MONITORAMENTO DE VOÇOROCAS POR SATÉLITES GPS EM ÁREAS DE AREIA QUARTZOSA PODZOLIZADA: PRAIA MOLE, FLORIANÓPOLIS - SC

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1 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 1 MONITORAMENTO DE VOÇOROCAS POR SATÉLITES GPS EM ÁREAS DE AREIA QUARTZOSA PODZOLIZADA: PRAIA MOLE, FLORIANÓPOLIS - SC LOPES, S.L (1) ; GUERRA, A.J.T. (2) ; (1) Empresa Transmissora de Energia Elétrica do Sul do Brasil S.A. - ELETROSUL - serlopes@eletrosul.gov.br; (2) Universidade Federal do Rio de Janeiro, Departamento de Geografia - guerra@igeo.ufrj.br RESUMO O presente trabalho apresenta a utilização do Sistema de Posicionamento Global - GPS e os métodos de posicionamento para o monitoramento e cadastro de feições erosivas (voçorocas), em áreas de areia quartzosa podzolizada. Alguns trabalhos foram desenvolvidos no passado para o acompanhamento do estado evolutivo da feição erosiva existente na área da Praia Mole, porém os equipamentos utilizados foram os chamados clássicos, limitados em alguns fatores tais como na obtenção do posicionamento geográfico preciso e dinâmico bem como na dependência de condições atmosféricas. O GPS mostra-se dinâmico e robusto para a coleta de dados em campo, apresentando integração total com o ambiente CAD/GIS, proporcionando ainda, informações precisas para a elaboração de mapas temáticos de grandes escalas. Palavras-chave: GPS, CAD, GIS, monitoramento de voçorocas ABSTRACT This paper shows how can the Global Positioning System be applied in monitoring soil erosion features such as gullies in a surrounding area of a beach called Mole in the northern part of Florianopolis City. During this decade many research works have been carried out in this area, in order to understand the evolution of the erosive processes. However, most methods applied have considered classical techniques, and therefore with some limitation factors, such as difficulties in obtaining an accurate and a dynamic geographical positioning, as well as dependency on atmospheric conditions. On the other hand, GPS has shown itself as a dynamic and a strong tool to gather field data. It can be also totally integrated with CAD/GIS environment, giving accurate information, in order to make great scale thematic maps. Key words: GPS, CAD, GIS, gully monitoring INTRODUÇÃO O presente trabalho tem por finalidade apresentar as técnicas de geoposicionamento aplicadas por receptores GPS, para o cadastro e monitoramento de feições erosivas (voçorocas). Essas técnicas estão diretamente vinculadas ao Sistema de Posicionamento Global - GPS e, vale ressaltar que este sistema apresenta uma dinâmica surpreendente em função da sua disponibilidade contínua, alta precisão e independência dos fatores atmosféricos. Foi através do GPS que conseguimos coletar informações acuradas em campo, podendo assim, além de monitorar e cadastrar a feição erosiva, alimentar um SIG com dados de fenômenos geográficos, elaborando posteriormente um mapa temático de risco detalhado da área estudada.

2 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 2 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO: ASPECTOS FÍSICOS, GEOLOGIA, GEOMORFOLOGIA E SOLO Inserida no Parque Municipal da Praia da Galheta, a Praia Mole situa-se na costa leste, porção central da Ilha de Santa Catarina, junto ao Oceano Atlântico, entre as localidades de Joaquina e Barra da Lagoa. Segundo HERMANN (1989, in NASCIMENTO, 1998), o relevo onde se localiza a Praia Mole: "é formado, ao norte, por morros com inclinação da ordem de 45, de rochas graníticas, cuja formação geológica é denominada de Granito Florianópolis da Suíte Intrusiva Valsungana, datada do Proterozóico Superior; ao sul e sudeste, parte do relevo é formado por sedimentos eólicos quaternários em forma de rampa, com inclinação de cerca de 10, por dunas estabilizadas, restinga e praia. SHIMIZUL et al. (1995, in CRUZ, 1998) descrevem os solos daquela localidade como podzólicos vermelho-amarelo álico. Concordando com esta classificação, NASCIMENTO (1998) completa que esta classe é descrita como formada por solos de constituição arenoquartzosas, compreendendo apenas as classes texturais areia e areia franca, de coloração amarelada e avermelhada e com horizonte A fracamente desenvolvido. Originam solos ácidos e pobres em nutrientes. CONCEITOS TEÓRICOS DE EROSÃO Para GALETI (1979, in GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO, 1989), o processo se traduz na desagregação, transporte e deposição do solo, subsolo e rocha em decomposição pelas águas, ventos ou geleiras. Para LOPES (1980, in GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO, 1989), a erosão é diferenciada de acordo com o agente erosivo (vento, água, gelo, gravidade, etc.), tipo ou origem (erosão por embate, erosão laminar, erosão de córregos, erosão em sulcos profundos ou ravinas) e natureza (geológica e acelerada). DEFINIÇÃO DE VOÇOROCA O processo responsável pela desagregação do solo, após a retirada da camada vegetal em sua superfície, é o impacto das gotículas de água da chuva (splash) que incidem diretamente sobre este. Com a desagregação dessas partículas, os sedimentos são transportados de um lugar para outro, através do escoamento superficial. Em períodos nos quais ocorrem enxurradas poderá ocorrer também erosão por escoamento concentrado, originando ravinas, podendo atingir a configuração de voçorocas na medida em que a erosão se aprofundar no terreno. Segundo GUERRA e GUERRA (1997), voçoroca pode ser compreendida por escavação ou rasgão do solo ou de rocha decomposta, ocasionado pela erosão do lençol de escoamento superficial. Suas características físicas associam-se a paredes laterais íngremes e geralmente possuem fundo chato no qual ocorre fluxo de água no seu interior durante eventos chuvosos. Vale salientar que uma voçoroca poderá alcançar a uma profundidade tal chegando a atingir o limite do lençol freático. Segundo o Glossário de Ciências dos Solos, dos Estados Unidos (1987, in GUERRA, 1997), as voçorocas possuem mais de 0,5 m de largura e de profundidade, podendo chegar a mais de 30 m de comprimento.

3 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 3 Figura 1: Vista parcial da voçoroca Praia Mole Florianópolis/SC A condição cênica apresentada na Figura 1 contrasta com a paisagem, evidenciando um processo erosivo acelerado, provocado pelo homem em épocas que não enfatizava-se as conseqüências de determinada estrutura diante dos aspectos ambientais. Alguns anos se passaram e o processo erosivo, iniciado pelo homem, ainda continua em estágio de progressão. METODOLOGIA Sistema RELIANCE O Reliance é um sistema versátil desenvolvido pela ASHTECH na década de 90, que permite o usuário coletar informações dos satélites GPS em campo, através de diversos níveis de precisão durante uma única sessão de rastreio. Este sistema está condicionado a atribuir, para o geoposicionamento das feições de campo, precisões da ordem submétrica, decimétrica e também centimétrica. No entanto para o monitoramento e cadastro realizados na área da voçoroca da Praia Mole, concluímos que a condição decimétrica seria satisfatória, mesmo porque uma voçoroca poderá evoluir muito mais que 10 cm num período de 11 meses, intervalo de tempo das primeiras medições que realizamos na área de estudo. Para obter-se precisões decimétricas alguns requisitos deverão ser obedecidos: 1. O receptor base deveria estar instalado em um referencial geodésico conhecido; 2. Deveria haver um mínimo de 5 satélites comuns para os receptores base e móvel, sintonizados continuamente por 15 minutos, no mínimo, antes de iniciar a sessão de rastreio; 3. A linha de base deveria ser menor que 30 km; 4. PDOP menor que 3.5 nos primeiros 30 minutos de rastreio.

4 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 4 Figura 2: Sistema RELIANCE A Figura 2 apresenta o sistema RELIANCE com seus periféricos: antena receptora dos sinais GPS, mochila para trabalhos dinâmicos, controladora de funções de campo e caderneta eletrônica para anotações em campo. Métodos utilizados para a obtenção do posicionamento geográfico O Sistema de Posicionamento Global permite identificar geograficamente feições e pontos com grande acurácia, porém, dependendo da precisão a ser obtida o operador deverá adotar o método de posicionamento mais adequado para o georreferenciamento necessário. ROCHA (2000) salienta que existem, basicamente, seis métodos de medições com o GPS: Estático; Rápido Estático; Reocupação; Stop and Go; Cinemático e DGPS. Para o cadastro e monitoramento da voçoroca da Praia Mole adotamos dois dos seis métodos mencionados anteriormente. Estes satisfizeram nossas necessidades quanto aos aspectos de precisão e agilidade na coleta de dados em campo. Para feições pontuais como árvores, postes, etc., adotamos o método cinemático stop and go, ou conhecido também como semi-cinemático. Este método permitiu que precisões melhores que 10 cm fossem alcançadas para o georreferenciamento em campo de árvores, valetas de contenção de águas pluviais, postes e o cadastro da estação de coleta de dados de precipitação. Para o registro gráfico do contorno da borda da voçoroca, estradas existentes e canais de contribuição da feição erosiva, utilizamos o método cinemático. As precisões alcançadas também foram melhores que 10 cm, satisfazendo assim nossa necessidade. Contudo a observação destas precisões só pôde ser visualizada após o processamento dos dados coletados em campo, no software de processamento de informações GPS.

5 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 5 Figura 3: Contorno da borda por receptor GPS A Figura 3 apresenta o operador cadastrando o contorno da feição erosiva, utilizando-se de receptores GPS, e aplicando o método cinemático, a fim de obter boa acurácia no pósprocessamento. Notar também o solapamento havido na parede da voçoroca pela intensidade das águas das chuvas, o qual provoca posteriores desmoronamentos das mesmas, permitindo, com isso, a progressão da feição erosiva, que é monitorada pelo método aqui adotado. Processamento dos dados coletados em campo Após a coleta dos dados de campo com os receptores RELIANCE, esses deveriam ser processados a fim de verificar-se a acurácia obtida para cada feição cadastrada. O pósprocessamento se dá através da utilização do software que acompanha os receptores, no caso dos receptores RELIANCE/ASHTECH o software de processamento das informações GPS é o RELIANCE PROCESSOR. A diferença entre dados processados e não processados, é que as posições das feições nos dados processados são muito mais precisas. Filtros e outros acessórios serão aplicados da mesma forma independente da precisão da posição (ASHTECH, 1997).

6 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 6 Figura 4: MAP VIEW do software RELIANCE PROCESSOR A Figura 4 apresenta o MAP VIEW do software RELIANCE PROCESSOR, e este indica as precisões pós-processadas de uma feição pontual cadastrada pelo receptor RELIANCE na área da voçoroca da Praia Mole. Vale ressaltar que este levantamento foi realizado em julho de Elaboração do mapa temático através de dados coletados por receptores GPS Um mapa deve constituir-se num conjunto harmonioso de símbolos, letras e cores, de modo que a sua mensagem possa ser entendida com facilidade. É fundamental ressaltar que a complexidade para elaborar um mapa está vinculada diretamente à coleta dos dados, conhecimento das técnicas, softwares utilizados para o tratamento das informações, representação dos fenômenos geográficos, bem como, também, decisões finais para a representação geral do mapa. Vale ressaltar ainda que a interpretação dos fenômenos geográficos requer muita habilidade do profissional da área de cartografia em assimilar conhecimentos dos vários instrumentos dispostos no mercado contemporâneo. A coleta de dados está contida na complexidade para elaborar um determinado mapa temático, as precisões das entidades geográficas levantadas em campo deverão estar o mais coerente possível, proporcionando a proximidade do seu posicionamento real. Também devemos levar em consideração a escala que iremos representar as feições levantadas em campo. Quando a escala for pequena, precisões GPS na casa do metro serão satisfatórias, já para o caso da representação em escalas grandes deverá ser observada a condição melhor que 1 metro, dependendo do caso. Para os levantamentos realizados na voçoroca da Praia Mole foram obtidas precisões, pós-processadas, com detalhamento maior que 10 centímetros, atribuídas para a maioria das entidades geográficas cadastradas. Essa precisão possibilitou que a escala de representação cartográfica em papel fosse 1:400, conforme mostra a Figura 5.

7 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 7 Tabela 1 RESULTADOS E DISCUSSÕES MEDIÇÕES PONTOS MÊS/ANO RECUO (m) 1ª Medição A Julho/ ª Medição A Junho/2000 1,25 1ª Medição B Julho/ ª Medição B Junho/2000 1,73 1ª Medição C Julho/ ª Medição C Junho/2000 1,24 1ª Medição D Julho/ ª Medição D Junho/2000 0,89 1ª Medição E Julho/ ª Medição E Junho/2000 0,49 Observando a tabela 1 é perceptível que os recuos havidos nos 5 pontos de maior evolução (Figura 5) foram detectados a partir dos levantamentos executados pelos receptores GPS numa escala temporal de 11 meses. Vale ressaltar que o 0 (zero) marca a primeira medição realizada na borda da voçoroca em julho de A condição de associar o monitoramento de feições erosivas pela técnica do posicionamento por satélites GPS é efetivamente aplicável, porém, para que se possa adquirir resultados satisfatórios é necessário o conhecimento de como aplicar essa tecnologia. A E C D B Figura 5: Mapa temático apresentação AutoCAD MAP As feições que não obtiveram precisões melhores que 10 centímetros optamos por refazê-las, observando previamente, no planejamento da missão, a melhor condição para a diluição da precisão (DOP). A observação desse parâmetro para levantamentos com

8 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 8 receptores GPS permite que o usuário melhore consideravelmente, as precisões em campo, dependendo da limitação do aparelho. O processo para a elaboração do mapa temático através de dados coletados por receptores GPS segue alguns passos. Primeiro, logo após o processamento e observação das precisões dos dados coletados, deve-se exportar o arquivo de pontos para o software de edição gráfica, isso se faz necessário devido ao fato do MAP VIEW do software RELIANCE PROCESSOR ser limitado para a edição gráfica, este software tem a finalidade somente de disponibilizar uma visualização prévia do levantamento cadastral realizado. O software RELIANCE PROCESSOR permite exportar os arquivos de pontos em várias extensões tais como ASCII, TXT, DXF, MIF, SHAPE e GEN. Para a exportação do mapa temático em questão utilizamos a extensão DXF. A nuvem de pontos do arquivo DXF abre perfeitamente no software AutoCAD MAP 2000i, e após alguns ajustes o arquivo está pronto para a edição das feições cadastradas. CONCLUSÕES Apesar de estar limitado em áreas de areia quartzosa, esse trabalho apresentou as técnicas aplicadas para o monitoramento e cadastro de feições erosivas, havendo grande possibilidades dessas aplicações serem utilizadas em áreas com características diferentes. O sistema GPS apresentou-se dinâmico, preciso e robusto para a coleta de dados de campo, sobretudo, apresentou também, integração total com o software AutoCAD MAP 2000i, permitindo com isso o tratamento e o gerenciamento das informações geográficas. Este software, por tratar-se de um SIG, possibilitou o cruzamento de informações gráficas, dinamizando assim respostas às pesquisas necessárias. O geoprocessamento possui, além do GPS e do SIG, outras ferramentas que proporcionam resultados surpreendentes para análise e tomada de decisões das questões ambientais pendentes de resolução. As observações também vincularam-se às medições que foram executadas para o posicionamento de pontos ao longo do canal da voçoroca. Vale ressaltar que a feição erosiva estudada possui dimensões da ordem de 17 metros de largura e quase a mesma dimensão de profundidade. A partir do momento que o usuário de receptores GPS não observar o horizonte disponível para o rastreio, este poderá comprometer não só a determinação da altitude, mas também haverá um comprometimento para a determinação da latitude e longitude do ponto. Porém verificou-se que para a determinação das coordenadas dos pontos ao longo do canal da voçoroca foi inviável a utilização deste receptor com um bastão de apenas dois metros, pois a voçoroca possui uma profundidade de aproximadamente 17 metros, muito superior à altura do bastão utilizado. Do ponto de vista dinâmico o receptor RELIANCE mostrou-se perfeito, cadastrando feições pontuais com apenas 20 segundos de ocupação, a precisão obtida através do processamento das informações foi da ordem de 3 centímetros para o eixo E, 3 centímetros para o eixo N e 7 cm para a determinação da altitude elipsoidal, conforme verifica-se na Figura 4, observadas no monitoramento realizado em julho de O equipamento também apresentou integração total com o software AutoCAD MAP 2000i, permitindo com isso o tratamento e o gerenciamento das informações geográficas coletadas em campo. O vínculo de tecnologias para a resolução de problemas ambientais é importante nos dias de hoje, em função da rapidez em que determinados dados são tratados e posteriormente disponibilizados. Essa condição permite que decisões sejam tomadas com mais segurança e coerência.

9 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 9 Para o monitoramento do avanço de voçorocas, essa metodologia se mostrou bastante precisa. Além disso, esse trabalho procurou mostrar como uma técnica que já vem sendo utilizada em vários outros campos do conhecimento, pode também ser empregada na melhor compreensão das feições erosivas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASHTECH. Manual do Software RELIANCE PROCESSOR, Rio de Janeiro, 1997, 142 p. CONTROLE DE EROSÃO - 4 Simpósio Nacional de Controle de Erosão Marília, São Paulo, (Anais) CRUZ, O. A Ilha de Santa Catarina e o Continente próximo: Um estudo de geomorfologia costeira. Florianópolis SC, Ed. da UFSC, 1998, 276 p. GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO. Secretaria de Energia e Saneamento, Departamento de Águas e Energia Elétrica. Controle de erosão. São Paulo, (Apostila) GUERRA, A.J.T. e CUNHA, S.B. Geomorfologia: Uma Atualização de Bases e Conceitos. Editora Bertrand Brasil. Rio de Janeiro, GUERRA, A.T. e GUERRA A.J.T. Dicionário Geológico-Geomorfológico. Editora Bertrand Brasil. Rio de Janeiro, GUERRA, A.J.T. Erosão de Solos Impactos Ambientais Rurais e Urbanos. Rio de Janeiro, NASCIMENTO, Eloisa E. D. J.. Contribuição ao estado de processos de erosão acelerados em áreas de sedimentos costeiros poligenéticos. Florianópolis SC, T394 (Dissertação de Mestrado) ROCHA, C.H.B. Geoprocessamento Tecnologia Transdiciplinar. Juiz de Fora. Minas Gerais, 2000, 219 p.