização de outros dados neste mesmo
referencial facilitando a aplicação dos projetos pelo CEIVAP e pela AGEVAP.
3. Sensoriamento remoto, Geoprocessamento e Sistema
de Informações Geográficas
O uso das tecnologias de sensoriamento remoto e geoprocessamento para o
monitoramento ambiental possibilitam uma aplicação de uma cartografia moderna em
termos de mapeamento. Neste contexto, os mapas gerados a partir do sensoriamento
remoto fornecem informações importantes para uma análise estatística da Bacia, que
viabilizará ações de políticas públicas de gestão da Bacia, principalmente as relacionadas à
prevenção/mitigação de danos
causados aos mananciais
pelo uso e
ocupação
desordenados do solo e pelo assoreamento oriundo de deslizamentos de terra, além de
Bacia do Rio Paraíba cio Sul
AGEVAP
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^,
Rubrica:
FlflUCAB
viabilizar ações estruturantes de gestão das comunidades em risco de escorregamentos e
inundações.
a) Sensoriamento Remoto
Consiste na obtenção de imagens e dados da superfície terrestre, à distância, por
meio da captação e registro da energia refletida/emitida pela superfície sem que haja
contato físico entre o sensor e a superfície a qual se quer obter a imagem. Devido a melhor
relação custo-benefício, o satélite é o meio mais utilizado para obtenção de imagens em
sensoriamento remoto.
A imagem é obtida pelo sensor em formato digital e armazenada, normalmente, em
dois arquivos: o header da imagem, que contém as informações de cabeçalho da imagem
(identificação do satélite, do sensor, tamanho do pixel, etc.), e o arquivo imagem digital, que
armazena os valores numéricos correspondentes aos pixels da imagem, correspondendo
cada registro deste arquivo a uma linha da superfície terrestre.
A resolução da imagem depende da capacidade de definição do tamanho do pixel de
cada sistema sensor. Assim, a resolução espacial da imagem aumenta conforme a
dimensão do pixel diminui.
Neste projeto de caracterização cartográfica será utilizada resolução do pixel de 15m
em todos os mapas produzidos.
b) Geoprocessamento
É "uma tecnologia transdisciplinar, que, através da axiomática da localização e do
processamento de dados geográficos, integra várias disciplinas, equipamentos, programas,
processos, entidades, dados, metodologias e pessoas para coleta, tratamento, análise e
apresentação de informações associadas a mapas digitais georreferenciados." (ROCHA,
2000). È operacionalizado por meio de um conjunto de técnicas e tecnologias que
manipulam dados georreferenciados.
O termo geoprocessamento denota uma disciplina do conhecimento que utiliza
técnicas matemáticas e computacionais para o tratamento de informações geográficas. Nos
países de grande dimensão e com carência de informações adequadas para tomada de
decisões sobre problemas urbanos e ambientais, o geoprocessamento apresenta um
enorme potencial, principalmente baseado em tecnologias de custo relativamente baixo, em
que o conhecimento é adquirido localmente (CAMARÁ, 2006 apud OZEMOY, SMITH E
SICHERMAN.1981).
CEIVAP
A obtenção de imagens de satélite, por meio do sensoriamento remoto, e o seu uso,
por meio do geoprocessamento, possibilita o estudo e monitoramento tanto de fenómenos
naturais dinâmicos do meio ambiente {erosão do solo, inundações, etc) como fenómenos
antrópicos (extração de minerais, desmatamentos, uso e ocupação do solo, etc), sendo de
grande importância para a elaboração de mapas temáticos, como por exemplo o mapa de
altimetria..
Segundo XAVIER-DA-SILVA (1999) trata-se do desafio de gerar um "Mapa Digital de
Altimetria", no qual seria possível navegar em busca de informações e, a partir delas,
promover amplo desenvolvimento científico, permitido pelo melhor conhecimento da
realidade. É o processo de varredura ambiental levado a escalas espaciais de "multiesolution, three-dimensional representation of the planet, into whith we can embed vast
quantities of geo-referenced data" (AL GORE, 1998).
Geoprocessamento é uma tecnologia formada
pela confluência de outras
tecnologias, a saber: Sistema de Posicionamento Global (GPS); Sensoriamento Remoto;
Processamento Digital de Imagens (PDI); Cartografia Digital; Sistemas Gerenciadores de
Banco de Dados (SGBD); Sistemas de Informações Geográficas (SIG). Cada uma possui
características que as singularizam, sendo, ainda, agrupadas entre as que permitem a
aquisição de dados (Sensoriamento Remoto, Cartografia Digital e GPS), as que permitem a
organização, o gerenciamento e a apresentação dos dados (SGBD, Cartografia Digitai e
SIG) e as que permitem o processamento dos dados (PDI, SGBD e SIG). Algumas se
enquadram em mais de um grupo devido às várias possibilidades de trabalho que permitem.
Porém, todas convergem no SIG. (COUTO, 2012)
O geoprocessamento tem como principal ferramenta o Sistema de Informações
Geográficas.
c) Sistema de Informações Geográficas • SIG
O termo SIG é utilizado com dois significados distintos: representando o sistema
como um todo, formado pelos equipamentos, softwares, recursos humanos, etc., e
representando o software que recebe os dados, gerência e produz informações, sendo esta
última a mais utilizada. Assim, conforme o enfoque adotado, podem ser encontradas várias
definições: "Um sistema de base de dados onde a maior parte dos dados são indexados
espacialmente e onde um conjunto de procedimentos são operados com o objetivo de
responder a pesquisas sobre entidades espaciais da base de dados" (COWEN, 1988); "Um
sistema de ferramentas poderoso que permite recolher, guardar, encontrar, pesquisar,
transformar e visualizar dados espaciais do mundo real" (BURROUGH, 1986); "sistema de
Revisão Biblioaráfíca - Produto M01
informação baseado em software e hardware que permite capturar, modelar, manipular,
recuperar, consultar, analisar e apresentar dados geograficamente referenciados (Hara,
1997, apud Câmara Neto, 1995); "Um conjunto de funções automatizadas que dota os
profissionais com avançadas capacidades para armazenar, capturar, manipular e vizualizar
dados geograficamente localizados" (OZEMOY, SMITH E SICHERMAN ,1981); Um sistema
de ferramentas poderoso que permite recolher, guardar, encontrar, pesquisar, transformar e
visualizar dados espaciais do mundo real" (SMITH ET AL.,1987)
Para Aronoff (1989), considerando o contexto de utilização, o SIG pode ser
entendido como "Conjunto de procedimentos, manual ou automatizado, utilizados no sentido
do armazenamento, e manipulação de informação georreferenciada.", e para Cowen (1988),
considerando o problema a ser resolvido, o SIG pode ser entendido como "Sistema de apoio
à decisão envolvendo integração de informação georreferenciada num ambiente de
resolução de problemas".
De acordo com Aronoff (op.cit), o SIG possibilita quatro tipos de capacidades de
manipulação de dados georeferenciados: (1) entrada de dados; (2) gerenciamento de
dados; (3) manipulação e análise; e (4) saída de dados.
Os Sistemas de Informações Geográficas (SIG) possibilitam a análise dos impactos
ambientais provocados por contaminação e perdas do solo, visando identificar áreas com
maiores riscos e danos do ponto de vista ambiental. Considerados como uma das principais
ferramentas do geoprocessamento, os SIG permitem a obtenção qualitativa e quantitativa de
dados computacionais geográficos possibilitando a gestão dos recursos e aplicação de
técnicas otimizadas baseadas em diagnóstico georreferenciados. (CAVALLARI, TAMAE e.
ROSA, 2007).
Existem três grandes maneiras de se utilizar o SIG: Como ferramentas para
produção de mapas; Como suporte para análise espacial de fenómenos; e Como banco de
dados geográficos, com funções de armazenar, processar e recuperar informações
espaciais. (CAVALLARI, TAMAE e. ROSA, op. Cit).
4. Metodologias e conceitos citados no projeto
pesquisa relacionados à elaboração de mapas
de
4.1 Com relação ao mapa de uso e ocupação do solo
O Mapa de uso e ocupação do solo visa representar o espaço geográfico e como o
mesmo está sendo utilizado, caracterizando as intervenções antrópicas por meio das áreas
edificadas e áreas de cultivo. Este mapa representa também as informações naturais
Revisão Biblioaráfica- Produto M01
(HW
AGEVAP
FUNCAB
superficiais como matas, cursos d'água e afloramento rochoso. A interface direta deste
mapa, com a gestão sustentável dos recursos hídricos está na identificação da intervenção
antropica deletéria sobre a qualidade dos mananciais, bem como a identificação das áreas
edificadas em risco de inundação/enchente.
Neste contexto, é importante diferenciar enchente, inundação, alagamento e enchurrada:
•
Enchente: Elevação do nível de água de um rio, acima de sua vazão normal. Termo
normalmente utilizado como sinónimo de inundação. (Fonte: Glossário de Defesa
Civil)
•
Inundação: Transbordamento de água da calha normal de rios, mares, lagos e
açudes, ou acumulação de água por drenagem deficiente, em áreas não
habitualmente submersas. (Fonte: Glossário de Defesa Civil)
•
Alagamento: Água acumulada no leito das ruas e no perímetro urbano por fortes
precipitações pluviométricas, em cidades com sistemas de drenagem deficientes.
(Fonte: Glossário de Defesa Civil)
•
Enxurrada: Volume de água que escoa na superfície do terreno, com grande
velocidade, resultante de fortes chuvas. (Fonte: Glossário de Defesa Civil).
O Mapa de uso do solo, em síntese, pode ser obtido pelos métodos:
a) Interpretação visual de fotografias aéreas/satélite, desenhando-se os polígonos de cada
categoria (solo exposto, área edificada, corpos d'água etc). Trata-se de processo
extremamente lento, visto que a área de avaliação é bastante extensa. Sendo, portanto
não utilizado neste projeto.
b) Classificação supervisionada: trata-se de um processo semi-automatizado onde a partir
de uma seleção de uma categoria o aplicativo por analogia identifica categorias
semelhantes em toda a área.
c) Classificação não supervisionada: processo automatizado que a partir das informações
extraídas das imagens pode classificar automaticamente as categorias de uso do solo
das imagens.
De acordo com Vasconcelos e Novo (2001) a classificação visual de fotografias
aéreas e imagens de satélite, embora de grande utilidade para o mapeamento do uso e
ocupação da terra, pode tornar-se inviável, quando aplicada a áreas muito extensas, pela
grande demanda de tempo.
A solução normalmente adotada para agilizar o processamento de imagens é a de
utilizar procedimentos de cíassificação automática, dentre os quais se destaca a
classificação por máxima verossimilhança (Maxver).
Segundo Demarchi, Piroli e Zimback (2009)
Revisão Bibliogrática- Produto M01
(EIVAP
O método mais comum de classificação supervisionada de imagens, do tipo
pixel-pixel, que utiliza a informação espectral isoladamente de cada "pixel"
para achar regiões homogéneas, é o da máxima verossimilhança (MAXVER).
O referido método considera a ponderação das distâncias entre as médias dos
níveis digitais das classes cujas amostras de treinamento são definidas pelo
usuário, utilizando parâmetros estatísticos e ajuste segundo uma distribuição
gaussiana. Para que esta classificação seja precisa o suficiente, é necessário
um número razoavelmente elevado de "pixels" para cada amostra de
treinamento.
Este procedimento demanda, para cada classe a ser diferenciada na imagem
classificada, a definição de um conjunto de amostras de treinamento, sendo cada uma
destas constituída por um polígono que delimita uma região da imagem pertencente a uma
determinada classe.
Para cada classe é estimada uma função de probabilidade normal a partir das
amostras de treinamento, as quais descrevem a probabilidade de se encontrar um pixel de
uma determinada classe em uma determinada posição, sendo, posteriormente, cada pixel
avaliado em função de uma regra de decisão, de forma que um determinado pixel
pertencerá à classe com maior função de distribuição de probabilidade.
Segundo Santos et ai ( 2007)
índices relativos à confiabilidade e exatidão destes métodos de mapeamento
devem ser adotados. Usualmente os índices adotados são: o índice Global
(Gong & Howart, 1990), Kappa (Landis & Kock 1977) e Tau (Ma & Redmond,
1995), calculados por meio da montagem de matrizes de erro (também
denominadas de confusão ou de contingência). Os índices são calculados a
partir da comparação dos dados de referência (verdade terrestre) com os
dados resultantes da classificação. Uma matriz de erro é um conjunto de
números colocados na forma de matriz, em que as linhas normalmente
correspondem aos dados de referência e as colunas aos resultados da
identificação ou classificação. A diagonal principal indica os pontos
concordantes entre verdade terrestre e os resultados da classificação (Story &
Congalton, 1986).
Face ao exposto, para a elaboração do Mapa de Uso e Ocupação do Solo será
utilizada a técnica de Máxima Verossimilhança - Maxver, levando-se em consideração que
a eficácia do Maxver depende, principalmente, de uma precisão razoável da estimativa do
vetor médio e da matriz de covariância de toda classe espectral, o que depende da
quantidade de pixels incluídos nas amostras de treinamento, pois, segundo Previdelli (2004)
"o resultado do Maxver é tanto melhor quanto maior o número de pixels numa amostra de
treinamento para implementá-los na matriz de covariância". Nas áreas de especial interesse
hídrico poderá ser utilizado o método de classificação supervisionada.
Revisão Bibliográfica - Produto MÓI
(EIVAP
4.2 Com relação aos mapas de hierarquia fluvial
Por meio da hierarquia fluvial é possível estabelecer a classificação de determinado
curso de água com relação à bacia hidrográfica como um todo.
Para o estabelecimento da hierarquia fluvial são utilizados, normalmente, o método
de Straheler e o método de Shreve, sendo que em ambos a rede de canais pode ser
subdividida em segmentos discretos, cada um composto por um ou mais segmentos de em
função das regras de ordenação.
De acordo com Santa Catarina (2011), as proposições de Strahler e de Shreve
envolvem alguns conceitos que se torna necessário definir, empregados tanto para a análise
morfométrica como para a análise topológica de bacias hidrográficas. Os conceitos são os
seguintes:
a) "Rede fluvial" ou "rede de canais" é o padrão inter-relacionado de drenagem
formado por um conjunto de rios em determinada área, a partir de qualquer número de
fontes até a desembocadura da referida rede.
b) "Fonte" ou "nascente" de um rio é o lugar onde o canal se inicia, e
"desembocadura" é o ponto final, a jusante, de toda a rede.
c) "Confluência" ou "junção" é o lugar onde dois canais se encontram. Na análise
morfométrica e topológica não são permitidas junções tríplices.
d) "Segmento fluvial" é o trecho do rio ou do canal ao longo do qual a ordem (no
sentido estabelecido por Strahler), que lhe é associada, permanece constante.
e) "Ligamentos" ou "ligações" são trechos de/ou segmentos de canais que não
recebem afluentes, estendendo-se entre uma fonte e a primeira confluência, a jusante, entre
duas junções consecutivas, ou entre a desembocadura e a primeira junção, a montante. Os
ligamentos que se estendem de uma nascente até a primeira confluência são denominados
"ligamentos exteriores", enquanto os demais são denominados "ligamentos interiores". Em
vista destas definições, o número de ligamentos exteriores será igual ao número de
nascentes, ou de segmentos de primeira ordem, ou de magnitude da rede. O número de
ligamentos interiores será igual ao número de nascentes (n) menos (n - 1), e o total dos
ligamentos em determinada rede é igual a 2n - 1.
4.2.7 Mapa de Hierarquia Fluvial - STRAHLER
Um sistema muito utilizado não só nos estudos geomorfológicos foi introduzido por
Strahler (1952), em que os menores canais sem tributários são considerados como de
primeira ordem, estendendo-se desde a nascente até a confluência; os canais de segunda
ordem surgem da confluência de dois canais de primeira ordem e só recebem afluentes de
primeira ordem; os canais de terceira ordem surgem da confluência de dois canais de
(flWP
AGEWIP
segunda ordem, podendo receber afluentes de segunda e de primeira ordens; os canais de
quarta ordem surgem da confluência de dois canais de terceira ordem, podendo receber
tributários das ordens inferiores e assim sucessivamente. (COELHO, 2007)
Segundo Horton (1945), os canais de primeira ordem são aqueles que não possuem
tributários, ou seja, afluentes. Os canais de segunda ordem somente recebem afluentes de
primeira ordem; os de terceira ordem podem receber um ou mais tributários de segunda
ordem, mas também podem receber afluentes de primeira ordem; os de quarta ordem
recebem tributários de terceira ordem e também, os de ordem inferior. E assim
sucessivamente. Porém, na ordenação proposta por Horton (1945), o rio principal é
consignado pelo mesmo número de ordem desde a sua nascente.
A hierarquia da rede de drenagem proposta por Strahler (1994) denomina os
menores canais, sem tributários como os de primeira ordem, desde sua nascente até a
confluência. Os canais de segunda ordem surgem da confluência de dois canais de primeira
ordem, e só recebem afluentes de primeira ordem. Quando existe o encontro entre dois
canais de segunda ordem, surge um canal de terceira ordem, que pode receber tanto
tributários de primeira como de segunda ordem. Ao encontrar-se com outro canal de terceira
ordem, surge um canal de quarta ordem que poderá receber canais de ordem inferior, e
assim sucessivamente.
Figura 1 - Exemplo Análise de Hierarquia Fluvial desenvolvida pelo Método Strahler.
Fonte: Horton, 1945
Quanto maior a hierarquia fluvial maior o fluxo acumulado. Este mapa a partir de um
buffer permitirá identificar áreas com grande possibilidade de alagamento e que apresentam
edificações. Optou-se pelo desenvolvimento das duas metodologias para identificar, por
meio de um estudo estatístico, a técnica que mais se adéqua a bacia.
M/1
com
AOEVAP
FUNCAB
4.2.2 Mapa de Hierarquia Fluvial (SHREVE)
O Método de Shreve (1966) estabelece a magnitude de determinado ligamento ou de
determinada bacia hidrográfica, A proposição introduzida por Strahler é a mais amplamente
utilizada, em virtude do caráter descritivo e do relacionamento com as leis de composição de
drenagem. Por outro lado, as proposições de Scheidegger e de Shreve são mais lógicas sob
o aspecto hidrológico.
Todavia, os diversos modos de ordenação são úteis porque propiciam maneira fácil e
rápida de quantitativamente designar qualquer rio ou segmento fluvial em qualquer parte do
mundo.
Figura 5 - Exemplo Análise de Hierarquia Fluvial desenvolvida pelo Método Shreve.
Fonte: Horton, 1945
A magnitude também envolve o ordenamento de canais, com a diferença de que
todos os canais de cabeceira possuem a mesma ordem hierárquica. A ordem dos canais
aumenta na medida em que são somadas as ordens dos canais a montante da confluência.
O que distingue a hierarquia fluvial da magnitude é a consideração dos princípios
hidrológicos na segunda, visto que a cada confluência as características dos canais são
alteradas (CHRISTOFOLETTI, 1980). Quanto maior a hierarquia fluvial maior o fluxo
acumulado.
Para a elaboração dos Mapas de Hierarquia Fluvial será utilizada a metodologia de
hierarquização dos canais fluviais definida por Strahler e a metodologia de Shreve, que
estabelece a magnitude de determinado ligamento ou de determinada bacia hidrográfica. A
proposição introduzida por Strahler é a mais amplamente utilizada, em virtude do caráter
descritivo e do relacionamento com as leis de composição de drenagem, permitindo melhor
analisar a morfometria da bacia. Por outro lado, as proposições de Shreve são mais lógicas
sob o aspecto hidrológico.
CEIVAP
AGEVAP
FUNCAB
Estes mapas permitirão a identificação de áreas com grande possibilidade de
alagamento e que apresentam edificações. Optou-se pelo desenvolvimento das duas
metodologias para identificar, por meio de um estudo estatístico, a técnica que mais se
adéqua a bacia.
4.3 Com relação aos Mapas de susceptibilidade de risco
No Brasil os principais
eventos relacionados a desastres naturais são os
escorregamentos de solo e as inundações, que estão associados a eventos de chuvas
intensas e prolongadas. Apesar das inundações serem os processos que produzem as
maiores perdas económicas e os impactos mais significativos na saúde pública, os
deslizamentos de solo é que geram o maior número de vítimas fatais. (CARVALHO E
GALVÃO, 2006)
4.3.1 Escorregamentos de solo
Os escorregamentos de solo podem ser entendidos como um deslocamento finito ao
longo de uma superfície de deslizamento definida, preexistente ou de neoformação.
Os movimentos de massa, ou seja, escorregamentos e processos correlates, estão
diretamente relacionados à dinâmica das vertentes. Augusto Filho (1992) classifica tais
movimentos em quatro grandes grupos: rastejes (creep), escorregamentos
stricto sensu
(slides), quedas (falis) e corridas (flows).
Os rastejes são deslocamentos lentos e progressivos do solo, induzidos pela alta
declividade do terreno.
Os escorregamentos são processos rápidos, que podem ser de formas diferentes em
função do tipo de solo e rocha, do relevo, etc. Os tipos de escorregamentos são definidos
em função de sua forma e tamanho, bem como o tipo de material (solo, rocha) que foi
mobilizado. As formas mais comuns são os escorregamentos planares, os circulares e em
cunha.
As corridas são fenómenos catastróficos decorrentes de chuvas muito intensas, que
provocam a mobilização de solo, rocha, detritos, etc. ao longo das drenagens. Grandes
volumes de material são transportados como um líquido viscoso, podendo ter grandes
deslocamentos com velocidade elevada.
As quedas de blocos ocorrem nos paredões rochosos, deslocando lascas, blocos,
placas, etc. com velocidades muito altas, mas, normalmente, o material removido tem pouco
volume. Assim sendo, como já havia observado Cerrí (1993), a ficha de cadastro completa
deve contemplar os seguintes aspectos: perfil do solo; condicionantes estruturais; tipologia
dos taludes (natural, corte, aterro); declividades das encostas e taludes; ocorrência de
CfIMP
fendas de tração nos terrenos e nas moradias; ocorrência de degraus de abatimento;
ocorrência de árvores, postes ou muros inclinados ("embarrigados"); presença de lixo e
entulho depositados; situação das águas servidas e esgotos; situação das águas pluviais;
situação dos sistemas de drenagem e redes de abastecimento de água; tipologia da
vegetação, inclusive cultivos; análise da proximidade das moradias em relação à base ao
topo de taludes; análise da tipologia das construções.
Dentre os processos de movimentos de massa, os mais frequentes na região
sudeste do Brasil são os escorregamentos. (TOMINAGA, 2007)
Em termos gerais, um escorregamento ocorre quando a relação entre a resistência
ao cisalhamento do material e a tensão de cisalhamento na superfície potencial de
movimentação decresce até atingir uma unidade, no momento do escorregamento. As
rupturas por cisalhamento, ao longo de uma superfície de escorregamento, ocorrem quando
há uma diminuição da resistência ao cisalhamento do material. Dessa forma, na primeira
fase do escorregamento, a massa em movimento avança com velocidade acelerada, ao
acontecer o escorregamento, diminuem as forças que determinaram o movimento e a
massa vai se estabilizando. Assim o movimento cessa, ou assume caráter de rastejo
(GUIDICINI&NIEBLE, 1984).
Dentre os métodos que visam o mapeamento de áreas instáveis em escalas de
bacias hidrográficas, destacam-se os modelos matemáticos em bases físicas, por reduzirem
a subjetividade e fornecerem resultados mais precisos. Dentre esses modelos o SHALSTAB
e o TRIGRS, são os que têm apresentado vantagens importantes no mapeamento da
suscetibilidade a escorregamentos, pois, considerando o mesmo modelo de talude infinito,
calculam a estabilidade na paisagem por meio da combinação de análises hidrológica e de
estabilidade. A diferença principal entre eles é que, enquanto o SHALSTAB considera
apenas o fluxo constante e paralelo à encosta, sob condições de equilíbrio (steady-state),
para a análise hidrológica, o TRIGRS calcula a estabilidade para cada profundidade do solo,
sob condições transientes, conforme o avanço da infiltração decorrente da intensidade e
duração da chuva ao longo do tempo.
Estes modelos produzem um mapa de susceptibilidade de uma dada área de estudo
de forma heterogénea porque os escorregamentos dependem da topografia e de fatores de
propriedades físico-químicas dos solos, e principalmente da quantidade e da distribuição
espacial da descarga hidráulica. Vários trabalhos que utilizam esses modelos dão ênfase à
análise de desempenho verificada a partir do grau de acerto entre as porções do relevo
previstas como susceptíveis a ocorrência de escorregamentos com os mapeamentos de
escorregamentos pretéritos. (GUIMARÃES, 2009)
4.3.2
ÍEIVAP
AGEVAP
Inundações
As águas das chuvas ao alcançar um curso d'água, causam o aumento no volume
por certo período de tempo. Este acréscimo na descarga d'água, recebe o nome de cheia ou
enchente. Por vezes, no período de enchente, as vazões atingem tal magnitude que podem
superar a capacidade de descarga da calha do curso d'água e extravasar para áreas
marginais habitualmente não ocupadas pelas águas. Esse extravasamento caracteriza uma
inundação e a área marginal, que periodicamente recebe esses excessos de água,
denomina- se leito maior, planície de inundação de um rio, ou ainda, várzea.
Os condicionantes naturais climáticos, geológicos e geomorfológicos de um dado
local são determinantes na ocorrência de processos de enchentes e inundações. Por outro
lado, a frequência, magnitude e os fatores predisponentes dos acidentes de enchentes têm
também, muitas vezes, uma profunda relação com a forma e intensidade das intervenções
antrópicas realizadas no meio físico.
Os processos de enchente e inundação apresentam diferentes características
dinâmicas, as quais dependem muitas vezes das características do relevo e da conformação
geológica e geomorfológica de uma dada bacia. São eles: inundações extensas em áreas
de baixada; enchentes com alta energia de escoamento; enchentes com alta carga de
material sólido.
Ao longo de cursos d'água em vales encaixados ou espremidos pela ocupação
marginal, enchentes violentas, com alta velocidade de escoamento podem produzir forças
hidrodinâmicas capazes de causar acidentes destruindo moradias situadas no leito menor,
junto aos barrancos dos rios, por ação díreta das águas, ou por erosão e consequente
solapamento das margens dos rios. Enchentes com alta energia cinética e poder erosivo e
de impacto, são processos ocorrentes principalmente nas áreas de domínio serrano e
montanhoso, em bacias hidrográficas que permitem rápida concentração e altos valores de
vazão.
Em enchentes de alta energia cinética a água pode transportar elevada carga de
material sólido (sedimentos de diferentes granulometrias e detritos vegetais) por saltação,
suspensão, rolamento e arraste. São processos que ocorrem principalmente no ambiente de
relevos montanhosos e, em razão da presença de muito material sólido, o fenómeno adquire
poder destrutivo maior do que aquele descrito anteriormente.
4.3.3 Metodologias adotadas
Para o desenvolvimento de mapas de susceptibilidade de risco serão utilizadas as
metodologias TRIGRS, SHALSTAB e SAGA-UFRJ para a avaliação do risco de
AGEVAP
Rubrico:,
FUNCAB
escorregamento de solo e a metodologia SAGA-UFRJ para a avaliação do Risco de
Inundação.
a) Metodologia TRIGRS
Em síntese, o Modelo TRIGRS calcula a estabilidade de encostas para cada
profundidade do solo sob condições transientes, conforme o avanço da infiltração
decorrente da intensidade e duração da chuva ao longo do tempo. Ressalta-se a
importância deste tipo de análise face o transporte de solo para os cursos d'água e
consequentemente assoreamento destes cursos.
b) Metodologia SHALSTAB
Segundo Tominaga (2007),
o modelo SHALSTAB é um modelo matemático-determinístico baseado numa
combinação da equação de vertente infinita e um componente hidrológico de
fluxo subsuperficial raso. Voltado para definição dos locais mais suscetíveis à
ocorrência de escorregamentos translacionais rasos, tem sido aplicado na
região oeste dos Estados Unidos (MONTGOMERY, 1994; MONTGOMERY &
DIETRICH, 1994; MONTGOMERY et ai ., 1998) e, mais recentemente no
Brasil (GUIMARÃES et aí ., 1999; FERNANDES et ai ., 2001). Como
destacado por Fernandes et ai . (2001), o diferencial deste m odeio é
contemplar o papel desempenhado pela topografia quanto à declividade e área
de contribuição, na deflagração de escorregamentos translacionais.
A verificação do desempenho do modelo SHALSTAB para o clima tropical foi
efetuada por Guimarães et ai. 2003 em duas bacias no maciço da Tijuca no Rio de Janeiro a
partir de várias combinações de valores de propriedades do solo como ângulo de atrito,
coesão e densidade e espessura do solo comparando os resultados com as cicatrizes dos
escorregamentos decorrentes as intensas chuvas ocorridas em Fevereiro de 1996. Este
modelo apresentou excelente desempenho em que quase a totalidade dos escorregamentos
localizaram-se nas áreas de maior susceptibilidade definida no mapa resultante.
(GUIMARÃES, 2009)
Segundo GUIMARÃES (op. cit.)
o modelo SHALSTAB vem sendo amplamente utilizado pela comunidade
científica em regiões de clima temperado desde a metade da década de 1990
(Montgomery & Dietrich 1994). Guimarães et ai. 2003 verificaram o
desempenho do modelo SHALSTAB, em clima tropical, em duas bacias no
maciço da Tijuca no Rio de Janeiro a partir de várias combinações de valores
de propriedades do solo como ângulo de atrito, coesão e densidade e
espessura do solo comparando os resultados com as cicatrizes dos
escorregamentos decorrentes as intensas chuvas ocorridas em Fevereiro de
1996. Este modelo apresentou excelente desempenho em que quase a
totalidade dos escorregamentos localizaram-se nas áreas de maior
susceptibilidade definida no mapa resultante.
XD,
AGEVAP
FUNCAB
No contexto geral, o modelo SHALTAB considera apenas o fluxo constante e
paralelo à encosta, sob condições de equilíbrio (steady-state). Por experiência dos
pesquisadores envolvidos neste projeto de caracterização cartográfica, este modelo adequase mais as condições reais já observadas, sendo considerado um dos mais eficientes
métodos de análises de susceptibilidade de risco.
c) Metodologia SAGA-UFRJ
O método de Avaliação Ambiental SAGA-UFRJ consiste na realização de estimativas
sobre possíveis ocorrências de alterações ambientais, segundo diversas intensidades.
Durante o procedimento são definidas a extensão destas estimativas e suas relações de
proximidade e conexão (em outras palavras, prever o que ocorrerá, em que intensidade, em
que extensão e próximo a quê).
Sendo assim, as estimativas pressupõem um conhecimento prévio da área a ser
analisada, que pode ser adquirida principalmente na etapa de levantamento dos dados
ambientais, e por meio dos conhecimentos sistemáticos específicos detidos pelo usuário.
Podem ser citados, como objetos de avaliações, as áreas problemáticas (quanto a
potenciais e riscos específicos), potenciais conflitantes, áreas críticas, incongruências de
uso, impactos ambientais, entre outros.
O SAGA/UFRJ fornece as seguintes opções dos tipos de avaliações que podem ser
realizadas: Avaliação simples com ou sem relatório e Avaliação estendida com ou sem
relatório. A Avaliação quanto a ser estendida ou não, representa a utilização de intervalos de
maior ou menor discretização, atribuindo-se notas de O a 10 para a "sem extensão", e de O a
100 para a "estendida".
A Avaliação com relatório oferece a possibilidade de apresentação e impressão de
toda a informação resultante da avaliação executada. Os relatórios gerados com a
realização da Avaliação são: temas, classes, mapa final, frequências, bloqueios e
combinações encontradas.
Conforme mencionado acima, para cada classe encontrada em cada cartograma
digital será atribuída uma "nota", em uma das seguintes escalas: "O a 10" (avaliação sem
extensão) ou "O a 100" (avaliação estendida).
Estas notas serão as coordenadas definidoras da posição de cada pixel no espaço
classificador criado pelo algoritmo, devendo estas notas serem atribuídas em resposta à
seguinte pergunta: "Quais as possibilidades, nas escalas de "O a 10"ou "O a 100", de que
ocorram, num mesmo local, a alteração sendo estimada e a classe para a qual se está
dando uma "nota"?
Bacia do Rio Paraíba do Suí
A avaliação ambiental pode ser decomposta em avaliações diretas e complexas. As
avaliações diretas (ou simples) são aquelas que resultam da combinação imediata dos
dados originalmente inventariados, isto é, são os primeiros resultados avaliativos obtidos
com a combinação dos dados originais, podendo estas combinações gerar alguns tipos de
mapeamento, dentre os quais merecem destaque os de riscos e de potenciais ambientais.
Já as avaliações complexas utilizam uma ou várias avaliações prévias como base para sua
construção, podendo se referir ao cotejo de uma avaliação contra um dado básico, ou
mesmo reproduzir o resultado do confronto entre as expressões territoriais de avaliações
previamente elaboradas.
Este método será utilizado para as áreas com susceptibilidade de escorregamento
de solo e inundação.
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Revisão Bibliográfica

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