A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO DE 9 A 12 DE OUTUBRO GEOPROCESSAMENTO APLICADO À CARACTERIZAÇÃO DAS VERTENTES COM BASE NAS PROPRIEDADES TOPOGRÁFICAS DE DECLIVIDADE E COMPRIMENTO DAS RAMPAS: DISTRITO DE JORDÃO, SOBRAL, BRASIL ARYBERG DE SOUZA DUARTE1 FREDERICO DE HOLANDA BASTOS2 EDMUNDO RODRIGUEZ DE BRITO3 Resumo: A caracterização topográfica aplica-se há várias áreas das ciências exatas da terra e consequentemente aos estudos geomorfológicos, visto que a topografia imprime relação direta aos processos morfodinâmicos, de tal forma a influenciar na velocidade e quantidade do material mobilizado, bem como na quantidade de energia existente nos processos. O viés do pertinente trabalho é proporcionar diferenciações das vertentes da porção sul da Serra da Meruoca, com base nas características topográficas de declividade e comprimento das rampas. Como resultado, as maiores concentrações de declividades acentuadas associadas a longas rampas encontrasse alocadas na vertente do boqueirão, na porção norte da área de estudo, e também nas vertentes sudoeste e sul. Essas características são limitantes ao acumulo de mantos de intemperismo, de tal forma a dificultar o desenvolvimento pedogenético, condicionando solos mais rasos e pedregosos. Palavras-chave: fator topográfico; variáveis morfométricas; geomorfologia; paisagem. Abstract: The topographic characterization applies for several areas of the earth sciences and consequently the geomorphology studies, since the topography prints directly related to morphodynamic processes, such as to influence the speed and amount of the mobilized material as well as the amount of energy in existing processes. The bias of the relevant work is to provide differentiation of the slopes of the southern portion of the Meruoca massif, based on topographic features of steepness and length of the ramps. As a result, the highest steep slopes concentrations associated with long ramps found allocated in Boqueirão shed, in the northern portion of the study area, and also in the southwest and south sides. These characteristics are limiting the accumulation of sheets of weathering, so hindering the pedogenetic development, conditioning more shallow and stony soils modeling. Key-words: topographical factor; morphometric variables; geomorphology; landscape. 1 – Introdução A mensuração das características do relevo é o objeto de estudo da morfometria, área do conhecimento voltada para a quantificação das características superficiais de um terreno. Tal área é parte dos estudos geomorfológicos com o viés 1 - Acadêmico do programa de pós-graduação em Geografia da Universidade Estadual do Ceará. E-mail de contato: [email protected] 2 - Docente do programa de pós-graduação da Universidade Estadual do Ceará. E-mail de contato: [email protected] 3 - Acadêmico do programa de pós-graduação em Geografia da Universidade Estadual do Ceará. E-mail de contato: [email protected] 5848 A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO DE 9 A 12 DE OUTUBRO de estudar as características mensuráveis e comparáveis em unidades métricas, angulares ou em graus em relação ao norte. Como exemplos temos respectivamente a altimetria ou o comprimento de uma rampa, a declividade de um terreno ou o grau de variação da declividade, que por sua vez corresponde as curvaturas do terreno, e ainda a orientação de uma vertente em relação ao norte (FLORENZANO, 2008). Tal mensuração possibilita a construção de informações importantes para várias áreas do conhecimento, como por exemplo, nos estudos voltados para o planejamento ambiental e territorial, no reconhecimento das potencialidades ou limitações ambientais, nos estudos voltados para elaboração de dados que subsidie as práticas das engenharias correlacionadas a infraestrutura. Por sua vez, nos estudos geomorfológicos essas variáveis contribuem como subsídio para a diferenciação de feições, vertentes, depressões, planícies, planaltos e demais formas de relevo. Já nos estudos da morfodinâmica essas variáveis entram como base para compreender a origem dos processos, bem como a integração dos demais componentes da paisagem com o relevo. As contribuições do geógrafo francês Jean Tricart (1977) aos estudos da morfodinâmica estão imbricadas na compreensão dos diferentes estados de equilíbrio no balanço morfogenético. O autor propõe uma classificação dos ambientes baseado na relação entre os processos pedogênicos com os morfodinâmicos, essa relação pode ser classificada conforme o estado em que os processos morfodinâmicos e pedogênicos se contrapõem. A partir dessa relação, os ambientes podem ser classificados como meios estáveis, quando os processos pedogênicos se sobressaem aos morfodinâmicos, meios instáveis, quando os processos morfodinâmicos se sobressaem aos pedogênicos, e meios de transição ou intergrades, quando há equilíbrio entre a pedogênese e a morfodinâmica. Por sua vez, os processos morfodinâmicos em vertentes íngremes estão diretamente correlacionadas com as características topográficas do modelado, por isso tais estudos possuem relevância para a caracterização e compreensão das paisagens instáveis que ficam alocadas em vertentes. Tal relevância se intensifica quando os processos morfodinâmicos são correlacionados com as formas de uso e ocupação do solo. Para Ross (2009) ao 5849 A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO DE 9 A 12 DE OUTUBRO apropriar-se das paisagens naturais, as práticas sociais alteram as intensidades dos fluxos energéticos, condicionando mudanças em um ritmo muito mais intenso do que aquele normalmente produzido. Bem como o fato que os ambientes possuem fragilidades naturais perante determinadas intervenções, (ROSS, op. cit). O desrespeito das propriedades naturais das paisagens, através da inadequação das técnicas de exploração dos recursos naturais, e da ocupação e utilização incompatível dos espaços, faz-se gerar níveis desastrosos de degradação ambiental, que por sua vez, leva a exaustão das propriedades naturais que outrora justificavam a exploração destas áreas, (SOBRINHO e FALCÃO, 2006). Lepsch (2010) aponta que os processos de mobilização de material superficial dos solos, bem como os processos de erosão mais expressivos, possuem relação com as características topográficas, por tanto, a mensuração de tais características é fundamental nos estudos dos processos de mobilização de material em encostas. Goudie, (1995) apud Guerra e Marçal (2006), descreve que o volume total de erosão que ocorre numa encosta é o resultado de processos geomorfológicos que incluem a ação das gotas de chuva e o escoamento superficial difuso e o escoamento superficial acumulado, que, por sua vez, dependem de uma série de fatores, que podem ser equacionadas através da Equação Universal de Perda de Solos (A=R*K*LS*C*P), que englobam a erosividade das chuvas (R), a erodibilidade dos solos (K), as características das rampas (LS), o manejo do solo (C), e o estado da cobertura vegetal e conservação do solo (P). Guerra e Marçal, op. cit, apontam que as taxas de erosão estão intrinsecamente relacionadas com as características das rampas (Fator topográfico ou Fator LS). Isso é facilmente observado se levarmos em conta que, na medida em que as rampas se tornam mais longas, maior é o volume de água que se acumula durante o escoamento superficial (run off) e, consequentemente, há um acúmulo de energia cinética na medida que o fluxo se acumula ao longo das rampas, tal acúmulo de energia e de fluxo de água também tem relação com o aumento do gradiente de declividade, e por fim, tais processos têm como base a força da gravidade. 5850 A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO DE 9 A 12 DE OUTUBRO A área de estudo, do presente trabalho, compreende as vertentes da porção sul da Serra da Meruoca e está alocada no município de Sobral, mais precisamente no distrito de Jordão. O presente trabalho propõe estimar o Fator LS (Fator Topográfico) da Equação Universal de Perda de Solo – EUPS, através das técnicas de geoprocessamento e álgebra de mapas, como subsídios para estudos de diferenciação das vertentes, bem como na inventariação das porções das vertentes mais propensas, topograficamente, a ter solos mais rasos. 2 – Desenvolvimento 2.1 – Área de Estudo Encontra-se entre as coordenadas 9.598.009 e 9.586.169 de latitude, e entre as coordenadas 326.129 e 344.116 de longitude, sob o Datum SIRGAS 2000 Zona 24M. Conforme Lima (1999), a Serra da Meruoca se trata de um maciço residual granitoide que apresenta um relevo movimentado, marcado por processos de morfogênese mecânica. Sua elevação máxima é próxima de 920m, e em relação ao seu pediplano circunjacente ocorre um desnível altimétrico de 700-800m. A formação do relevo local está imbricada a eventos ligados a tectônica ruptural, que conseguintemente condicionou a ocorrência de falhas e zonas de cisalhamento, de tal forma a se apresentar como um maciço cristalino granítico que se destaca ao longo de superfícies erosivas sertanejas. Porém, devido à altimetria da serra da Meruoca, sua pluviometria média anual é superior a 1.000mm, que consequentemente proporciona meios para o desenvolvimento de uma vegetação plúvio-nebular nas vertentes de barlavento e no platô, já nas vertentes de sotavento e em parte do platô a vegetação é composta por caatinga arbórea e arbustiva espaça, tal vegetação tem pouca capacidade de amortecer os efeitos das chuvas torrenciais, a Figura 1 apresenta a localização da área de estudo. 5851 A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO DE 9 A 12 DE OUTUBRO Figura 1. Localização da área de estudo. Fonte: Autores, com base nos dados vetoriais da Malhas Digitais – Municípios 2010, IBGE, 2011; OpenStreetMap. 2.2 – Referencial Teórico Estimar o fator topográfico exige um debruçar-se sobre a literatura pertinente, pois os métodos e técnicas se divergem tanto nas variáveis consideradas como nos recursos tecnológicos empregados, de tal forma a proporcionar uma diversidade de resultados. Barrios e Alex (2000), descreve que durante os anos 90 diversos autores trabalharam com a utilização de Modelos Digitais de Elevação (MDE) em aplicações SIGs (Sistemas de Informação Geográfica), com o intuito estimarem o Fator LS (Fator Topográfico) a partir de diferentes algoritmos com o viés de proporcionar resultados mais próximos do mundo real. Conforme Barrios e Alex op. cit, o Fator LS é um produto dos subfatores “L” (comprimento da rampa) e “S” (declividade do terreno). Conforme Florenzano (2008), a declividade do terreno é obtida através do ângulo de inclinação da superfície local em relação ao plano horizontal, ou seja, o 5852 A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO DE 9 A 12 DE OUTUBRO ângulo que se forma na diferença de altura entre dois pontos e a distância horizontal entre esses pontos, tal variável é expressa em graus ou em percentual. As declividades mais baixas corroboram com o tempo de permanência da água sobre o solo, o que favorece a infiltração, já as declividades mais elevadas favorecem o escoamento superficial em maiores velocidades reduzindo a infiltração. Por sua vez, o comprimento das rampas condiciona o grau de confluência do fluxo hidrológico acumulado, ao longo da trajetória percorrida vertente abaixo, consequentemente a capacidade de remoção de partículas do solo, pelo escoamento superficial, está diretamente ligado ao comprimento das rampas, (FLORENZANO, op. cit). Entre essas duas variáveis, o comprimento da rampa é o de obtenção mais complexa, por se tratar de uma variável que depende da interpretação conceitual. Conforme Smulyan (2010) diversos autores trabalharam com métodos e técnicas distintas para estimar esse subfator em ambiente SIG. Contudo, atualmente há aceitação das metodologias que estimam o comprimento das rampas com base no fluxo hidrológico superficial acumulado, diante do fato que se concebe que a rampa é passível de mensuração a partir do ponto de início do escoamento superficial até o ponto de deposição, (FLORENZANO, 2008; MITASOVA, 1999; SIMMS, 2003; SMULYAN, 2010). Conforme Mitasova et al (1999) o referido conceito foi elaborado mediante à ensaios e experimentos realizados em parcelas de 72,6 pés, ou seja, 22,13m de comprimento e sob declividades de 9%, ou seja, de 5,16°. Esse método define o efeito do ângulo e comprimento do declive aos processos de transporte de material superficial. Mitasova et al (op. cit) apresenta um formula na qual tem como variáveis inicias o fluxo hidrológico superficial acumulado e a declividade do terreno. A referida formula é descrita abaixo. LS(r) = (m+1) [A(r)/a0]m [sin b(r)/b0]n (r) – resolução espacial do raster; A – fluxo hidrológico superficial acumulado; 5853 A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO DE 9 A 12 DE OUTUBRO a0 – comprimento da parcela experimental; m – potência correspondente à intensidade das precipitações; n – potência correspondente ao estado de cobertura vegetal do solo; b – declividade; b0 – declividade da parcela experimental; A potência m é referente à intensidade das precipitações. Conforme Mitasova et al (op. cit), os experimentos apontaram um intervalo de valores que variam entre 0,4 a 0,6. Já a potência n é referente a cobertura vegetal da área, seu intervalo está entre 1,0 a 1,4. Tais limiares são de ordem empírica, dando ao modelo uma flexibilidade espacial, e uma possiblidade e calibração local, Mitasova et al (op. cit) salienta que os valores mais altos devem ser utilizados em áreas onde os fluxos são turbulentos e concentrados, como por exemplo, em áreas desprovidas de cobertura vegetal ou áreas de vegetação espaçada, já os valores mais baixos devem ser utilizados em áreas com fluxos geralmente dispersos e com a presença amenizadora da cobertura vegetal. 3 – Metodologias Neste trabalho adotou-se o conceito apontado Mitasova et al (1999), testada por Simms et al. (2003) e Smulyan (2010), bem como a mesma fórmula utilizada em seus trabalhos, que interpreta o subfator “L” como a distância da fonte de escoamento até o ponto onde inicia a deposição, ou mesmo quando o escoamento se torna centrado em um canal definido. Simms et al. (2003), aplicou a referida metodologia em ambiente SIG, no qual usou a seguinte formula LS=(λ/22.13)0.6 (sin θ/0.0896)1.3, onde λ é a projeção horizontal do comprimento da rampa, se utilizou fluxo acumulado do terreno, θ é a declividade do terreno, já as potências 0.6 e 1.3 são adotadas devido as condições da sua área de estudo, por fim, os valores 22.13 e 0.0896 são pertinentes as características das parcelas experimentais de referência, onde correspondem 5854 A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO DE 9 A 12 DE OUTUBRO respectivamente ao comprimento da parcela 22.13m e a declividade média da parcela 9%. Neste trabalho adotou-se a mesma metodologia de Simms et al. (2003) e a utilização do SIG ArcGIS, por sua vez os dados matriciais pertinentes a elevação do terreno foram adquiridos no site <http://earthexplorer.usgs.gov/> administrado pelo USGS (U.S. Geological Survey), Serviço Geológico Americano. Os referidos dados são imagens provenientes de sensoriamento remoto do projeto SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) com resolução espacial de 30m. De posse dos referidos dados, inicialmente foi realizado um recorte espacial do Modelo Número de Elevação (MNE) a partir da delimitação da área de estudo, posteriormente foi realizado os procedimentos de pré-processamento do MNE através processos de Project e Fill. Em seguida obteve-se o fluxo acumulado da área de estudo, utilizou-se o método para a extração do fluxo acumulado D8, conforme a proposta de O’Callaghan e Mark (1984) apud Santos Júnior (2009). Conforme a proposta utilizada, a modelagem do fluxo acumulado é obtida a partir da direção de fluxo, o qual atribui o sentido do escoamento de um pixel para um de seus oito vizinhos com base na diferença de cota ponderada pela distância entre eles. Seguindo as direções de fluxo, obtém-se a quantidade de células a montante que drenam para cada uma das células a jusante, determinando o fluxo acumulado de drenagem. A Figura 2 representa a obtenção do Fluxo Acumulado a partir da Direção do Fluxo. a) – Direção do Fluxo b) – Direção do Fluxo c) – Fluxo Acumulado Figura 2: Representação da obtenção do Fluxo Acumulado a partir da Direção do Fluxo, pelo método D8: a) é uma representação da direção do fluxo em modelo numérico; b) é representação gráfica da direção do fluxo; c) é uma representação fluxo acumulado em modelo numérico e gráfico. (Fonte: modificado de ESRI). 5855 A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO DE 9 A 12 DE OUTUBRO Posteriormente a etapa citada acima, através do MNE, obteve-se a declividade da área de estudo. De posse dos rasters de fluxo acumulado e declividade, fez-se a álgebra de mapas através da ferramenta Raster Calculator, conforme a expressão e a sintaxe descrita por Simms et al. (2003) e Smulyan (2010): <Pow ([flow accumulation] * cell size / 22.13, 0.6) * Pow (Sin ([Slope of DEM]) / 0.0896, 1.3)>. Levando em consideração as potências de m=0.6 e n=1.3 mediante as características climáticas e botânicas anunciadas sobre a área de estudo. 4 – Resultados A anunciada modelagem cominou num produto raster pertinente a correlação das referidas características topográficas com os processos morfodinâmicos de mobilização do material superficial dos solos, tal produto corroborou com a caracterização e a diferenciação das vertentes, com base no nível de propensão topográfica aos processos erosivos. Após a análise geoestatistica dos quartis, média e desvio padrão, foi elaborado um mapa qualitativo do Fator Topográfico, tal mapa consiste na divisão por classes de frequência com base nos intervalos de valores que melhor expressavam as diferenciações das vertentes, ou seja, os dados qualitativos são pertinentes a análise e a comparação entre as diferentes áreas do modelado com o seu todo. As classes criadas foram seis, variando entre mínimo (menores valores de declividades associadas ao comprimento das rampas) e máximo (maiores valores de declividades associadas às longas rampas), entre essas classes encontram-se baixo, moderadamente baixo, moderado, alto. Como resultado, as maiores concentrações de declividades acentuadas associadas a longas rampas, na ordem máxima de 550m, encontram-se alocadas na vertente do boqueirão, mais precisamente na porção norte da área de estudo, e também nas vertentes sudoeste e sul. Essas características são limitantes ao acumulo de mantos de intemperismo, de tal forma a dificultar o desenvolvimento pedogenético, condicionando solos mais rasos e pedregosos. 5856 A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO DE 9 A 12 DE OUTUBRO A Figura 3 apresenta o Mapa das Vertentes Topograficamente Propensas à Erosão. Figura 3: Mapa das Vertentes Topograficamente Propensas à Erosão. Fonte: Autores. 5 – Conclusões Nos estudos dos processos de mobilização de material em encostas é necessário compreender que as condições de preservação e conservação da cobertura vegetal e a exploração racional e planejada dos recursos naturais são fatores preponderantes para amenizar os processos erosivos. Porém as características topográficas expressão um relevante controle na velocidade e no acumulo e energia nos processos. É muito importante a compreensão das características naturais do meio físico, pois, através delas torna-se possível relacionar os processos morfodinâmicos com as vocações ambientais das paisagens alocadas em vertentes. Tais encostas devem ser analisadas com cuidado, pois a mobilização de grandes quantidades de material, 5857 A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO DE 9 A 12 DE OUTUBRO nestas áreas, pode condicionar o empobrecimento dos solos em níveis intensos, o aumento da ocorrência dos afloramentos rochosos, diferentes tipos de movimento de massa, assoreamento das calhas fluviais, bem como outras modificações negativas na paisagem. A modelagem se apresentou adequada com bons resultados, diante da dimensão do trabalho, mesmo com a resolução espacial dos produtos SRTM (30 metros). Os anunciados resultados apontam para as áreas que a topografia expressa maior impacto do fluxo acumulado ao aumento do poder de mobilização do material, limitação ao desenvolvimento de solos mais profundos e com granulometria menor, por tanto, trabalhos futuros serão realizados no campo para comparar, validar e testar a modelagem. 6 – Referências Bibliográficas BARRIOS R., ALEX G. Distribución espacial del factor LS (RUSLE) usando procedimientos SIG compatibles con IDRISI aplicación en una microcuenca andina. Disponível em: http://www.saber.ula.ve/bitstream/123456789/24185/1/articulo44_1_6.pdf, Acessado em: 10 de dezembro 2011. ESRI. Expression: FLOWACCUMULATION (FLOW_DIR). Disponível em: <http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.2/index.cfm?TopicName=Flow_Accumulati on, Acessado em: 10 de janeiro 2012. FLORENZANO, Teresa Gallotti. Geomorfologia: conceitos e tecnologias atuais. (org.). São Paulo – SP. Editora: Oficina de Texto, 2008. 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