Autores

Neuman, G. (UFPR) ; Silveira, C.T. (UFPR)

Resumo

O presente trabalho aplica a proposta de classificação morfológica de Weiss (2001), resultando da discretização do Índice de Posição Topográfica, calculado a partir de um Modelo Digital do Terreno (MDT) na área de estudo que contempla a carta topográfica 2858-3 NE (folha Cubatão), na porção central da Serra do Mar Paranaense. Os resultados destacaram a compartimentação morfológica dos principais segmentos de relevo, evidenciando a potencialidade da proposta para levantamentos preliminares com redução do tempo de delineamento das unidades.

Palavras chaves

MDT; IPT; GEOMORFOMETRIA

Introdução

Os estudos em compartimentação das unidades geomorfológicas tem sido de grande interesse das ciências da terra em uma série de domínios. O desenvolvimento da geomorfometria nas últimas décadas, impulsionada pelo avanço das geotecnologias e da informática, configura um cenário favorável para a utilização da análise digital do relevo aplicada à identificação de formas e unidades geomorfológicas. A aplicação de classificações semiautomatizadas para a elaboração e auxílio aos mapeamentos na ciência geomorfológica é algo já proposto anteriormente, como nas classificações de Hammond (1964), Pennock (2003), Morgan (2005), Minár e Evans (2008). Utiliza-se o termo geomorfometria usualmente, para referir-se as sub-áreas da onde esta interage com a matemática, e as Ciências da Terra com as Ciências da Computação. As formas geomorfológicas constituem o tópico central das pesquisas em geomorfometria (SEIF, 2014). Muito da geomorfometria moderna esta focada na extração de informações de modelos digitais do relevo (LINDSAY et al., 2015), este processo usualmente envolve parâmetros topográficos derivados de modelos digitais do terreno (MDTs), incluindo a mensuração das formas da superfície local, como a declividade e curvaturas, orientação das vertentes, e os conceitos de rugosidade e posição topográfica (GALLANT e WILSON, 2000). A utilização de sistemas de informações geográficas (SIG) e de modelos digitais do relevo tem aumentado no uso das classificações automáticas (BURROUGH et al., 2000; DRAGUT e BLASCHKE, 2006; IWAHASHI e PIKE, 2007; HENGL e REUTER, 2009). Muitas técnicas foram incorporadas no campo das variáveis topográficas e da extração de variáveis numéricas da paisagem em uma tentativa de classificar o relevo através de classes (MACMILLAN et al., 2004; HENGL e ROSSITER, 2003; BOLONGARO-CREVENNA et al., 2005; PRIMA et al., 2006). Várias são as linhas de pesquisas empregadas, Dragut e Blaschke (2006) afirmam que as classificações geomorfométricas concentram-se em áreas com características homogêneas (SCHMITT e DIKAU, 1999; MACMILLAN et al., 2000) ou com campos muito específicos como cordilheiras e montanhas (MILIARESIS e ARGIALAS, 1999) e em unidades de encosta (IRVIN et al., 1997; BURROUGH et al., 2000; MACMILLAN et al., 2000), tornando as paisagens mais heterogêneas menos estudadas. Adicionalmente, PIKE et al. (2009) observou que nenhum mapa derivado de um modelo digital é definitivo, e os parâmetros podem ser generalizados com diferentes algoritmos ou diferentes estratégias de amostragem e podem variar com sua escala espacial (REU et al., 2013). Segundo Guisan et al., (1999) e Weiss (2001) que introduziram e customizaram a aplicação de classificações semi-automatizadas nos sistemas de informação geográfica; o chamado índice de posição topográfica (IPT) é definido por Gallant e Wilson (2000). O IPT mensura a posição topográfica relativa de um ponto central em relação a elevação média da sua janela de vizinhança. Várias abordagens têm sido propostas para a extração de informações considerando a variação escalar da posição topográfica a partir de modelos digitais do terreno, inclusive com a variação do tamanho de janela móvel utilizada (DE REU et al., 2013). Nessa perspectiva, com o intuito de avaliar técnicas digitais de classificação que possam auxiliar os trabalhos de mapeamento geomorfológico, foi aplicado o Índice de Posição Topográfica (IPT) proposta de Weiss (2001), para classificação semiautomatizada das formas do relevo em uma carta topográfica localizada na Serra do Mar Paranaense.

Material e métodos

Objetivando testar esta metodologia como forma de mapeamento da morfologia do terreno foi selecionada a carta topográfica 2858-3 NE (Cubatão), elaborada pelo Diretório do Serviço Geográfico do Exército (DSG, 2002) e disponibilizada pelo Instituto das Águas através do projeto Pró-Atlântica, como área de estudo. Estando localizada na Serra do Mar Paranaense, tem o rio Cubatão como principal curso de drenagem. O Índice de Posição Topográfica (IPT), proposto por Weiss (2001), refere-se a derivação de um algoritmo que mensura a diferença de elevação de um ponto central (Zpc) e a média da elevação (Zm) ao seu redor com um raio predeterminado. A análise de vizinhança pode ser feita por janelas circulares, anular (proposta original), retangular e irregular. Os valores positivos obtidos pelo IPT representam os locais que são mais elevados que a média ao seu entorno, caracterizando, as cristas. Os valores negativos representam os locais mais rebaixados em relação à vizinhança, representando superfícies de declive. Este índice mensura a diferença entre a elevação de um ponto central e a média da elevação do entorno com um raio predeterminado, a discretização para determinação de classes morfológicas considera os valores de desvio padrão. Para esta analise foram utilizados os atributos topográficos derivados do Modelo Digital do Terreno (MDT), com resolução horizontal de 20m, elaborado a partir de dados vetoriais planialtimétricos de cartas topográficas na escala 1:25.000 pelo Topogrid, seguido dos atributos para a caracterização geomorfométrica, a decisão pelo tamanho da janela de vizinhança móvel a ser utilizada afeta diretamente os resultados, para tanto utilizou-se como ferramenta para determinar o valor de raio a ser utilizado, o comprimento médio das vertentes da área de estudo. Com o resultado da aplicação do IPT, Weiss (2001) propõe uma classificação de formas a partir da indicação da posição topográfica, utilizando como elemento de compartimento o desvio padrão da amostra, onde a posição topográfica é definida conforme parâmetros de discretização da paisagem conforme a base de dados utilizada. As cristas com valores maiores que o desvio padrão; as vertentes superiores entre 0,5 e 1 desvio padrão; as vertentes intermediárias entre 0,5 e -0,5 desvio padrão atrelado a declividades superiores a 5 graus; as áreas planas entre -0,5 e 0,5 de desvio padrão e declividade inferior a 5 graus de declividade; vertentes inferiores entre -1 desvio padrão e 0,5 desvio padrão; os vales nas áreas com -1 desvio padrão, os padrões foram adaptados de Weiss (2001).

Resultado e discussão

A área de estudo (FIGURA 1) esta inserida nos municípios de Guaratuba e São José dos Pinhais, na Serra do Mar Paranaense. Nesta região o relevo se apresenta bastante dissecado com drenagens de padrão dendrítico, adaptado às direções das estruturas relacionadas com falhas, fraturas e contatos litológicos que condicionam lineamentos maiores (SILVEIRA et al., 2013). Figura 1 - Localização da área de estudo. Nas vertentes mais íngremes, a drenagem encontra-se encaixada nas linhas estruturais, originando vales profundos em forma de “v” (BIGARELLA et al 1978). Os topos das cristas aplainadas e nivelados, evidenciando restos da Superfície Sul-americana (KING, 1956). Quando se consideram as bacias hidrográficas que drenam para as baías de Paranaguá e Guaratuba, as áreas de contribuição incluem setores da borda oriental do Primeiro Planalto Paranaense, que antigamente drenavam para a bacia do Rio Iguaçu (NASCIMENTO et al., 2013). Como consequência das antigas capturas, a antiga superfície de planalto encontra-se em diversos estágios de dissecação, resultando num relevo mais ou menos ondulado, dependendo do ponto analisado, devido à diferenciação da intensidade dos processos erosivos envolvidos. Para representar esta diversidade geomorfológica foram aplicados três janelas de vizinhança (FIGURA 2), para cálculo do índice de posição topográfica (10, 20 e 40 pixels), as quais foram selecionadas a partir do conhecimento empírico da área de estudo. Os resultados obtidos demonstram a existência de uma orientação nítida das cristas e vales em três direções predominantes, NE-NNE, NNW e NW, que se correspondem com principais lineamentos do substrato geológico e podem ser verificados facilmente com o valor de janela de vizinhança mais generalizada (Figura 2c), indicando sua associação com as antigas linhas estruturais pré-cambrianas que condicionam as principais formas de relevo, tais como serras e vales maiores. A orientação NW coincide com a orientação das intrusivas mesozoicas, que se apresentam na forma de enxame de diques paralelos (AB' SABER, 1977), podendo ser observada na Figura 2b. A melhor representação dos diques foi feita pela utilização do menor tamanho de raio, sendo necessário observar que as direções são coincidentes com a direção do eixo do Arco de Ponta Grossa. Essa direção é mais evidente nas cristas e vales menores (Figura 2a). Figura 2 – Índice de Posição Topográfica; a) Janela de vizinhança 10 pixels; b) Janela de vizinhança 20 pixels; c) Janela de vizinhança 40 pixels. Considerando a classificação de classes em valores discretizados (Figura 3), as áreas de vales apresentaram maior representatividade, 13,6% da área mapeada na classificação com Janela de Vizinhança de 10 metros, sendo gradativamente menos representados nas duas classificações. As áreas planas permaneceram praticamente estáveis em todos os tamanhos de janelas de vizinhança utilizadas, devido principalmente ao caráter monótono desta classe de relevo, o que serve para a categoria de cristas, pois estas apresentaram pequenas alterações nos valores percentuais de todas as classificações devido a pequenas alterações apresentadas nos dados de cristas, derivadas da homogeneidade dos dados nas classes mais altas de declividade. Em contra partida as categorias que inferem a posição das vertentes foram as que sofreram as maiores alterações, devido ao tamanho do raio ser maior que a vertente em questão e ocasionar a classificação de enormes formas do relevo, como na figura 2c, onde a presença das classes de vertentes inferiores e intermediárias é observada apenas com efeito de “barra de saia”, caracterizado-se como uma borda em torno das classificações mais generalizadas. Da mesma forma, os valores apresentados pelas categorias que mapearam as vertentes na classificação que contam com janela de vizinhança de 10 pixels (200m) apresentaram grandes alterações devido ao excesso de informações para representar as características geomorfológicas mais regionais. Figura 3 – Resultado da classificação do IPT, em áreas percentuais. Os resultados baseados na classificação morfológica realizada pelo método do Weiss (2001) não corresponderam a topografia real. O local apresentou uma estrutura complexa e necessita de maior investigação para aplicação, devido à utilização correta e entendimento das limitações para a delimitação do método. A utilização do tamanho médio das vertentes da área de estudo (20 pixels),foi a classificação que apresentou a melhor resposta aos testes realizados, demonstrando que é possível inferir a análise de vizinhança necessária para classificação morfométrica das formas do relevo. Porém, é necessária a padronização dos métodos utilizados na geomorfometria, mas estes não devem ser fixos, pois cada área apresenta suas especificidades. A geomorfometria auxilia nos estudos aplicados a geomorfologia, mas é necessário que o pesquisador tenha um olhar geomorfológico e consiga, com conhecimento holístico, transpor as informações mapeadas para a realidade, fazendo com que a utilização desses métodos, diminua as lacunas de informações e auxilie no avanço da análise da área de estudo. Este tema apresenta certa resistência na comunidade geomorfológica. Em geral ocorre, devido aos resultados apresentarem a limitação de englobarem apenas os aspectos relacionados a morfometria e a morfografia, não constituindo um mapeamento geomorfológico, mas sim um mapeamentos de feições morfométricas do terreno, pois não explicita diretamente o elementos fundamentais de mapeamentos geomorfológicos, como a morfocronologia, morfogênese ou a morfoclimática. Mesmo assim, estas classificações tendem a se expandir, haja visto o avanço das geotecnologias, pois proporcionam a elaboração de mapeamentos preliminares como subsídio às pesquisas geomorfológicas de forma mais rápida e menos subjetivas.

Localização da área de estudo


Índice de Posição Topográfica; a) Janela de vizinhança 10 pixels; b) Janela de vizinhança 20 pixels; c) Janela de vizinhança 40 pixels.


Resultado da classificação do IPT, em áreas percentuais.

Considerações Finais

Apesar dos resultados, as classificações apresentaram-se representativas e denotaram por uma classificação determinística, amparada pelo conhecimento prévio da área de estudo. Os resultados obtidos apontaram que as classificações geomorfométricas são sensíveis à janela de vizinhança utilizada, porém representaram de maneira satisfatória as formas de relevo da área de estudo, o que foi avaliado in loco. Apontando que o elemento fundamental para a aplicação de técnicas geomorfométricas é o rigor metodológico considerado, pois os atributos apresentam-se muito sensíveis aos parâmetros adotados na modelagem.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela disponibilização de recursos, que possibilitou os levantamentos de campo, por meio do Projeto de Mapeamento do Estado do Paraná apoiado em análise digital do relevo, Processo 456244/2014.

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