Autores
Souza, A.C. (UFSM) ; Pires, C.A.F. (UFSM)
Resumo
A região Sudoeste do Rio Grande do Sul apresenta áreas de degradação, com extensas porções da superfície recobertas por areias submetidos aos condicionantes climáticos locais, sendo denominadas de areais ou campos de areias. O objetivo desse trabalho foi realizar uma análise da dinâmica da arenização na Bacia Hidrográfica do Arroio Puitã no período 1984 a 2014 com mapa multitemporal. As etapas do trabalho fora: coleta de dados trabalho de campo, geoprocessamento com a confecção dos mapas de uso e cobertura da terra dos anos de 1984, 1994, 2004 e 2014 de toda a Bacia, e validação das classificações e as análises geográficas. Verificou-se uma expansão considerável da área de arenização nos períodos correspondentes de 1984-1994 e 1994-2004, e uma redução de área em um terceiro período de 2004-2014, no entanto considerando todo o período estudado foi verificado apenas um aumento de 1,87 km² de área.
Palavras chaves
Arenização; Arroio Puitã; Mapeamento Multitemporal
Introdução
O Sudoeste Estado do Rio Grande do Sul é caracterizado por apresentar áreas vulnerabilidade ambiental e de intensa degradação do solo. A dinâmica dos processos aí envolvidos é derivada de um clima úmido onde há abundância de água. Esse processo de degradação é conceituado por Suertegaray (1987) como arenização. Nessa região encontra-se a Bacia Hidrográfica do Arroio Puitã marcada pela presença de inúmeros areais que recobrem extensas porções da superfície no interior da mesma. Ocorrem processos geomorfológicos controlados pela drenagem do Rio Ibicuí e seus afluentes, atuando sobre substrato de rochas sedimentares de diferentes tipos, onde há a predominância de arenitos (ROBAINA et al, 2010). Em relação aos areais existentes na Bacia do Arroio Puitã, pode-se destacar que os campos de areia desenvolvem-se a partir de cabeceira de drenagens desmatadas e, principalmente, em vertentes convexadas junto à base das colinas, em geral, associados, na meia encosta, a arenitos pouco coesos (TRENTIN, 2007). O objetivo desta pesquisa é analisar a dinâmica da evolução dos areais da Bacia Hidrográfica do Arroio Puitã num período de 30 anos (1984 a 2014) através do mapeamento multitemporal. Essa bacia está localizada precisamente entre as coordenadas geográficas de 28°58'19" e 29°11'40" de latitude Sul e 29°11'40" e 55°34'18" de longitude Oeste. A bacia apresenta um padrão de drenagem retangular-dendrítico, pois suas drenagens obedecem às linhas de falhas e fraturas geológicas. Possui magnitude de 503 canais e uma densidade de drenagem total de 1,53 km/km² (BARATTO & TRENTIN, 2012). Quanto às litologias são principalmente rochas vulcânicas e sedimentares da Bacia do Paraná e depósitos do Arroio Puitã. Estão associadas à Formação Serra Geral, estando intercalado com as formações sedimentares tendo como rocha característica o basalto, que se apresenta em vários derrames, salientado na topografia em forma de patamares (TRENTIN, 2007). Associadas a esses derrames há a presença de arenito fluvial. Essas litologias encontram- se estratigraficamente em posição inferior aos derrames vulcânicos, mas afloram alguns locais com altitudes semelhantes aos derrames, provavelmente devido à movimentação tectônica e erosão (TRENTIN & ROBAINA, 2006). Pertencentes principalmente a Formação Botucatu e à Formação Guará. Os arenitos eólicos avermelhados com estratificação cruzada da Formação Botucatu são predominantes em grande parte da área, sendo encontrados em áreas mais rebaixadas e setores médios das vertentes (MARTINS & VERDUM,2003). Já os arenitos da Formação Guará apresentam coloração bege a esbranquiçada e natureza fluvial com processos eólicos associados (SCHERER & LAVINA, 2005), e caracterizam-se pela granulometria grossa e média pouco selecionada (MEDEIROS et al, 2013), Essa formação é marcada por litologias friáveis que pela fácil desagregação condicionam a formação de feições erosivas de grandes extensões (DE NARDIN & ROBAINA, 2010). Os solos do oeste do RS apresentam elevados teores de areia, onde as areias quartzosas possuem estrutura fraca e pouca consistência, o que torna os solos mais suscetíveis à erosão, além de baixos teores de matéria orgânica (KLAMT, 1994). Quanto às suas características climáticas a bacia do Arroio Puitã se encontra numa zona de clima predominante denominado Subtropical III conforme a classificação estabelecida por Rossato (2011). Possui clima medianamente úmido com variação longitudinal das temperaturas médias, sofrendo grande influência dos sistemas polares. Fenômenos climáticos como El Niño e La Niña exercem influência importante sobre as precipitações pluviométricas na porção oeste do estado do RS (OLIVEIRA, 2000). A cobertura vegetal natural é composta basicamente por gramíneas características do Bioma Pampa. Há a presença de inúmeras espécies com características xeromorfas, sendo que a palmeira anã, denominada Butiazeiro- anão, e os cactáceos possuem ocorrências mais significativas (MARCHIORI, 1995).
Material e métodos
Os procedimentos metodológicos seguiram as seguintes etapas: coleta de dados, geoprocessamento e trabalho de campo. Os dados cartográficos usados neste trabalho são: a base vetorial do RS, elaborada por Hasenack e Weber (2010), da UFRGS, em formato shapefile, com elementos de altimetria, hidrografia, sistema viário, manchas urbanizadas e limites do Estado; a malha municipal digital do RS (IBGE, 2010) em shapefile na escala 1:250.000, com sistema de coordenadas geográficas Lat/Long e datum SIRGAS2000; três imagens do sensor TM do satélite Landsat 5 em formato digital, órbita-ponto 224-080, de 2 de Julho de 1984, 12 de Junho de 1994 e 09 de Julho de 2004, respectivamente; uma imagem do sensor OLI do satélite Landsat 8, de 06 de Agosto de 2014, com órbita-ponto 224-080; e outras bases vetoriais já existentes. Na etapa correspondente ao geoprocessamento foram utilizados os softwares Environment for Visualizing Images - ENVI 4.8 no processamento digital das imagens e o software ArcGIS 10 na realização de análises geográficas e geração dos layouts finais de apresentação. Para a confecção dos mapas de uso e cobertura da terra foram testados cinco métodos classificadores: Mínima Distância ou Distância Euclidiana; Paralelepípedo; Máxima Verossimilhança (MAXVER), Mahalanobis e Spectral Angle Mapper (SAM). Estes foram testados somente na imagem captada pelo LANDSAT 8, imagem mais atual (2014). A eficácia e escolha dos algoritmos classificadores testados foram avaliadas através da análise da matriz de confusão gerada para cada classificação oriunda de um diferente classificador, considerando os valores de índice Kappa com base no que foi proposto por Landis e Koch (1977). Assim, primeiramente foram considerados os melhores resultados de classificação para o tema dos areais. No caso de haver mais de um classificador com classificação excelente para o tema areais, foi considerado o melhor coeficiente kappa para a classificação como um todo, ou seja, todos os temas e píxeis corretamente ou não corretamente classificados. O Coeficiente Kappa gera valores que vão até um (1) quanto à qualidade da classificação (LANDIS & KOCH, 1977), sendo: < 0,00 – Péssima; de 0,00 à 0,20 – Ruim; de 0,20 à 0,40 – Razoável; de 0,40 à 0,60 – Boa; 0,60 à 0,80 – Muito Boa; e, de 0,80 à 1,00 – Excelente. A classificação das imagens primeiramente buscou o reconhecimento de padrões espectrais dos alvos e, posteriormente, a determinação das classes de uso e cobertura da terra, que nesse caso, para o mapeamento de toda a área de estudo, foram sete classes: água; agricultura; areais; campos; florestas; silvicultura; e, solo exposto. Após foram coletadas amostras de treinamento nas imagens a fim de classifica-las por meio de classificação supervisionada, verificando-se, após, o grau de separabilidade das mesmas. Por fim foi aplicado o método classificador pixel a pixel Maxima Verossimilhança – MAXVER buscando a classificação das imagens. Para validar as classificações foram geradas matrizes de confusão para as classificações cruzando os dados oriundos da classificação com os dados de campo. A matriz de confusão gera produtos como a Acurácia Global da classificação e o Coeficiente Kappa. Nesse estudo foi considerado o Coeficiente Kappa para validar as classificações, pois considera em seu cálculo todos os pixels da matriz, ou seja, os corretamente e os não corretamente classificados dando assim maior confiabilidade ao resultado. Na Acurácia Global são considerados no calculo apenas os pixels corretamente classificados. Posterior à validação das classificações houve a transformação dos resultados das mesmas do formato raster para vetor e a quantificação de áreas de cada classe. Posteriormente houve a transformação para o formato shapefile e feitas as análises geográficas cruzamento de informações das classificações de 1984 – 1994, 1994 – 2004, 2004 – 2014 e 1984 – 2014. Por fim foram realizadas as edições finais de layout para cada mapa.
Resultado e discussão
A dinâmica desses areais se dá principalmente no seu entorno onde as
expansões se dão geralmente sobre áreas de campo e solo exposto. Verificou-
se também que a redução das áreas dos areais de 2004 à 2014 se deu em função
da expansão de áreas de campo, solo exposto e principalmente de silvicultura
implantada geralmente sobre áreas em processo de arenização.
Partindo para uma análise quantitativa, verifica-se que durante os 30 anos
em estudo as áreas recobertas pelos areais nos revelam em um primeiro e
segundo momento uma expansão e num terceiro momento a retração (Figura 1).
Em 1984 os areais da BHAP computavam 7,29 Km² de área correspondendo a 1,9 %
da área total de estudo, em 1994 as áreas somavam 9,06 km², 2,3 % da área
total e em 2004 a área correspondia quase que ao dobro do primeiro ano
analisado correspondendo a 13,4 km² de área, ou seja, 3,4 % do total da área
de estudo. Porém em 2014 a área era menor em relação ao ano anterior
considerado, somando 9,16 km² de área, 2, 3% do total.
Considerando todo o período de estudo identificou-se uma expansão de 1,87
km² nas áreas recobertas por areais dentro da bacia.
Figura 1
Analisando a evolução dos areais considerando períodos de 10 anos, ou seja,
de 1984 a 1994, de 1994 a 2004 e de 2004 a 2014 obtemos resultados que
melhor condizem com a real dinâmica dos areais no período (Tabela 2 e Figura
2).
Tabela 1
No primeiro período os areais que somavam 7,29 km² em 1984 passaram a somar
9,06 km² de área em 1994, ou seja, um aumento de 1,78 km² correspondendo a
um aumento no período em cerca de 20% em relação à área existente
anteriormente anterior. Aqui a expansão de áreas arenosas se deu
principalmente sobre áreas anteriormente recobertas por solo exposto e
campo.
No segundo período, de 1994 a 2004, os areais compreendiam num primeiro
momento 9,06 km² e num segundo momento 13,4 km² de área. Verificou-se que
nesse caso o aumento foi relativo a 4,33 km² o que corresponde a um aumento
em 32,4 % em relação à área anterior. Essa expansão de área se deu
principalmente sobre áreas de campo e em que havia solo exposto.
No terceiro período considerado de 2004 a 2014 houve uma redução de 31,6%
nas áreas dos areais correspondendo a 4,24 km². Nesse período os areais que
somavam 13,4 km² de área na BHAP em 2004 passaram a se estender por 9,16
km². Nesse caso essa redução é marcada principalmente pelo avanço da
silvicultura sobre áreas arenosas, bem como uma possível restituição de
áreas de campo e de solo exposto, anteriormente areais.
Figura 2
A expansão de 1,87 km² dos areais identificada analisando o período total é
de certa forma, mascarada visto que considera apenas as datas final e
inicial de mapeamento do período em estudo deixando à margem o comportamento
dos areais ao longo do período analisado (30 anos). Porém essa expansão se
torna explicável se somarmos com as informações obtidas nos demais períodos
(10 em 10 anos).
Como ficou visível anteriormente as maiores mudanças, seja expansão ou
redução de áreas, ocorrem no entorno dos maiores areais. Isso ocorre
justamente devido ao fato dessas áreas serem grandes, pois devido à ação da
água ou do vento a expansão ou retração ocorrem nas extremidades dos grandes
areais. E ainda os usos e cobertura da terra mais afetados com essas
alterações são solo exposto e campos, havendo alteração em áreas de
silvicultura nos últimos anos visto que há a tentativa de implementação
dessa atividade sobre áreas em processo de arenização com fins basicamente
econômicos.
Ressalta-se que o dinamismo dos areais também está relacionado com a
influência dos fenômenos ENOS que atingem o estado influenciando seja
através de estiagem (La Ñina) ou do aumento significativo nos níveis
pluviométricos (El Ñino).
Quanto à validação das classificações geradas para 1984, 1994, 2004 e 2014
destaca-se que as mesmas apresentaram índice Kappa correspondentes a 0,976,
0,9604, 0,9384 e 0,9762, respectivamente, validando as classificações e
aferindo-lhes grau de eficiência segundo o proposto por Landis e Koch (1977)
como excelente.
Mapa da evolução dos areais da Bacia Hidrográfica do Arroio Puitã por ano
Mapa da evolução dos areais da BHAP por períodos, 1984-1994, 1994-2004, 2004-2014 e 1984-2014
Evolução dos areais na BHAP por períodos
Considerações Finais
A partir do mapeamento multitemporal dos areais da Bacia Hidrográfica do Arroio Puitã, na análise da dinâmica da evolução desses areais, pode-se perceber mudanças consideráveis durante as fases estabelecidas para o estudo. Verificou-se assim um pequeno aumento de área no período de 1984 a 1994, um aumento consideravelmente maior no período de 1994 a 2004 e uma redução considerável, quase que de mesma proporção a este último aumento, no período que vai de 2004 a 2014. Porém ao analisar o período como um todo considerando apenas as datas inicial e final do estudo, ou seja, o período entre 1984 e 2014, tem-se que os areais sofrem pequeno aumento de área considerando o período de 30 anos. Pôde-se observar que o mapeamento visando o monitoramento de uma mesma área considerando um grande intervalo temporal necessita da utilização de mais de duas datas de mapeamento, reduzindo o intervalo de obtenção de dados, tornando vivível o real comportamento do(s) alvo(s) desejado(s), onde o resultado não seja mascarado devido à falta de informação durante grande período de tempo, possibilitando assim maior eficiência e confiabilidade ao estudo. Assim, o mapeamento multitemporal de alvos da superfície terrestre define-se como um importante instrumento para analisar a dinâmica de evolução dos areais do oeste do Rio Grande do Sul.
Agradecimentos
Agradecimento a capes pela concessão da bolsa de mestrado que permitiu a realização desta pesquisa.
Referências
BARATTO, Débora da Silva; TRENTIN, Romario. Análise das unidades de relevo da bacia hidrográfica do Arroio Puitã (RS). Revista Geonorte, Manaus, v. 3, n. 4, p. 543-555, 2012.
DE NARDIN, Dionara; ROBAINA, Luís Eduardo de Souza. Zoneamento geoambiental no Oeste do Rio Grande do Sul: um estudo em bacias hidrográficas em processo de arenização. Sociedade & Natureza. Uberlândia, v.22, n.3, p. 487-502, dez 2010.
GUASSELLI, Laurindo Antônio. O mapeamento de areais a partir de Sensoriamento Remoto In: SUERTEGARAY, Dirce Maria Antunes; SILVA, Luis Alberto Pires da; GUASSELLI, Laurindo Antônio (Orgs.) Arenização: natureza socializada. Porto Alegre: Compasso Lugar-cultura: Imprensa Livre. 2012. 1 ed. p. 97 – 123.
KLAMT, Egon. Solos arenosos da região da Campanha no Rio Grande do Sul. In: PEREIRA, Vicente de Paula; PEREIRA, Manoel Evaristo; CRUZ, Mara Cristina Pessoa da. (Orgs.). Solos altamente suscetíveis à erosão. Jaboticabal: Unesp, 1994.
LANDIS, J. Richard; KOCH, Gary G. The measurement of observer agreement for categorical data. Biometrics, v. 33, n. 1, p. 159-174, 1977.
LISSNER, Juliane Beatriz; GUASSELLI, Laurindo Antônio. Variação do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada na lagoa Itapeva, litoral norte do Rio Grande do Sul, Brasil, a partir de análise de séries temporais. Sociedade & Natureza (UFU. Online), v. 25, p. 427-440, 2013. Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/sn/v25n2/a16v25n2.pdf Acesso em: 10 set. 2015.
MARCHIORI, José Newton Cardoso. Vegetação e areais no Sudoeste Rio-Grandense. Ciência e Ambiente, Santa Maria, v.11, p. 81-92, 1995.
MARTINS, Rafael Lacerda; VERDUM, Roberto. Compartimentos Ambientais em Formações Superficiais Quaternárias – análise e mapeamento na Bacia Hidrográfica do Arroio Puitã; Rio Grande do Sul. In: X SIMPÓSIO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA FÍSICA APLICADA, 2003, Rio de Janeiro. Anais eletrônicos... Disponível em: http://www.cibergeo.org/XSBGFA/eixo3/3.4/126/126.htm Acesso em: 8 ago. 2014.
MEDEIROS, Edgardo Ramos; PEDRON, Fabrício de Araújo; REINERT, Dalvan José; SCCOTI, Anderson Augusto Volpato. Filiação entre arenitos da Formação Guará e sua cobertura pedológica no Rio Grande do Sul. Revista Brasileira de Ciência do Solo. Viçosa, v. 37 n. 3, p. 555-564, maio/jun 2013.
OLIVEIRA, Gilvan Sampaio de. O El Niño e você – o fenômeno climático. São José dos Campos: Transtec, 2000.
ROBAINA, Luís Eduardo de Souza; TRENTIN, Romário; BAZZAN, Thiago; Reckziegel Elisabete Weber; VERDUN, Roberto; NARDIN, Dionara de. Compartimentação Geomorfológica da Bacia Hidrográfica do Ibicuí, Rio Grande Do Sul, Brasil: proposta de classificação. Revista Brasileira de Geomorfologia, São Paulo, v. 11, n. 2, p. 11-23, 2010.
ROSSATO, Maíra Suertegaray. Os Climas do Rio Grande do Sul: variabilidade, tendências e tipologia. 2011. 253 f. Tese (Doutorado em Geografia) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2011.
SILVA, Alexandro Medeiros; XAVIER, Ana Paula Campos; MEDEIROS, Isabella Carvalho de; MARANHÃO, Karinna Ugulino de Araújo; SILVA, Richarde Marques da. Análise multitemporal e atualização do mapa de uso e ocupação do solo do município de Monteiro - PB. In: XVI SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 2013, Foz do Iguaçu. Anais eletrônicos... Foz do Iguaçu: INPE, 2013. p. 1548 – 1555. Disponível em: http://www.dsr.inpe.br/sbsr2013/files/p1013.pdf Acesso em: 27 set. 2013.
SCHERER, Claiton Marlon dos Santos; LAVINA, Ernesto Luiz Correa. Sedimentary cycles and facies architecture of aeolian-fluvial strata of the Upper Jurassic Guará Formation, southern Brazil. Sedimentology, v. 52, p. 1323-1341, 2005.
STRECK, Edemar Valdir; KÄMPF, Nestor; DALMOLIN, Ricardo Simão Diniz; KLAMT, Egon; NASCIMENTO, Paulo César Do; SCHNEIDER, Paulo; Elvio Giasson; Luiz Fernando Spinelli Pinto. Solos do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: EMATER/RS-ASCAR, 2008.
SUERTEGARAY, Dirce Maria Antunes. A trajetória da natureza um estudo geomorfológico sobre os areais de Quaraí/RS. 1987. Tese (Geografia Física) – Universidade de São Paulo, USP, São Paulo – SP.
TRENTIN, Romario. Definição de Unidades Geoambientais na Bacia Hidrográfica do Rio Itu – Oeste do RS. 2007. 142f. Dissertação (Mestrado em Geografia e Geociências) – Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2007.
TRENTIN, Romario; ROBAINA, Luís Eduardo de Souza. Unidades Litológicas da Bacia Hidrográfica do Rio Itu. Ciência e Natura, UFSM, v. 28, n. 2, p. 67 - 84, 2006.