15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental DIAGNÓSTICO AMBIENTAL DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO VACACAÍ

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15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental

DIAGNÓSTICO AMBIENTAL DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO

VACACAÍ

Natália Duarte Melos1; Douglas Stefanello Facco¹; Jonatas Giovani Silva Aimon2; Ana Caroline Pain Benedetti³

Resumo – As análises ambientais das bacias hidrográficas diagnosticam o grau de degradação da mesma, ocasionada devido às práticas inadequadas da ocupação urbana, agricultura e pecuária. Este trabalho buscou realizar uma análise ambiental da bacia hidrográfica do rio Vacacaí. A bacia em estudo localiza-se na região central do estado do Rio Grande do Sul. Os procedimentos metodológicos consistiram em sistematizar e delimitar os dados à área de estudo em rotinas realizadas em um software de sistema de informações geográficas. Como resultado, obtiveram-se quatro mapas temáticos oriundos de cruzamento de informações, o que pode avaliar os efeitos da degradação ambiental. Conclui-se através deste trabalho, que o Geoprocessamento aplicado em estudos de cunho ambiental, demonstra com maior facilidade e detalhamento a dinâmica e os impactos que a área está sofrendo.

Abstract – The environmental analysis of river basins diagnose the degree of degradation thereof, caused due to inadequate practices of urban settlement, agriculture and livestock. This study attempts to make an environmental analysis of the catchment area of the river Vacacaí. The study watershed is located in the central region of Rio Grande do Sul state. The methodological procedures consisted of systematic and delimit the data to the study area in routines performed in a geographic information system software. As a result, we obtained four thematic maps derived from cross-checks, which can evaluate the effects of environmental degradation. The conclusion of this research was that the Geoprocessing in environment-related studies, demonstrates with greater ease and detail the dynamics and impacts that the area is suffering.

Palavras-Chave – Bacia Hidrográfica; Mapeamento; Geoprocessamento.

1

Acadêmicos do Curso de Tecnologia em Geoprocessamento, Colégio Politécnico da UFSM, melosnatalia@gmail.com; douglas.s.facco@hotmail.com;

2

Mestrando em Geografia, Universidade Federal de Santa Maria, jg.aimon@hotmail.com

3

Professora de nível técnico e superior de Tecnologia em Geoprocessamento, Colégio Politécnico da UFSM, anacaroline@politecnico.ufsm.br

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1. INTRODUÇÃO

As bacias hidrográficas estão suscetíveis à degradação ambiental devido ao desenvolvimento populacional em torno das mesmas. Entende-se por bacia hidrográfica, segundo Barrella (2001), sendo como um conjunto de terras drenadas por um rio e seus afluentes, formada nas regiões mais altos do relevo por divisores de água, onde as águas das chuvas, ou escoam superficialmente formando os riachos e rios, ou infiltram no solo para formação de nascentes e do lençol freático. Denota-se a importância de uma bacia para uma população, pois ela pode ser destinada para vários fins, como uso agrícola, abastecimento de parte da população inserida nesta região, lazer e turismo e outras diversas formas de uso.

A intensificação dos processos de urbanização, agricultura e pecuária, industrialização e desmatamento, contribuem para processo de erosão e deterioração dos recursos naturais e o comprometimento das reservas de água. Em áreas rurais, as alterações ambientais se intensificam muito em áreas próximas aos corpos d’água, devido à falta de técnicas de manejo agrícolas e agropecuárias.

Portanto, sabe-se que são de extrema importância as pesquisas voltadas para análise ambiental das bacias hidrográficas. De acordo com Silva e Zaidan (2004), uma análise ambiental está contida em um estudo integrado e analítico das transformações, distribuições, dinâmica e conexões dos elementos componentes de um território. O uso do geoprocessamento vem crescendo largamente nesses estudos, ainda mais quando se trata de análise de grandes espaços territoriais.

O geoprocessamento se resume no armazenamento e análises de dados, no qual deve ser compreendido no sentido amplo devido de modo que possibilite que os dados se transforme em informações que darão suporte a tomada de decisões (MOURA, 2003). O geoprocessamento engloba em seu conjunto o sensoriamento remoto, a cartografia digital, e os Sistemas de Informações Geográficas (SIG). Um SIG é considerado um importante meio de apoio e desenvolvimento de aplicações voltadas ao meio ambiente, pois facilita a integração de dados espaciais de diversas fontes e permite a realização de diversas análises complexas, e com a criação de banco de dados georreferenciados torna possível a automatização da produção de mapas e outros produtos cartográficos (CÂMARA E DAVIS, 2001).

Diante do exposto, justifica-se com o referido trabalho a realização da caracterização ambiental da bacia hidrográfica do Rio Vacacaí, a fim de mapear as distintas feições de uso do solo, identificando e classificando as áreas. A proposta deste trabalho tem como objetivo central realizar uma análise ambiental da bacia hidrográfica do Rio Vacacaí. Os objetivos específicos deste trabalho são os seguintes: quantificar parâmetros da bacia hidrográfica, realizar a amostragem da quantificação de áreas das feições terrestres, gerar mapa de potencial para atividade agrícola, gerar mapa de potencial de atividade pecuária, gerar mapa de risco de erosão do solo e gerar mapa de risco de enchente.

2. METODOLOGIA

2.1. Área de Estudo

Com base nos dados disponibilizados pela Agência Nacional das Águas – ANA, a área de estudo da bacia de número 77687 é uma bacia de nível 5, com área de 995,646 km² e é pertencente a bacia hidrográfica do Rio Vacacaí (figura 1). O Rio Vacacaí é pertence á região hidrográfica do Atlântico Sul. Encontra-se nas regiões agroecológicas da Campanha e Depressão Central. Com perímetro de 161,417 km, a bacia abrange os municípios de Santa Maria, Formigueiro, São Sepé e Vila Nova do Sul.

A economia dessa região é baseada na agricultura familiar existentes nessa área, entre agricultores e pecuaristas familiares, quilombolas, pescadores. Com destaque para a pecuária de corte, a matriz econômica da região baseia-se no arroz, milho, fumo, soja e feijão. Também há

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presença de agroindústria de laticínios, panificação, sucos, doces, conservas, derivados de cana e armazenagem de grãos e de frutas.

Figura 1. Localização da bacia em estudo. Fonte: Produzido pelos autores.

2.2. Materiais

Para o desenvolvimento deste trabalho, ao que discerne dos procedimentos teóricos práticos utilizaram-se as seguintes bases de dados e aplicativos:

 Spring ® - software empregado para geração de mapa de uso e cobertura da terra;

 Quantun Gis® - software aplicado para rotinas especificas;

 ArcGIS® - software utilizado para reprojetar imagens de satélites;

 Vista Saga® - software direcionado para cruzamento de mapas secundário para geração de mapas temáticos, além da confecção de leiaute de mapas;

 Dados vetorizados – oriundos do Laboratório de Ecologia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS);

 Bacias hidrográficas de nível 5 – disponíveis no site da Agência Nacional das Águas (ANA);

 Imagens do sensor Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM), folhas SH-22-V-C e SH-22-Y-A na escala 1:250000 – download pelo site da Embrapa;

 Imagem Landsat 8 obtida em 25 de setembro de 2014 – download pelo site da Science

for a Changing World (USGS).

2.3. Métodos

Os dados foram sistematizados e delimitados para a área de estudo em rotinas realizadas no software Quantum Gis®. Os procedimentos metodológicos envolvidos nesse trabalho estão destacados conforme o explicitado a seguir.

 Características geométricas:

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a) Área: toda área drenada pelo sistema pluvial inclusa entre seus divisores topográficos, projetada em plano horizontal, sendo elemento básico para o cálculo de diversos índices morfométricos (TONELLO, 2005).

b) Perímetro: comprimento da linha imaginária ao longo do divisor de águas (TONELLO, 2005).

c) Comprimento dos canais: soma do comprimento da linha de todos os canais que compõem a bacia (TONELLO, 2005).

d) Área dos polígonos (barragens): totaliza a soma da área dos polígonos com lamina d’água, ou seja, soma da área das barragens identificadas na bacia hidrográfica (TONELLO, 2005).

e) Fator de forma: relaciona a forma da bacia com a de um retângulo, correspondendo à razão entre a largura média e o comprimento axial da bacia (da foz ao ponto mais longínquo do espigão), podendo ser influenciada por algumas características, principalmente pela geologia. Podem atuar também sobre alguns processos hidrológicos ou sobre o comportamento hidrológico da bacia. O fator de forma pode ser descrito pela seguinte equação (Equação 1) (VILLELA; MATTOS 1975):

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onde, F = fator de forma; A = área de drenagem e L = comprimento do eixo da bacia.

f) Coeficiente de compacidade: Relaciona a forma da bacia com um círculo. Constitui a relação entre o perímetro da bacia e a circunferência de um círculo de área igual ao da bacia (CARDOSO et al., 2006). Esse coeficiente é um número adimensional que varia com a forma da bacia, independentemente de seu tamanho. Quanto mais irregular for a bacia, maior será o coeficiente de compacidade. Um coeficiente mínimo igual a uma unidade corresponderia a uma bacia circular e, para uma bacia alongada, seu valor é significativamente superior a um, podendo ser calculado na seguinte equação (Equação 2) (VILLELA; MATTOS 1975):

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onde, kc = coeficiente de compacidade; P = perímetro e A = área de drenagem.

g) Índice de circularidade: Simultaneamente ao coeficiente de compacidade, o índice de circularidade tende para unidade à medida que a bacia aproxima-se da forma circular e diminui à medida que a forma torna alongada, segundo a equação (Equação 3) (CARDOSO et al., 2006):

(3) onde, IC = índice de circularidade; A = área de drenagem e P = perímetro.

 Características da rede de drenagem:

a) Densidade de drenagem: segundo Crhistofoletti (1969), correlaciona o comprimento total dos canais ou rios com a área da bacia hidrográfica. Para calcular o comprimento devem ser medidos tanto os rios perenes como os temporários, definida por Horton (1945), pode ser calculada pela seguinte equação (Equação 4):

(4) onde, Dd = densidade de drenagem; L = comprimento total dos rios ou canais; A = área de drenagem.

No software Quantun Gis® gerou um mosaioco das imagens SRTM, e após realizou um recorde para o polígono de delimitação da bacia em estudo. A partir disto, foi possível gerar um Modelo Digital de Terreno – MDT para classificar as altitudes de acordo com a classificação sugerida pela EMBRAPA (1999), conforme o Quadro 1.

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Classe Faixa (%) Plano 0 a 3 Suave ondulado 3 a 8 Ondulado 8 a 20 Forte ondulado 20 a 45 Montanhoso 45 a 75 Escarpado Acima de 75

Quadro 1 – Exemplificação das classes de declividade. Fonte: adaptado de EMBRAPA (1999).

Para confecção do mapa de uso e cobertura da terra foi utilizado uma imagem obtida a partir do satélite Landsat 8, sensor OLI da data de 25 de setembro de 2014. A rotina desse processo deu-se através da classificação desta imagem pelo classificador Batthacaryya no software Spring®.

O mapa litológico e o de solos foram obtidos a partir dos dados disponibilizados pelo Serviço Geológico do Brasil – CPRM. O mapa de relevo foi obtido a partir do mosaico SRTM no software Quantun Gis®.

A análise ambiental será realizada conforme a formulação de média ponderada proposta a seguir, (Equação 5):

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onde, Aij: possibilidade de ocorrência do evento analisado no elemento (pixel) i,j da matriz (mapa)

resultante; Pij(k): peso (percentual) da contribuição do parâmetro “k”, em relação aos demais, para

ocorrência do evento analisado; Nij(k): nota, segundo o(s) avaliador(es), dentro da escala de “0 a

10”, da ocorrência do evento analisado, na presença da classe encontrada na linha i, coluna j do mapa K; n: número de parâmetros (mapas) utilizados;

A partir desta formulação de Análise Ambiental, podem ser feitas as seguintes proposições, segundo Silva e Zidan (2004): Ai,j exprime a possibilidade resultante do produtor da formulação ambiental, numa escala de 0 a 10, para ocorrência de um evento, ou entidade ambiental, que seja causado, em princípio, pela atuação convergente dos parâmetros ambientais nela considerados; os dados envolvidos na avaliação podem ser lançados em uma escala ordinal que varie de 0 a 10 ou entre 0 a 100, para que seja gerada uma amplitude de variação suficiente a permitir maior percepção da variabilidade das estimativas; a normalização dos pesos, restritos entre os valores 0 e 1, resulta na definição do valor do peso atribuído a um mapa como o valor máximo que qualquer das classes daquele mapa pode assumir. Por exemplo: atribuir um peso de 40% ao parâmetro “declividade”, numa análise, significa que o máximo que uma determinada classe deste mapa pode contribuir na determinação da probabilidade de ocorrência do evento analisado é de 4, numa escala de 0 a 10 (MARINO et. al, 2013).

No software Vista Saga® foi atribuídos notas em escala de 0 a 10 para os atributos dos mapas de Uso da Terra, Declividade, Solos, Relevo e Geologia. E um peso em percentagem para cada mapa, a fim de gerar mapas de potenciais e riscos ambientais. Para gerar o mapa de potencial para a atividade agrícola utilizou-se as notas e pesos da seguinte maneira, como mostra o Quadro 2:

Uso da Terra (25%) Declividade (25%) Solos (20%) Relevo (10%) Geologia (20%)

Água (5) 0,6 (10) Argissolo

Vermelho (3) 142 (8) Sanga do Cabral (6)

Solo exposto (8) 4 (8) Planossolo

Háplico (8) 158 (6)

Deposito Aluviaonares (7)

Floresta (3) 6 (7) Rio do Rastro

Piramboia (7)

Campo (7) 9 (6) Palermo Estrada

(6)

Agricultura (10) 11 (4) Serra Geral (9) Rio Bonito Granito São Sepé Combaí Granito Cordilheira (7)

Acampamento Velho (7)

Quadro 2 – Notas e pesos das variáveis cruzadas para gerar mapa de potencial agrícola. Fonte: produzido pelos autores.

Para gerar o mapa de potencial para atividade pecuária utilizou-se as notas e pesos da seguinte maneira, como demostra o Quadro 3:

Uso da Terra (18%) Declividade (20%) Solos (24%) Relevo (13%) Geologia (25%)

Vermelho (6) 142 (8) Sanga do Cabral (6)

Háplico (8) 158 (6)

Deposito Aluviaonares (5)

Floresta (5) 6 (7) Rio do Rastro

Piramboia (7)

Campo (8) 9 (6) Palermo Estrada Nova

(5)

Agricultura (5) 11 (5) Serra Geral (8)

Rio Bonito Granito São Sepé Combaí Granito

Cordilheira (6) Acampamento Velho

(6) Quadro 3 – Notas e pesos das variáveis cruzadas para gerar mapa de potencial pecuário.

Fonte: produzido pelos autores.

Para gerar o mapa de risco de erosão do solo utilizou-se as notas e pesos da seguinte maneira, como demostra o Quadro 4:

Uso da Terra (25%) Declividade (20%) Solos (25%) Geologia (35%)

Vermelho (7) Sanga do Cabral (7)

Háplico (4) Deposito Aluviaonares (5)

Floresta (3) 6 (8) Rio do Rastro Piramboia (5)

Campo (5) 9 (9) Palermo Estrada Nova (6)

Rio Bonito Granito São Sepé Combaí Granito Cordilheira (7)

Acampamento Velho (5) Quadro 4 – Notas e pesos das variáveis cruzadas para gerar mapa de risco de erosão do solo.

Para gerar o mapa de risco de enchentes utilizou-se as notas e pesos da seguinte maneira, como demostra o Quadro 5:

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Uso da Terra (15%) Declividade (35%) Solos (25%) Geologia (25%)

Vermelho (6) Sanga do Cabral (6)

Háplico (8) Deposito Aluviaonares (6)

Floresta (5) 6 (7) Rio do Rastro Piramboia (8)

Campo (7) 9 (6) Palermo Estrada Nova (6)

Rio Bonito Granito São Sepé Combaí Granito Cordilheira (6)

Acampamento Velho (6) Quadro 5 – Notas e pesos das variáveis cruzadas para gerar mapa de risco de enchente.

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1. Índices

A análise dos índices, representados na Tabela 1, da referida microbacia possibilita a obtenção de características da mesma, como exemplo, temos o fator de forma que é um índice bastante importante, pois permite saber se uma bacia é suscetível a inundações. As bacias de forma arredondada tendem a favorecer o escoamento superficial, originando inundações de maior porte. No caso da microbacia em estudo o fator de forma possui valor inferior a 1,5 (0,122), o que significa que a microbacia está suscetível a grandes enchentes.

A densidade de drenagem é um índice que fornece uma indicação da eficiência da drenagem da bacia, a mesma é definida entre a relação entre o comprimento de todos os canais da rede e a área da microbacia, este índice segundo VILLELA & MATTOS (1975) varia de 0,5 km/km² para bacias com drenagem pobre a 3,5 ou mais para bacias bem drenadas.

Tabela 1 – Valores das variáveis que caracterizam a bacia do rio Vacacaí.

Variável Valores Unidade

Bacia Hidrográfica Área = 995,646 Perímetro = 161,417

Km² Km Rede Hidrográfica Comprimento dos Canais = 1681,24

Área dos Polígonos = 20,29

Km Km² Densidade de Drenagem 1,689 Km Fator Forma 0,122 - Coeficiente de Compacidade 1,432 Km Índice de Circularidade 0,480 Km

3.2. Potencial para atividade agrícola e potencial para atividade pecuária.

O mapa de potencial para atividade agrícola da bacia hidrográfica do rio Vacacaí está ilustrado na figura 2 (a). As áreas destacadas em cor laranja representam os locais com baixa aptidão para atividade agrícola, em contrapartida, as áreas que estão em verde claro representam alto potencial para exercer atividade agrícola. Mas a maior parte da área em estudo, representado

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em verde escuro, tem potencial médio para atividade agrícola. As áreas destacadas em vermelho, localizadas mais ao sul da imagem, representam locais com baixíssima aptidão agrícola.

O mapa de potencial para atividade pecuária da bacia hidrográfica do rio Vacacaí está ilustrado na figura 2 (b). As áreas destacadas em cor laranja representam os locais com baixa aptidão para atividade pecuária, em contrapartida, as áreas que estão em verde claro representam alto potencial para exercer atividade pecuária. Mas a maior parte da área em estudo, representado em verde escuro, tem potencial médio para atividade pecuária

.

(a) (b)

Figura 1: (a) Mapa de potencial agrícola (b) Mapa de potencial pecuário Fonte: Produzido pelos autores.

3.3. Risco de erosão e risco de enchente

O mapa de risco de erosão do solo da bacia hidrográfica do rio Vacacaí está ilustrado na figura 3 (a). As áreas destacadas em cor amarela representam os locais com baixa suscetibilidade para ocorrência de erosão do solo, em contrapartida, as áreas que estão em vermelho representam alto risco de erosão por sulcos, ravinas e voçorocas de grande porte (rochas cristalinas) no solo. Mas a maior parte da área em estudo, representado em laranja, tem risco médio para ocorrência de erosão do solo.

O mapa de risco de enchente da bacia hidrográfica do rio Vacacaí está ilustrado na figura 3 (b). As áreas destacadas na cor rosa representam os locais com baixa suscetibilidade para ocorrência de enchente, em contrapartida, as áreas que estão em verde representam alto risco de ocorrência de enchente. Mas a maior parte da área em estudo, representado na cor vermelha, tem risco médio para ocorrência de enchente.

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(a) (b) Figura3: (a) Mapa de risco de erosão (b) Mapa de risco de enchente

Fonte: Produzido pelos autores.

4. CONCLUSÕES

A análise ambiental utilizando ferramentas do Geoprocessamento possibilitou a quantificação de alguns parâmetros da bacia hidrográfica do Rio Vacacaí, tais parâmetros possuem influencias diretas no comportamento da microbacia, sendo que a partir da análise dos mesmos foi possível gerar mapas de Potencial Agrícola, Potencial Pecuário, Risco de Erosão e Risco de Enchente para a área de estudo.

A aplicação do Geoprocessamento possibilitou a execução de rotinas que permitiram um maior detalhamento da microbracia em estudo com a obtenção de informações que possibilitam entender a dinâmica da mesma e os impactos ambientais que está sofrendo.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a CAPES e CNPq pelo fomento à pesquisa e às bolsas de pesquisa, e ao Colégio Politécnico da UFSM e o PPGG-UFSM pelo suporte oferecido.

REFERÊNCIAS

BARRELLA, W. et al. As relações entre as matas ciliares os rios e os peixes. In:RODRIGUES, R.R.; LEITÃO FILHO; H.F. (Ed.) Matas ciliares: conservação e recuperação. 2.ed. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2001.

CÂMARA, G.; DAVIS, C. Geoprocessamento - Teoria e Aplicações. São José Dos Campos: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2001. Disponível em :<

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CARDOSO, C. A. et al. Caracterização morfométrica da bacia hidrográfica do rio Debossan, Nova Friburgo-RJ. Árvore, Viçosa, v.30, n.2, p.241-248, 2006.

CRISTOFOLETTI, A. Análise morfométrica de bacias hidrográficas. Rev. Geomorfol, Campinas, v.18, n.9, p.35-64, 1969.

HORTON, R. E. Erosinal development of streams and their drainage basin: Hydrophysical approach to quantitative morphology. Geol. Soc America Bulletin, v.3, n.56, 1945.

MOURA, A. C. Geoprocessamento na gestão e planejamento urbano – 2ª ed., Belo Horizonte, 2003.

MARINO, T. B.; GOES, M. H.; SILVA, N. F. Geoprocessamento no Apoio à Avaliação da Qualidade de Vida no Município de Serepédica (RJ). Anais XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto (2013).

VILLELA, S. M.; MATTOS, A. Hidrologia aplicada. São Paulo: McGRAWHill do Brasil, 1975. 245p.

SILVA, J.X.; ZAIDAN, R. T. Geoprocessamento e análise ambiental: aplicações. Bertand Brasil - Rio de Janeiro, 2004. 363p.

TONELLO, K. C. Análise hidroambiental da bacia hidrográfica da cachoeira das Pombas, Guanhães, MG. 2005. 69p. Tese (Doutorado em Ciências Florestal) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2005.