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USO COMBINADO DOS ÍNDICES LSWI E NDVI PARA ANÁLISE DA
INUNDAÇÃO NA BACIA DO RIO MUTUM (PANTANAL NORTE)
Alves, Gustavo Medeiros¹;Loverde-Oliveira, Simoni Maria²;Oliveira, Rafael Loverde3
Resumo
O objetivo deste estudo foi relacionar o NDVI e o LSWI com o processo de inundação na Bacia do
Rio Mutum no Pantanal matogrossense, entre 2013 e 2014. Para delimitação da bacia e sua elevação
foram utilizadas imagens SRTM-TOPODATA; e imagens MODIS para análise do NDVI e o LSWI
com o propósito de aplicar estes índices na interpretação da inundação, sendo sua eficiência confirmada
com checagem a campo. Na porção de maior elevação (borda leste) a variação temporal do vigor
vegetacional relacionou-se com os usos agropecuários, pois neste local não há inundação. Nas áreas
planas (central e oeste) ocorre a retenção da água proveniente do planalto e de chuvas,
consequentemente a água sai do leito dos cursos d'agua e expande em direção aos campos e demais
formações vegetais, conforme demostrado pelo LSWI, ocupando cerca de 30% da área da planície
da bacia durante a cheia do Pantanal. Assim, na região plana foi detectado que o acréscimo do vigor
de vegetação correlaciona-se com alta oferta hídrica proporcionada pela inundação. No planalto, os
índices não foram aplicáveis visto que não se trata de uma área submetida a inundações e a
disponibilidade de água é relacionada com as chuvas locais.
Palavras-chave: geotecnologia; inundação; Pantanal
COMBINED USE OF THE INDEXES LSWI AND NDVI TO ANALYZE
FLOOD ON MUTUM RIVER'S BASIN (NORTHERN PANTANAL)
Abstract
This study aimed to relate the NDVI and LSWI with the flood process in Mutum River's Basin on
Mato Grosso's Pantanal, between 2013 and 2014. For delimitation of the watershed and its elevation
were used SRTM-TOPODATA images; and MODIS images for analysis of NDVI and LSWI with
the purpose of applying these indexes in the interpretation and detection of flood, the efficiency of
the indexes was confirmed by field activities. On the highest elevation portion (eastern edge) the
temporal variation of vegetation vigor was related to agricultural uses, since in this area there is no
flood. On the low and flat areas (central and west) occur the retention of water from the plateau and
rainfall, consequently the water comes out of the bed of watercourses and expands toward meadows
and other vegetation types, as demonstrated by LSWI, occupying 30% of the basin area during the
rainy season of Pantanal. Thus, on the flat region was detected that places with greater vigor of
vegetation correlates with high water supply provided by flood. On the plateau, the same index is
not applicable because this is not an area subject to flooding and water availability is related to local
rains.
Keywords: geotechnology; flooding; Pantanal
[1] Acadêmico do Curso de Pós-graduação em Geografia do Instituto de Ciências Humanas e Sociais/Campus Universitário de Rondonópolis/MT –
[email protected]
[2] Professora Dra. Departamento de Ciências Biológicas/ICEN/UFMT e PPGEO - [email protected]
[3] Acadêmico do Curso de Graduação em Engenharia Agrícola e Ambiental do Instituto de Ciências Agrárias e Tecnológicas/Campus Universitário
de Rondonópolis/MT – [email protected]
XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos
INTRODUÇÃO
Os padrões e processos que ocorre no Pantanal são regulados pela alternância do ciclo anual
de estiagem e cheia, com períodos marcados por secas e inundações (Junk et al., 1989; Caovilla,
2011). A distribuição e a diversidade das espécies variam entre os diferentes habitats dispostos ao
longo do gradiente de inundação, decorrente de sua intensidade, sazonalidade e permanência de
locais alagáveis (Fernandes et al., 2010; Machado et al., 2012; Loverde-Oliveira et al., 2013).
Esta dinâmica hidrológica é fundamental para a manutenção e distribuição das comunidades
vegetais e animais do Pantanal, além disso, seu entendimento pode ser usado para que a sociedade
possa se precaver de possíveis prejuízos econômicos, como é relatado nos estudo de Kmitta (2010),
Galdino et al. (2006), Silva (2013) e Padovani et al. (2011). Apesar da importância, esse processo
ainda não é bem compreendido, isso se deve, principalmente, à falta do emprego de métodos de
análise e tecnologias que permitam caracterizar e monitorar de forma contínua esse ambiente, além
de permitir que se façam cenários e previsões do comportamento do sistema como um todo
(Padovani, 2010).
Uma das possibilidades apresentadas atualmente para conhecer e quantificar as áreas
submetidas a inundações sazonais é o uso de geoprocessamento e imagens orbitais de satélite,
combinados a índices como o NDVI e LSWI. Neste contexto, este estudo teve como propósito
avaliar a dinâmica espaço-temporal da inundação nas diferentes unidades fisiográficas da Bacia do Rio
Mutum durante as épocas de seca e cheia do Pantanal.
MATERIAIS E MÉTODOS
A bacia hidrográfica do Rio Mutum está inserida na porção sudoeste do Estado do Mato
Grosso, sendo um dos contribuintes do rio Cuiabá na região da planície do Pantanal Norte. O Rio
Mutum é o principal curso d'água desta bacia sendo que no final do seu curso, já próximo à
confluência com o Rio Cuiabá, ele se alarga formando a Baía de Sinhá Mariana que se caracteriza
por compor um complexo de rios-lagoas-planície alagável (Figura 1).
Figura 1: Bacia do rio Mutum, Pantanal de Barão de Melgaço, Mato Grosso.
XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos
O banco de dados geomorfometricos de Mato Grosso (imagem TOPOTADA de 30 metros)
foi resgatado junto ao Instituto Nacional de Pesquisa Espacial (INPE) disponível no site
(http://www.dsr.inpe.br/topodata/). Estes dados geográficos foram exportadas para o programa
TerraViewHidro 0.3.9, onde realizou-se o processamento, delimitação e extração das redes de
drenagem e da bacia hidrográfica do rio Mutum. Posteriormente essas informações foram
submetidas a teste de confiabilidade, onde foram cruzadas informações topográficas da região e,
traçados perfis topográficos no software Google Earth.
A carta de elevação foi obtida pelo fatiamento do Modelo Numérico de Terreno (MNT) em
imagem TOPODATA em cinco compartimentos de elevação distintas, permitindo a quantificação
absoluta e relativa da área ocupada por determinado intervalo de altitude. As classes foram
agrupadas em intervalos gerados automaticamente pelo SIG ARGIS 10.2.
Tendo como propósito interpretar e detectar o desenvolvimento da vegetação, conforme as fases do
pulso de inundação do Pantanal, aplicou-se o NDVI, conforme metodologia proposta por Padovani (2010)
e Silveira (2015). Para estabelecimento do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI)
foi adquirido no banco de dados da NASA imagens MODIS 13Q1 composição de 16 dias com
resolução espacial de 250m para os dias 30 de setembro e 19 de dezembro de 2013 e 18 de fevereiro
de 2014. No software ENVI 4.7, o NDVI foi calculado utilizando as bandas do infra-vermelho
próximo (IV) e do vermelho (V) na seguinte fórmula: NDVI= (IV-V)/(IV+V). O NDVI varia de -1
a 1 e está diretamente relacionado com o vigor da vegetação, valores mais altos indicam vegetação
mais vigorosa. Dividiram-se os resultados do índice em quatro classes, sendo; -1 a 0 classificado
como água; 0 a 0,4 como baixo vigor; 0,4 a 0,7 médio vigor; e 0,7 a 1 alto vigor.
Partindo da metodologia empregada por Silveira (2015) com as bandas NIR (infravermelho
próximo), MIR (onda curta do infravermelho) e pixel reliability do produto MOD13Q1 foi
calculado o LSWI (Land Surface Water Index) com intuito de determinar a área que inundou na
bacia do Rio Mutum. Utilizou-se para tanto LSWI = (pNIR –pSWIR)/(pNIR + pSWIR). Foram
usadas as mesmas imagens consideradas para calculo do NDVI. Aplicou-se a técnica de
classificação de imagens, conforme Macalister & Mahaxay (2009). Pontos de checagem a campo
foram utilizados como referência da qualidade da classificação e precisão do resultado. As
informações geográficas e os resultados do LSWI foram cruzados com os dados de cotas de
elevação inferiores a 218 metros e com a área dos cursos hídricos permanentes para determinar a
área total inundada na região de planície da bacia.
As imagens de satélite foram selecionadas para indicar áreas inundadas nas épocas seca e
chuvosa, assim a imagem de setembro/2013 é representativa do período de seca quando a água está
restrita aos canais dos rios; a imagem de dezembro/2013 corresponde a uma época chuvosa e com
inicio do processo elevação do nível hidrométrico dos rios; a imagem de fevereiro/2014 coincide
com uma época chuvosa e que se caracteriza pela inundação da planície.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A bacia hidrográfica do Rio Mutum tem uma área de aproximadamente 340.000 hectares,
sendo que a maior parte da bacia apresentou cotas de elevação entre 115m e 218m, os quais são
considerados locais intermediários baixos e planos, que em função dessas unidades de relevo são
áreas sujeitas a sofrerem inundações. Já no planalto nas bordas Norte e Nordeste deste a cota de
elevação foi superior a 659 metros. Nas demais regiões da bacia (entre o Nordeste e Sudeste) o
relevo possui variação de 218m a 659m (Figura 2).
XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos
Em função dessas unidades do relevo e
altimetria a sazonalidade das inundações no
Pantanal é acentuada, embora algumas áreas
permaneçam constantemente inundada ou seca. A
inundação impulsiona a força motriz deste
ecossistema, que influencia sazonalmente as
características limnológicas, ecológicas e biológicas
(Zarista, 2013).
Mapa hipsométrico da Bacia do Rio
Mutum.No
No período de seca (setembro/2013) a
vegetação com maior vigor é aquela próxima aos
corpos d'água representando 27,83% da área da
bacia, e a de vigor médio com 67,75%, já os demais
valores somam 4,4%. Em dezembro/2013, com as
chuvas mais intensas as áreas que não são
abastecidas por rios passaram a ter maior
suprimento de água e plantas com alto vigor
passam a representar 56%, enquanto as com médio
médi
vigor são reduzidas a 43%, os demais valores
somam 5%. Ainda na época das
da chuvas
Figura 2:: Mapa hipsométrico da Bacia do Rio (fevereiro/2014) em que há registros de inundação
em partes da bacia, os valores seguem a mesma
Mutum, Mato Grosso.
lógica do anterior e a vegetação com maior vigor
passa a representar 64,4%, enquanto
nquanto as com médio reduzem a 32,8%, os demais valores somam
2,8% (Figura 3). De maneira geral, para a área total da bacia do Rio Mutum houve um aumento de
aproximadamente o dobro de vegetação de alto vigor do período seco para o chuvoso.
Figura 3: Mapas com as classes de NDVI para as datas de setembro/2013, dezembro/2013, e
fevereiro/2014, respectivamente.
Para a porção plana da bacia, a análise de inundação utilizando o LSWI demonstrou que em
setembro/2013
/2013 por se tratar do período de seca do Pantanal não existe inundação no território da
bacia, apenas uma pequena parcela apresenta água superficial e corresponde aos cursos hídricos
permanentes, os quais totalizam 21.472 hectares.
hectares Já em dezembro/2013 no início da período
chuvoso e de cheia do Pantanal,, a água começa a extrapolar lateralmente a calha dos rios e acaba
inundando uma área de 71.772 hectares
hectares. No mês de fevereiro/2014 ainda na época chuvosa e
período de maior inundação do Pantanal, registrou-se 113.491 hectares, ou seja, cerca de 30% dda
área total da região da planície da bacia foi inundada neste período (Figura 4).
Figura 4:: Mapas com as classes de LSWI para as datas de setembro/2013,
dezembro/2013, e fevereiro/2014, respectivamente
respectivamente,, na bacia do Rio Mutum
Mutum.
A porção de planalto apresenta níveis hipsométricos mais elevado deixando esta região fora
da área de inundação, portanto é amplamente utilizada para atividades agropecuárias. Nesta região é
possível associar a variação temporal do NDVI com a cultura escolhida, e o calendário agrícola, o
qual condiz com o período de chuvas. No planalto, os índices considerados neste estudo não foram
aplicáveis visto que não se trata de uma área submetida a inundação.
De maneira geral, ass inundações que ocorrem na planície pantaneira estão relacionadas a
fatores físicos, como as formações rochosas em sua superfície e a declividade da região que por ser
muito pequena contribui para a alta retenção de água na superfície do solo (Abreu
(Abreu et al., 2008;
Oliveira, 2009; Paz, 2010).
A vegetação na bacia
cia do Rio Mutum é composta por formações de cerrado,
cerrado agricultura e
pastagens em sua maioria, e por matas no entorno dos corpos d'água permanentes. O NDVI indicou
que o acréscimo no vigor desta vegetação especialmente em área plana esteve relacionada com a
maior oferta de água proveniente do processo de inundação
inundação, e no planalto pela maior
disponibilidade de água no solo em função das chuvas locais. Conforme os dados apresentados pelo
LSWI na região plana da bacia
acia que é suscetivel a inundação, os maiores niveis hidrometricos foram
suficientes para acarretar a expansão da água em direção aos campos e demais formações vegetais.
vegetais
CONSIDERAÇÕES FINAIS
As variáveis fisiográficas extraídas do MDE gerado através dos dados SRTM apresentaram
uma forte relação com a vegetação da área de estudo devido as características do relevo da região.
Como demonstrado pelo LSWI nas
as áreas baixas e planas há retenção da água garantindo assim
abundancia hídrica para o desenvolvimento vegetal, portanto o vigor se eleva progressivamente. Já
no planalto a variação temporal do vigor vegetacional tem maior relação com os usos agropecuários
e com a época de chuvas.
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