Quantificação da erosão marginal no arquipélago Mutum - Porto Rico entre 1985 e 2009 por meio de imagens Landsat 5 – TM

Autores

Biffi, V.H.R. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ) ; Souza Filho, E.E. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ)

Resumo

A conclusão da construção da UHE Porto Primavera culminou no processo de ajuste fluvial no Rio Paraná, sendo que o ajuste implica em alteração das taxas de erosão marginal e sedimentação das ilhas. Esse trabalho teve como objetivo verificar a variação de área no arquipélago Mutum – Porto Rico através de imagens Landsat/TM no período entre 1985 a 2009. Para atingir o objetivo foram construídos produtos cartográficos e mensurado a área do arquipélago em ambas as datas, e comparados entre si. Os resultados demonstram que arquipélago perdeu quase 41 Ha de sua área em 24 anos, com taxa de perda de 4,2 ha/ano, e que a ilha Pithi foi a única que teve acréscimo. Além disso, a literatura indica que a perda de área não foi contínua, sendo que podem estar associadas a grandes eventos de cheia. Por isso, é necessário estudo em períodos de maior porte das cheias para obter-se resultados detalhados.

Palavras chaves

Rio Paraná; Erosão Marginal; Landsat TM

Introdução

As modificações no regime hidrológico dos sistemas fluviais de ordem natural e/ou antrópica interferem diretamente nos processos de erosão, transporte e deposição de sedimentos. O rio Paraná teve seu regime de descarga modificado pela implantação de barragens em seu alto curso e em seus principais afluentes e passou a ser completamente controlado a partir da conclusão da UHE de Porto Primavera no final de 1988 (ROCHA, 2002; SOUZA FILHO, 2009). A formação do reservatório também foi responsável pelo corte de suprimentos detríticos, o que propiciou a perda de carga de fundo e de carga suspensa (SOUZA FILHO, 1999; SOUZA FILHO et al. 2004). O controle da descarga e o corte da carga fluvial deram origem a um processo de ajuste do canal, cujas consequências incluem alteração das taxas de erosão marginal (SOUZA FILHO et al. 2001; SOUZA FILHO, 2012). A erosão marginal do rio Paraná no segmento situado a jusante da UHE Porto Primavera é tema de estudo desde o final da década de 1980, por meio de pesquisas desenvolvidas em campo ou por meio de fotografias aéreas e imagens orbitais. O arquipélago das ilhas Mutum e Porto Rico foi alvo específico de estudos por parte de Correa (1998), Souza Filho & Corrêa (1999) e De Castro (2014), embora outros autores também tenham estudado o local como parte de abordagens mais abrangentes. A manutenção dos estudos relativos ao referido arquipélago faz parte da continuidade do monitoramento do balanço entre erosão e sedimentação do segmento fluvial afetado pela barragem de Porto Primavera, que também inclui o acompanhamento do transporte fluvial e do aprofundamento do leito do canal, efetuados com apoio do CNPq (processos 305244/2013-2 e 472729/2013- 6). Tal monitoramento é a razão da realização deste estudo, que tem como objetivo verificar a variação de área do arquipélago das ilhas Mutum e Porto Rico no intervalo entre 1984 e 2009 por meio de imagens Landsat/TM. Tal abordagem é justificada pela necessidade da avaliação do processo em longa escala de tempo e pela existência de grande quantidade de informação a respeito da área escolhida.

Material e métodos

Para quantificar e avaliar a erosão marginal utilizou-se da forma indireta, em que são construídos produtos cartográficos a partir de dados de sensoriamento remoto. Neste caso, foram utilizadas imagens do satélite Landsat 5 – TM, a partir das quais foram construídos produtos cartográficos relativos aos anos de 1985 e de 2009. A área do arquipélago foi medida em ambas as datas, os resultados comparados entre si e os produtos cartográficos foram superpostos para a determinação das áreas de acresção e de perda. Para a construção dos produtos cartográficos, foram selecionadas duas imagens da cena 223/076 obtidas em passagens realizadas em 11/05/1985 e em 11/04/2009, datas em que a cota fluviométrica da estação de Porto São José era respectivamente de 3,50 e 3,42 metros. As imagens foram adquiridas junto ao site do INPE (<http://www.dgi.inpe.br/CDSR/>) e foram submetidas à calibração radiométrica por meio da transformação dos valores do número digital (RD) em radiância a partir da equação de Markham e Barker (1986). Lλ=Lminλ+((Lmaxλ–Lminλ)*QCAL/QCALmax) Onde: Lλ = radiância bidirecional aparente; Lminλ = radiância espectral mínima; Lmaxλ = radiância espectral máxima; QCALmax = número digital máximo; QCAL = número digital a ser convertido Posteriormente, os valores foram convertidos para reflectância aparente e de superfície, para normalizar os efeitos da variação de radiação e interferência da atmosfera. Para isso, os valores de reflectância aparente foram convertidos pela equação Chander et al. (2009). ρa= π* Lλ * d² Esun(λ) * Cos θs Onde: ρa: Reflectância aparente; Lλ: Radiância aparente no topo da atmosfera; D: Distância sol – terra (em unidades astronômicas); Esun(λ): Irradiância média do sol no topo da atmosfera; Cos θs: Ângulo solar zenital. Ambas as equações e a correção atmosférica foram realizadas no software X- 6SCorr (Montanher & Mathias de Paulo, 2012). A correção atmosférica adotada pelo software X-6SCorr é baseada no código computacional 6S (Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum). Após a correção atmosférica, foram elaborados os produtos cartográficos. Para isso, foram construídas duas máscaras binárias para classificar áreas de ilhas (valor 1) e área de água (valor 0), através do intervalo de reflectância dos alvos. As máscaras foram somadas por meio de matemática de bandas, o que deu origem a um novo produto, em que as áreas de ilha presentes nas duas imagens totalizaram o valor 2, as presentes em apenas uma imagem permaneceram com valor 1 e as áreas de água com valor 0. A área insular obtida a partir de cada imagem foi medida a partir do número de pixels multiplicado pela sua área (900 m²) e a diferença de área das ilhas foi calculada pela subtração do valor de 1985 pelo valor de 2009.

Resultado e discussão

O arquipélago em questão é composto por quatro ilhas, denominadas Mutum, Porto Rico, Melosa e Pithi, em ordem decrescente de tamanho. Elas estão situadas a cerca de quarenta quilômetros da barragem de Porto Primavera (Figura 1) no segmento multicanal, com canais separados por grandes ilhas e barras fluviais (SOUZA FILHO & STEVAUX 1997), que corre sobre arenitos da Formação Caiuá (K) e depósitos sedimentares do quaternário do próprio rio (SOUZA FILHO, 1993). No local, o canal apresenta declividade média de 6,3 cm/km (SOUZA FILHO, 1993) e vazão média anual de 8.590 m³/s (1963 e 2009), na estação fluviométrica de Porto São José (SOUZA FILHO, 2009). No período entre 1982 e 1998 o valor foi de 9.550 m³/s, tendo diminuído para 8200 m³/s entre 1999 e 2009, graças ao controle da barragem (SOUZA FILHO, 2009). No intervalo entre 1985 e 2010, a descarga média foi de 8652 m³/s e as maiores cheias ocorreram nos anos de 1990, 1997, 2005 e 2010 (SOUZA FILHO, 2012). Os estudos efetuados indicam que a força hidráulica é a principal causa da erosão marginal, embora os processos de pipping tenham sido intensificados após a conclusão da UHE de Porto Primavera (Souza Filho et al., 2004). A força hidráulica promove o solapamento das margens e gera escorregamentos e desmoronamentos dos sedimentos fluviais situados acima da linha da água (FERNANDEZ, 1990; FERNANDEZ & SOUZA FILHO, 1995; ROCHA, 1995; ROCHA & SOUZA FILHO, 1996; CORREA et al., 1999; ROCHA et al. (1999), CORREA (2004), BORGES (2004) e CORREA et al., 2009). As taxas de erosão resultantes deste processo dependem em 90 % da velocidade de fluxo e em 9 % do teor de argila das margens (ROCHA, op. cit. e ROCHA e SOUZA FILHO, op. cit.). Os estudos efetuados por fotografia aérea no arquipélago demonstraram que sua área aumentou no período entre 1953 e 1970 e voltou aos valores iniciais em 1996 (Corrêa, 1998 e Souza Filho e Corrêa, 1999), conforme Tabela 1. Por sua vez, o estudo efetuado a partir de imagens Landsat/TM obteve valores (Quadro 1) que demonstram a diminuição do arquipélago entre o ano 2000 e 2010 (DE CASTRO et al, 2015). Embora os resultados de ambas as abordagens não possam ser comparados, os valores indicam que a tendência de diminuição continuou após a formação do reservatório, indicando que os processos erosivos vêm sendo mais intensos que os deposicionais, o que coincide com a interpretação de Puerta (2011), que estudou a variação de área do canal do rio Paraná no mesmo segmento fluvial. Os valores de área obtidos para cada data para cada ilha e as variações de área encontram-se no Quadro 2. Os resultados demonstram que o arquipélago perdeu quase 41 hectares de sua área em 24 anos e que a única ilha que teve acréscimo de área foi a ilha Pithi. A perda de área das três ilhas ocorreu em suas partes frontais, finais e em seus lados voltados para o canal principal (Figura 2). Estes resultados são coerentes com a distribuição das linhas de maior velocidade de fluxo e são coerentes ao que foi observado por Corrêa (1998), Souza Filho & Corrêa (1999) e Puerta (2011). A área do arquipélago no ano de 1985 (11,46 km²) pode ser comparada aos valores obtidos por De Castro (2015) (Quadro 1) e indicam que os processo erosivos são dominantes no arquipélago desde a década de 1970. Da mesma forma, os dados do referido autor podem ser utilizados para o detalhamento da taxa de diminuição do arquipélago. As variações de área observáveis no trabalho supracitado indicam que entre 1985 e 2010 o arquipélago perdeu aproximadamente 104 ha a uma taxa de 4,2 ha/ano, valor muito superior ao apurado para o intervalo entre 1985 e 2009. A diferença deve-se ao ganho de área observado entre 2005 e 2009 e à considerável perda verificada entre 2009 e 2010. A elevada taxa de perda observada entre 2000 e 2005 pode estar relacionada à cheia de 2005, que também seria responsável pela modificação das linhas de fluxo que teriam minimizado a ação dos processos erosivos e aumentado a sedimentação. Por sua vez, a cheia de 2010 seria responsável pela elevada taxa de diminuição de área observada entre 2009 e 2010. Situações semelhantes podem ter ocorrido nas cheias de 1990 e 1997, mas a amostragem não foi adequada para isso. Portanto, recomenda-se a inclusão dos anos com cheia de grande porte neste tipo de estudo.

Variação de área do arquipélago Mutum Porto Rico avaliada a partir de fotografias aéreas (1953 a 1996) por Corrêa (1998) e Souza Filho & Corrêa (1999)


Área estimada para cada ilha (ha) e para o arquipélago em cada ano; diferença de área e taxa de redução ou ampliação das ilhas.


Perda de área das três ilhas.


Localização da Área de estudo

Considerações Finais

A área do arquipélago Mutum Porto Rico era de 11,47 km² em 1985 e diminuiu para 11,06 km² em 2009, demonstrando que no intervalo de 24 anos os processos erosivos foram predominantes sobre os deposicionais. Neste intervalo o arquipélago perdeu cerca de 0,017 km² por ano. Contudo, a análise dos dados bibliográficos indicou que a taxa de redução de área no intervalo entre 1985 e 2010 foi de 0,042 km² por ano e que a perda de área não foi contínua, pois o arquipélago aumentou de tamanho entre 2005 e 2009, a uma taxa de 0,078 km² por ano. Além disso, é possível que as cheias de maior porte sejam responsáveis não só pelo aumento da taxa de diminuição do arquipélago, mas que também possam alterar a distribuição das linhas de fluxo de forma a permitir a alternância de domínio de processos deposicionais e erosivos. Portanto, é recomendável que este tipo de abordagem seja realizado considerando os anos com cheias de maior porte.

Agradecimentos

Ao CNPQ, pelo financiamento das pesquisas.

Referências

BORGES, C. Z. Erosão marginal no rio Paraná após a conclusão do reservatório da UHE Engenheiro Sergio Motta (Porto Primavera) a jusante da barragem. 2004. 50 f. Dissertação (Mestrado em Geografia) - Universidade Estadual de Maringá.
CHANDER, G.; MARKHAM, B. L. HELDER, D. L. Summary of current radiometric calibration coefficients for Landsat MSS, TM, ETM+, and EO-1 ALI sensors. Remote Sensing of Environment, v. 113, n. 5, p. 893–903, 2009.
CORREA, G. T. A erosão marginal no arquipélago das ilhas Floresta e Japonêsa (PR - MS). 2004. 94 f. Tese (Doutorado em Ecologia de Ambientes Aquáticos Continentais) - Universidade Estadual de Maringá.
CORREA, Geraldo Terceiro; SOUZA FILHO, Edvard Elias. Avaliação dos processos de erosão marginal no Arquipélago Floresta Japonesa (Alto Rio Paraná). Geografia (Londrina), v. 18, n. 2, p. 1-20, 2009.
DE CASTRO, Paulo Henrique Marques et al. Evolução do Uso do Solo no Arquipélago Mutum-Porto Rico, Alto Rio Paraná, no período de 2000–2010. Revista Brasileira de Geografia Física, v. 7, n. 6, p. 1153-1164, 2014.
FERNANDEZ, O. V. Q. Mudanças no canal fluvial do rio Paraná e processos de erosão nas margens: Região de Porto Rico, PR. UNESP. Campus de Rio Claro. (Dissertação de mestrado). 1990. 86 p. (inédito).
FERNANDEZ, O.V.Q. & Souza Filho, E.E. Efeitos do regime hidrológico sobre a evolução de um conjunto de ilhas no rio Paraná, PR. Boletim Paranaense de Geociências, Ed. UFPR, Curitiba, PR, 43: 161-171, 1995.
MARKHAM, B. L.; BARKER, J. L. Landsat MSS and TM post-calibration dynamic ranges, exoatmospheric reflectances and at-satellite temperature. EOSAT Landsat Technical Notes, n.1, august, 1986. 8p.
MONTANHER, O. C.; MATHIAS De PAULO, C. M. X-6Scorr: Conversão semi-automática de ND de imagens orbitais para FRB baseada em metadados XML e código 6S. Revista Brasileira de Cartografia, v. 66, n. 2, p. 223 ñ 231, 2014.
PUERTA, L. L. Análise multitemporal da área do canal do alto rio Paraná na porção jusante à UHE Porto Primavera. Universidade Estadual de Maringá, UEM, (Dissertação de Mestrado). Maringá, PR (inédito). 2011. 90 pp.
ROCHA, P. C. 1995. Erosão marginal em canais associados ao rio Paraná na região de Porto Rico - PR. Universidade Estadual de Maringá, UEM, (Dissertação de Mestrado), Maringá PR, (inédito). 1995. 32p.
ROCHA, P. C. & SOUZA FILHO E. E. (1996) Erosão marginal em canais associados ao rio Paraná na região de Porto Rico (PR). Boletim Paranaense de Geociências, EDUFPR, Curitiba, 44: 97-114.
ROCHA, Paulo César; SOUZA FILHO, E. E. . Erosão Marginal e Evolução Hidrodinâmica no Sistema Rio-Planície Fluvial do Alto Paraná - Centro Sul do Brasil. In: João Osvaldo Rodrigues Nunes; Paulo César Rocha. (Org.). Geomorfologia: Aplicações e Metodologia. São Paulo: Expressão Popular, 2008, v. 1, p. 127-149.
ROCHA, P. C.; SOUZA FILHO, E. ; FERNANDEZ, O. V. Q. . Intensity of erosive processes at channel banks of the upper Parana river, Porto Rico town area, Parana state (Brazil). Boletim Goiano de Geografia, Goiania (GO), v. 19, n.1, p. 27-31, 1999.
SOUZA FILHO, E. E. (1999) Diagnóstico do meio físico e condições emergentes da planície do rio Paraná em Porto Rico (PR). Revista GEONOTAS, DGE/UEM, v.3, n.3. 12 pp.. (disponível em http://www.dge.uem.br/geonotas/vol3-3/edvard.html).
SOUZA FILHO, E.E. - Evaluation of the Parana River discharge control on Porto São José Fluviometric Station (State Of Parana - Brazil). Brazilian Journal of Biology, v. 69 (2, Suppl.): p. 631-637, 2009.
SOUZA FILHO, E.E. Meio Físico: Geologia e Geomorfologia. Relatório PELD, site 6, 44 pp (inédito).
SOUZA-FILHO, E.E. & STEVAUX, J.C. Geologia e geomorfologia do complexo rio Baía, Curutuba, Ivinhema. In: VAZZOLER, A.E.A de.M.; AGOSTINHO, A.A.; HAHN, N.S. (EDS.). A Planície de inundação do alto rio Paraná. Maringá: EDUEM: NUPÉLIA. p.3-46. 1997.
SOUZA FILHO, E.E. & CORRÊA, G.T. Comparação entre as variações de área de dois arquipélagos do rio Paraná nas proximidades de Porto Rico (PR). SIMPÓSIO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA FÍSICA APLICADA, v. 8, p. 159-160, 1999.
SOUZA FILHO, E.E. & MONTANHER, O.C. A definição do nível de margens plenas do rio Paraná por meio de imagens orbitais. Anais do IX Congresso Brasileiro de Geomorfologia - Geomorfologia e Eventos Catastróficos: passado, presente e futuro. Resumo Expandido, http://www.sinageo.org.br/2012/trabalhos/2/2-210-340.html.
SOUZA FILHO, E.E.; ROCHA, P.C.; CORRÊA, G.T.; COMUNELLO, E. O ajuste fluvial e a erosão das margens do rio Paraná em Porto Rico (Brasil). In: V REQUI / ICQPLI, 2001, Lisboa. Anais do V REQUI / ICQPLI. Lisboa, 2001. v.0. p.01 – 05.
SOUZA FILHO, EE., ROCHA, PC., COMUNELLO, E. and STEVAUX, JC. -2004- Effects of the Porto Primavera Dam on physical environment of the downstream floodplain, p. 55-74. In THOMAZ, SM., AGOSTINHO, AA. and HAHN, NS. (eds.), The Upper Paraná River and its floodplain: Physical aspects, Ecology and Conservation, Backhuys Pubblishers, Leiden, 393p.
SOUZA FILHO, E.E. The anthropic influence on the fluvial dynamics in different hydrografic basins of the Da Prata River. In: Oliver Hensel; Jeferson Francisco Selbach;Carolina Bilibio. (Org.). SUSTAINABLE WATER MANAGEMENT IN THE TROPICS AND SUBTROPICS - AND CASE STUDYS IN BRAZIL. 1 ed. Kesse: Unipampa/Unikassel, v. 3, p. 209 – 234, 2012.