GEOMORFOMETRIA EM AMBIENTE SIG PARA CARACTERIZAÇÃO GEOMORFOLÓGICA DA PORÇÃO NORTE DA APA DA SERRA DA ESPERANÇA (PR)

Autores

França da Silva, J.M. (UNICENTRO) ; Oka-fiori, C. (UFPR) ; Taborda da Silveira, C. (UFPR)

Resumo

O presente trabalho apresenta os métodos, procedimentos e resultados obtidos na caracterização geomorfológica da porção norte da APA Serra da Esperança e entorno, realizada em ambiente SIG mediante parâmetros geomorfométricos extraídos de Modelo Digital do Terreno. Localizada no sudeste do estado do Paraná, a APA abrange parte do Segundo Planalto e Terceiro Planalto, esculpidos respectivamente sobre rochas paleozoicas e mesozoicas, cujo limite é demarcado pela Escarpa da Esperança. Foram definidas nove unidades geomorfológicas: cinco inseridas no Segundo Planalto (colinas suaves, colinas suavemente onduladas, colinas dissecadas, cristas controladas por lineamentos e depósitos de tálus), uma na Escarpa da Esperança (relevo escarpado) e três no Terceiro Planalto (morros testemunhos, colinas onduladas e colinas dissecadas), as quais sintetizam, conjuntamente, a diversidade de formas de relevo da área considerada.

Palavras chaves

Modelo Digital do Terreno; Geoprocessamento; Mapeamento Geomorfológico

Introdução

A geomorfometria refere-se a uma ciência interdisciplinar derivada da articulação entre as Ciências da Terra, Ciências Exatas e Ciência da Computação que objetiva, de modo contínuo ou específico, quantificar as formas e elevações da superfície terrestre (CHORLEY, 1957; PIKE, 2000), sendo responsável por fornecer um conjunto de recursos espaciais, parâmetros e objetos (EVANS, 1972) aplicáveis em diversificadas áreas do conhecimento, entre elas a Geomorfologia. Embora os procedimentos manuais e a interpretação visual qualitativa possuam funções importantes na pesquisa geomorfológica (ROMSTAD, 2001; GALLANT et al., 2005), diferentes pesquisas avaliam que a análise quantitativa possui maior eficiência para classificação e cartografia do relevo, considerando métodos automatizados e semiautomatizados em ambiente SIG (ex. MACMILLAN et al., 2000; WEISS, 2001; IWAHASHI e PIKE, 2007). A análise geomorfométrica das formas de relevo possibilita que unidades homogêneas sejam melhores reconhecidas em relação às unidades adjacentes e que as mesmas sejam hierarquizadas em níveis taxonômicos mais precisos (MACMILLAN et al., 2004), possibilitando a estruturação de “um sistema de informações geomorfológicas capaz de prover métodos apropriados de análise e modelagem” (DIKAU, 1990, p. 230), uma melhor consistência e confiabilidade na precisão e espacialização dos dados adquiridos (MACMILLAN et al., 2000; ROMSTAD, 2001) e que os mapeamentos possam ser elaborados em escalas diversificadas, desde locais à continentais (GALLANT et al., 2005; IWAHASHI e PIKE, 2007). No contexto de aplicação de parâmetros geomorfométricos para análise geomorfológica em ambiente SIG, o presente trabalho apresenta os procedimentos e resultados obtidos na porção norte Área de Proteção Ambiental (APA) da Serra da Esperança, localizada na mesorregião sudeste do estado do Paraná, abrangendo parte dos municípios de Guarapuava, Turvo, Prudentópolis, Irati e Inácio Martins. Esta unidade de conservação foi criada pela Lei estadual 9.905 de 27/01/1992, objetivando preservar os aspectos bióticos e abióticos da região, mais notadamente das encostas escarpadas, dos recursos hídricos e da Floresta Ombrófila Mista, cujo macrozoneamento, realizado no ano posterior, baseou-se na Resolução Conama n. 10/88 (OLIVEIRA et. al., 2009). Com base nestas considerações, os objetivos da pesquisa foram: • Gerar Modelo Digital do Terreno e dele extrair parâmetros geomorfométricos em ambiente SIG; • Aplicar os parâmetros extraídos na caracterização e compartimentação geomorfológica; • Elaborar produtos cartográficos para representar os parâmetros utilizados e as principais formas de relevo na escala 1:50.000.

Material e métodos

2.1 MDT e parâmetros geomorfométricos A partir de bases planialtimétricas vetoriais (AGUAS PARANÁ, 2015), gerou-se MDT – para servir como fonte para extração de dados geomorfométricos – no software ArcGIS 10.1 (módulo 3D Analyst), mediante o interpolador Topo to Raster, o qual baseia-se, por sua vez, no algoritmo ANUDEM (Australian National University’s Digital Elevation Model), desenvolvido por Hutchinson (1989). Suscintamente, este interpolador permite estabelecer uma superfície topográfica hidrologicamente correta, estruturada em células regulares (arquivo raster) que armazenam os valores de elevação interpolados. Os procedimentos para elaboração do MDT foram: • Inserção dos dados vetoriais planialtimétricos no interpolador Topo to Raster: pontos cotados, curvas de nível, hidrografia, lagos e polígono envolvente; • Estabelecimento do tamanho de célula raster (pixel) em 20 x 20 metros para elaboração do MDT, com base em Hengl (2006); Após a geração do MDT foram extraídos, no módulo Spatyal Analyst do referido software, os seguintes parâmetros geomorfométricos primários: • Hipsometria: representativo das variações altimétricas da área de estudo, sendo estabelecidas oitos classes: <600 m; 600-700 m; 700-800 m; 800-900 m; 900-1000 m; 1000-1100m; 1100-1200m; >1200m; • Sombreamento do relevo: refere-se a uma representação tridimensional do relevo obtida a partir da relação entre altitude e azimute para estimar a posição do sol (ESRI, 2010), possibilitando discernimento textural de compartimentos geomorfológicos, contribuindo para sua posterior delimitação; • Declividade: representa o ângulo de inclinação de uma superfície em relação ao plano horizontal, cuja extração em ambiente SIG é feito mediante janelas móveis, onde se explora a função de derivação de vizinhança (VALENZUELA, 1991). Na área de estudo foi expressa em porcentagem, seguindo a formulação teórica de Horn (1981); • Orientação: expressa em azimute, mede o ângulo horizontal da direção esperada do escoamento superficial, tendo sido definida a partir da formulação de Horn (ibid); • Curvatura vertical: refere-se ao formato das vertentes quando analisados em perfil, cujo modelo teórico remete-se à Zevenberg & Thorne (1987), podendo ser, conforme Valeriano (2011), convexas (valores < -0,01) retilíneas (valores de -0,01 e 0,01) ou côncavas (valores > 0,01); • Curvatura horizontal: refere-se ao formato das vertentes quando analisadas horizontalmente (ZEVENBERG & THORNE, ibid.), podendo ser, baseado em Valeriano (ibid.), classificadas como convergentes (valores < -0,01), planares (valores de -0,01 a 0,01) ou divergentes (valores > 0,01). 2.2 Índice de Concentração de Rugosidade O Índice de Concentração de Rugosidade (ICR), entendido como parâmetro geomorfométrico secundário, baseia-se em estimador Kernel para realizar análise probabilística da densidade de declividade, o qual revelou-se eficaz na compartimentação geomorfológica em escalas distintas (SAMPAIO, 2009; SILVEIRA et al., 2012; SAMPAIO e AUGUSTIN, 2014). No presente estudo, considerou-se: • Conversão dos dados raster de declividade para formato vetorial (pontos); • Algoritmo de Epanechnikov (1969) para estabelecimento da função Kernel; • Estabelecimento de tamanho de células (pixels) de 20x20 metros para geração do ICR; • Atribuição de raio de vizinhança de 282 m para adensamento dos pontos com valores de declividade, conforme características da área de estudo. 2.3 Unidades Geomorfológicas Foram estabelecidas nove unidades geomorfológicas, as quais foram articuladas as unidades morfoesculturais correspondentes, designadas conforme adaptação de Maack (1981) e Oka-Fiori et al. (2006), conforme segue: a) Segundo Planalto: Colinas suaves, Colinas suavemente Onduladas, Colinas dissecadas, Colinas controladas por lineamentos e Depósitos de tálus; b) Escarpa da Esperança: Relevo escarpado; c) Terceiro Planalto: Colinas onduladas, Colinas dissecadas e Morros testemunhos.

Resultado e discussão

3.1 Parâmetros geomorfométricos Conforme mencionado, a partir do MDT da área de estudo foram gerados seis parâmetros geomorfométricos primários, utilizados tanto para a compartimentação de formas de relevo em unidades homogêneas, quanto na própria caracterização dessas unidades, cuja distribuição e espacialização são indicadas nas figuras 1 e 2. Figura 1: Histogramas dos parâmetros geomorfométricos. Org: autores (2015). Figura 2: Representação espacial dos parâmetros geomorfométricos. Org: autores (2015). O Relevo Sombreado permitiu identificação preliminar da diversidade geomorfológica, cuja interpretação inicia com sua correspondência ao conhecimento empírico da área de estudo, permitindo o discernimento prévio de unidades homogêneas a partir da variação textural nela representada. A Hipsometria demonstra o considerável gradiente altimétrico existente entre o Segundo e Terceiro Planalto, indicado, respectivamente, pela menor altitude (512,4 m) nas áreas dissecadas pelo rio Barra Bonita, a nordeste, e pela maior altitude (1.322,9 m), a qual correspondente à porção mais elevada dos relevos escarpados. Com relação à Declividade, verifica-se predominância da classe de 20% de inclinação (declividade média), referindo-se ao predomínio de relevos em colinas em toda a área de estudo. As declividades até 45% remetem a diferentes níveis de dissecação das colinas, enquanto as maiores declividades (acima de 45%) integram aos relevos de colinas com dissecação mais intensa e as áreas escarpadas associadas a depósitos de tálus, onde os valores chegam a ultrapassar 75% de inclinação. A Orientação de Vertentes apresentou distribuição média equivalente em toda a área de estudo, porém, predominaram levemente as inseridas na classe azimutal de 67,5 a 112,5 (nordeste-leste). A classe com menor representatividade é a que considera os valores de 337,5 a 360 (noroeste- norte). A variável Curvatura Vertical, ou perfil de curvatura, teve variação de -4,09 a 7,19, predominando aquelas próximas ao valor 0 (-0,01 a 0,01), portanto, retilíneas, atreladas à grande densidade de drenagem na área de estudo e vales fluviais associados. A distribuição das vertentes com curvatura vertical convexa (<-0,01) e côncava (>0,01) foi equivalente, com leve predomínio para a primeira. A Curvatura Horizontal, ou plano de curvatura, variou de -7,3 a 3,4, cujo predomínio foi daquelas com configuração planar (-0,01 a 0,01), fator igualmente relacionado às características hidrográficas da área de estudo. As vertentes que possuem curvatura horizontal convergente (<-0,01) e divergente (>0,01) estão distribuídas de maneira equiparada, com leve predomínio desta última. O Índice de Concentração de Rugosidade (ICR), representado pela figura 3, foi a base para a espacialização do relevo da área de estudo, complementado pelos dados de hipsometria, declividade e sombreamento do relevo. No entanto, optou-se em manter paleta de cores e intervalos não discretizada, sendo constatados melhores resultados na delimitação das unidades geomorfológicas a partir deste limiar. Figura 3: Índice de Concentração de Rugosidade (ICR) Org: autores (2015). 3.2 Unidades Geomorfológicas Em termos geomorfológicos, a área de estudo insere-se entre o Segundo e Terceiro Planalto Paranaense, esculpidos, respectivamente, em rochas sedimentares paleozoicas (Grupo Passa Dois) e rochas ígneas e sedimentares mesozoicas (Grupo Serra Geral) associadas à lineamentos estruturais (diques, falhas e fraturas). (MINEROPAR, 2001 e 2013). A transição entre os dois planaltos é demarcada pela Escarpa da Esperança (MAACK, 1981), localmente designada “Serra da Esperança”, de onde se deriva a denominação da APA. As unidades delimitadas a partir dos parâmetros geomorfométricos adotados estão representadas na figura 4, ilustrando as formas de relevo predominantes. Figura 4: Unidades geomorfológicas. Org: autores (2015). 3.2.1 Unidades do Segundo Planalto As Colinas Suaves estão inseridas em altitudes que variam entre 700 e 900 metros, apresentando predominantemente declividades entre 8 e 20% de inclinação, orientação de vertentes a sudoeste (azimute 247,5 a 292,5); perfil de curvatura côncavo e plano de curvatura divergente. As Colinas Suavemente Onduladas referem-se à formas que possuem altitudes variando entre 700 e 800 metros, declividades predominantes entre 8 e 20%, vertentes orientadas a leste (azimute 67,5 a 112,5), com perfil de curvatura convexo e plano de curvatura divergente. Nas Colinas Dissecadas as altitudes variam de 512 a 900 metros, predominam declividades altas (20 a 45%), vertentes orientadas a noroeste (azimute entre 292,5 a 337,5), perfil de curvatura convexo e plano de curvatura divergente. As Cristas Controladas por Lineamentos sobressaem ao nível geral das colinas do segundo planalto, apresentando padrões geomorfológicos alongados que são controlados estruturalmente por diques, falhas e fraturas correlacionados aos derrames basálticos mesozoicos da Bacia sedimentar do Paraná. Suas altitudes situam-se entre 700 e 800 metros, apresentando predominantemente declividades entre 20 a 45%, vertentes orientadas a leste e oeste, perfil de curvatura convexo e plano de curvatura divergente. Os Depósitos de Tálus resultam dos processos erosivos da Escarpa da Esperança que, no entanto, depositam-se sobre as formas de relevo do Segundo Planalto, em altitudes que variam de 800 a 900 metros, apresentando declividades majoritariamente altas (20 a 45%), vertentes orientadas à nordeste e leste, com perfil de curvatura côncavo e plano de curvatura divergente. 3.2.2 Escarpa da Esperança A unidade Relevo Escarpado refere-se à borda leste dos derrames basálticos ocorridos na Bacia do Paraná, onde se constatam afloramentos rochosos da intercalação ígneo-sedimentar do Grupo Serra Geral, apresentando-se ainda como área de transição geológico-geomorfológica (Escarpa Triássico- jurássica) desta com as rochas paleozoicas que embasam o Segundo Planalto paranaense. Situa-se em altitudes que variam entre 700 a 1300 metros, apresentando declividades altas (acima de 20%), vertentes predominantemente orientadas a leste (67,7 a 112,5º), perfil de curvatura convexo e plano de curvatura divergente, majoritariamente. 3.2.3 Unidades do Terceiro Planalto As Colinas Onduladas do terceiro planalto situam-se em altitudes que variam de 1200 a 1300 metros de altitude, apresentando predominantemente declividades médias (8 a 20% de inclinação), com vertentes com orientação bem distribuídas, com leve predomínio de direção nordeste (azimute de 22,7 a 67,5), perfil de curvatura majoritariamente côncavo e plano de curvatura convergente. As Colinas Dissecadas posicionam-se em altitudes que variam de 1000 a 1200 metros em declividades acima de 8%, com leve predomínio para as situadas entre 8 a 20%, mas com valores muito próximos aquelas entre 20 a 45%. As vertentes estão orientadas principalmente a nordeste (22,7 a 67,5º), apresentado predominantemente perfil de curvatura côncavo e plano de curvatura divergente. Os Morros Testemunhos estão inseridos fisiograficamente no segundo planalto, porém, referem-se a formas mesozoicas que demonstram o recuo da escarpa, que resistiram aos processos erosivos por serem controlados por lineamentos estruturais, especialmente diques. Estão situados em altitudes que variam entre 800 a 1100 metros, apresentando declividades altas (predominantemente entre 20 a 45%), vertentes com orientação diversificada, com leve predomínio de direção nordeste (22,7 a 67,5º), perfil de curvatura convexo e plano de curvatura divergente.

Figura 1: Histogramas dos parâmetros geomorfométricos. Org: autores (2015).


Figura 2: Representação espacial dos parâmetros geomorfométricos. Org: autores (2015).


Figura 3: Índice de Concentração de Rugosidade (ICR) Org: autores (2015).


Figura 4: Unidades geomorfológicas. Org: autores (2015).

Considerações Finais

Os parâmetros geomorfométricos considerados permitiram análise digital do relevo da área de estudo, bem como a caracterização e o reconhecimento das suas principais unidades geomorfológicas. Evidenciou-se a necessidade de elaborar testes para definição de diferentes valores de raio de densidade e intervalos de valores dos parâmetros adotados, buscando representar adequadamente todas as formas reconhecidas na área de estudo. Ainda, é necessário realizar análise comparativa do ICR com outros índices para detalhamento dos limites das formas de relevo, bem como inserção daquelas não contempladas no presente artigo, tais como as planícies e feições fluviais reconhecíveis na escala 1:50.000. Reiteramos a importância da cartografia como instrumento para análise geomorfológica direcionada para pesquisas de base ou ao planejamento territorial, cuja abordagem geomorfométrica apresenta grande potencialidade para novas formulações teórico-metodológicas.

Agradecimentos

Ao Programa de Pós-graduação em Geografia da Universidade Federal do Paraná; Ao Departamento de Geografia da Universidade Estadual do Centro-Oeste – Campus Irati.

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