Geoprocessamento para projetos ambientais

Geoprocessamento para projetos ambientais

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10 GEOPROCESSAMENTO PARA PROJETOS AMBIENTAIS

José Simeão de Medeiros Gilberto Câmara

Na perspectiva moderna de gestão do território, toda ação de planejamento, ordenação ou monitoramento do espaço deve incluir a análise dos diferentes componentes do ambiente, incluindo o meio físico-biótico, a ocupação humana, e seu inter-relacionamento. O conceito de desenvolvimento sustentado, consagrado na Rio-92, estabelece que as ações de ocupação do território devem ser precedidas de uma análise abrangente de seus impactos no ambiente, a curto, médio e longo prazo.

Tal postura foi sancionada pelo legislador, ao estabelecer dispositivos de obrigatoriedade de Relatórios de Impacto Ambiental (RIMA), como condição prévia para novos projetos de ocupação do espaço, como rodovias, indústrias e hidroelétricas. Forma ainda a justificativa política para iniciativas como o Programa de Zoneamento Ecológico- Econômico, estabelecido pelo Governo Federal para disciplinar o desenvolvimento da região Amazônica.

Deste modo, pode-se apontar pelo menos quatro grandes dimensões dos problemas ligados aos Estudos Ambientais, onde é grande o impacto do uso da tecnologia de Sistemas de Informação Geográfica: Mapeamento Temático, Diagnóstico Ambiental, Avaliação de Impacto Ambiental, Ordenamento Territorial e os Prognósticos Ambientais.

Nesta visão, os estudos de Mapeamento Temático visam a caracterizar e entender a organização do espaço, como base para o estabelecimento das bases para ações e estudos futuros. Exemplos seriam levantamentos temáticos (como geologia, geomorfologia, solos, cobertura vegetal), dos quais o Brasil ainda é bastante deficiente, especialmente em escalas maiores. Tome-se, por exemplo, o caso da Amazônia, onde o mais abrangente conjunto de dados temáticos existente é o realizado pelo projeto RADAM, no qual os dados foram levantados na escala 1: 250.0 e compilados na escala 1:1.0.0.

A área de diagnóstico ambiental objetiva estabelecer estudos específicos sobre regiões de interesse, com vistas a projetos de ocupação ou preservação. Exemplos são os relatórios de impacto ambiental (RIMAs) e os estudos visando o estabelecimento de áreas de proteção ambiental (APAs).

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Os projetos de avaliação de impacto ambiental envolvem o monitoramento dos resultados da intervenção humana sobre o ambiente, incluindo levantamentos como o feito pela organização SOS Mata Atlântica, que vem realizando estudos sobre os remanescentes da Mata Atlântica em toda a costa leste brasileira.

Os trabalhos de ordenamento territorial objetivam normatizar a ocupação do espaço, buscando racionalizar a gestão do território, com vistas a um processo de desenvolvimento sustentado. Neste cenário, estão em andamento hoje no Brasil uma grande quantidade de iniciativas de zoneamento, que incluem estudos abrangentes como o zoneamento ecológicoeconômico da Amazônia Legal (Becker e Egler 5) e de aspectos específicos, como o zoneamento pedo-climático por cultura, coordenado pela EMBRAPA.

Todos estes estudos tem uma característica básica: a interdisciplinaridade (Moraes 48). Decorrente da convicção de que não é possível compreender perfeitamente os fenômenos ambientais sem analisar todos os seus componentes e as relações entre eles, estes projetos buscam sempre uma visão integrada da questão ambiental em conjunto com a questão social.

O problema essencial é capturar no GIS, com o menor grau de reducionismo possível, a natureza dos padrões e processos do espaço. A solução tradicional foi transpor os mapas da Cartografia Temática para o ambiente computacional. Ao tratar criticamente esta questão, pode-se concluir que um mapa temático tradicional nada mas é que uma representação simplificada do conhecimento de um especialista sobre a região estudada.

Tal dificuldade leva a maior parte das aplicações de Geoprocessamento a representar alguns aspectos da natureza apenas a partir da delimitação de uma área de estudo (na prática, um retângulo definido por coordenadas geográficas), sem capturar suas características particulares que possam distingui-la de seu entorno. Neste contexto, a maior parte das análises é baseada numa abordagem ponto-a-ponto: a área de estudo é dividida em pequenas células, e cada célula é examinada e processada separadamente das demais.

A abordagem pontual, apesar de sua simplicidade de implementação e uso, apresenta algumas limitações. Como cada ponto é considerado independente dos demais, não há garantia de uma coerência espacial no resultado. Quer dizer, a topologia resultante é fornecida implicitamente pelos diferentes recortes espaciais de cada mapa. Não é feita qualquer hipótese explicita sobre a organização do espaço, e espera-se que a correlação implícita entre as variáveis (no limite, resultante dos processos de geração do espaço) assegure uma representação coerente no mapa final. Por exemplo, ao combinarmos um mapa de solos com a geomorfologia numa abordagem pontual, supomos implicitamente que existe uma coerência entre os limites das associações de solos e das formas de relevo.

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A alternativa refere-se ao uso de metodologias oriundas da Geografia Sistêmica, também utilizadas em estudos de Ecologia da Paisagem (Zonneveld 69; Zonneveld 70) e de Ecodinâmica (Tricart 64; Tricart 65), em conjunto com a abordagem mencionada acima. Esta hipótese de trabalho requer a identificação prévia de áreas homogêneas (baseadas em critérios estabelecidos pelos especialistas), sobre as quais são então realizadas as pesquisas.

Esta hipótese é também coerente com a visão de Hartstorne 36, que propõe o conceito de área-unidade (unit-area), como uma partição ideal do espaço geográfico, definida pelo pesquisador em função do objeto de estudo e da escala de trabalho, apresentando características individuais próprias. Estas áreas-unidades seriam a base de um sistema de classificação e organização do espaço e a partir da sua decomposição, o pesquisador relacionaria, para cada uma das partições, as correspondentes características físicas-bióticas que a individualizaria em relação as demais componentes do espaço.

Deste modo, agrupa-se de forma genérica, as diferentes metodologias para estudos ambientais em duas grandes classes:

• Métodos baseados em localizações pontuais - utilizam a combinação dos atributos descritivos das variáveis geográficas, onde cada localização é considerada independente das demais;

• Métodos baseados na definição de áreas homogêneas - utilizam conceitos derivados da idéia de área-unidade.

10.3 MÉTODOS BASEADOS EM LOCALIZAÇÕES PONTUAIS

Nos métodos baseados em localizações pontuais inclui-se o processo de selecionar e combinar, através de procedimentos de síntese disponíveis num SIG, as variáveis geográficas considerando os limites por elas estabelecidos; estes limites podem ser as formas de relevo, os solos, a cobertura vegetal, dentre outros. Cada uma destas variáveis geográficas contém uma certa diferencialidade espacial e a combinação entre elas (por sobreposição ou “cruzamento”) promove a subdivisão do espaço geográfico em regiões equiproblemáticas, supostamente concretas, com fronteiras bem definidas, como pode ser observado na Figura 10.1.

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Figura 10.1. A - Regiões Equiproblemáticas. Modificado de: Corrêa 16.

Um exemplo de aplicação do método baseado em localizações pontuais é o trabalho desenvolvido por Bezerra et alii 7. Estes autores produziram um diagnóstico geoambiental preliminar (não foram considerados os aspectos sócio-econômicos) do estado do Amapá, na escala 1:1.0.0, utilizando técnicas de inferência booleana que permitiram a combinação de mapas temáticos (clima, geologia, formas de relevo, pedologia, cobertura vegetal e uso da terra) para identificação de geossistemas (Bertrand 6); Silva61). Foram identificadas a distribuição de seis grandes Regiões Geoambientais, sendo três determinadas pela interdependência rocha-relevo e três por fatores climáticos atuais ou passados, que funcionaram ou funcionam como elementos controladores da distribuição dos solos e da vegetação. Em cada uma das Regiões Geoambientais foram obtidos os geossitemas e geofácies que definiram as regiões equiproblemáticas. A Figura 10.2 exemplifica as sobreposições entre os mapas temáticos, realizadas com operadores booleanos (AND, OR, XOR, NOT), para geração das regiões equiproblemáticas do diagnóstico geoambiental preliminar do Amapá em 1989.

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Figura 10.2. Esquema da combinação entre mapas temáticos.

Além da utilização na elaboração de diagnósticos ambientais, os métodos baseados em localizações pontuais são largamente utilizados na implementação de modelos empíricos.

10.3.1 Aplicação da Equação Universal de Perdas de Solos

Um exemplo de aplicação em modelos empíricos foi o trabalho realizado por

Kuntschik 40, que implementou um modelo para a estimativa da perda de solos por erosão hídrica na microbacia do Ribeirão das Araras, em Araras, no Estado de São Paulo. Todo o projeto foi desenvolvido na escala 1: 50.0.

Para tanto, foram utilizadas técnicas de geoprocessamento, visando identificar dentro da bacia, as regiões com maior susceptibilidade à perda de solos por erosão hídrica. O modelo escolhido é a Equação Universal de Perda de Solo (USLE). Este modelo leva em conta seis fatores: erosividade, dada pela capacidade da chuva de provocar desprendimento e arrasto de solo, erodibilidade, que quantifica a susceptibilidade de um solo a ser erodido pela chuva, fator topográfico que considera comprimento de encosta e declividade, e o fator antrópico, que inclui cobertura e uso do solo e práticas conservacionistas.

A partir do mapa de solos, cartas topográficas e dos valores numéricos correspondentes a cada fator considerado, foram criados arquivos matriciais em formato ASCII. Nestes arquivos, cada número representa o valor da grandeza para uma área quadrada de 250 m de lado no terreno. Estes arquivos foram tratados através de planilhas de cálculo e das funções disponíveis no SIG, sendo gerados os mapas de potencial natural de erosão (PNE) e de perdas solos calculadas (A), conforme mostram as Figura 10.3 e Figura 10.4.

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Figura 10.3. Potencial Natural de Erosão Anual (em ton./ha.ano-1). Fonte: Kuntschik 40.

Figura 10.4. Perda de Solo Calculada (em ton./ha.ano-1) Fonte: Kuntschik 40.

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O potencial natural de erosão é dado pela seguinte equação: PNE= R * K * LS, onde:

R é erosividade da chuva anual, K é a erodibilidade do solo e LS é uma variável calculada a partir do comprimento da encosta L.

A declividade média S, através da fórmula: LS = 0,00984*L0,63*S1,18.

A erosividade da chuva (R) é dada por: R= 67.335 (p2/P)0.85, onde p é a precipitação média mensal e P é a precipitação média anual.

Neste exemplo para a bacia do Ribeirão das Araras na região de Araras o valor de R corresponde a 6675. A erodibilidade do solo (K), ou seja a resistência deste à ação da chuva, depende diretamente do tipo de solo em questão. Para cada tipo de solo há um valor associado de acordo com a tabela proposta por Lombardi Neto 42.

A partir do mapa de altimetria, gerou-se um modelo numérico de terreno utilizando-se o interpolador TIN (grade triangular). Desta grade, gerou-se outra grade de declividade e um mapa temático com classes de declividade. O valor do comprimento da encosta (L), ou percurso da água, foi obtido a partir de um mapa de distância entre o limite da bacia e os níveis mais baixos de altimetria, resultando em um modelo numérico do terreno.

A partir desta formulação metodológica, apresentamos a seguir um programa em LEGAL que realiza este procedimento. O LEGAL foi utilizado para:

• converter o mapa de solos em uma grade de valores de erodibilidade, utilizando-se a função PONDERE;

• converter o mapa de classes de declividade em uma grade de valores médios de declividade, utilizando o valor central de cada intervalo, também através da função PONDERE;

• aplicar a equação universal de perda de solo considerando todos os parâmetros acima, gerando uma grade onde cada ponto da superfície está associado ao valor de potencial natural de erosão.

Apresenta-se a seguir a sintaxe utilizada:

{ //Declaração das variáveis Tematico solo ("solo"), decl ("declive");

Numerico S ("decliv-media"), K ("erodibilidade"), L ("encosta"), LS ("LS"), pne (“PNE”);

Float R = 6675.; Tabela tabk (Ponderacao), tabs (Ponderacao); // Transforma Declividade em (S )declividade media decl= Recupere(Nome = "Declividade"); S = Novo ( Nome = "DeclivMedia", Representacao = Matriz,

ResX = 250, ResY = 250, Escala = 100000, Min = 0, Max = 50); tabs = Novo(CategoriaIni="declive",

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"0-3" : 1.5,"3-6" : 4.5, "6-12" : 9.0,"12-20" : 123.0, "20-40" : 30.0,">40" : 40.0 );

S = Pondere (decl,tabs); //Transf. solo em erodibilidade (K) solo= Recupere(Nome = "TiposdeSolo"); K = Novo (Nome = "Erodibilidade(K)", Representacao = Grade,

ResX = 250, ResY = 250, Escala = 100000, Min = 0, Max = 1); tabk = Novo (CategoriaIni = "solo", "pv2alva" : 0.0462, "pv3Olaria" : 0.0280, "pv3+pv4" : 0.028, "lrd+le1" : 0.0143, "lrdbaraogeraldo" : 0.0128, "lreribpreto" : 0.0098, "le1+lrd" : 0.01514, "LV4+LV3" : 0.0132 "lvsmatodentro" : 0.0246, "te" : 0.0181, "serrinha" : 0.0462 , "pv2usina" : 0.0462, "li3" : 0.0442, "pv5" : 0.0462, "li2" : 0.0362 , "urbano" : 0, "li2+pv4" : 0.03292, "lrd+lre" : 0.0116 , "le1" : 0.0167, "agua" : 0, "lv4speculas" : 0.0132, "LV3LaranjAzeda" : 0.0132); K = Pondere (solo, tabk); // Calculo de LS L= Recupere(Nome ="L-CompEncosta"); LS = Novo (Nome = "LS",Representacao = Grade,

ResX = 250, ResY = 250, Escala = 100000, Min = 0, Max = 100 );

LS= 0.00984 * (L^0.63)* (S^1.18); // Calculo de PNE PNE = Novo (Nome = "PotNatErosao",Representacao = Grade,

ResX = 250, ResY = 250, Escala = 100000, Min = 0, Max = 100);

Esta equação pode ser aplicada a outras áreas desde que os parâmetros de solo, altimetria e precipitação estejam disponíveis para a mesma.

10.3.2 Avaliação de riscos de inundação e movimentos de massa

Outro exemplo de estudo ambiental que combina as variáveis geográficas baseando-se em localizações pontuais, foi o trabalho desenvolvido por Montoya et alii 47 para identificação de áreas de risco a inundações e a movimentos de massa e na bacia do Rio Buquira, afluente do Rio Paraíba, em São José dos Campos - SP.

As inundações são fenômenos naturais que ocorrem devido a uma excessiva precipitação num determinado período de tempo (Siebert 60). O desmatamento, que reduz a

Geoprocessamento em Projetos Ambientais10-9 retenção de água no solo e promove um aumento no escoamento superficial incluindo o incremento da remoção e transporte de sedimentos, em conjunto com o processo de urbanização, que por sua vez favorece a impermeabilização da superfície do solo, são fatores que aumentam os riscos de inundação.

Em geral, as inundações ocorrem quando os cursos d’água recebem quantidades de água bem maior que suas capacidades de armazenamento e vazão. Como conseqüência, a água sobrepõe as margens, extendendo-se sobre toda a planície de inundação do vale, atingindo maior ou menor extensão em função de suas características físicas tais como: capacidade de infiltração dos solos, solos com camada impermeável, ou com lençol freático próximo da superfície, etc.

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