Autores
- LUCAS KREIN RADEMANNUNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIAEmail: lucasrademann@yahoo.com
- LUCAS DA SILVA RIBEIROUNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIAEmail: lucassilvaribeiro12@gmail.com
- ROMARIO TRENTINUNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIAEmail: romario.trentin@gmail.com
Resumo
O avanço recente nas geotecnologias permitiu a obtenção de modelos digitais do
terreno com altíssima resolução espacial tornando possível a análise dos
parâmetros do relevo em escalas em nível de detalhe. O presente trabalho tem
como objetivo o mapeamento dos elementos geomorphons em uma voçoroca utilizando
como base um MDT de alta resolução espacial. Para isso, foi realizado um voo na
área de estudo utilizando um VANT, a partir do qual foram obtidas imagens aéreas
que após processadas resultaram em um MDT com uma resolução espacial de 0,5m que
foi utilizado para gerar os elementos geomorphons no software QGIS. Há uma
concentração maior do elemento ridge no lado esquerdo da voçoroca onde as áreas
de avanço estão mais ativas. Já no lado direito, há uma concentração maior da
classe slope, onde o avanço se é menos intenso. A ferramenta dos geomorphons se
mostrou bastante eficaz quando utilizada imagem de alta resolução espacial,
sendo possível identificar as diferentes feições da voçoroca
Palavras chaves
SfM-CMVS; VANT; Erosão; Geomorfologia; Re
Introdução
O recente avanço das geotecnologias tem permitido a obtenção de dados
geográficos de altíssima resolução, aumentando as possibilidades e o nível de
detalhe das análises de dados. Junto aos avanços na qualidade da informação
crescem o número de ferramentas para a sua análise, como a morfometria e
classificação do relevo.
As principais formas de classificação do relevo se desenvolveram a
partir da análise de parâmetros morfométricos, visando avaliar o comportamento
do fluxo de água nas vertentes (ROBAINA; TRENTIN; LAURENT, 2016). Se destacam as
classificações realizadas por Huggett (1975), Wood (1996), Iwahashi e Pike,
(2007), e mais recentemente a proposta de (JASIEWICZ; STEPINSKI, 2013) onde
ocorre a classificação de dez elementos fundamentais do relevo, chamada de
elementos geomorphons (ROBAINA; TRENTIN; LAURENT, 2016).
A definição dos geomorphons auxilia na diferenciação dos elementos do
relevo de forma automatizada, retirando a subjetividade do pesquisador (FURLAN;
TRENTIN; ROBAINA, 2018) e permite a análise da morfologia do relevo,
diferenciando os processos predominantes na área de estudo. Além de diminuir a
subjetividade, esta forma de análise pode ser replicada em diferentes escalas,
desde escalas pequenas até escalas em nível de detalhe. A análise geomorfológica
em diversas escalas é fundamental para o conhecimento dos processos atuantes,
pois inúmeros efeitos topográficos em múltiplas escalas influenciam na mudança
do ambiente (BISHOP et al., 2012). De acordo com Capoane e De Souza Amorim,
(2022), o algoritmo dos geomorphons é sensível à resolução espacial do MDT,
sendo que em modelos com pixels maiores as feições são generalizadas, suavizadas
ou não detectadas, em contrapartida modelos com pixels menores a heterogeneidade
do relevo é melhor representada, mas com maior dificuldade de estabelecer áreas
planas (flat).
No Brasil foram desenvolvidos diversos trabalhos relacionados ao
mapeamento dos elementos geomorphons em diferentes escalas. Foram realizados
trabalhos em unidades da federação como o Rio Grande do Sul (ROBAINA; TRENTIN;
LAURENT, 2016), Paraná (SILVEIRA et al., 2018), Tocantins (ROBAINA et al.,
2017); em bacias hidrográficas (RADEMANN e TRENTIN, 2018; FURLAN; TRENTIN;
ROBAINA, 2018) e municípios (CAPOANE; DE SOUZA AMORIM, 2022).
O estudo das formas erosivas pode ser complementado através da análise
dos seus elementos fundamentais. A erosão em forma de voçoroca é bastante
complexa, onde diversos fatores e processos atuam de variadas formas (VALENTIN;
POESEN; LI, 2005; VANMAERCKE et al., 2016). O presente trabalho tem como
proposta a realização da classificação dos elementos do relevo em uma voçoroca
localizada no município de Cacequi-RS utilizando um modelo digital do terreno
(MDT) de altíssima resolução obtido através de aerolevantamento realizado com
VANT. Através do mapeamento dos geomorphons é esperado observar as principais
características geomorfológicas da voçoroca e caracterizar as áreas de avanço
quanto aos processos predominantes e a sua forma.
Material e métodos
A base de dados utilizada no trabalho foi obtida através de aerolevantamento
realizado no dia 30 de novembro de 2022 com a utilização de VANT (Veículo Aéreo
Não Tripulado) modelo Phantom 4 Pro da fabricante DJI, portador de um sensor de
câmera RGB modelo FC6310 com 12MP de resolução. Foram coletadas 222 imagens com
uma sobreposição longitudinal de 80% e latitudinal de 70%, a uma altura de voo
de 150m, para o processamento no software Agisoft Metashape utilizando o
algoritmo SfM-CMVS descrito por Furukawa et al., (2010), Westoby et al., (2012)
e Rademann, (2019).
No software Agisoft Metashape o alinhamento foi realizado na qualidade
Highest, resultando em uma nuvem de pontos esparsa de 233,147 pontos. Após o
alinhamento, foi construída a nuvem densa na qualidade Hight resultando em
73,280,512 pontos. Após esta etapa, foram classificados os pontos
correspondentes à superfície, a fim de obter o Modelo Digital do Terreno (MDT),
sem considerar ruídos, como vegetação. Os parâmetros utilizados foram de ângulo
máximo do terreno de 40°, a variação máxima do terreno de 0.4m e o tamanho
máximo de célula onde não possui pontos de terreno de 80m.
Para a correção das coordenadas dos produtos foram coletados pontos de
controle com o auxílio de um par de GNSS RTK modelo Reach RS2+ da Emlid. Foi
instalada a base na borda da voçoroca estudada e o tempo total de processamento
foi de 1h e 11min. Ao todo foram coletados 8 pontos de controle que foram
posicionados no modelo e utilizados para ajustar as coordenadas, resultando em
um erro médio quadrático de 4.97cm. Após o ajuste posicional foi gerado o Modelo
Digital do Terreno com uma resolução de 9.03cm/pixel e então reamostrado para
50cm/pixel para a utilização no software QGIS.
No software QGIS foi utilizada a ferramenta do GRASS r.geomorphons
(https://grass.osgeo.org/grass82/manuals/r.geomorphon.html), que consiste em um
algoritmo para a classificação das formas de relevo proposta por Jasiewicz;
Stepinski (2013), onde o MDT é analisado através da diferença de altura entre os
pixels, formando padrões de elementos locais do relevo (LTP em inglês). É
avaliada uma janela de pixels ao redor do pixel central onde assumem valor “1”
se for maior, “0” se igual e “-1” se menor. Além da diferença da altura é
avaliada a linha de visada, através do cálculo do ângulo zenital e nadiral nas
oito direções do pixel central onde é assumida uma angulação máxima para
considerar como plano (flat). O algoritmo resulta em uma classificação do MDT em
dez diferentes elementos do relevo, que estão representados na Figura 1. Na área
de estudo foi utilizada uma janela de análise de 10 metros, correspondente a 20
pixels, e um ângulo máximo para elementos planos de 2°.
Figura 1 - Diferentes elementos geomorphons gerados pelo algoritmo
r.geomorphons.
Fonte: Jasiewicz; Stepinski (2013)
Para auxiliar na análise dos resultados foram delimitadas as áreas de avanço da
voçoroca. Para tanto, foi utilizada a ferramenta Watershed do software Global
Mapper, onde foram delimitadas as bacias de captação com área até 5000m² na área
de estudo. Após a geração automática destas áreas, foram recortadas as áreas
contidas no limite interno da voçoroca, e posteriormente editadas ou combinadas
para que correspondessem às áreas de avanço, ou seja, as porções onde ocorrem o
desenvolvimento lateral ou remontante de forma mais intensa na voçoroca. Uma vez
delimitadas, foi calculada a distribuição dos elementos geomorphons em cada área
de avanço e também o índice de circularidade (IC) das mesmas, que é dada pela
razão da área de avanço e um círculo de mesmo perímetro.
Resultado e discussão
A geração dos elementos geomorphons para a voçoroca, resultou em oito classes
distintas, não sendo encontradas na área de estudo os elementos flat e
footslope. Conforme observado no mapa da Figura 2, há um predomínio da classe
slope (38,05%), composta pelas encostas da voçoroca, presente principalmente nas
paredes das áreas de avanço com declividades mais suaves, sendo mais comum no
lado direito da voçoroca.
Figura 2 - Mapa dos elementos geomorphons na voçoroca da área de estudo.
Fonte: Os autores, 2023.
Já a segunda maior classe encontrada na voçoroca é a spur (19.42%),
composta por cristas secundárias, marcando áreas onde as paredes da voçoroca são
mais declivosas, representando encostas convexas, com a dispersão do fluxo da
água. Este elemento do relevo se concentra nas porções mais elevadas das áreas
de avanço, e se apresenta de maneira semelhante nos lados direito e esquerdo da
voçoroca, com 17.84% e 16.08% da área de cada lado respectivamente.
Outra classe que está bastante presente na voçoroca é a hollow, que
representa 18.4% da área total. Esta classe é caracterizada pelas áreas de
concavidade da encosta onde há uma concentração do fluxo de água e estão
comumente associadas a base de áreas de ocorrência de movimentos de massa. A
maior parte das áreas de hollow estão no lado direito da voçoroca, representando
21.58% da área deste lado, onde as áreas de avanço são menos intensas e
predominam este tipo de feição.
As classes de valley e ridge representam cerca de 10% da área cada uma
delas. Os elementos de valley correspondem aos talvegues dentro da voçoroca,
onde ocorre a concentração do escoamento superficial da água. Já o elemento
ridge que representam as áreas de cristas estão presentes nas porções da
voçoroca que possuem degraus ou paredes mais abruptas, se concentrando em áreas
de avanço mais vertical.
Desta forma, podemos dividir a voçoroca em vinte diferentes áreas de
avanço considerando a sua área de captação (Figura 3). É possível observar que
as áreas de avanço possuem um predomínio distinto dos elementos do relevo entre
si, e que estes elementos são respostas aos processos e mecanismos atuantes. Ao
lado esquerdo do canal principal estas possuem como principal característica a
ocorrência de vales encaixados, dispostos de forma paralela e na cabeceira a
ocorrência de movimentos de massa de forma semicircular. No lado direito
predominam declividades menos acentuadas, marcadas pelo predomínio da classe
slope e com movimentos de massa menos intensos nas cabeceiras.
Figura 3 - Mapa do Índice de Circularidade das áreas de avanço da voçoroca.
Fonte: Os autores, 2023.
As áreas a montante da voçoroca possuem uma forma mais circular, devido
ao avanço através de movimentos de massa e formação de semicírculos. No lado
esquerdo da voçoroca, predominam áreas de avanço mais alongadas, onde há um
canal principal com sentido definido, possivelmente marcando falhas e fraturas
na litologia do local. Já no lado direito, as áreas de avanço são mais largas,
possuem um fundo mais plano e as encostas alongadas. Desta forma, fica evidente,
através da espacialização dos elementos geomorphons, que existem processos de
avanço distintos nas diferentes porções da voçoroca, resultando em formas
diferentes, mesmo dentro da mesma feição erosiva, evidenciando a complexidade
desta forma de erosão.
Diferentes elementos geomorphons gerados pelo algoritmo r.geomorphons.
Mapa dos elementos geomorphons na voçoroca da área de estudo.
Mapa do Índice de Circularidade das áreas de avanço da voçoroca.
Considerações Finais
A ferramenta dos geomorphons se mostrou bastante eficaz quando utilizada imagem de
alta resolução espacial, sendo possível identificar as diferentes feições da
voçoroca. Apresentou consistência nos elementos gerados, apenas com a dificuldade
de estabelecer as áreas, ou flat, como já haviam constatado Capoane e De Souza
Amorim, (2022), quando utilizaram MDT com resolução espacial de 5m.
Na voçoroca estudada são observados predomínios de elementos geomorphons
distintos em porções da voçoroca, que refletem os processos que atuam com mais
intensidade. Desta forma, a relação forma e processo é evidenciado no mapeamento
destes elementos. De modo geral, o estudo dos geomorphons pode auxiliar na
compreensão dos mecanismos atuantes dentro de uma voçoroca sendo uma boa
ferramenta para classificar as formas internas de um processo erosivo complexo.
Agradecimentos
Os autores agradecem à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
(CAPES) pelo financiamento da pesquisa e a Universidade Federal de Santa Maria por
disponibilizar a infraestrutura para a realização da mesma.
Referências
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