PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA – PPG/UFPE DOUTORADO EM GEOGRAFIA
ZONEAMENTO DE PEQUENAS BACIAS HIDROGRÁFICAS E
CARACTERIZAÇÃO DE VÁRZEAS NA BACIA DO PAJEÚ, PERNAMBUCO
TESE DE DOUTORADO
Ailton Feitosa
Recife 2012
ZONEAMENTO DE PEQUENAS BACIAS HIDROGRÁFICAS E
CARACTERIZAÇÃO DE VÁRZEAS NA BACIA DO PAJEÚ, PERNAMBUCO
Por
Ailton Feitosa
Tese de Doutorado apresentada ao Curso de
Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Geografia, Área de concentração Ecossistemas e Impactos Ambientais, da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), como
requisito para obtenção do grau de Doutor em Geografia.
Orientador (a): Profa. Dra. Maria do Socorro Bezerra de Araújo
Recife 2012
Catalogação na fonte
Bibliotecária Maria do Carmo de Paiva, CRB4-1291
F311z Feitosa, Ailton.
Zoneamento de pequenas bacias hidrográficas e caracterização de várzeas na Bacia do Pajeú, Pernambuco / Ailton Feitosa. – Recife: O autor, 2012.
139 f. : il. ; 30 cm.
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Maria do Socorro Bezerra de Araújo.
Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Pernambuco. CFCH. Programa de Pós–Graduação em Geografia, 2012.
Inclui bibliografia.
1. Geografia. 2. Geomorfologia. 3. Sensoriamento remoto. 4. Imagens multiespectrais. 5. Bacias hidrográficas. 6. Mapeamento ambiental. I. Araújo, Maria do Socorro Bezerra de (Orientadora). II. Título.
À Floristela Guinhos, eterna companheira, pela dedicação e incentivo. E, aos meus filhos Marcel e Gustavo com muito carinho.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus por mais essa realização na minha vida. Aos meus pais e demais familiares, que de forma direta ou indireta contribuíram para essa nova etapa da minha vida.
Agradeço de modo especial a minha orientadora Profa. Dra. Maria do Socorro Bezerra de Araújo, pela confiança e orientação deste trabalho.
À Profa. Dra. Joseclêda Domiciano Galvíncio, pelo apoio e colaboração. Ao Profo. Dr. Everardo Valadares de S. B. Sampaio e Profo. Dr. Antônio Celso Dantas, pela colaboração.
Aos meus amigos do curso de doutorado: José Alegnoberto Leite Fechine e Clarisse Wanderley Souto Ferreira pela dedicação e caminho que percorremos juntos, onde tivemos a oportunidade de aprender e de conhecer mais sobre as geotecnologias que podem ser aplicadas aos conhecimentos da Geografia.
A Tiago, Lywiston, Ewerton, Antônio Marcos, Bruno e Gleydson pela colaboração e informações técnicas, meus sinceros agradecimentos.
Agradeço a Universidade Estadual de Alagoas (UNEAL) pela liberação das minhas atividades para a realização desse curso e qualificação profissional.
Por último, gostaria de deixar minha gratidão a Fundação de Amparo a Ciência e a Tecnologia do Estado de Pernambuco (Facepe) e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pelo apoio financeiro transmitido via bolsa de doutorado, para realização deste trabalho.
RESUMO
ZONEAMENTO DE PEQUENAS BACIAS HIDROGRÁFICAS E
CARACTERIZAÇÃO DE VÁRZEAS NA BACIA DO PAJEÚ, PERNAMBUCO
O zoneamento das pequenas bacias do rio Pajeú foi realizado utilizando imagens de sensores remotos SRTM e Landsat, procedimentos de modelagem de dados em ambiente de SIG, com emprego das ferramentas dos softwares ERDAS Imagine 9.1 e ArcGis 9.3 e validação das informações no campo. De 467 bacias delimitadas para análise, foram selecionados 195 casos para caracterização dos ambientes de várzeas, através da aplicação de modelagem de dados, parâmetros morfométricos e critérios estatísticos de erros, acurácia e correlação. A modelagem dos dados foi realizada com critérios de extração de variáveis físicas, classificação de dados vetorizados, segmentação e classificação de pixels, para discriminar os níveis topográficos, a cobertura do solo e a planície de inundação em cada área selecionada. Os parâmetros morfométricos foram determinados em função da rede de drenagem e das variáveis morfológicas, com a aplicação de equações propostas para determinação desses parâmetros em pequenas bacias hidrográficas. Os critérios estatísticos empregados na validação dos resultados foram o índice de exatidão global (EG), que teve valor de 0,89 e o índice de Kappa (K), com valor de 0,83. Esses resultados encontrados foram considerados excelentes para todas as imagens. Para a identificação e caracterização das várzeas, foram utilizadas as técnicas de classificação digital da vegetação NDVI e
EVI. Este último respondeu melhor ao objetivo geral desta pesquisa, que foi
identificar e caracterizar as áreas de várzeas, para analisar e compreender seus usos atuais e potenciais na bacia hidrográfica do rio Pajeú. A estratificação das sub-bacias em 11 classes facilitou a classificação física e a identificação das similaridades entre elas. As sub-bacias apresentaram baixa capacidade de armazenamento de água no solo, em função do rápido escoamento das águas de chuvas. As variáveis morfométricas revelaram que a densidade da rede de drenagem, a declividade e a menor variação das cotas, junto à calha do canal principal, foram as características que mais contribuíram na identificação e caracterização dos ambientes de várzeas, com 94% de confiabilidade. Foram identificadas 352 áreas de várzeas nas sub-bacias analisadas. Essas áreas são as mais utilizadas no Pajeú, com 67% de suas terras destinadas às atividades agrícolas. Esse fato tem contribuído para o desaparecimento da vegetação nativa e a descaracterização da paisagem.
Palavras-chave: análise morfométrica, SIG, sub-bacia hidrográfica, modelagem de dados morfológicos, bacia do rio Pajeú.
ABSTRACT
ZONATION OF SMALL WATERSHED AS CHARACTERIZATION OF FLOODPLAIN IN THE PAJEU BASIN, PERNAMBUCO
The zonation of small watershed in the Pajeú river basin was done using remote sensing images SRTM and Landsat procedures, data modeling in a GIS environment. We used the ERDAS Imagine 9.1 and ArcGIS 9.3 software and field validation. In amount of 467 watersheds for analysis, 195 cases were selected for floodplain environments characterization using data modeling, morphometric parameters and statistical errors criteria, accuracy and correlation. The modeling of the data was performed using criteria of extracting physical variables, in vectored data classification, segmentation and classification of pixels, to discriminate topography levels, soil covering and the floodplain to each selected area. The morphometric parameters were determined according to the drainage network and morphological variables using appropriately equations to determining these in small watersheds. The statistical criteria used in validating these results were the index of overall accuracy (EG), which was 0.89 and the Kappa index (K) value was 0.83. These results for all images were excellent. We used the NDVI and EVI technical digital classification of vegetation to obtain the identification and characterization of floodplains. The EVI technical digital classification of vegetation was the better than NDVI to the goal of this work - to identify and characterize the floodplains areas, to analyze and understand their current and potential uses on the river basin Pajeú. Stratification of sub-basins in 11 classes facilitated the classification and identification of the physical similarities between them. The sub-basins showed low capacity of water storage in the soil, due to the rapid runoff of rainwater. The morphometric variables revealed that the density of the drainage network, slope and smaller variation of the quota, next to the railing of the main channel, were the characteristics that contributed to the identification and characterization of floodplains environments, with 94% reliability. We identified 352 areas in the lowland sub-basins analyzed. These areas are the most used in Pajeú, where 67% of their lands are used for agricultural activities which have been contributed to the disappearance of native vegetation and landscape characterization.
Keywords: morphometric analysis, SIG, sub-basins, data modeling morphologic, river basin Pajeú.
SUMÁRIO 1 – INTRODUÇÃO ...10 2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...12 2.1 – Zoneamento...13 2.2 – Sub-bacias hidrográficas...16 2.3 – Parâmetros morfométricos...21
2.4 – Classificação das pequenas bacias em unidades homogêneas...23
2.5 – Áreas de várzeas...25
2.6 – Uso do sensoriamento remoto e SIG para geração de dados superficiais...28
3 – CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO...36
3.1 – Bacia hidrográfica do rio Pajeú...37
3.2 – Caracterização da fisiografia ...38 3.2.1 – Clima...38 3.2.2 – Geomorfologia...43 3.2.3 – Geologia...42 3.2.4 – Rede hidrográfica...43 3.2.5 – Vegetação...44 3.2.6 – Solos...46 4 – METODOLOGIA APLICADA...47
4.1 – Mosaicagem das imagens orbitais para extração de dados superficiais...47
4.2 – Base cartográfica para elaboração dos mapas base...48
4.3 – Modelo numérico do terreno...50
4.4 – Mapa de declividade...53
4.5 – Extração da rede de drenagem...55
4.6 – Classificação dos canais de drenagem...59
4.7 – Modelo da sub-bacia hidrográfica adotado no estudo...60
4.7.1 – Delimitação das sub-bacias hidrográficas...60
4.7.2 – Características morfológicas das sub-bacias...62
4.8 – Dados de cobertura do solo por técnica de classificação digital dos índices
NDVI e EVI...69
4.9 – Identificação das áreas de várzeas...73
5 – ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS...76
5.1 – Acurácia dos dados de sensoriamento remoto na identificação dos ambientes de várzeas...76
5.2 – Influência das características físicas das sub-bacias na formação dos ambientes de várzeas...82
5.2.1 – Grau de dissecação...82
5.2.2 – Susceptibilidade à enchentes...84
5.2.3 – Capacidade para gerar um curso de canal perene...88
5.2.4 – Limite geométrico da rede de drenagem...89
5.2.5 – Volume de água escoado dentro das sub-bacias...90
5.3 – Caracterização das sub-bacias hidrográficas e suas áreas de várzeas no semiárido, em função dos parâmetros morfométricos...91
5.4 – Classificação e zoneamento das sub-bacias com base nas características físicas e cobertura do solo...96
6 – CONCLUSÃO...115
1 – INTRODUÇÃO
Na região do semiárido a disponibilidade de água é um fator limitante, sendo as chuvas muito irregulares ao longo dos anos e em volumes insuficientes para o desenvolvimento de atividades regulares no uso e ocupação da terra. Diante dessa situação, muitos produtores rurais procuram desenvolver suas atividades de cultivos, muitas vezes de subsistência, nos baixios úmidos das planícies de inundação, onde a disponibilidade de água é maior.
Muitas dessas áreas têm sido classificadas como “brejos do Sertão”, por autores como Andrade (1965, 1986), Coutinho (1988), Carvalho (1988), Melo (1988) e Sá et al. (2004), por serem os únicos ambientes no semiárido onde a disponibilidade de água permanece por mais tempo. Porém, são áreas pouco conhecidas, carecendo de espacialização, quantificação e caracterização, principalmente do ponto de vista hidrográfico, morfológico e pedológico. Diante do pouco conhecimento das áreas úmidas do semiárido é que foi pensado este estudo, que tem como objetivo o zoneamento das pequenas bacias hidrográficas com vistas à caracterização de suas várzeas, nas planícies de inundações dos canais fluviais da região.
O zoneamento das pequenas bacias hidrográficas pode ser uma boa ferramenta para identificar, quantificar e caracterizar, no semiárido, os ambientes de várzeas, ajudando a conhecer sua distribuição, áreas e características físicas para o aproveitamento dos seus recursos hídricos, principalmente aqueles voltados para a manutenção das atividades agrícolas dos produtores rurais e manejo sustentável dos recursos naturais da região.
O estudo aqui apresentado, portanto, constitui a primeira tentativa de compatibilizar o zoneamento de pequenas bacias hidrográficas com o uso de dados orbitais de sensores remotos e parâmetros morfométricos, na identificação dos ambientes de várzeas no contexto das pequenas bacias hidrográficas do semiárido, fazendo uso de modelagem de dados em ambiente de SIG, com vista à extração de informações superficiais da topografia, hidrografia, cobertura e uso do solo. A extração de informações dessas áreas, através de dados obtidos a partir das técnicas de modelagem de dados de sensores remotos, pode servir de
subsídio para a elaboração de políticas públicas voltadas à sustentabilidade dos recursos naturais das várzeas.
O objetivo geral desta pesquisa foi identificar e caracterizar as áreas de várzeas, para analisar e compreender seus usos atuais e potenciais na bacia hidrográfica do rio Pajeú.
Os objetivos específicos foram:
a) Identificar e delimitar as pequenas bacias hidrográficas do rio Pajeú, utilizando técnicas de mapeamento digital, modelagem de dados, interpretação de imagens de sensoriamento remoto e geoprocessamento em gabinete, com vistas à delimitação e caracterização das áreas de várzeas;
b) Realizar o mapeamento das formas de ocupação e uso do solo, também em bases digitais, visando à construção de um banco de dados em ambiente de SIG (Sistema de Informações Geográficas);
c) Fazer a caracterização e o mapeamento das pequenas bacias hidrográficas e das áreas de várzeas, em relação as suas condições ambientais, utilizando dados físicos, hidrográficos e morfométricos;
As hipóteses, que nortearam esta pesquisa foram:
a) As pequenas bacias hidrográficas de terceira ordem constituem o limite mínimo de drenagem necessário para a formação dos ambientes de várzeas no semiárido.
b) As áreas de várzeas são unidades geomorfológicas ao longo dos rios e riachos, com umidade e vegetação distintas oticamente de outras áreas presentes na planície de inundação, podendo ser delimitadas e caracterizadas em imagens orbitais, independentemente do período de aquisição e da sazonalidade do clima.
2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O zoneamento de recursos naturais, através de dados obtidos por sensores remotos, aliados aos sistemas de informações geográficas, vem se constituindo em técnica padrão com aplicação multidisciplinar. Esses dados orbitais permite uma rápida avaliação temática, qualitativa e quantitativa a partir da delimitação, análise e caracterização dos diversos padrões fisiográficos da paisagem. Segundo Christofoletti (1980) tais possibilidades contribuirão para a compreensão de sistemas complexos como as bacias hidrográficas, que sofrem influências de entrada de energia e matéria (inputs) oriundas de diferentes condições naturais e antrópicas.
Para que sejam estabelecidas as bases desse processo, dentro de uma dada conjuntura da geografia física, faz-se uso da abordagem sistêmica, com vista a uma melhor integração dos dados levantados, onde o entendimento e a compreensão da dinâmica ambiental dos recursos naturais podem ser representados por uma série de parâmetros físicos, que possam demonstrar sua condição natural num dado momento.
Essa proposta de integração dos dados físicos da paisagem de uma área está ligada aos pressupostos da visão sistêmica do meio, uma vez que possibilita estabelecer e analisar as inter-relações e dinâmicas entre todos os elementos do meio físico e a atividade antrópica. Nesse sentido, segundo Cunha e Mendes (2005), a compreensão dos vínculos de dependência entre os diversos fatores do meio, pode ser feita a partir de um conjunto de informações que se associam na conjuntura atual de uma paisagem, onde suas partes são conhecidas e concebidas diante de suas interações.
Com a abordagem sistêmica é possível somar uma série de elementos à análise ambiental voltada para o zoneamento das sub-bacias hidrográficas, centralizando métodos e aplicando instrumentos no desenvolvimento da pesquisa numa área. Desta forma, a seguir é feita uma revisão de literatura acerca dos temas que foram considerados de elevada relevância para este estudo.
2.1 – Zoneamento
O zoneamento é um instrumento indispensável para o agrupamento de unidades ambientais sob a ótica da percepção, identificação e delimitação das características naturais e fisiográficas da paisagem, principalmente diante das suas múltiplas associações e dinâmicas, visando ordená-la segundo suas características e organização natural básica. Esse agrupamento tem como objetivo principal revelar conjuntos de unidades ambientais inter-relacionadas e relativamente homogêneas, de modo a facilitar a análise integrada da paisagem.
As unidades ambientais do zoneamento representam os recursos naturais próprios, ou vinculados ao ar, à água, ao solo, às rochas e à vegetação que constituem a paisagem. Além desses recursos, busca-se também identificar as áreas de uso e influência das atividades antrópica. Segundo Ab' Saber (1987), o processo de zoneamento exige uma série de entendimentos prévios, que possam ser aplicados ou utilizados na compreensão da dinâmica de um determinado espaço geográfico, exigindo no seu controle uma série de métodos, reflexões e estratégias próprias, que possam estabelecer parâmetros para sua caracterização dinâmica.
A definição legal do zoneamento ambiental encontra-se em Brasil (2002), no art. 2º do Decreto 4297 de 10 de julho de 2002, que o descreve como sendo “instrumento de organização do território em unidades naturais”. A sua implantação deve ser obrigatória nos planos, obras e atividades públicas e privadas, estabelecendo medidas e padrões de proteção ambiental, com vistas a assegurar a qualidade dos recursos hídricos, do solo e da vegetação, visando à conservação da biodiversidade para garantir o desenvolvimento sustentável e a melhoria das condições de vida da população.
Embora só com o Decreto 4297/2002 tenha sido instituída a obrigatoriedade do zoneamento ambiental, a Constituição Federal de 1988, no inciso IX do artigo 21, já previa a sua execução, através de planos de ordenamento do território e de desenvolvimento econômico e social, visando a identificação, caracterização e espacialização dos recursos naturais e sua respectiva paisagem (SENA, 1999). Nesse sentido, Rocha (1991) enfatizou que
elaborar um zoneamento consiste em dividir uma área em parcelas homogêneas, com características fisiográficas e ecológicas semelhantes, pelo fato de pretender identificar as potencialidades específicas, ou preferenciais de cada uma delas, as quais constituirão subespaços ou subáreas numa primeira análise, que irão surgir basicamente, de um conjunto de interações na área.
A delimitação dessas interações será passível de um sistema de análise integrada, sobretudo do ponto de vista cartográfico, amparado pelo grau de correlação entre os elementos da paisagem. O que não implica, segundo Huggett (1980) e Cunha e Mendes (2005), na aceitação de que estes não possuam relações com outros elementos externos, mesmo que sob um grau de intensidade menor.
É importante ressaltar, como diz Chorley (1962), que no caso das bacias hidrográficas, os mecanismos particulares e complexos de seu funcionamento, podem variar temporalmente de setor para setor, apresentando formas inéditas em função de novas interferências (inputs) no seu interior. Como exemplo de interferências é possível citar mineração, construção de barragens, desmatamentos e atividades agrícolas, as quais constituem fonte de produção (outputs) e geram desequilíbrios ou perdas dos recursos naturais.
Segundo a concepção de Mota (1995) e Milano (1993), o uso do zoneamento ambiental permite que se determinem os limites de usos e ocupação possíveis das áreas relativamente homogêneas e, que possam sofrer impactos de caráter antropogênicos, principalmente diante dos pontos considerados de fragilidade natural. Para tanto, é necessária a compreensão das inter-relações que há entre as unidades da paisagem e seus condicionantes naturais, tais como clima, cobertura vegetal, topografia, tipo de solo, sistemas de drenagem e recursos hídricos, que devem ser estudados em conjunto, de modo a garantir que a utilização da área seja feita de forma condicionada no sentido de causar o menor dano ambiental. Nesse sentido, tem-se um instrumento de caráter preventivo para a exploração e o uso de recursos naturais.
Existem tipos diversos de zoneamento, que são implantados de acordo com o uso e a finalidade a que se destinam: ambiental, florestal, agroecológico,
de unidades de conservação, climático e econômico. Dentre estes, o zoneamento ambiental ganha maior destaque, principalmente por conta da sua relevância e caráter local. Sua unidade de análise espacial básica é a sub-bacia hidrográfica, conforme Lei nº9. 433 de 08/01/97, capítulo I, art. 1, inciso 5, da Política Nacional dos Recursos Hídricos (PNRH/ANA, 2001). São as sub-bacias hidrográficas que melhor representam as condições mínimas e necessárias para a compreensão do comportamento sistêmico de uma paisagem, por comporem partes isoladas e ao mesmo tempo integradas ao conjunto dos recursos naturais próprios ou vinculados ao meio ambiente local.
A importância da sub-bacia hidrográfica no zoneamento ambiental é defendida em vários trabalhos, principalmente como sendo a unidade física ambiental de delimitação mais lógica para o planejamento do uso dos recursos hídricos e naturais, bem como para o manejo das atividades antrópicas, visando minimizar os efeitos dos possíveis impactos ambientais (LANNA, 1995, COLLARES, 2000, KURTZ, 2000, ROCHA e KURTZ, 2001, ALFONSI et al., 2003, FERRAZ et al., 2003, COSTA, 2005 e MARTINS, 2005).
Levando-se em consideração o que afirmam Rocha (1997) e Ross (1998), a sub-bacia pode ser considerada como sendo uma unidade componente de um sistema integrado, dos pontos de vista hídrico, geológico e geomorfológico, à paisagem, com seus canais fluviais veiculando as saídas de matéria e energia para a manutenção do ecossistema que representam. Podem na abordagem do diagnóstico do meio físico, segundo Ferraz et al. (2003), ser integrada aos diversos temas (clima, recursos hídricos superficiais e subterrâneos, geologia, geomorfologia, pedologia e aspectos do uso e ocupação das terras), congregando-os em um conjunto de informações e dados geograficamente espacializados.
De modo geral, num zoneamento ambiental as informações e os atributos componentes para uma bacia hidrográfica são: hidrográficos (drenagem, rio principal, afluentes, tipos de canais), geomorfológicos (formas, classes, topografia, declividade, altitudes), geológicos (estruturas, tipos de rochas), pedológicos (solos, classes, características), climáticos (pluviosidade, tipo de clima), biológico (tipo de vegetação) e antrópico (tipo de uso). A partir dessas
informações, é possível fazer associações e identificar particularidades dentro de cada uma delas, compreendendo seu funcionamento natural, de modo particular ou associado às suas subunidades internas.
Assim, na perspectiva de análise sistêmica, a bacia hidrográfica fica condicionada a compreensão das suas subunidades, que são as sub-bacias hidrográficas. Estas, por sua vez, podem formar subsistemas de unidades homogêneas, já que elas são unidades naturais da divisão da bacia em diferentes classificações, níveis de inter-relações e dinâmicas com a paisagem local. Segundo Antonelli e Thomaz (2007), essas unidades homogêneas são identificadas e classificadas pelas associações de diferentes fatores, pela combinação de diversos dados morfométricos e as semelhanças entre si.
A opção pelas sub-bacias hidrográficas, como unidades espaciais sistêmicas para o zoneamento ambiental a nível morfológico, onde, são individualizadas, hierarquizadas e caracterizadas, as partes que compõem a sua estruturação física, deve-se as facilidades de análise que oferecem. Nesse sentido, os processos naturais (geomorfológicos, pedológicos, hidrológicos, climatológicos e biológicos) e antrópicos (uso e ocupação do solo), podem ser caracterizados sob um determinado ponto de vista e delimitados a partir de seus limites naturais e/ou econômicos e sociais.
Nesse sentido, a técnica do zoneamento que busca identificar as ocorrências de determinados domínios de recursos naturais sob a ótica morfodinâmica, pode ser aplicada com o uso de parâmetros, com vista ao estabelecimento de padrões de análise na identificação de particularidades e diferenças. O resultado final pode ser visto como sendo um produto metodológico na construção de um conjunto de informações que podem ser espacialmente distribuídos.
2.2 – Sub-bacias hidrográficas
A sub-bacia hidrográfica pode ser compreendida como uma unidade espacial natural componente de uma bacia hidrográfica maior, descrita por suas
características e ligada à paisagem local. Seus limites, geralmente, estão ligados às diferenças na escala espacial de sua percepção em relação à bacia hidrográfica.
Por constituir uma das partes integrada à bacia hidrográfica, a sub-bacia passa a ser considerada com condições apropriadas para uma avaliação mais realista das características e interações, entre o domínio natural dos ecossistemas na paisagem e o processo-resposta aos inputs no meio, mediante fluxos de matéria e energia que se processam (COSTA, 2005). Na concepção de Tricart (1981), estas interações refletem o verdadeiro funcionamento dinâmico dos elementos da paisagem e o comportamento do meio.
De acordo com Rocha (1997), a sub-bacia hidrográfica é a área que drena a água de chuvas por ravinas, canais e tributários para um curso principal, com vazão efluente e o deságue diretamente em outra bacia hidrográfica maior, tendo dimensões superficiais que variam muito. Segundo Faustino (1996) e Silveira e Tucci (1998), essas dimensões podem ser limitadas às áreas, maiores ou menores que 100 km2, principalmente no contexto geo-ambiental. Esta limitação espacial, na concepção de Netto (2007), representa uma boa e relevante demarcação de uma área para diagnóstico e análise dos elementos da paisagem, para fins de reconhecimento físico da bacia hidrográfica a partir de suas particularidades fisiográficas, ou para fins de planejamento no uso e ocupação da terra a partir de suas características hidrológicas.
A concepção de que a bacia hidrográfica transforma-se em unidade ambiental fragmentada em subsistemas, como sendo resultado de um recorte espacial, baseado na área de concentração de determinada rede de drenagem dos tributários do curso d‟água principal, é aceita por muitos autores, entre eles Grant (1994), Lanna (1995), Collares (2000), Barrella et al. (2000), Rosa (2000), Santana (2003), Botelho (2004), Kurtz et al. (2005), pois nelas podem-se estabelecer as melhores relações entre causa e efeito, principalmente quando estas relações estão diretamente ligadas aos recursos hídricos.
Nesse sentido, as inter-relações entre os fatores físicos, seu comportamento hidrológico e suas respectivas distribuições no tempo e espaço,
comandam em grande parte a evolução e o estado morfológico da bacia hidrográfica, o que repercute de forma direta nas suas características físicas, no seu potencial e na sua utilização (CHRISTOFOLETTI, 1980).
Assim, classificação de bacias hidrográficas em grandes ou pequenas é muito relativa, não sendo vista somente na sua superfície total, mas considerando a distribuição de certos fatores do meio natural, com base na dinâmica dos processos hidrológicos, geomorfológicos, pedológicos e biológicos, onde as águas das chuvas e o escoamento superficial formam os riachos e rios, ou infiltram no solo para formação de nascentes e do lençol freático (BARRELLA, 2001).
Neste contexto, as características físicas, o padrão de drenagem ou o relevo refletem algumas das particularidades da área de influência da sub-bacia hidrográfica no contexto da bacia hidrográfica maior, assim como a infiltração e o deflúvio das águas das chuvas, vão expressar uma estreita correlação com a pedologia, a estrutura geológica e a formação superficial dos elementos que compõem a sua paisagem (PISSARA et al., 2004).
Para Christofoletti (1969), a análise dos elementos da paisagem, relacionando-os à drenagem, ao relevo, a geologia e a cobertura vegetal, pode levar à elucidação e compreensão de diversas questões associadas à dinâmica ambiental local. Cabe lembrar que na determinação dos instrumentos do zoneamento ambiental, nenhum desses elementos, tomado de modo isolado, deve ser entendido como sendo capaz de simplificar a complexa dinâmica da bacia hidrográfica, a qual inclusive tem magnitude temporal. Dentro desta abordagem, as características físicas de uma bacia, segundo Villela e Mattos (1975), Mota (1995), Rocha (2001) e Martins (2005), constituem elementos de grande importância para avaliação de seu comportamento físico natural, com vistas ao planejamento e o manejo de suas terras.
Sob o enfoque dos processos morfodinâmicos, Machado (2002), Santana (2003), Calijuri e Bubel (2006) consideraram que cada sub-bacia hidrográfica interliga-se com outra de ordem hierárquica superior, constituindo, em relação à última, uma sub-bacia. Nesse sentido, a ordem e hierarquia da bacia estarão
sempre relacionadas à outra de ordem superior ou inferior, cuja escala de análise determinará suas diferenças e subdivisões. Para Brasil (1987), essa relação irá determinar inclusive a ideia de uma microbacia hidrográfica, onde sua concepção compreende uma área de formação natural, drenada por um curso d‟água e seus afluentes, a montante de uma secção transversal, para onde converge toda a água da área considerada. Porém, nessa concepção a microbacia será sempre uma unidade espacial mínima, integrante de um sistema hidrográfico maior (bacia ou sub-bacia), cujos limites são constituídos pelas vertentes ou divisores de água em cada seção do canal principal.
Diante dessa complexidade, é que para se estabelecer uma boa percepção na compreensão da bacia, sub-bacia ou microbacia hidrográfica, a utilização da metodologia sistêmica permite estabelecer diversas correlações espaciais, entre as condições físicas identificadas ao longo do canal principal e as características ambientais das respectivas áreas, como relevo local, rede hidrográfica, tipos de solos, declividade, uso e cobertura do solo, permitindo observar as inter-relações desses componentes com o todo e suas interdependências que se queira considerar.
Tradicionalmente, a concepção de sub-bacia hidrográfica é a mesma que se tem observado para bacia hidrográfica, cujos conceitos se referem de modo geral ao conjunto de terras drenadas por um rio principal e seus afluentes. A delimitação da bacia hidrográfica são as regiões mais altas do relevo, onde se formam os canais de drenagem e os divisores de água. Esses canais podem ser também chamados de canais fluviais, por corresponderem, em muitos casos às áreas de nascentes dos rios e seus tributários, onde o volume de água ainda é baixo.
Nessa perspectiva, a análise sistêmica é de grande valia para a análise dos ambientes de várzeas, sobretudo, partindo do princípio de que a organização de um determinado cenário ambiental pressupõe a interpenetração de uma série de fatores, que atuam como stakeholders (FREEMAN, 1984) estruturadores de um determinado ecossistema ou geossistema, em que se insere uma determinada paisagem.
As sub-bacias hidrográficas são consideradas como sistemas abertos, pois estão sob a influência de uma série de subsistemas onde ocorrem trocas constantes de matéria e energia (CHORLEY, 1962). Exemplos desses subsistemas podem ser o sistema vertente, o sistema dos canais fluviais e as planícies de inundação, onde se formam as áreas de várzeas.
Para Huggett (1980) a concepção da sub-bacia hidrográfica como um subsistema hidrográfico, ligado a uma unidade maior de análise ambiental, implica na aceitação de que ela possui diferentes relações com outros elementos. Esta constatação faz parte da observação conjunta de que todas as relações externas de um sistema possuem grau de intensidade menor do que as internas, notadamente, entre a bacia hidrográfica maior, o clima e a geomorfologia, sob determinadas correlações e dinâmicas. Isso significa, segundo Cunha e Mendes (2005), que esse complexo de elementos não pode ser compreendido somente como uma soma, mas como resultado das relações que existem entre eles.
Nesse sentido, Kurtz et al. (2003) afirmaram que a sub-bacia hidrográfica constitui parte de uma unidade hidrológica natural (a bacia), com dimensões espaciais de fácil apreensão. Ela representa a unidade mais lógica para o planejamento de recursos hídricos, permitindo que o foco das atenções se concentre no diagnóstico das características, particularidades e potencialidades naturais, permitindo que se tenha uma visão de conjunto dos problemas que afetam os recursos hídricos.
Em toda sub-bacia hidrográfica é possível encontrar uma série de elementos naturais e antrópicos em constantes inter-relações e dinâmicas próprias. Essa constatação pode ser feita a partir da identificação dos mecanismos particulares e complexos que interagem no seu funcionamento. Estes mecanismos podem variar na forma temporal e espacial, de um setor para outro, geralmente apresentando formas inéditas, principalmente em função de novas interferências (inputs) no seu interior.
2.3 – Parâmetros morfométricos
A análise morfométrica de bacias hidrográficas é um procedimento metodológico que busca avaliar as condições físicas de uma bacia hidrográfica, do ponto de vista morfológico, para que se possa classificá-la dentro de padrões e estabelecer suas relações com outras bacias de igual situação. Com esse procedimento é possível estabelecer a homogeneidade e o agrupamento de determinadas bacias hidrográficas por suas afinidades físicas e naturais. Para tanto, é necessário o conhecimento prévio de sua topografia e seu sistema hidrológico, que são passíveis de mensurações e análises físicas.
Nas análises morfométricas, a rede de drenagem de uma área e os elementos do relevo compostos por ela, pode ser analisada a partir da bacia hidrográfica ou de suas subunidades (as sub-bacias). Esse procedimento metodológico pode ser visto nos trabalhos desenvolvidos por Strahler (1952, 1957, 1958), Chorley (1962) e Chorley e Kennedy (1971) e Hack (1973), que estabeleceram uma série de parâmetros físicos que podem ser avaliados nas bacias hidrográficas com vistas a sua caracterização morfodinâmica. Para isso, faz-se uso de uma série de abordagens quantitativas, para o estabelecimento de parâmetros com base nos instrumentos, equações e abstrações matemáticas, aplicadas aos dados obtidos com os sistemas hidrológicos.
Os elementos físicos desses sistemas hidrológicos, que são passíveis de mensuração, correspondem ao conjunto formado pelos elementos da paisagem local e suas variações intrínsecas de análise com sua própria área, a rede de drenagem, o relevo e o arranjo das vertentes que o delimitam. Além desses, a dinâmica climática e a cobertura do solo ajudam a compreender suas possíveis variações no tempo e no espaço.
Um dos primeiros parâmetros morfométricos estabelecido dentro de um sistema hidrológico é a rede de canais, que para Horton (1945) está diretamente ligada a uma relação geométrica ao longo dos limites topográficos da bacia. Diante dessa relação, é possível identificar e agrupar uma composição de bacias hidrográficas sob as seguintes leis:
- a) lei do número de canais – relação entre o número de canais de uma dada ordem (n) e o número de canais de ordem imediatamente superior (n+1), até o menor nível de base topográfica da bacia;
- b) lei do comprimento de canais – comprimento médio dos canais de cada ordem (n) e (n+1) tende a formar uma progressão geométrica, cuja razão possui uma relação de comprimento constante;
- c) lei da declividade de canais – relação geometricamente inversa entre a declividade média dos canais de uma dada ordem (n) e a dos canais de ordem imediatamente superior (n+1);
- d) lei da área da bacia e número de canais – as áreas médias das bacias com ordem sucessivas de canais (n) e (n+1) tendem a formar uma progressão geométrica, cuja razão de incremento da área de crescimento da bacia é constante em relação ao número de canais.
A partir da compreensão matemática destas leis, Strahler (1952), Schumm (1956), Strahler (1957, 1958), Chorley (1962), Christofoletti (1969), Chorley e Kennedy (1971), Hack (1973), Christofoletti (1980), Epiphanio, et al. (1982), Goldenfum e Tucci (1996), Cunha e Guerra (1996), Huang et al. (2001), Lana (2001), Alves e Castro (2003), Silva et al. (2003), Pissara (2004), Tonello (2005), Costa (2005), Cardoso et al. (2006), Costa et al. (2007), Cunha e Guerra (2007), Lindener et al. (2007) e Antoneli e Thomaz (2007) desenvolveram vários estudos para a identificação e análise dos sistemas hidrológicos e geomorfológicos, contribuindo para o arranjo de novos parâmetros e interpretações, para entender o conjunto de elementos que compõem as bacias hidrográficas e suas respectivas subunidades (sub-bacias e microbacias).
Para realizar uma análise morfométrica, a ordenação de canais é o primeiro passo na caracterização das bacias e/ou sub-bacias hidrográficas, cuja finalidade é identificar os diferentes padrões geométricos (área, perímetro, forma, altitude, etc.). Os inúmeros canais identificados serão ordenados de forma sequencial em primeira, segunda e ordens superiores, que variam dentro da área drenada, seguindo os critérios introduzidos por Horton (1945) e Strahler (1957).
Para o cálculo da área, do perímetro, da altimetria e extensão dos canais fluviais é necessário o uso de critérios geométricos e aplicações de equações específicas. Nesse sentido, Christofoletti (1980) afirma que com estes dados pode ser feita uma primeira análise da rede de drenagem e, por extensão, caracterizar ambientalmente, parte da situação física da bacia hidrográfica.
Além da determinação dos índices morfométricos e o conhecimento acerca da rede de drenagem de uma bacia hidrográfica, a caracterização física dos seus sistemas naturais envolve o conhecimento de outros parâmetros, a exemplo dos trabalhados por Horton (1945), Strahler (1952, 1957 e 1958), Schumm (1956), Hack (1973), Christofoletti (1980), Alves e Castro (2003), Tonello (2005), Cardoso et al. (2006) e Antoneli e Thomaz (2007) para entender o comportamento da grande bacia hidrográfica e paisagem. De modo geral, as características e particularidades das grandes bacias são influenciadas, pelo que acontece com os canais de ordem inferior (n; n-1).
2.4 – Classificação das pequenas bacias em unidades homogêneas
A classificação das pequenas bacias hidrográficas em unidades homogêneas pode ser vista nos estudos de Strahler (1952, 1957, 1958), Schumm (1956), Chorley (1962) e Christofoletti (1969), quando afirmam que elas formam subconjuntos e/ou subsistemas. Estes por sua vez, defendem ainda, que elas mesmas são unidades naturais de divisão das terras e das grandes bacias. Nesse sentido, pode-se por extensão, agrupá-las segundo alguns critérios (área, número de canais, ordem do canal principal, entre outros). Nesses agrupamentos, elas passam a ser consideradas como unidades homogêneas.
Segundo Martins (1992) e Christofoletti (2002), o pressuposto de unidades homogêneas pode parecer um pouco contraditório, principalmente ao se tomar as pequenas bacias como unidades primeiras de análise de uma rede hidrográfica. Contudo, uma pequena bacia pode ser considerada como sub-bacia de um sistema hidrográfico maior e, apresentar uma heterogeneidade significativamente complexa. Apesar dessa situação, a unidade sub-bacia é legítima pelo fato de
somente assim ser possível determinar sua dinâmica, particularidades e similaridades com outros sistemas hídricos no contexto da totalidade da bacia hidrográfica.
Nesse sentido, segundo Rocha (2001), a agregação de sub-bacias como sendo uma representação de áreas homogêneas, se faz necessário, por um lado, para o entendimento do complexo sistêmico que é uma grande bacia hidrográfica e, por outro, para estabelecer critérios de análise espaciais sobre a distribuição dos recursos naturais da paisagem numa escala de detalhe maior, com vistas ao manejo sustentável de sistemas hidrográficos a nível local.
Para Christofoletti (2002), a classificação das pequenas bacias hidrográficas em unidades homogêneas, facilita a interpretação de cada uma delas dentro de determinados critérios metodológicos, principalmente com vistas à análise da paisagem em seu conjunto. Nesse sentido, o agrupamento das pequenas bacias hidrográficas como unidades homogêneas, propiciará a individualização de cada uma delas dentro de um sistema maior, onde os cursos de água, tanto quanto, as terras ocupadas por eles, sejam agrupadas em diferentes conjuntos, a fim de se obter um quadro da situação natural da área.
Desse modo, na concepção proposta por Strahler (1952, 1957, 1958), Schumm (1956), Chorley (1962) e Christofoletti (1969), a classificação das pequenas bacias em subunidades de zoneamento, implica na percepção do todo (a grande bacia) com suas partes (as pequenas bacias), da relação dessas partes com o todo e, a própria percepção das partes como partes integrais e sistêmicas (BERTALANFFY, 1977), concebidas como subsistemas próprios. Vista como um procedimento na determinação de homogeneidades e heterogeneidades, tanto estruturais e físicas, quanto funcionais e sazonais, a classificação das pequenas bacias em unidades homogêneas permite que seus aspectos morfológicos sejam agrupados.
Embora sejam de tamanho muito variável, as pequenas bacias refletem os aspectos morfológicos dinâmicos e funcionais, que na concepção de Cunha e Guerra (2004) e Cunha e Mendes (2005), são próprios para um zoneamento de unidades sistêmicas de terra e água. Nesse sentido, a técnica do zoneamento
pode ser aplicada com o uso de parâmetros, com vista ao estabelecimento de padrões de análise na identificação de particularidades (ANTONELI e THOMAZ, 2007). O resultado pode ser visto como sendo um produto metodológico na construção de uma informação espacialmente distribuída, cujas unidades, objeto do zoneamento, são as próprias sub-bacias e suas ordens.
Para Martins (2005), esse método de zoneamento das pequenas bacias em áreas homogêneas é um tipo de zoneamento de sub-bacias de n-ordens (n; n+1) a ser realizado com o uso de variáveis interdependentes (geomorfologia, pedologia, vegetação, morfometria de bacias, dentre outras), que oscilam em torno de um padrão, com os quais se avalia a classificação das várias sub-bacias de n-ordens (n; n+1) em áreas homogêneas dentro de uma bacia maior. De modo particular, essa classificação deve ser idealmente de terceira ordem, por apresentar o início de um sistema hidrográfico de canais satisfatório para se analisar uma série de variáveis.
Por fim, a classificação das pequenas bacias em unidades homogêneas, é uma das recomendações propostas pelo Programa Nacional de Microbacias Hidrográficas (PNMH) (BRASIL, 1987), que foi ratificada pela Lei Federal 9.433/97 da Política Nacional de Recursos Hídricos (PNRH) (ANA, 2001), estabelecendo a bacia hidrográfica como unidade básica territorial para enquadramento dos corpos d‟água, sob uma única perspectiva voltada para o gerenciamento e a cobrança pelo uso de recursos hídricos. Pressupõe-se assim, existir nos sistemas hidrográficos um conjunto de situações que possam ser consideradas homogêneas, tanto pela interação dos processos naturais vigentes, quanto pelas respostas que possam dar às necessidades antrópicas.
2.5 – Áreas de várzeas
A definição de uma área de várzea é distinta da definição de bacia, já que esta última é dada simplesmente pelos divisores de águas. Uma área de várzea pode se estender por uma ou mais sub-bacias, ou mesmo se limitar somente a parte de uma bacia, dependendo da análise que se faça e do seu tamanho. De
modo geral, as várzeas são extensões de terras localizadas às margens de rios, que nos períodos de precipitações regulares transbordam, causando enchentes e inundações. Fato este, que as definem como sendo as “áreas da planície de inundação de um rio”.
Em ambos os casos, a interligação dos dois sistemas hidrográficos é indissociável, como na concepção de meio ambiente de Bertrand (2007), que afirma ser este, percebido como uma combinação espaço-temporal de fatores locais, que geralmente estão subordinados aos fenômenos atuantes. Apesar da importância e da inter-relação dinâmica que há entre a bacia e o ambiente de várzea, principalmente em relação ao comportamento natural desses ambientes, poucos trabalhos existem sobre sua caracterização, quantificação, condições de formação e relações com as características das áreas de seu entorno.
Um dos conceitos mais usuais para os ambientes de várzeas é de áreas de baixada ou baixios, que se estendem dentro de bacias hidrográficas e junto ao canal principal, representando a planície de inundação do rio. Para Agostinho et al. (1997), as áreas de várzeas representam um dos mais importantes ambientes de ecótonos associados aos ecossistemas aquáticos de água doce, onde há uma grande diversidade de espécies, que são resultados de uma situação especial e natural, que envolvem dois períodos distintos: um de cheia e outro de vazante.
A várzea favorece a formação de uma paisagem muito diversificada e com complexos sistemas de canais, muitas vezes meândricos ao longo do curso de rios, que de certo modo, é resultado da erosão fluvial ativa, isto é, construção e destruição de suas margens. Os ambientes formados nessas áreas são ocupados por uma vegetação adaptada a alagamentos periódicos e fornecem grande parte das condições naturais que sustentam a biodiversidade local (FORSBERG et al., 1993).
Esses ambientes, segundo Junk (1989), possuem ecossistemas complexos, com funcionamento determinado pelos “pulsos de inundações” decorrentes dos períodos chuvosos e das cheias a eles associados. Neles são formados vários ambientes que estão interligados aos outros ecossistemas que os cercam.
No semiárido a planície de inundação não é só importante em escala regional, mas representa um papel importante nos processos diretos e indiretos de uso da terra em escala local, principalmente em função das suas características peculiares de topografia e alta disponibilidade de umidade do solo, durante boa parte do ano. A variação periódica das chuvas é o principal fator que determina a situação ambiental dessas áreas, devido a sua relação com a baixa declividade do curso do rio, que em épocas de cheia, extravasa o canal fluvial proporcionando a sua inundação.
Dentro de uma bacia hidrográfica, se entende como planície de inundação, as áreas de baixadas ou vulgarmente chamadas de várzeas, constituídas de solos originários de deposições de materiais transportados pelo curso d‟água ou mesmo trazidos das encostas pelo efeito erosivo das chuvas, podendo caracterizar-se como solos aluviais ou coloniais, geralmente hidro mórficos de fertilidade variável. Segundo Wiedmann (1999) e Gandolfi (2000), em condição natural essas áreas são cobertas por matas ciliares ou ripárias que acompanham os cursos d'água, cujo equilíbrio ecológico é um dos mais complexos de ocorrências sazonais.
Nesse sentido, é possível observar, segundo Camargo (1972), Ivancko (1985), Beltrame (1994), Gandolfi (2000), Vogt (2003), Matos (2005) e Renó (2008), que os ambientes de várzeas influenciam as condições e características dos rios, principalmente favorecendo a ocorrência de maiores diferenças das condições microclimáticas a nível local, fazendo com que as temperaturas e a umidade se tornem mais elevadas em alguns momentos e mais baixas em outros, a depender do período e da sazonalidade.
Assim, o comportamento variável e a influência sazonal das chuvas fazem com que o ambiente de várzea seja diferenciado e caracterizado com sendo uma área mais complexa junto ao canal principal de um rio. Além disso, o seu comportamento térmico, a umidade e a sua particularidade topográfica facilitam sua identificação, caracterização e delimitação a partir de imagens de sensores remotos, a exemplo dos resultados obtidos por Vasconcelos (2004), Novo (2005), Anderson (2006) e Valeriano (2007).
2.6 – Uso do sensoriamento remoto e SIG para geração de dados superficiais A investigação e o mapeamento de recursos naturais, através de dados obtidos por sensores remotos, vêm se constituindo em técnica padrão com aplicação multidisciplinar, que permite fazer uma avaliação temática qualitativa e quantitativa destes recursos de forma rápida e com boa precisão. Segundo Rocha (2000) e Florenzano (2002), a partir da delimitação e análise dos diversos padrões espectrais e fisiográficos observados na paisagem, as imagens de satélite proporcionam uma visão sinóptica (de conjunto) e multitemporal (de dinâmica) de extensas áreas da superfície terrestre.
Segundo Jensen (2000), o uso desses dados de sensoriamento remoto tem contribuído para o estudo dos mais diversos ambientes do planeta, ajudando a ampliar a compreensão das estruturas ecossistêmicas e de suas interações. Dentre estes ambientes, há um interesse especial no uso de imagens de satélite para verificar a variação espacial e temporal da composição da água, suas áreas de ocorrências e seus padrões de drenagem. A utilização de métodos de classificação digital para cobertura vegetal, topografia, relevo e cobertura do solo, são outros elementos da paisagem que têm despertado muitos interesses, principalmente em relação às suas formas, distribuições, áreas e padrões espectrais (VASCONCELOS e NOVO, 2004).
Nesse sentido, os produtos de sensoriamento remoto, tais como imagens de sensores orbitais (satélites), constituem importantes fontes de dados para as análises qualitativas, quantitativas e estruturais da paisagem. Para tanto, segundo trabalhos realizados por Sartorato (1998), Ponzoni (2002), Novo et al. (2005) e Valeriano (2004), é possível observar que a utilização dessas imagens de satélite para extração de lineamentos, tem sido vista como uma técnica utilizada, tanto em análises hidrológicas, morfométricas, morfológicas, quanto morfo-estruturais. Tal utilização constitui um importante passo nos processos metodológicos e na construção de muitas informações, com vistas às análises multivariadas sobre os recursos naturais e paisagens terrestres.
Para Valeriano et al. (2006), o uso de dados de sensoriamento remoto tem apresentado muitas vantagens como recurso digital (velocidade, repetição e
integração com outras bases de dados), proporcionando a redução de intervenções manuais e, portanto, da subjetividade, ampliando a possibilidade de representação paramétrica (de padrões) dos diferentes tipos de recursos naturais com suas particularidades e diferenças. Diante dessa perspectiva, a geração de dados superficiais a partir de imagens de sensores remotos tem sido objeto de análise, comparação, atualização de informações da superfície terrestre e de desenvolvimento de modelos de representação digital dos recursos naturais.
A partir de dados de sensores remotos, Mark (1984), Band (1986), Jenson e Domingue (1988), Verdin e Verdin (1999), Valeriano (2003), Tonello (2006), Ribeiro et al. (2008) e Merkel et al. (2008) desenvolveram estudos comparativos referentes aos recursos hídricos, proporcionando resultados como o de delineamento de redes de drenagem e o estabelecimento de limites de bacias hidrográficas. Além disso, conseguiram provar que era possível calcular a declividade e altitude, bem como verificar a direção de fluxo do escoamento superficial para o entendimento do comportamento de sistemas de drenagem, permitindo observar seu grande potencial na discriminação dos padrões de recursos naturais.
Segundo Markham e Baker (1987), Bastiaanssen et al. (1998), Meneses (2001) e Silva et al. (2005), uma das áreas do conhecimento mais importantes do sensoriamento remoto é a radiometria espectral que, de modo geral, representa a radiação de onda longa refletida por cada objeto localizado na superfície terrestre que é captada pelo sensor orbital de cada banda para cada pixel da imagem, diante do campo do espectro.
É por meio das medidas radiométricas de laboratório (ou de campo), que se descobre com qual intensidade cada objeto ou alvo, seja um solo, um tipo de rocha, ou uma vegetação, reflete ou emite radiação eletromagnética nos diferentes campos (Figura 1) de comprimentos de onda do espectro eletromagnético. Para Moreira (2003), é essa diferenciação espectral que permite explicar como os dados de um desses objetos aparecem na imagem captada pelo sensor nas mesmas condições ambientais.
A partir do conhecimento e importância de cada um dos campos do espectro eletromagnético apresentados na Tabela 1, é possível identificar e analisar muitos dos componentes das paisagens nos levantamentos sobre a cobertura do solo, a vegetação e a hidrografia, ajudando na interpretação das condições em que esses recursos se encontram (LUCHIARI et al., 2005). Nesse sentido, Costa e Silva (2004) enfatizaram que a aplicação de Sistemas de Informações Geográficas (SIG) em dados de sensoriamento remoto, tornou-se uma ferramenta poderosa que, atrelada ao uso de outros softwares de tratamento de dados digitais e mapeamento, permite não somente maior rigor, mas também, precisão nas análises, facilitando a representação espacial.
Tabela 1 – Campos eletromagnéticos e intervalos espectrais usados na geração de dados por sensoriamento remoto.
Campos Eletromagnéticos Intervalos Espectrais Fontes de Radiação Resposta dos Alvos Imageados Propriedades Medida Bandas
Visível 0,4 – 0,7 µm Sol Água, Solo,
Vegetação. Reflectância 1, 2 e 3 Solo/Agricultura,
Água/vegetação Infravermelho de
ondas curtas 1,1 – 2,5 µm Sol
Vegetação, Solo,
Rochas. Reflectância 5 e 7
3,0 – 5,0 µm Sol Solo Reflectância
-4,5 – 5,0 µm
Corpos terrestres com altas temperaturas
Rochas, Solo. Temperatura -Infravermelho
termal 8,0- – 14 µm Terra
Rochas, Solos,
Vegetação, Água. Temperatura 6
Terra (passivo) Temperatura
(passivo) Artificial (ativo) Rugosidade dos
alvos (ativo) Reflectância Infravermelho médio Microondas 1 mm – 1 m - -Infravermelho próximo 0,7 – 1,1 µm Sol 4
Fonte: Adaptação feita pelo autor a partir de Meneses (2001).
Para Santos et al. (2006), os SIG constituem uma importante estrutura em termos de viabilização, tratamento e manipulação de dados gerados por sensores remotos, tem possibilitado a execução de análises e aplicações de cálculos, que variam desde a álgebra cumulativa (soma, subtração, multiplicação, divisão, intersecção, etc.), até a álgebra não cumulativa (operações lógicas), permitindo a elaboração de mapas temáticos (dados qualitativos), reformulações e sínteses sobre dados ambientais disponíveis, através de um conjunto de procedimentos computacionais, que sobre uma base de dados integrados geograficamente, constitui-se num instrumento de grande potencial para o estabelecimento de planos integrados de manejo e conservação do solo, da vegetação e da água.
A finalidade principal desses SIG foi aperfeiçoar o processo de análise quantitativa dos atributos físicos das paisagens, principalmente no que se refere à rede de drenagem, a relevo e à cobertura do solo. A obtenção e rapidez de dados voltados para a caracterização e análise, da situação física e ambiental de uma área, são algumas das vantagens da modelagem de dados em ambiente de SIG. São exemplos os trabalhos de Valeriano e Garcia (2000), Tucker et al. (2001), Valeriano e Morais (2001), Valeriano (2005), Ganas et al. (2005) e Hott et al. (2007), sobre análises morfométricas de bacias hidrográficas.
Uma das técnicas mais comuns de derivação de dados e extração de atributos, com subsequente cálculo dos parâmetros físicos, é feita a partir do uso dos MDE e da rede hidrográfica digitalizada, obtidos de cartas topográficas ou imagens de sensores orbitais. Sobre esses dados são aplicados procedimentos e usos de ferramentas computacionais para extrair as informações necessárias à análise física e morfométrica de uma bacia hidrográfica.
A aplicação de novas metodologias na extração de atributos e cálculo de parâmetros físicos a partir dos MDE associam-se outras técnicas de mensuração de feições (formas) e fenômenos (processos) da superfície terrestre que podem ser vistas nos trabalhos de Riffel (2006), Ruszkiczay e Rudiger (2007), Lopes (2008), Walcott e Summerfield (2007), que defendem a obtenção e rapidez de dados concretos e melhores resultados nas análises morfológicas e de evolução do relevo em ambientes de SIG e não apenas em hipóteses dedutivas, como é feita, geralmente, com dados de cartas topográficas e planialtimetricas.
Os trabalhos desenvolvidos por Tarbotton et al. (1991), Thompson (2001), Ponzoni (2002), Dias et al. (2004), Costa (2005), Valeriano e Abdon (2007), Luedeling et al. (2007), Fredrick et al. (2007), Berry et al. (2007), Bittencourt (2007), Renó et al. (2008), Galetti (2010) e Renó (2011) demonstraram a importância de dados orbitais na extração de curvas de nível, geração de Modelos Digital de Terreno (MDE), indicação de fluxos de escoamento superficial, delimitação de bacias hidrográficas, identificação e caracterização de cobertura vegetal, mudanças temporais na cobertura do solo, desenvolvimento e aplicação de modelos hidrológicos, dentre outras finalidades, que possam ser aplicáveis ao diagnóstico, planejamento e gestão dos recursos naturais.
Os dados de sensoriamento remoto, também apresentam certas limitações, muitas vezes ligadas às condições atmosféricas e declividades do terreno, gerando imperfeições nas representações espaciais, ou mesmo, precisando ser complementados, após tratamento digital, com outras informações já espacializadas anteriormente, a exemplo das cartas topográficas e fotografias aéreas.
Nesse sentido, segundo Novo et al. (2005), o estudo e a análise das áreas suscetíveis à inundação e enchentes a partir de imagens de sensores remotos, por manipular uma grande quantidade de dados, necessitam do uso de técnicas que permitam o cruzamento de informações já territorialmente espacializadas, para que seja possível comparar e mapear a variação no tempo e no espaço, da área ocupada pelos diferentes sistemas alagáveis. Tais técnicas vão desde a delimitação automática de bacias hidrográficas, até a aplicação de equações específicas de cruzamento e simplificação de variáveis, para demonstração da influência espacial de um fenômeno sobre uma área em particular.
Essas técnicas são implementadas em ambientes de Sistemas de Informações Geográficas (SIG), com o uso de software específico, promovendo resultados físicos relevantes, conforme verificado nos trabalhos de Mark (1984), Band (1986), Jenson e Domingue (1988), Tarboton et al. (1991), Fairfield e Leymarie (1991), Verdin e Verdin (1999), Turcotte et al. (2001), Vogt et al. (2003), Jordan e Schott (2005), e Merkel et al. (2008).
No processo de delimitação automática de bacias hidrográficas em SIG, por exemplo, são utilizadas informações de relevo, que podem ser representadas por uma estrutura numérica de dados correspondente à distribuição espacial da altitude e da superfície do terreno, que constitui o MDE. O MDE pode ser obtido por meio da interpolação de curvas de nível extraídas de uma carta topográfica, ou através de imagens de sensores remotos, a exemplo das imagens da missão Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). Podem-se citar, nesse caso, os trabalhos desenvolvidos por Dias et al. (2004), Santos et al. (2006), Valeriano e Abdon (2007), Luedeling et al. (2007), Fredrick et al. (2007), Berry et al. (2007) e Rennó et al. (2008).
Jenson e Domingue (1988) afirmaram que parâmetros hidrológicos e morfológicos extraídos de MDE mostram-se acurados e compatíveis com aqueles obtidos por métodos manuais, que despendem maior tempo no seu processamento e têm detalhamento menor na sua configuração. Assim, como Tarbotton et al. (1991) e Walker e Wilgoose (1999) descreveram como o MDE apresenta boa correlação entre a declividade e a área de contribuição, exibindo os pontos de inflexão que marcam o início da captação fluvial, de modo que a rede de drenagem pode ser determinada com confiança elevada.
Nesse sentido, as feições de drenagem e divisores de água, convertidas em vetores a partir das imagens de sensores remotos, são alvos de análises clássicas do terreno (área, perímetro, declividade, altitude, etc.), em que se busca a delimitação de regiões homogêneas e mais significativas na imagem, em função do valor de cada pixel isoladamente, cuja acurácia dos dados e rapidez dos seus resultados podem ser utilizadas de forma direta para fins de mapeamento (VALERIANO, 2008). As regiões homogêneas serão identificadas, delimitadas e classificadas a partir do valor do número digital (ND) de cada pixel. Para tanto, é necessário realizar um pré-processamento dos dados da imagem utilizando-se um processo de segmentação de forma automática com o emprego de softwares específicos.
Segundo Barbosa (2007) e Novo (2008), uma das técnicas mais conhecidas nesse pré-processamento é a de segmentação por crescimento de regiões. Esta técnica baseia-se num processo interativo no qual as regiões homogêneas (segmentos) são delimitadas nas imagens em função do seu ND a partir do agrupamento de pixels contíguos.
Este agrupamento é baseado em algumas propriedades intrínsecas das imagens, como a diferença de nível de cinza entre cada um dos pixels contíguos (similaridade) e sua área (mínima) de ocorrência. Essa diferença está relacionada à resposta do espectro eletromagnético para cada alvo na superfície imageada. O resultado desse processo facilita a delimitação das informações na imagem em análise, onde para cada polígono é atribuído um rótulo único de classificação e uma cor correspondente para melhor diferenciar as regiões homogêneas, facilitando o processo de classificação final para essas informações.
O resultado é uma matriz de covariância, onde o valor do vetor das regiões indicará as classes resultantes do processo adotado. Esta abordagem de classificação baseada em regiões de crescimento foi utilizada com sucesso por Alves et al. (1996), Coutinho (1997), Fonseca (2000), Vasconcelos e Novo (2004), Matos et al. (2005), Kennedy et al. (2007) e Lindener et al. (2007) no mapeamento da cobertura das terras em bacias hidrográficas e por Wittmann (2004), Barbosa (2007), Rennó (2008) e Teixeira (2008) no mapeamento das áreas de várzeas e cobertura do solo na planície de inundação Amazônica. Os valores obtidos podem ser relacionados aos ambientes mais úmidos, excetuando-se aqueles diretamente ligados aos corpos de águas que apresentam valores negativos ou muito próximos da unidade.
Com a classificação das áreas homogêneas, obtida a partir do processo de segmentação é possível identificar, segundo Matos (2005) e Barbosa (2007), as áreas com forte influência do lençol freático e da umidade na planície de inundação, onde ocorre forte resposta espectral em função da absorção da água e características dos alvos imageados na superfície analisada, diante das diferentes regiões de intervalos espectrais. A resposta espectral estará ligada à banda espectral que for mais sensível na captura da umidade.
Procedimento semelhante pode ser visto nos trabalhos realizados pelo RADAMBRASIL, que visaram a obtenção de dados da superfície em função das respostas espectrais dos alvos imageados pelo sistema de sensoriamento remoto, para fins de mapeamento da cobertura vegetal e, por extensão, do relevo. Para tanto, a variedade de atributos usados no sistema de classificação dos alvos refletiu a variabilidade estrutural dos tipos de vegetação e a importância da topografia, como sendo um dos fatores determinantes no estabelecimento, distribuição e diversidade de espécies vegetais em função da umidade na caracterização da paisagem.
Nesse sentido, os mapas do RADAMBRASIL foram elaborados a partir das informações espectrais em imagens de radar (sensores aerotransportados), sobre as quais a visualização dos padrões de drenagem e a diferenciação entre áreas de várzea e terra firme, foram facilitadas graças à geometria de aquisição e iluminação capturada pelo sensor. Isto ocorre, segundo Wittman et al. (2004),
porque nos ambientes de várzea, a topografia pode definir a riqueza e a distribuição de espécies vegetais ao longo do gradiente de inundação e sedimentação de um canal fluvial.
Relevo, topografia, geologia, hidrografia e cobertura do solo são algumas das informações que se pode obter a partir das imagens de sensores remotos, sendo necessário para tanto, definir os procedimentos e as finalidades dos dados que serão gerados por técnicas específicas na captura de cada informação.
3 – CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
A área de desenvolvimento deste estudo é a bacia hidrográfica do rio Pajeú, que é um dos últimos afluentes da margem esquerda do rio São Francisco, correspondendo à chamada Microrregião do Vale do Pajeú e a Unidade de Planejamento Hídrico UP-9, situada na porção Centro-Oeste do Estado de Pernambuco, em plena zona de domínio da região semiárida. É delimitada pelas coordenadas geográficas 07º 16‟ 20” e 08º 56‟ 01” de latitude sul e 36º 59‟ 00” e 38º 57‟ 45” de longitude oeste. Possuindo 355 km extensão, da nascente, até a foz do rio Pajeú, que está localizada no lago de Itaparica no submédio do São Francisco. Com uma área de 16.685,63 km², a bacia hidrográfica do rio Pajeú corresponde a 16,97% do território pernambucano (Figura 1).
Figura 1 – Localização da bacia hidrográfica do rio Pajeú em Pernambuco, Brasil.
