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ENCUENTRO HUMBOLDT
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Asunto:[encuentrohumboldt] 129/04 - IDENTIFICAÇÃO DE ÁREAS SUSCE TÍVEIS A E ROSÃO NA REGIÃO ENTRE GUARULHOS E MOGI DAS CRUZE S, S.P., ATRAVÉS DE TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO
Fecha:Jueves, 6 de Mayo, 2004  22:28:58 (-0300)
Autor:Humboldt <humboldt @............ar>

IDENTIFICAÇÃO DE ÁREAS SUSCE

TÍVEIS A EROSÃO NA REGIÃO ENTRE GUARULHOS E MOGI DAS CRUZES, S.P., ATRAVÉS DE TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO

 

 Danilo H. C. T. B. Melo

e Hermann J. H. Kux

 

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE

 

São José dos Campos – SP

 

 

RESUMO

Este trabalho tem por objetivo demonstrar como os problemas ambientais relacionados à erosão na região leste da Grande São Paulo podem ser estudados através de técnicas de geoprocessamento. A área apresenta um grande número de cursos d’água que abastecem a represa de Guarapiranga, utilizados intensivamente pelo poder público e particulares, embora seja área de proteção de mananciais. Para o planejamento integrado do meio físico e sócio-econômico desta região, o Sistema de Informações Geográficas - SIG , é uma poderosa ferramenta auxiliar neste trabalho. Neste estudo, foram utilizados mapas temáticos e imagens de satélite, que foram inseridos num SIG para integração e análise. A partir destes dados foi obtido um mapa de uso e ocupação da terra. A etapa de campo foi para verificar as informações obtidas na fase de interpretação de imagens. Para a integração dos dados foram utilizados os métodos Booleano, Classificação contínua e o processo analítico hierárquico (AHP). A área em estudo é muito vulnerável à erosão, sendo este um dos principais problemas ambientais da região. O método que forneceu resultados mais condizentes com a realidade física da região, foi a AHP, por considerar que determinados parâmetros naturais de geologia, geomorfolgia, e pedologia são mais suscetíveis à erosão do que outros. Nas propriedades rurais, observa-se o uso intensivo do solo até às margens dos córregos, o que propicia o aparecimento de ravinas e escorregamento de terras. A expansão urbana na região não respeitou as características do relevo, o que causou a intensificação dos problemas ambientais.

 

 

1. INTRODUÇÃO

Os Sistemas de Informações Geográficas - SIG constituem-se como  substitutivos dos mapas impressos em papel para as tarefas de investigação, desenvolvimento e planejamento, sendo uma importante ferramenta de suporte à tomada de decisão, permitindo análises espaciais que não eram contempladas em outros sistemas correlatos tradicionais. Os mapas armazenados em computadores podem ser objeto de infinitas informações espaciais, ou combinados algebricamente para produzir mapas derivados, que representam situações reais ou hipotéticas (Rojo, 1988).

Os mapeamentos realizados com SIGs permitem a elaboração de uma metodologia de classificação do terreno, podendo tratar-se de um Sistema Genético onde o terreno é subdividido com base nos elementos da morfogênese e suas características genéticas ou de um Sistema Paramétrico, que é um estudo quantitativo onde os atributos do terreno estão interrelacionados entre si. (Souza, 1999).

Assim sendo, utilizaram-se as opções disponibilizadas nos SIGs referentes à região localizada entre Guarulhos e Mogi das Cruzes, confeccionando uma carta de vulnerabilidade à erosão usando o SIG, utilizando a álgebra de mapas e comparando as seguintes operações: Booleana, Classificação Contínua e processo analítico hierárquico (AHP).

 

 

1.1 - CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

 

A área de estudo localiza-se na parte leste da região metropolitana de São Paulo, entre os meridianos W Gr 47º 26’ e 47º18’ e os paralelos S 23º44’ e 23º24’ (Figura 1). Nesta área encontram-se depósitos aluviais de várzea e terraços próximos ao Rio Tietê. Estes depósitos apresentam um grande número de diques de rochas básicas, principalmente na margem norte do rio Tietê, favorecendo a criação de soleiras litológicas a montante, originando o acumulo de aluviões (IPT, 1981). Segundo Almeida et al (1976), esta região está situada na Bacia de São Paulo e sua litologia é formada principalmente por argilas, siltes e areias argilosas finas. As características texturais constituem sedimentos pobres em estruturas primárias, apresentando estratificação plano-paralela horizontal, estratificações gradativas, pelotas de argila, diques clásticos arenosos dentro de argilas e estratificações cruzadas (Suguio, 1980).

Por outro lado, Ab’Saber (1969) descreve que o contato desses materiais com as rochas cristalinas produz um assoalho topográfico irregular, sujeito a uma decomposição profunda. Por exemplo, em locais onde ocorrem os “Mares de Morros”, nota-se que as áreas sofreram efeitos erosivos agressivos da pedimentação e desnudação dos mantos de regolitos. Ab’Saber (1969) observa ainda que a Bacia de São Paulo é o resultado da deposição de materiais predominantemente finos, numa depressão tectônica com direção contrária à direção da drenagem prévia da região, oriunda de soleiras tectônicas ativas.

 

Figura 1: Localização da área de estudo

 

 

 

2 - METODOLOGIA

 

Neste estudo foram utilizados dados referentes a altimetria, (curvas-de-nível e pontos cotados), dados pedológicos, geológicos, geomorfológicos e uma imagem Landsat 5, bandas 2, 4 e 7. Estes dados foram digitalizados no SPRING 2.5, em ambiente UNIX e importados para o ambiente Windows. Os dados foram posteriormente explorados no SPRING 3.4, ambiente Windows, principalmente através de operações pontuais para a geração de mapas temáticos de áreas de vulnerabilidade à erosão. Os dados foram separados em modelos Numérico, Temático e Imagem.

Antes de iniciar a codificação das informações espaciais, que constituirão o banco de dados de dimensões reais, foi necessário definir as unidades de registro, de maneira análoga ao que ocorre com as séries cartográficas nacionais. Estas unidades definem um diretório que é consultado em primeira instancia quando se pretende recuperar, introduzir ou modificar dados do sistema de informação geográfica. Dessa forma, as estruturas internas, denominadas de Planos de Informação (PIs), descrevem as variáveis geográficas (Rojo, 1988). Os PIs permitem gerenciar e analisar os dados espaciais e as combinações de distintas funções operacionais definidas sobre esse tipo de informação e especificamente:

a)      Introdução dos dados espaciais no computador;

b)      Gestão e manipulação para interrogar a base de dados;

c)      Análise e geração de novas informações a partir da base de dados; e

d)        Representação cartográfica (e por outros meios) dos dados.

Com relação ao item “a”, a entrada de dados nos Sistemas de Informações Geográficas está condicionada por dois fatores fundamentais: a fonte de informações espaciais e o formato digital (tipo de estrutura) da base de dados. A informação espacial pode estar no formato digital (uma imagem registrada por um scanner) ou em formato analógico (uma fotografia aérea ou um mapa impresso). No primeiro caso as funções de entrada de dados no SIG seguem apenas os procedimentos de transformação de coordenadas e de mudança de formato, para adaptar os dados originais ao esquema de representação da base de dados. Caso os dados forem extraídos de documentos analógicos, a entrada de dados deve seguir três tarefas distintas: preparação do documento, digitalização e correção de erros.

A digitalização consiste na superposição de uma malha transparente sobre cada mapa ou imagem e a conseqüente codificação do valor do atributo em cada grade. A função de entrada dos dados nesse caso, é um diálogo operador-sistema mediante um terminal alfanumérico, passando por dois processos: no primeiro o operador define os parâmetros gerais de entrada dos dados, ou seja, as características da malha e a natureza do atributo a registrar (projeção, coordenadas e datum), e no segundo são introduzidos os valores dos atributos sobre cada célula numa seqüência predeterminada.

Há diversos modos de execução da digitalização de um documento gráfico, sendo o mais comum a digitalização mediante segmentos de linhas. Este modo leva em conta certas propriedades topológicas dos gráficos bidimensionais que foram propostas pela primeira vez pelo Bureau of Census dos EUA (DIME, Dual Independent Map Encoding). Pontos, linhas e superfícies são sempre as unidades elementares de qualquer representação bidimensional. Cada elemento está limitado por dois ou mais nós e limita-se com outros polígonos. Consequentemente, registrando unicamente a configuração dos elementos e suas relações topológicas com o par de nós que os delimitam e com os polígonos com os quais faz fronteira, obtém-se uma descrição completa de todos os elementos de um mapa (Rojo, 1988).

Desta forma, os SIGs possibilitam trabalhar com uma base de dados mista, reunindo todas as características espaciais através de caixas de ferramentas diferentes para cada uma das variáveis espaciais. A representação do aspecto espacial se baseia nas formas ou modelos de dados diferentes, denominados de matriciais e vetoriais. No primeiro caso, o espaço geográfico é subdividido em pequenas unidades cujos valores temáticos já existem, e por esta atribuição estes dados são denominados de Numéricos. O modelo vetorial por sua vez está centrado na descrição das fronteiras exteriores dos elementos geográficos existentes do mundo real, em que a solução usual é o estabelecimento de um identificador para cada elemento geográfico representado que aparece na base dos dados espacial e temática.

Por outro lado, os SIGs tem a capacidade de realizar a análise geográfica por meio de modelagem de dados. A palavra modelagem, originada do âmbito geográfico, é definida como representação simplificada da realidade na qual aparecem algumas de suas propriedades (Felicísimo, 1994). Na modelagem podem ser utilizados os atributos espaciais e não-espaciais das entidades gráficas armazenadas na base de dados, buscando fazer simulações sobre os fenômenos do mundo real.

Neste trabalho foram utilizados dados em geo-campos, sendo realizadas várias operações sobre eles. As etapas de manipulação dos planos de informações correspondem ao fluxograma apresentado na Figura 2.

Para a geração do mapa de declividade criou-se o plano de informação Altimetria que foi obtido pela digitalização por meio de mesa digitalizadora no formato A1, através do SPRING, das curvas de nível e pontos cotados da carta topográfica na escala 1:50.000. A seguir foram feitos os ajustes da digitalização e a geração de uma grade triangular gerada por triangulação de Delaunay, sem linha de quebra. A grade triangular (TIN) possui as seguintes características: simplificação das linhas com tolerância de isolinhas 20.0m, e com a triangulação de menor aresta de 2.0 m. Estas medidas são definidas pelo sistema a partir da escala adotada no projeto. O próximo passo foi a geração de uma grade regular, com resolução de 30 x 30 m (x, y), sendo posteriormente gerada a declividade (percentual) com a mesma resolução. Assim foi realizado o fatiamento da grade de declividade, transformando-a num dado temático, e as classes de declividade, baseadas em Santos (apud Silva, 1997).

A seguir efetuou-se a manipulação dos dados temáticos de pedologia, geologia, geomorfologia e uso da terra, obtidos a partir da digitalização.

A partir dos dados temáticos foi possível realizar a sua sobreposição, utilizando a operação Booleana, Classificação Contínua e Processo Analítico Hierárquico – AHP. A primeira operação utiliza operadores lógicos, permitindo realizar cruzamentos entre os PIs, onde foram averiguadas todas as probabilidades de cruzamento entre classes (Câmara e Medeiros, 1996). Para tanto foi necessária uma reclassificação dos dados, afim de facilitar a sua manipulação e integração dos dados. O critério adotado para esta reclassificação segue a metodologia de Mendes (1982), na qual são estabelecidos os graus de limitação do uso do solo por suscetibilidade à erosão como: nulo, pouco, moderado, forte e muito forte.

A Classificação contínua baseada na natureza contínua dos fenômenos, torna-se adequada a conceitos inexatos, sendo indicada para trabalhos que avaliam uma ampla gama de fatores, possibilitando a análise por grau de pertinência, relacionados a valores arbitrários que dependem de diferentes pontos de vista do contexto (Moura, 1994). Para executar esta classificação com os mapas temáticos, é necessário transformá-los em dados numéricos, por meio da operação de Ponderação.

Utilizando dados de Geologia, Uso da Terra, Pedologia e Declividade foram realizadas as operações algébricas pontuais e zonais. Os valores de vulnerabilidade/estabilidade contidos nas colunas do banco de dados relacional foram convertidos em grades ou reclassificados, o que permitiu o cálculo do valor final de vulnerabilidade à erosão.

O geo-campo temático de Pedologia foi convertido em valores de estabilidade/vulnerabilidade através da operação pontual de ponderação e reclassificação, gerando um geo-campo numérico e um temático respectivamente. Para isto foram considerados os fatores que afetam a erosão hídrica numa análise mais profunda, conhecidos como: quantidade e velocidade das águas de chuva que incidem e escorrem sobre o solo como causa ativa e provocadora de erosão; resistência ou erodibilidade do solo como causa passiva ou facilitadora da erosão (Mendes, 1982). Para a transformação de dados numéricos foram estipulados valores de 0 a 1 (onde 0 corresponde a nulo e 1 a muito forte).

Para a reclassificação desses mapas foi adotada a metodologia de Crepani et al (1996), onde a integração dos dados foi feita segundo um modelo distribuído entre as situações de predomínio dos processos de pedogênese, passando por uma situação intermediária, e situações de predomínio de processos de  morfogênese.(Tabela 1).

Tabela 1 - Vulnerabilidade das unidades ambientais.

UNIDADE

RELAÇÃO PEDOGÊNESE/MORFOGÊNESE

VALOR

Estável

Prevalece a pedogênese

  0,0

Intermediária

Equilíbrio entre pedogênese e morfogênese

  0,5

Instável

Prevalece a morfogênese

  1,0

    Adaptada de Crepani et al. (1996,p.7).

A contribuição da Geologia neste processo de vulnerabilidade/estabilidade à erosão inclui compreender as informações relativas ao grau de coesão das rochas que compõem o substrato. Por grau de coesão das rochas entende-se a intensidade da ligação entre os minerais ou partículas que as constituem. O grau de coesão das rochas é a informação básica da Geologia a ser integrada a partir da ecodinâmica, uma vez que em rochas pouco coesas prevalecem os processos modificadores das formas de relevo, enquanto que nas rochas bastante coesas prevalecem os processos de formação de solos (Crepani et al.,1996). Para efetuar as operações de fusão dos mapa foram necessários fazer a normalização dos dados. Os critérios adotados para a operação Booleana foram a normalização dos dados a partir de uma reclassificação, de acordo com a classificação proposta por Mendes (1982).

As informações referentes ao uso e ocupação da terra são importantes pois a cobertura vegetal representa a defesa da unidade de paisagem contra os efeitos dos processos erosivos. A ação da cobertura vegetal e do tipo de uso do solo na proteção da paisagem se dá de diversas maneiras:

     I.          evitar o impacto direto das gotas de chuva contra o terreno que promove a desagregação das partículas;

   II.          impedir a compactação do solo que diminui a capacidade de absorção de água;

III.          aumentar a capacidade de infiltração do solo pela difusão do fluxo de água da chuva;

IV.          suportar a vida silvestre que, pela presença de estruturas biológicas como raízes de plantas, perfurações de vermes e buracos de animais, aumenta a porosidade e a permeabilidade do solo.

Em última análise, compete à cobertura vegetal um importante papel nas correntes de drenagem, pelo aumento da capacidade de infiltração, pois o ingresso imediato da água provoca o aparecimento da erosão. A participação da cobertura vegetal na caracterização morfodinâmica das unidades de paisagem natural está portanto diretamente ligada à sua capacidade de proteção. Assim, aos processos morfogenéticos relacionam-se as coberturas vegetais de densidade mais baixa, enquanto que os processos pedogenéticos ocorrem em situações onde a cobertura vegetal mais densa permite o desenvolvimento e maturação do solo, conforme Crepani et al (1996) (Tabela 2).

 

Tabela 2 - Valores de Estabilidade/vulnerabilidade para uso e cobertura da terra

TIPO DE USO E COBERTURA DO SOLO

E/V

Pastagem

0.7

Outros Usos

0.5

Represa

0.0

Silvicultura

0.2

Floresta

0.0

Capoeira

0.1

Cultura anual hortifrutigranjeira

0.3

Vegetação de várzeas e Banhados

0.2

Área Industrial

0.0

Área Urbana

0.0

Adaptada de Crepani et al. (1996).

Figura 2: Fluxograma de trabalho.

 

 

 

3 - ANÁLISE DOS RESULTADOS

 

Os resultados obtidos permitem concluir que a área em estudo apresenta em sua maioria suscetibilidade moderada a erosão, isto pode ser observado nas três classificações. Este fato deve-se ao tipo de Uso e cobertura do solo, o qual vem sendo reduzido, por causa da expansão urbana.

A carta obtida através do AHP apresentou um resultado interessante, onde se pode observar o maior número de áreas classificadas como “Forte” e “Muito Forte” a suscetibilidade a erosão. Ao avaliar as três classificações observa-se que a grande diferença está entre as classes “Pouco” e “Forte” (Tabela 3 e Figura 3). Isto ocorre devido a correta distribuição de pesos dada para cada mapa temático, onde este pesos deve ter uma razão de consistência igual ou menor que 0.1. Neste caso a razão de consistência foi de 0.031. Ao avaliar que classe que teve maior influência nas áreas com maiores suscetibilidade a erosão foi o tipo de solos, podzólico com cascalho, associado com a declividade apresentaram as maiores área sucetiveis a erosão, muito forte. Portanto, mesmo considerando que a geologia apresenta maior sucetibilidade a erosão e em seguida a declividade, a associação entre as classes de diversos mapas temáticos pode formar áreas propícias a erosão.

Tabela 3. Área por km2

Suscetibilidade

a erosão

Processo

Analítico Hierarquico

Classificação Contínua

Classificador

Booleano

Nulo

37.935900

37.617300

9.830700

Pouco

217.893600

525.619800

673.443900

Moderado

946.062900

886.787100

719.352900

Forte

233.372700

0.700200

45.173700

Muito Forte

13.480200

0.065700

0.018900

Área total

1448745300

1448745300

1448745300

 

As técnicas de SIG mostraram ser um instrumento eficaz na elaboração dos mapas, sendo possível analisar as várias classes de erosão através do cruzamento de dados definidos na metodologia.

A classificação final das cartas de vulnerabilidade, por ser função dos valores de vulnerabilidade à erosão de cada tema individualmente, varia com o tempo em virtude do caráter dinâmico dos componentes da paisagem. Para que a carta de vulnerabilidade à erosão possa servir continuamente de subsídio à política de gestão do território, ela precisa ser facilmente gerada e permanentemente atualizada. Esses requisitos são satisfeitos quando são usadas as técnicas atuais de coleta, tratamento e análise de informação, destacando-se a utilização dos SIGs.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 3: Mapas resultantes

 

 

5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

 

O mapeamento permitiu reconhecer os locais mais suscetíveis à erosão, possibilitando estudos futuros de planejamento de uso do solo, indicando onde é necessário a prática conservacionista. A decisão de usar uma área próxima a uma região densamente habitada como estudo de caso proporcionou a organização de extenso banco de dados. A metodologia desenvolvida é aplicável a diferentes casos, fornecendo as bases para propostas de gerenciamento de informações múltiplas e diversificadas para diferentes realidades contidas no espaço. Outros dados poderiam ajudar melhor ainda na localização de áreas suscetíveis a erosão que são os mapas climáticos, principalmente em locais com relevo bem acidentado. Desta forma, considera-se a utilização das ferramentas de apoio à decisão imprescindível ao planejamento ambiental. O geoprocessamento pode ser útil na preservação de áreas verdes propiciando maior eficiência, flexibilidade e grau de complexidade no tratamento de dados, com inúmeras aplicações em nível gerencial, operacional e estratégico.


 

 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

 

Ab’Saber, A. N.  O domínio de mares de morros.  São Paulo, IGEOG/USP.1966 9p.

Almeida, F. F. M. de; Hasui, Y.; Neves, B. B. B. The upper precambrian of South américa.  Boletim IG, São Paulo, n 7. 1976. 45-80 p.

Câmara, G.; Medeiros, J. S.  Geoprocessamento para Projetos Ambientais.  São José dos Campos, INPE, Mar. 1996.

Crepani, E.;Medeiros, J. S.; Azevedo, L.G.; Hernandez Filho, P.; Florenzano T.G.; Duarte, V. Curso de sensoriamento remoto aplicado ao zoneamento ecológico-econômico.(INPE-G145-PUD/028) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 1996. 18p.

Felicísimo, A. M.  Modelos digitales del terreno. Introducción y aplicaciones en las Ciencias Ambientales. Oviedo (Espanha). Pentalfa. 1994. 124 p.

Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo IPT.  Mapa geológico do Estado de São Paulo.  Série monografias nº6. São Paulo. v1. 1981. 126 p.

Mendes, W. Relação entre os graus de limitação do uso do solo por suscetibilidade à erosão e as unidades de mapeamento de solo.  Revista Brasileira de Geografia. IBGE. Rio de Janeiro. 3, p. 445-475, Jul. 1982.

Moura, A. C. M.  Cartografia temática como meio de comunicação.  Fator GIS. n., 6, p. 25-28. Jul. 1994.

Rojo, F.  Aplicaciones de la informática a la Geografia y Ciencias Sociales.  Madri. Sintesis, 1988. 245 p.

Serviço Nacional de Pesquisa Agronômicas.  Levantamento de reconhecimento dos solos do estado de São Paulo 1960. 634p.n. 12

Silva, L. P.  Identificação de áreas suscetíveis à erosão: área de proteção ambiental Serra do Parecis. FatorGIS. n. 20, p.18-20. Ago. 1997.

Souza, C. J. S.  Carta de vulnerabilidade à erosão como subsídio ao zoneamento ecológico-econômico em área intensamente antropizada. São José dos Campos. 171p. (INPE-7030-TDI/662). Dissertação (Mestrado em Sensoriamento Remoto). Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 1999.

Suguio, K.  Síntese dos conhecimentos sobre a sedimentação da bacia de São Paulo.  Mesa Redonda sobre aspectos geológicos e geotécnicos da bacia sedimentar de São Paulo. São Paulo. Publicação Especial. SBG/ABGE. 25-32 p.


 Ponencia presentada en el Segundo Encuentro Internacional Humboldt. Mar del Plata, Argentina. Octubre de 2000.