Autores

Bortolini, W. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ) ; Silveira, C.T. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ) ; Silveira, R.M.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ)

Resumo

A geomorfometria é útil ao mapeamento geomorfológico por possibilitar a representação quantitativa do relevo. Neste viés, este trabalho objetiva mapear padrões de relevo, que são feições adequadas ao 4o táxon da classificação taxonômica de Ross (1992), com o uso de técnicas geomorfométricas. Para isso utilizou-se atributos topográficos calculados a partir de um MDE, sendo: declividade, índice de posição topográfico (IPT), amplitude altimétrica e média da declividade; com o primeiro calculado a partir de uma janela móvel 3x3 pixels e os demais por uma janela circular variando conforme a subunidade morfoescultural. Os dois primeiros atributos foram discretizados e combinados por álgebra de mapas e mapearam as planícies fluviais, e os demais mapearam colinas suaves, colinas onduladas, morrotes ondulados, morros ondulados, morros fortemente dissecados e morros elevados. A técnica aplicada mostrou-se eficiente pois permitiu a identificação dos padrões de relevo, apesar de demandar ajustes.

Palavras chaves

Cartografia geomorfológica; Modelagem digital do relevo; Modelo Digital de Elevação

Introdução

A cartografia geomorfológica constitui um conjunto de técnicas empregadas para representar as formas de relevo, seus processos de gênese e os materiais que a constituem (GRIFFITHS et al., 2011). Esta forma de representação apresenta grande complexidade, e visando lidar com esta problemática Ross (1992) desenvolveu uma proposta de classificação taxonômica geomorfológica, que considera o relevo em seis táxons. Baseado na proposta de Ross (1992), foram realizados os mapas geomorfológicos de São Paulo (ROSS; MOROZ, 1997) e o mapeamento geomorfológico do estado do Paraná (OKA-FIORI et al., 2006). Também Ponçano et al. (1981), Ross e Moroz (1997), Carneiro e Souza (2003), Silva (2010), Augustin et al. (2011) e CPRM e IPT (2014) adequaram o uso do termo padrões de relevo à definição do 4o táxon da classificação de Ross (1992). Este táxon é caracterizado como os tipos de formas de relevo individualizadas dentro de cada unidade do 3o táxon, sendo semelhantes entre si tanto na morfologia quanto na morfometria, ou seja, tanto no formato quanto na idade. Os trabalhos supra citados utilizaram ferramentas tradicionais para a identificação de formas de relevo, como fotointerpretação de fotografias aéreas e, mais recentemente, imagens de satélite. Entretanto, devido a subjetividade, estas ferramentas apresentam dificuldade na identificação e delimitação das formas de relevo (SAMPAIO; AUGUSTIN, 2014). Desta forma a geomorfometria, sendo a ciência da quantificação da análise da superfície da Terra (PIKE, 2000), aparece como abordagem aplicável ao mapeamento geomorfológico. Ela tem como operação fundamental a extração de parâmetros dos MDEs, representando de modo quantitativo as formas de relevo (PIKE et al., 2009). Os MDEs são um arranjo regular bidimensional, em formato vetorial ou matricial, das elevações da superfície da Terra acima do nível médio do mar (EL-SHEIMY et al., 2005). Eles podem serem utilizados para o mapeamento e modelagem de paisagens naturais devido à sua riqueza de medidas, podem ser derivados pela análise automatizada dos dados de elevação (HENGL; MACMILLAN, 2009). A aplicação das ferramentas geomorfométricas no mapeamento geomorfológico buscam, segundo Evans e Minar (2008), o desafio de suprir a falta de precisão e objetividade dos métodos tradicionais. Visando isso, trabalhos de Wood (1996), Weiss (2001), Dikau (1991) e Iwahashi e Pike (2007) desenvolveram técnicas aplicando geomorfometria no mapeamento de formas de relevo. Souza e Sampaio (2010), Silveira et al. (2012) e Bortolini et al. (2017) mapearam formas de relevo adequadas ao 4º táxon da classificação de Ross (1992) utilizando ferramentas geomorfométricas. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo fazer o mapeamento dos padrões de relevo, na escala 1:100.000, das cartas Curitiba (MI 2842) e Cerro Azul (MI 2826), localizadas na porção norte da Região Metropolitana de Curitiba. Os resultados obtidos servem de subsídio para o Projeto de Mapeamento Geomorfológico do Paraná, que visa identificar o 4o táxon, na escala 1:100.000, dando continuidade aos trabalhos de Oka-Fiori et al. (2006) e Santos et al. (2006) que mapearam os três primeiros táxons na escala 1:250.000. O recorte geográfico de estudo corresponde a abrangência de duas cartas topográficas do mapeamento sistemático na escala 1:100.000. Ocupa área de 4.987 km2, fazendo parte do Escudo Paranaense, composto por rochas ígneas e metamórficas, de idades que variam do Arqueano ao Paleozóico Inferior, além da presença de diques de diabásio e diorito, estruturas relacionadas ao Arco de Ponta Grossa, com orientação NW-SE (MINEROPAR, 2001). Também há a presença de dobras e falhas de cavalgamento ou ligadas ao sistema Lancinha, de orientação tanto NW-SE quanto NE-SW (FIORI, 1992). Quanto a geomorfologia, está inserida no Primeiro Planalto Paranaense, abrangendo áreas de nove subunidades morfoesculturais com características distintas de dissecação, tipos de topos e vertentes (OKA-FIORI et al., 2006).

Material e métodos

A execução do trabalho foi composta por cinco etapas: Etapa 1: aquisição do MDE, por meio da aplicação do algoritmo ANUDEM (HUTCHINSON, 1988). Como dados de entrada, foram levantadas as curvas de nível, pontos cotados e a hidrografia da base de dados topográfica do Departamento de Serviço Geográfico (DSG) e do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) ambas na escala 1:50.000. O cálculo da resolução espacial foi realizado a partir do método conhecido como complexidade do relevo (HENGL, 2006). A resolução espacial obtida foi de 20 metros. Etapa 2: corresponde a campanha de campo, que foi realizada com o intuito identificar os padrões de relevo presentes no recorte. Os pontos visitados serviram posteriormente para calibração dos intervalos de discretização dos atributos topográficos e para a validação dos resultados. Etapa 3: corresponde ao calculo dos atributos topográficos declividade, índice de posição topográfico (IPT), amplitude altimétrica e média da declividade. A declividade foi calculada a partir de uma janela móvel 3x3 pixels. A amplitude altimétrica e a média da declividade foram calculados a partir de um raio circular de tamanho determinado a partir do comprimento da moda das vertentes de cada subunidade morfoescultural da área. O IPT foi calculado a partir de um raio 10 vezes maior que o raio aplicado aos outros atributos. Foi necessário um valor específico de raio pois cada uma das subunidades possui características morfométricas específicas, podendo ter por sua vez comprimentos da moda de vertentes distintos. Os tamanhos de raio determinados para cada subunidade morfoescultural foram, em metros: Blocos Soerguidos do 1o Planalto (500); Planalto Dissecado de Adrianópolis (550); Planalto de Curitiba (350); Planalto do Alto Iguaçu (450); Planalto Dissecado de Tunas do Paraná (400); Planalto Dissecado de Rio Branco do Sul (550); Planalto Dissecado do Alto Ribeira (400); Planalto do Alto Jaguariaíva (500); Planícies Fluviais (700). Etapa 4: corresponde a discretização e integração dos atributos topográficos. A calibração dos intervalos de discretização dos atributos foi realizada utilizando como base a descrição dos pontos visitados na campanha de campo e de pontos interpretados sobre o relevo sombreado. Para o mapeamento das colinas suaves, colinas onduladas, morrotes ondulados, morrotes fortemente ondulados, morros ondulados, morros fortemente ondulados e morros elevados, foram utilizados os atributos amplitude altimétrica e média da declividade. Eles foram discretizados segundo os intervalos mostrados na Figura 1A, baseados estes em critérios empíricos. Para o mapeamento das planícies fluviais, foram utilizados os atributos topográficos IPT e declividade. Eles foram discretizados segundo os intervalos mostrados no Figura 1A, baseado em critérios estatísticos. A integração dos atributos topográficos se deu por meio de álgebra de mapas, seguindo a combinação mostrada na Figura 1B. Após a integração e combinação dos atributos topográficos, foi aplicado um filtro de generalização que removeu agrupamentos de até 2500 pixels (ou 1 km2) e os incorporou ao padrão de relevo mais próximo. Este valor foi definido baseado na hierarquia taxonômica de unidades de relevo de Dikau (1989). Para as áreas de planícies fluviais o valor definido foi de 625 pixels (ou 0,25 km2). Etapa 5: corresponde a realização de ajustes nos limites. Estes ajustes incorporaram pequenas porções de padrão de relevo ao padrão do seu entorno, por possuírem características semelhantes; ajustaram as áreas de contato entre padrões de relevo, que apresentaram limites que cortam as vertentes; e áreas classificadas como determinado padrão de relevo que abrange uma face de vertente. Estes ajustes foram realizados a partir de interpretação visual do relevo sombreado.

Resultado e discussão

Os intervalos de discretização e as combinações são mostradas na Figura 1. A Figura 2 mostra os sete tipos de padrões de relevo que foram mapeados. a) Planícies fluviais (Figura 3A): são as áreas planas do terço inferior das vertentes possuindo média de declividade abaixo de 3, 5 ou 6%, dependendo das características da subunidade morfoescultural a qual está inserida. São áreas com formas geradas a partir da deposição de sedimentos de origem fluvial inconsolidados do Período Quartenário. Este padrão de relevo ocupa área de 162,21 km2 (3,25%), localizado na bacia hidrográfica do Alto Iguaçu. b) Colinas suaves (Figura 7B): são áreas de amplitude altimétrica abaixo de 65, 70, 80 ou 90 metros, dependendo das características da subunidade morfoescultural a qual está inserida, e pela média da declividade sempre abaixo de 8%. Apresentam desde vertentes de 500 metros de comprimento até vertentes com mais de 1000 metros, sendo mais compridas quando mais próximas as planícies fluviais. Seus vales são muito abertos e os topos são suaves. Este padrão de relevo ocupa área de 310,43 km2 (6,22%), localizadas majoritariamente próxima as planícies fluviais das principais drenagens da bacia do Alto Iguaçu. c) Colinas onduladas (Figura 3C): são áreas de amplitude altimétrica abaixo de 65, 70, 80 ou 90 metros, dependendo das características da subunidade morfoescultural a qual está inserida, e pela média da declividade entre 8% e 30%. Apresentam vertentes de 200 metros ou menos de comprimento até 500 metros de comprimento. Os vales são abertos e os topos ondulados. Este padrão de relevo ocupa área de 661,41 km2 (13,26%), localizadas principalmente na porção sul do recorte, além de pontos no norte e pontos centrais isolados, quase sempre entre padrões em forma de colinas suaves e padrões em forma de morrotes ondulados. d) Morrotes ondulados (Figura 3D): são áreas de amplitude altimétrica entre 45, 50 ou 60 metros e 65, 70 ou 90 metros (dependendo das características da subunidade morfoescultural a qual está inserida), e média da declividade acima de 30%; ou pela amplitude altimétrica entre 65, 70 ou 90 metros e 90, 100 ou 120 metros (dependendo das características da subunidade morfoescultural a qual está inserida), e média da declividade entre 8% e 30%. Sua forma se apresenta como uma transição entre colinas e morros, possuindo no terço inferior e médio características semelhantes às colinas onduladas, e no terço superior um pequeno topo aguçado ou arredondado, semelhante a um pequeno morro. Este padrão de relevo ocupa área de 688,85 km2 (13,81%), localizados próximos do padrão de formas em colinas onduladas, morros ondulados e morros fortemente ondulados. e) Morros ondulados (Figura 3E): são áreas de amplitude altimétrica entre 90, 100 ou 120 metros e 200 ou 210 metros (dependendo das características da subunidade morfoescultural a qual está inserida) e média da declividade abaixo de 30%. Apresentam vertentes de 250 metros de comprimento até 500 metros de comprimento. Os vales são abertos e os topos variando entre alongados e aguçados ou arredondados. Este padrão de relevo ocupa área de 580,51 km2 (11,64%), localizados principalmente na bacia do rio Ribeira (porção centro-norte e centro-sul do recorte), próximo aos padrões de morros fortemente ondulados e morros elevados. f) Morros fortemente ondulados (Figura 3F): são áreas de amplitude altimétrica entre 90, 100 ou 120 metros e 200 ou 210 metros (dependendo das características da subunidade morfoescultural a qual está inserida) e média da declividade acima de 30%. Apresentam vertentes de 250 a até 700 metros de comprimento. Os vales são entalhados e os topos são aguçados e arredondados na maior porção, com cristas alongados na zona central do recorte. Este padrão ocupa área de 1649,89 km2 (33,08%), localizados principalmente na bacia do rio Ribeira (porção central e centro-norte do recorte), além de outros pontos isolados. g) Morros elevados (Figura 3G): são áreas de amplitude altimétrica acima de 200 ou 210 metros (dependendo das características da subunidade morfoescultural a qual está inserida). Apresentam vertentes de 200 a até 900 metros de comprimento. Os vales são entalhados e os topos são aguçados e arredondados na maior porção, e aguçados e com cristas alongados na zona central do recorte. Este padrão ocupa área de 933,91 km2 (18,73%), localizados principalmente na bacia do rio Ribeira (porção central e centro-norte do recorte), além de outros pontos isolados. Esta proposta é classificada como semiautomatizada, devido a necessidade de ajustes nos limites entre padrões de relevo, que foram realizados por interpretação visual a partir de critérios subjetivos para serem efetuados. Os ajustes foram realizados em três situações. A primeira incorporando pequenas porções de um padrão de relevo, devido a mesma apresentar características visuais muito semelhantes as do padrão de relevo do entorno (Figura 4A). A segunda se refere as áreas onde o raio utilizado no cálculo dos atributos topográficos acabou por ser menor que o comprimento de suas vertentes, acabaram por apresentar efeito de borda (Figura 4B). A terceira se refere a áreas onde o raio utilizado no cálculo dos atributos topográficos foi maior que o comprimento de suas vertentes, assim o limite entre dois padrões de relevo acabou sendo mapeado no meio da vertente, e não na drenagem (Figura 4C). Apesar das limitações apresentadas, a técnica empregada apresentou resultados satisfatórios, mostrando aplicabilidade no auxílio no mapeamento de padrões de relevo. Sua validade pode ser constatada na comparação do resultado final do mapeamento com as descrições dos pontos visitados em campo, onde detectou-se que apenas dois dos 20 pontos não possuem descrição correspondente ao que foi mapeado. Esses erros podem estar associados a interpretação equivocada do relevo em campo, ou ao fato do ponto não permitir ao observador uma visão completa de todo o conjunto do relevo, sendo então classificando conforme as características daquela pequena porção de relevo o qual se consegue enxergar, que será a frente incorporado ao padrão de relevo que caracteriza o conjunto todo, devido a escala final do mapa. Esta técnica geomorfométrica se mostra mais otimizada quando comprada as técnicas tradicionais de mapeamento. Ela também elimina uma série de interpretações subjetivas na delimitação dos padrões de relevo, por meio do uso de critérios quantitativos, trazendo maior precisão para a delimitação. Outra faceta da técnica aplicada é a utilização de tamanhos distintos de raio para o cálculo dos atributos topográficos e intervalos de discretização destes atributos para cada subunidade morfoescultural, com os valores variando conforme as características das mesmas. Assim foi possível eliminar muitos erros associados ao tamanho do raio e adaptar a classificação quantitativa dos padrões de relevo às características de cada subunidade morfoescultural, evitando a generalização a toda uma área que apresenta relevo com características heterogêneas.

Intervalos de discretização.


Mapa de padrões de relevo das cartas Curitiba e Cerro Azul.


Fotos de campo.


Ajustes de limites entre padrões de relevo.

Considerações Finais

A técnica aplicada mostrou avanços em relação as técnicas tradicionais de mapeamento de padrões de relevo. Ela se apresenta mais otimizada e faz uso de critérios menos subjetivos, a partir do uso de critérios quantitativos para o mapeamento das feições geomorfológicas. Também a técnica se propôs a trabalhar com valores distintos de raio e intervalos de discretização dos atributos topográficos para cada subunidade morfoescultural, evitando a utilização de critérios generalizados para um recorte com um relevo que apresenta heterogeneidades. Inclusive, é necessário atenção quanto a determinação dos raios para o cálculo dos atributos topográficos, pois grande parte dos erros estão associados ao tamanho do raio. Os avanços obtidos pela aplicação desta técnica são confirmados em campo, onde apenas dois dos 20 pontos visitados não possuem descrição correspondente com o resultado do mapeamento. Entretanto, mesmo eliminando muito da subjetividade presente nas técnicas tradicionais, esta ainda necessitou da realização de ajustes, visando refinar limites e corrigir erros de mapeamento. Também a identificação e caracterização dos tipos de padrões de relevo é alcançado a partir de interpretação e análise de critérios subjetivos. Deste modo, estas limitações caracterizam esta técnica como semiautomatizada.

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 456244/2014-0. Agradecem também a Universidade Federal do Paraná (UFPR) e o Laboratório de Pesquisas Aplicadas em Geomorfologia e Geotecnologia (LAGEO) pela infraestrutura disponibilizada para o desenvolvimento da pesquisa.

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