Autores

Robaina, L.E. (UFSM) ; Trentin, R. (UFSM)

Resumo

O trabalho apresenta um método de classificação topográfica automatizada que analisa a similaridade textural do MDE, que apresentará variação para mais ou para menos de níveis de cinza entre células vizinhas, considerando valores de elevação. O arquivo de entrada para a varredura é um MDE e os dois valores escalares ivres são lookup L (distância em metros ou célula unidades) e threshold t (nivelamento em graus). Para os parâmetros livres aplicou-se valor de L igual a 20 pixeis (1800 metros) e graus t igual a 2º. O resultado é um mapa com os 10 mais comuns elementos de relevo designadamente: áreas planas (flat), pico (peak), crista(ridge), ressaltos (shoulder), crista secundária (spur), encosta (slope), escavado (hollow), base de encosta (footslope), vales (valley), e fosso(pit)).

Palavras chaves

relevo; geomorphons; rio uruguai

Introdução

A maioria dos métodos existentes de classificação automatizada da estrutura terrestre tem suas raízes na geometria diferencial. As abordagens existentes enfocam a melhor maneira de utilizar a informação contida nas variáveis geomorfométricas e na escolha das unidades alvo de classificação. A disseminação dos Modelos Digitais de Elevação (MDE) e o emprego das ferramentas dos Sistemas de Informações Geográficas (SIGs) na análise espacial do relevo tem impulsionado as análises de relevo a partir da geomorfometria. A parametrização da morfologia do relevo por meio de SIG é o processo de extração de atributos quantitativos da topografia de um MDE (HENGL, 2003). Macmillan; Shary (2009) destacam que todos os métodos de predição automática de classes de entidades espaciais geomórficas são baseados na criação de regras para o estabelecimento de relações preditivas entre as variáveis de entrada e as classes resultantes. Wood (1996) classifica seis Formas de Terreno (FTs): Plane, Channel, Ridge, Pass, Peak e Pit. O método considera uma combinação específica dos pares de curvaturas Longitudinal/Transversal e Mínima/Máxima a depender da declividade da região a ser classificada (SENA-SOUZA et al., 2015). Schmidt; Hewitt (2004) desenvolveram um procedimento que permite obter diferentes ETs (Elementos do Terreno), utilizando como critério a posição da paisagem, dividindo-a em áreas planas e em áreas dissecadas a partir da curvatura tangencial, vertical, mínima e máxima. Drâgut, Blaschke, (2006) optaram por segmentar os objetos dos Modelos de Elevação relativamente homogêneos em vários níveis geomorfológicos, utilizando curvatura de plano e curvatura vertical. Iwahashi; Pike, (2007) apresentam um método de classificação topográfica automatizada, sem supervisão, com base em três variáveis morfométricas: declividades, convexidade das encostas e textura superficial. Jasiewicz; Stepinski, (2013), fizeram uma analogia entre a classificação textural de uma imagem, com base no arranjo espacial de tons de cinza, comparando-a com a distribuição especificada dos valores de elevação de um MDE de uma determinada região, com arranjo espacial de elevação. Utilizaram o conceito de “Local Ternary Patterns” (LTP) (LIAO, 2010) para identificar elementos do relevo, denominados de geomorphons. Dessa forma, podem ser elaborados ‘mapas geomorfometricos’ a partir de algoritmos, permitindo, através de técnicas computacionais, classificar e mapear elementos das formas de relevo. Cada um desses elementos pode ser expresso por um número de diferentes geomorphons. Os autores geraram um mapa com os 10 mais comuns elementos de relevo designadamente: áreas planas (flat), pico (peak), crista(ridge), ressaltos (shoulder), crista secundária (spur), encosta (slope), escavado (hollow), base de encosta (footslope), vales (valley), e fosso(pit)). Para demonstrar uma aplicação prática do método dos geomorphons, os autores geraram o mapa geomorfométrico do país Polônia, observando que as extensões espaciais dessas unidades de relevo variadas são identificáveis pelos geomorphons coincidindo com a partição fisiográfica da Polônia. No Brasil, classificação automatizada de formas do relevo foram desenvolvidas, no estado do Paraná, por (SILVEIRA; SILVEIRA, 2015), na região central da Serra do Mar Paranaense por (SILVEIRA; SILVEIRA, 2016). A metodologia proposta por Jasiewicz & Stepinski (2013), com a determinação dos geomorphons, foi utilizada por Robaina et al (2016) para definir compartimentos de formas de relevo para o estado do Rio Grande do Sul (ROBAINA; TRENTIN; LAURENT, 2016) e (ROBAINA et al., 2017) para o estado de Tocantins. O presente trabalho possui como objetivo a determinação dos elementos de relevo, denominados a partir da classificação automatizada gerando geomorfphons para a bacia hidrográfica do Rio Uruguai, identificando a distribuição destes elementos nos setores de alto, médio e de baixo curso.

Material e métodos

As bases cartográficas utilizadas para definir os limites da bacia hidrogáfica foram os dados do Modelo Digital de Elevação originado da missão Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), disponibilizado pelo United States Geological Survey (U.S. GEOLOGICAL SURVEY, 2016), com resolução espacial de 3 arc-second (90 metros). sobre o qual foram atribuídos processamentos das ferramentas de “hydrology” da extensão do “spatial analyst” no SIG ArcGIS 10.1 ®, a fim da definição dos cursos de água e delimitação da bacia hidrográfica. Os atributos de relevo também foram representados e analisados por Modelo Digital de Elevação originado do SRTM. Os elementos de relevo denominados de geomorphons foram obtidos a partir da proposta de (Jasiewicz; Stepinski (2013), que analisa a similaridade textural do MDE, que apresentará variação para mais ou para menos de níveis de cinza entre células vizinhas, considerando um nível específico. Se maior “1”, se menor “-1” se igual “0”. Isso é transferido para valores de elevação do terreno de maior, menor ou igual. Para a realização do processamento do MDE e geração dos geomorphons, utilizou-se a aplicação online, disponibilizada no endereço eletrônico << http://sil.uc.edu/geom/app>>. O código da aplicação também está disponível para baixar em http://sil.uc.edu/. Tendo sido definido o processamento em ambiente online, o MDE foi segmentado em partes, devido à restrição do número de células processadas. O arquivo de entrada para a varredura é uma MDE e os dois valores escalares ivres são lookup L (distância em metros ou célula unidades) e threshold t (nivelamento em graus). Para os parâmetros livres aplicou-se valor de L igual a 20 pixeis (1800 metros) e graus t igual a 2º. Após a geração dos elementos de relevo, os dados foram organizados em SIG para a definição da área e porcentagem de cada unidade, bem como a ocorrência dos elementos em cada setor da bacia hidrográfica

Resultado e discussão

BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO URUGUAI A bacia hidrográfica do rio Uruguai ocupa uma área total de 365.000 km², estendendo-se pelos territórios políticos administrativos do Brasil, Argentina e Uruguai (ANEEL, 2007), Figura 2. A área pertencente à bacia dentro do território brasileiro chega a 174.612 km², sendo que 73% estão no Rio Grande do Sul e 27% em Santa Catarina. O rio Uruguai faz parte, juntamente com os rios Paraná e Paraguai, do sistema hidrográfico da bacia do rio da Prata. O estuário do rio da Prata está localizado no oceano Atlântico. Montevidéo, capital do Uruguai, está na margem norte do estuário, e Bueno Aires, capital da Argentina, está na margem Sudoeste. Segundo Eduardo Navarro, "Uruguai" é um termo proveniente do guarani que significa "rio dos uruguás", pela junção de uruguá (uruguá, um tipo de caracol de água doce) e 'y (rio). Desde a confluência dos rios Pelotas e Canoas, a montante, até sua confluência com rio Paraná assume a direção Leste-Oeste, dividindo os estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina. Após a sua confluência com o rio Peperi-Guaçu, escoa na direção Sudoeste, servindo de fronteira política entre o Brasil e a Argentina. Nessa região encontra-se, no rio Uruguai, o salto do Yucumã, o maior salto longitudinal do mundo, com extensão aproximada de 1,8 Km com altura máxima de 20 metros. Segue na direção Sudoeste até receber a afluência do rio Quaraí, que limita o Brasil e o Uruguai, quando toma a direção Sul, onde tem o papel de limite internacional entre a Argentina e o Uruguai, até sua foz. Figura 1 – Mapa de localização da bacia hidrográfica do Rio Uruguai Nos seus primeiros 500 km, a partir da confluência dos Rios Pelotas e Canoas, o rio Uruguai inicia em cota de 447 m apresenta uma declividade de 0,5 metros/km e atinge uma cota de 170 metros em relação ao nível do mar na foz do rio Peperi-Guaçu. De acordo com (BASSO, 2004), a jusante de Porto Lucena, próximo a foz do rio Piratini, o rio Uruguai amplia seu vale e gera feições que denotam significativa acumulação fluvial, determinado o limite entre o Alto e Médio curso. No médio curso a declividade é de 0,06 m/km. Na cidade de Uruguaina, RS, localizada no médio curso, a largura do leito é de até 1200m e a declividade do canal é de aproximadamente 0,10 metros/km (TUCCI, 1993). O curso médio do rio Uruguai, se estende até a localidade de Salto (Uruguai), logo após a foz do rio Arapey Grande, abrangendo uma extensão aproximada de 550 km. Os restantes 377 km representam o curso inferior do rio Uruguai. Nos últimos 350km a navegação se verifica, no todo, para embarcação de 1,80 metros de calado e nos 190 km finais para embarcações de grande porte, dado que a profundidade mínima aí verificada é de 40 metros. (TUCCI, 1993). ELEMENTOS DO RELEVO NA BACIA DO RIO URUGUAI A distribuição espacial dos elementos de relevo (geomorphons) é mostrado na figura 2, onde pode-se, também, observar a distribuição no alto, médio e baixo curso da bacia do rio Uruguai. A tabela 01 apresenta a distribuição quantitativa de cada elemento, na bacia e nas diferentes porções do rio. Tabela 1 – Área e porcentagem dos elementos de relevo da bacia hidrográfica do Rio Uruguai A variação de um relevo muito movimentado no alto curso para relevo dissecado de áreas suavemente onduladas a planas, do médio e baixo curso, é muito bem representado pelos elementos de relevo (geomorphons). O elemento flat é predominante na bacia, com 51,04% da área total, caracterizando um relevo suavemente ondulado a plano na maior parte da área. No alto curso é pouco representativo (4,5%), ampliando significativamente no médio curso, quando passa para 68,83% e no baixo curso, compreendendo 79,53% do total da área. O elemento slope ocorre em 9,98% da área total da bacia, constituindo o principal elemento no alto curso com 20,54% da área. No médio curso constitui as porções onduladas do relevo, compondo 6,27%, e no baixo curso 3,15%. Associado ao elemento de slope ocorre o elemento valley com 8,26% da área total da bacia. Constitui 19,52% no alto curso e ocorre de forma reduzida no médio curso com 3,68% e, especialmente, no baixo curso com somente 1,66% da área. Na bacia, o quarto elemento de relevo, mais significativo é o ridge que compreende 7,35% do total. Ocorre associado ao relevo movimentado no alto curso, com 16,51% do total. No médio e baixo curso ocorrem de forma reduzida com 3,53% e 2,1%, respetivamente. Figura 2 – Distribuição espacial dos elementos de Geomorphons na Bacia Hidrográfica do Rio Uruguai O elemento shoulder ocorre em 6,13% da bacia, formando cornijas associados a encostas no alto curso (5,56%). É um dos elementos mais significativos no médio curso (6,72%) e baixo curso (6,05%) formando ressaltos nas áreas planas. Na base das encostas podem ocorre elementos de footslope que ocorrem em 5,91% do total da bacia. No alto curso ocorrem em apenas 4,83% da área, mas é elemento importante no relevo dissecado do médio curso (6,92%) e no baixo curso (5,89%). No topo das encostas, junto a elemento de ridge, formando avanços secundários ocorre elemento de spur com 5,72% do total da bacia. No alto curso é importante elemento com 14,23% do total da área, pouco significativo no médio curso (2,16%) e praticamente ausente, com 0,86% no baixo curso. O elemento hollow marca porções com incisões nas encostas ocorrendo em 4,02% da bacia. No alto curso é um elemento importante ocorrendo em 10,02% da área. No médio curso, se associa as porções onduladas do relevo, ocorrendo em 1,51% da área. No baixo curso por se constituir em área plana são muito pouco presentes, com 0,59%, da área. O elemento pit ocorre em 0,83%da bacia e somente no alto curso, onde representa 2,38% do total da área. Associado aos elementos ridge, spur e shoulder, pode ocorrer o elemento peak, com 0,77% do total da bacia, está presente, dominantemente, no alto curso, 1,92% da área.

Figura 1 – Mapa de localização da bacia hidrográfica do Rio Uruguai


Figura 2 – Distribuição espacial dos elementos de Geomorphons na Bacia Hidrográfica do Rio Uruguai


Áreas e percentual dos elementos de geomorphons na Bacia Hidrográfica do Rio Uruguai

Considerações Finais

O desenvolvimento cada vez maior de geotecnologias proporciona a incorporação de procedimentos e técnicas que auxiliem na análise do relevo, através de modelagens e interpretações de modelos digitais de elevação, que auxiliam na compreensão da compartimentação do relevo. Os geomorphons oferecem uma perspectiva inovadora sobre como abordar a análise quantitativa do terreno. o método é sustentado por princípios de visão mecânica em vez de geometria diferencial e classifica as formas de relevo em diferentes escalas espaciais simultaneamente. A proposta de identificação dos elementos do relevo, denominados geomorphons, mostrou-se uma técnica bastante eficiente na delimitação de diferentes compartimentos de formas de relevo na bacia do rio Uruguai com distintas e peculiares características.

Agradecimentos

UFSM

Referências

ANEEL. AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Bacias Hidrográficas do Brasil. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/111.htm>. Acesso em: 4 ago. 2007.
BASSO, L. A. Bacias hidrográficas do Rio Grande do Sul: implicações ambientais. In: UFRGS EDITORA (Ed.). . Rio Grande do Sul: Paisagens e territórios em transformação. 2a ed. Porto Alegre: 2014, 2004. p. 319.
DRĂGUŢ, L.; BLASCHKE, T. Automated classification of landform elements using object-based image analysis. Geomorphology, v. 81, p. 330–344, 2006.
HENGL, T. Pedometric Mapping: bridging the gaps between conventional and pedometric approaches. [s.l.] Wageningen University, 2003.
IWAHASHI, J.; PIKE, R. J. Automated classifications of topography from DEMs by an unsupervised nested-means algorithm and a three-part geometric signature. Geomorphology, v. 86, n. 3–4, p. 409–440, 2007.
JASIEWICZ, J.; STEPINSKI, T. F. Geomorphons — a pattern recognition approach to classification and mapping of landforms. Geomorphology, v. 182, p. 147–156, 2013.
KRETSCH, J. L. Shuttle radar topography mission overview. Proceedings - Applied Imagery Pattern Recognition Workshop. Anais...Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2000
LIAO, W.-H. Region Description Using Extended Local Ternary Patterns. 20th International Conference on Pattern Recognition. Anais...2010Disponível em: <http://ieeexplore.ieee.org/document/5595845/>
MACMILLAN, R. A.; SHARY, P. A. Chapter 9 Landforms and Landform Elements in Geomorphometry. Developments in Soil Science, v. 33, p. 227–254, 2009.
ROBAINA, L. E. DE S. et al. APPLICATION OF THE CONCEPT OF GEOMORPHONS TO THE LANDFORM CLASSIFICATION IN TOCANTINS STATE, BRAZIL. Raega - O Espaço Geográfico em Análise, v. 41, n. 0, p. 37, 28 ago. 2017.
ROBAINA, L. E. DE S.; TRENTIN, R.; LAURENT, F. Revista brasileira de geomorfologia. [s.l.] União da Geomorfologia Brasileira, 2016. v. 17
SCHMIDT, J.; HEWITT, A. Fuzzy land element classification from DTMs based on geometry and terrain position. Geoderma, v. 121, n. 3, p. 243–256, 2004.
SENA-SOUZA, J. P. et al. Mapeamento das formas de terreno por meio de assinatura geomorfométrica como subsídio para a descrição da paisagem da bacia hidrográfica do alto rio Preto. (INPE, Ed.)XVII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto. Anais...João Pessoa-PB: INPE, 2015Disponível em: <https://www.researchgate.net/publication/282975781_Mapeamento_das_formas_de_terreno_por_meio_de_assinatura_geomorfometrica_como_subsidio_para_a_descricao_da_paisagem_da_bacia_hidrografica_do_alto_rio_Preto>. Acesso em: 9 out. 2017
SILVEIRA, R. M. P.; SILVEIRA, C. T. Classificação hierárquica automatizada de formas do relevo no estado do Paraná apoiada na modelagem digital do terreno. Revista Brasileira de Geografia Física, v. 8, n. 3, p. 1509–1523, 2015.
SILVEIRA, R. M. P.; SILVEIRA, C. T. DA. ANÁLISE DIGITAL DO RELEVO APLICADA À CARTOGRAFIA GEOMORFOLÓGICA DA PORÇÃO CENTRAL DA SERRA DO MAR PARANAENSE. Revista Brasileira de Geomorfologia, v. 17, n. 4, 15 dez. 2016.
TUCCI, C. E. M. Controle de enchentes. In: ABRH/EDUSP (Ed.). . Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre: [s.n.]. p. 145.
U.S. GEOLOGICAL SURVEY. USGS Global Visualization ViewerWater-use, 2016. Disponível em: <earthexplorer.usgs.gov>
WOOD, J. The geomorphological characterisation of Digital Elevation Models. [s.l.] University of Leicester, 1996.