Utilização de imagens Landsat para Análise (multitemporal) do uso

UTILIZAÇÃO DE IMAGENS LANDSAT PARA ANÁLISE MULTITEMPORAL
DO USO E OCUPAÇÃO DO SOLO NA MICROBACIA HIDROGRÁFICA DO
RIBEIRÃO GRANDE, REGIÃO DO MÉDIO PARANAPANEMA, SÃO PAULO.
Camila Jorge Moretti de Campos – discente do curso de Geografia da Unesp/Campus
Experimental de Ourinhos. e-mail: [email protected]
Prof. Dr. Rodrigo Lilla Manzione - docente do curso de Geografia da Unesp/Campus
Experimental de Ourinhos. e-mail: [email protected]
1. INTRODUÇÃO
A Bacia Hidrográfica é considerada uma unidade ambiental fundamental devido a sua
significância para os processos fluviais e indiretamente para outros processos
geomorfológicos, sendo uma unidade funcional de estudo cada vez mais utilizada por
diferentes disciplinas. Segundo Christofoletti (1974), temos que:
“É uma área drenada por um determinado rio ou por uma rede fluvial. A
drenagem fluvial é constituída por um conjunto de canais de escoamento
interligados. A área drenada por esse sistema fluvial é definida como bacia de
drenagem, e essa rede de drenagem depende não só do total e do regime das
precipitações, como também das perdas por evapotranspiração e infiltração.”
As microbacias hidrográficas, são definidas de acordo com o grau de concentração
da rede de drenagem , com áreas de drenagem direta ao curso principal da bacia, sendo estas
menores que 100 Km².
Estas unidades ambientais estão inseridas no espaço de forma a abarcar as diversas
dinâmicas ambientais e antrópicas, muitas vezes, modificando seu funcionamento.
É sabido que o desenvolvimento urbano apresenta permanente conflito com o meio
ambiente, decorrente de razões econômicas e, muitas vezes, pela ausência de planejamento
de ocupação. Os componentes do meio físico são de fundamental importância na avaliação
ambiental de uma região, daí a necessidade de se ter um diagnóstico bem circunstanciado,
para que a avaliação ambiental seja verdadeira e confiável.
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O estudo do uso e ocupação trata-se de conhecer toda a utilização por parte do
homem ou pela caracterização das categorias de vegetação natural ou plantada que reveste o
solo.
Segundo Rosa (2004), “a expressão "uso do solo" pode ser entendida como sendo a
forma pela qual o espaço esta sendo ocupado pelo homem”. O levantamento do uso do solo
é então, de grande importância, já que o mau uso deste gera degradação ambiental, e
diversos problemas para o homem e a natureza. Como exemplos de processos de
degradação ambiental, causados pelo mau uso do solo, podemos citar erosões, inundações,
assoreamentos desenfreados de reservatórios e cursos d' água, entre outros.
Desta forma, afirmamos que a análise ambiental é de grande importância para o
conhecimento do padrão territorial, ou seja, as características e organização da dimensão
físico-natural, os processos econômicos, sociais, culturais, ecológicos, políticos e o sistema de
infra-estrutura. Com a caracterização do meio, pretende-se coordenar as ações dos setores
públicos e privados que resultam em impactos para o meio ambiente nas formas de ocupação
territorial. Assim eleva-se qualidade de vida da população mantendo a harmonia com a
natureza.
As técnicas de Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto constituem hoje, um
importante conjunto de ferramentas aplicáveis ao planejamento geográfico, bem como para a
obtenção de dados a serem utilizados no planejamento e zoneamento, tanto em níveis
regionais quanto municipais. De fato, tem havido um desenvolvimento marcante das
geotecnologias (Sensoriamento Remoto e Geoprocessamento) que disponibilizam uma série
de ferramentas que auxiliam sobremaneira a investigação da adequação do uso do solo
(Corrêa et al., 1996).
Desta forma, buscamos caracterizar fisicamente uma bacia hidrográfica no decorrer
das últimas décadas para inferir sobre os padrões espaciais e temporais da dinâmica do
território, a partir de produtos orbitais, elaborando mapas temáticos representativos do meio
físico multitemporalmente, identificando as mudanças ocorridas ao longo do período de 1970
a 2009, e comparar as modificações ocorridas nos períodos analisados, identificando áreas
agrícolas, pastagens, áreas preservadas e áreas a serem recuperadas, através da utilização de
técnicas de Sensoriamento Remoto Orbital e SIG (Sistema de Informações Geográficas).
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Para isso, foi escolhida uma bacia hidrográfica que representasse o cenário atualmente
encontrado na região do Médio Paranapanema, com uso predominantemente agrícola e com
poucos resquícios de vegetação nativa e/ou matas ciliares.
OBJETIVOS
Os objetivos deste trabalho são caracterizar o uso e ocupação do solo na Bacia do
Ribeirão Grande, utilizando-se de geotecnologias para determinar os padrões de modificação
do uso da bacia pelas atividades agrícolas;
Mapear os usos do solo a partir dos produtos disponíveis; e subsidiar o planejamento
ambiental da bacia através de um diagnóstico sobre essas mudanças.
METODOLOGIA
A metodologia de trabalho incluiu levantamento e revisão bibliográfica e cartográfica
sobre o tema e área da pesquisa em bibliotecas e sites do governo. De acordo com objetivo
do trabalho, que é a análise do uso e ocupação do solo para o planejamento ambiental, foi
utilizada a concepção metodológica de planejamento ambiental e análise integrada a paisagem
de Rodriguez (1994, 2002) e Rodriguez et al. (2004), que pode ser sintetizada na Figura 1.
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Figura 1: Planejamento ambiental e análise integrada da paisagem. Fonte: Rodriguez (1994,
2002) e Rodriguez et al. (2004). Organização: Zacharias (2006).
Quanto aos passos da fase de análise, foi realizado um mapeamento da bacia e as
informações levantadas foram transpostas para uma base de dados cartográficos e
transformada em um Sistema de Informações Geográficas – SIG.
Um SIG constitui-se na sistematização e ordenação dos dados e informações
utilizadas. Para CAMARGO (1997), o SIG é um ambiente computacional no qual dados
espaciais representados por entidades gráficas podem ser relacionados entre si e com outros
dados não espaciais com registros alfanuméricos de um banco de dados convencional e
imagens “raster”.
Para a montagem do SIG foram utilizadas imagens do satélite LANDSAT TM e o
software Spring para a confecção das cartas e mapas.
Além da pesquisas serão realizados trabalhos de campo em pontos específicos da
área de pesquisa, mais precisamente nos municípios de Ourinhos, Ribeirão do Sul e São
Pedro do Turvo como estudo de caso.
As etapas para a produção do material cartográfico se deram pelos passos: registro
da imagem, classificação, e geração dos mapas de uso do solo.
O registro de uma imagem compreende uma transformação geométrica que relaciona,
coordenadas de imagem (linha, coluna) com coordenadas de um sistema de referência. O
registro apenas usa transformações geométricas simples (usualmente transformações
polinomiais de 1° e 2° graus) para estabelecer um mapeamento entre coordenadas de imagem
e coordenadas
geográficas.
Assim realizou-se o registro tendo como base as cartas topográficas digitalizadas e
georreferenciadas dos municípios de Ourinhos e Concórdia, elaboradas pelo IBGE no ano de
1973. Inicialmente foi gerado o projeto dentro do SPRING 5.1 onde foram digitalizadas as
cartas topográficas, dividindo em hidrografia, curvas de nível e rodovias. Essas cartas com
suas respectivas coordenadas foram utilizadas para registrar as demais imagens dos anos de
1978, 1988, 1999, 2008 e 2009.
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A Classificação de imagens é um processo de extração de informação em imagens para
reconhecer padrões e objetos homogêneos e são utilizados em Sensoriamento Remoto para
mapear áreas da superfície terrestre que correspondem aos temas de interesse.
O resultado da classificação digital é apresentado por meio de classes espectrais (áreas
que possuem características espectrais semelhantes), uma vez que um alvo dificilmente é
caracterizado por uma única assinatura espectral. É constituído por um mapa de "pixels"
classificados, representados por símbolos gráficos ou cores, ou seja, o processo de
classificação digital transforma um grande número de níveis de cinza em cada banda espectral
em um pequeno número de classes em uma única imagem.
Quando existem regiões da imagem em que o usuário dispõe de informações que
permitem a identificação de uma classe de interesse, o treinamento é dito supervisionado.
Para um treinamento supervisionado o usuário deve identificar na imagem uma área
representativa de cada classe. É importante que a área de treinamento seja uma amostra
homogênea da classe respectiva, mas ao mesmo tempo deve-se incluir toda a variabilidade
dos níveis de cinza. Recomenda-se que o usuário adquira mais de uma área de treinamento,
utilizando o maior número de informações disponíveis, como trabalhos de campo, mapas, etc.
Para a obtenção de classes estatisticamente confiáveis, são necessários de 10 a 100 "pixels"
de treinamento por classe. O número de "pixels" de treinamento necessário para a precisão
do reconhecimento de uma classe aumenta com o aumento da variabilidade entre as classes.
Já com a utilização de algoritmos para reconhecer as classes presentes na imagem, o
treinamento
é
dito
não-supervisionado.
Ao
definir
áreas
para
o
treinamento
não-supervisionado, o usuário não deve se preocupar com a homogeneidade das classes. As
áreas escolhidas devem ser heterogêneas para assegurar que todas as possíveis classes e suas
variabilidades sejam incluídas. Os "pixels" dentro de uma área de treinamento são submetidos
a um algoritmo de agrupamento ("clustering") que determina o agrupamento do dado, numa
feição espacial de dimensão igual ao número de bandas presentes. Este algoritmo assume que
cada grupo ("cluster") representa a distribuição de probabilidade de uma classe.
Servindo de base para o estudo multitemporal, foram importadas imagens Landsat TM
dos anos de 1978, 1988, 1999, 2008 e 2009, sendo utilizadas as bandas 3, 4 e 5.
Posteriormente, passou-se para a etapa de transformação e fusão das imagens para facilitar a
análise visual da cena, e geração dos mapas de uso do solo.
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RESULTADOS PRELIMINARES
A bacia do Rio Paranapanema totaliza aproximadamente 100.800 km², dos quais
45.500 km² no Estado de São Paulo e 55.300 km² no Estado do Paraná
(SP-SRHSO-DAEE, 2002 e SUDERHSA, 1998). O rio Paranapanema nasce na Serra
Agudos Grandes, no sudeste de São Paulo, acerca de 100 km da costa Atlântica e 900 m de
altitude. Tem sua foz no Rio Paraná, com altitude de 239 m, possuindo extensão aproximada
de 830 km e desnível de cerca de 570 m, intensamente utilizado para geração de energia
elétrica (LEAL, 2000).
De acordo com o Relatório do Comitê de bacias, que tem como base de dados o
projeto LUPA, o Relatório Zero, temos as seguintes percentagens das áreas de categorias de
usos do solo para toda a UGRHI: (i) áreas de pastagens (54,9%); (ii) áreas de culturas
temporárias (14,85%); (iii) áreas de culturas semi-perenes (13,6%); (iv) cobertura vegetal
natural (6,2%); (v) área de reflorestamento (4,8%); (vi) áreas de culturas perenes (2,2%);
(vii) áreas urbanas (1,0%) e (viii) outros usos (2,5%).
Na Figura 2, apresenta-se a divisão hidrográfica da bacia do Rio Paranapanema,
sendo a divisão paulista em UGRHIs e a divisão paranaense em bacias hidrográficas. A área
de abrangência desses Comitês no estado de São Paulo é de 51.331 km², com 91 municípios
e cerca de 1.800.000 habitantes (IBGE, 2007).
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Figura 2: Divisão hidrográfica da Bacia do Rio Paranapanema (Fonte: SUDERSHA (1998) e
SP-SRHSO-DAEE (2002)).
Já a bacia do Médio Paranapanema localiza-se na porção centro-oeste do
Estado de São Paulo, é definida pelas bacias hidrográficas de vários afluentes do rio
Paranapanema pela margem direita, destacando-se os seguintes: rio Pardo cuja foz situa-se
no reservatório de Salto Grande e tem como seu principal afluente o rio Turvo; rio Novo que
tem sua foz no mesmo reservatório acima citado; rio Parí e rio da Capivara que desemboca
no reservatório de Capivara.
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Quanto à conjuntura socioeconômica, a UGRHI em foco é constituída
predominantemente por municípios com menos de 10 mil habitantes. Como se observa no
Quadro 1, em 2000 apresentava uma população de 593.770 habitantes; Ourinhos, Assis e
Avaré são os municípios com maior população e se consolidaram como pólos regionais, e
embora nenhum deles tenha ultrapassado os 100.000 habitantes, concentravam cerca de 42%
da população total da UGRHI.
Quadro 1- Projeção Demográfica da UGRHI. Fonte: Estudos de Projeção Demográfica
SEADE/SABESP (populações) e CORHI (Critérios para Distribuição das Populações,
proporcionalmente à área da UGRHI).
Dentre os tributários da sub-bacia do Rio Pardo, que por sua vez são os mais
importantes da bacia do Paranapanema, temos o objeto de estudo deste trabalho, o Ribeirão
Grande, ou mais comumente conhecido como Ribeirão das Onças, sendo o rio principal de
uma microbacia de mesmo nome. Esta microbacia está localizada ao norte do Rio Pardo,
abrangendo 3 municípios: Ourinhos, São Pedro do Turvo e Ribeirão do Sul.
Está basicamente inserida no contexto agropecuário, com a maioria da extensão de
suas terras ocupadas por atividades agrícolas como a cana-de-açúcar ou por pastagens.
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Após a caracterização da área, foi iniciado o processo do uso das geotecnologias
para inferência das características do uso e ocupação do solo.
No primeiro momento, foi georreferenciado o mosaico das Cartas Topográficas dos
municípios de Ourinhos e Concórdia, confeccionadas pelo IBGE no ano de 1973, que são
abrangidos pela microbacia.
Em seguida foi iniciado o mapa temático de uso e ocupação do solo na microbacia,
que mostrou grande parte do território sendo utilizado para agricultura, principalmente a
cultura de café, seguida da cultura de cana-de-açúcar. A cultura cafeeira ainda presente no
município no início da década de 70 advém de áreas remanescentes da expansão cafeeira
pelo oeste paulista no final do século XIX, que sobreviveram à crise do café ocorrida no ano
de 1929, ocasionada pela quebra da bolsa de valores de Nova Iorque. Devido a isso, a
cultura da cana-de-açúcar é inserida na região.
Podemos constatar durante a produção do mapa de 1973, que essas duas culturas se
intercalam em áreas muito próximas, denunciando a substituição de uma cultura por outra.
Assim, notamos o início da expansão da cana-de-açúcar (em detrimento do café) ao longo
dos municípios do Médio Paranapanema, principalmente da microbacia do Ribeirão Grande,
que possui o predomínio de Latossolos Vermelhos (LV) e os Nitossolos Vermelhos (NV),
sendo este de menor expressividade (OLIVEIRA et al., 1999), considerados de grande
fertilidade para diversos tipos de cultivo, inclusive o da cana-de-açúcar.
Os mapas ainda encontram-se em processo de produção, necessitando de idas a
campo para constatação de feições detectadas pelas imagens de satélite.
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(Doutorado em Geociências). Instituto de Geociências e Ciências Exatas (IGCE), UNESP,
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