DIAGNÓSTICO DA DINÂMICA DO USO E OCUPAÇÃO DA TERRA, EM ÁREAS DE PRESERVAÇÃO PERMANENTE DA BACIA DO RIO DOS MACACOS, MUNICÍPIO DE PARACAMBÍ - RJ

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1 DIAGNÓSTICO DA DINÂMICA DO USO E OCUPAÇÃO DA TERRA, EM ÁREAS DE PRESERVAÇÃO PERMANENTE DA BACIA DO RIO DOS MACACOS, MUNICÍPIO DE PARACAMBÍ - RJ Guilherme Ramos de Paula 1 Alessandra Carreiro Baptista 2 Leandro Andrei Beser de Deus 2 Paula Debiasi 2 Mauro Antonio Homem Antunes 2 1 Unisafe consultoria g.ramosdepaula@yahoo.com.br 2 UFRRJ Instituto de tecnologia Departamento de engenharia acb.publicar@gmail.com RESUMO As áreas de preservação permanente são um valioso artifício para a manutenção das características vegetais e suas respectivas funções ambientais, regulando e limitando o uso e ocupação das áreas de interesse ambiental. Com a finalidade de analisar a evolução da ocupação nas áreas de preservação permanente (APPs) da bacia hidrográfica do Rio dos Macacos, localizada no município de Paracambí RJ, foram utilizadas técnicas de geoprocessamento para identificação automática de tais áreas e avaliação da dinâmica do uso da terra nas mesmas. O estudo se deu pela interpretação de imagens Landsat e pela geração automática das áreas de preservação permanente, baseando-se no modelo digital de elevação hidrologicamente consistido, elaborado a partir das curvas de nível de cartas topográficas elaboradas pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística). Para estudar a dinâmica do uso da terra foram analisadas cinco épocas distintas, com intervalo médio de sete anos entre as imagens. Cada imagem foi classificada, sendo identificados quatro usos distintos: Mata, Solo Exposto, Área Urbana e Pastagem. Utilizou-se para a análise das imagens o software Spring e para a quantificação do uso da terra nas APPs os softwares ArcGIS e QGIS. Como resultados, apresentam-se a variação de cada classe do uso da terra nos diferentes tipos de APPs na bacia hidrográfica estudada. Palavras-Chave: Áreas de Preservação Permanente; Uso da Terra; Geoprocessamento. ABSTRACT The Environmental Protection Areas (EPA) are a valuable device for the maintenance of plant and their environmental characteristics functions, regulating and limiting the use and occupation of the areas of environmental interest. In order to analyze the evolution of occupation in environmental protection areas (EPA) of the Rio dos Macacos, in the count of Paracambí State of Rio de Janeiro (Southeast Brazil), GIS techniques were used for automatic identification of such areas and assessing the dynamics of the landuse in the study. This paper was done through the interpretation of Landsat images and the automatic generation of environmental preservation areas, based on the digital elevation model consisted hydrologically, drawn from the contour topographic maps prepared by the IBGE (Brazilian Institute of Geography and Statistics). The landuse dynamics of five different times were analyzed, with a interval of seven years between the images. Each image was classified, and identified four distinct uses: Forest, Exposed Soil, Urban Area and Pasture. The Spring software was used for image analysis and ArcGIS and QGIS software were used for the quantification of landuse in EPA. As results, were present the variation of each class of land use in different types of APPs in the watershed. Keywords: Environmental Protection Areas; Landuse; Geoprocessing. 1

2 1. INTRODUÇÃO A Terra é um ambiente dinâmico, de eterna mutação, que responde aos estímulos naturais e antrópicos. As necessidades da vida humana fazem com que a interação e a manipulação da natureza seja inevitável, modificando e transformando o espaço de acordo com a necessidade ou conveniência. As intervenções no ambiente causam um desequilíbrio nos sistemas naturais, tornando-os mais frágeis a cada dia e consequentemente instáveis. O levantamento do uso e ocupação da terra demonstram a tendência e organização das atividades antrópicas na bacia hidrográfica do Rio dos Macacos que, apesar de não ser a bacia hidrográfica mais importante no tocante à produção de água, são expressivas as descargas sólidas, uma vez que seu cenário ambiental foi determinado pelos diversos ciclos econômicos regionais (LEMOS et.al, 2009). O código florestal de 1965 instituiu as áreas de preservação permanente (APPs), como um artificio para a proteção da biodiversidade e manutenção dos sistemas ecológicos, com enfoque na conservação do solo e na manutenção da qualidade dos recursos hídricos. A utilização de produtos de Sensoriamento Remoto aliado a técnicas de Geoprocessamento tem trazido maior rapidez e eficácia e vários trabalhos consideram esta abordagem (CALDAS, 2006; SALAMENE, 2007). O presente trabalho apresenta o uso da terra nas áreas de preservação permanente, bem como a analise da dinâmica das modificações ao longo dos últimos vinte e oito anos, baseando-se em ferramentas de geoprocessamento para a delimitação automática das APPs e determinação do uso da terra, com base na legislação ambiental vigente, para a bacia hidrográfica do Rio dos Macacos, localizada no município de Paracambi, estado do Rio de Janeiro Estudo da dinâmica do uso da terra nas áreas de preservação permanente O processo de urbanização das cidades brasileiras ocorreu de forma acelerada e irregular (ROSÁRIO et. al 2013), e teve como consequência o uso indiscriminado e da terra causando degradação e impactos ambientais negativos cada vez mais significativos (RIBEIRO; CARVALHO, 2013). Os cenários ambientais construídos ou transformados pela ação do homem ocupam a maior parte dos sistemas ambientais. O homem transforma os espaços através de derrubadas de matas, da implantação de pastagens e cultivos, da construção de estradas, portos aeroportos, represas, da retificação e canalização de curso d água, da implantação de indústrias e áreas urbanas. (FLORENZANO, 2002). O levantamento do Uso do Solo torna-se fundamental e é de grande utilidade para o conhecimento atualizado das formas e padrões de uso e de ocupação do espaço, constituindo importante ferramenta de auxílio ao planejamento de políticas públicas e ambientais e de orientação à tomada de decisão (IBGE, 2006) Utilização geoprocessamento na dinâmica do uso da terra A utilização de técnicas computadorizadas baseadas em produtos de sensoriamento remoto e técnicas de geoprocessamento têm ganhado grande importância, pois substituem com vantagem os métodos manuais tradicionalmente utilizados (RIBEIRO et. al, 2002). É grande o número de trabalhos que utilizam geotecnologias para a delimitação de APP e determinação de conflitos no uso da terra. Costa et al. (1996) identificaram APPs e elaboraram um diagnóstico qualitativo e quantitativo de uso da terra em uma área no município de Viçosa, Minas Gerais. Também nesse município, Soares et al. (2002) avaliaram as áreas de uso inadequado da terra em uma microbacia por meio de restituidor fotográmétrico para determinação de APPs e Oliveira (2002), por meio de técnicas de geoprocessamento, conseguiu delimitar de maneira automatizada as APPs situadas nos topos do morro e em linhas de cumeada. Sturm et al. (2004) analisaram a ocupação em APPs situadas na área urbana do município de Matinhos, PR por meio de imagens do sensor IKONOS II, usando o método de segmentação. Valério Filho et al.,1997 apud PIROLI et al., 2002 enfatizam que apesar da dificuldade no detalhamento devido as limitações técnicas, os produtos de sensoriamento remoto aliados as técnicas de geoprocessamento são ferramentas de grande utilidade, na analise da dinâmica do uso da terra em nível de bacia hidrográfica. 2. IDENTIFICAÇÃO DAS ÁREAS DE PRESERVAÇÃO PERMANENTE (APPs) Foi analisada a ocupação da APPs na bacia hidrográfica do Rio dos Macacos, importante efluente do rio Guandu, que se localiza no município de Paracambi, Rio de Janeiro. Para a delimitação das APPs foram utilizadas técnicas automatizadas baseadas em geoprocessamento, aplicadas sobre o modelo digital de elevação hidrologicamente consistido (MDEHC) gerado para a bacia hidrográfica a partir da altimetria em forma vetorial, obtida das cartas em escala 1: disponibilizadas pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2006) Geração do MDEHC Para a geração do MDEHC da bacia hidrográfica do Rio dos Macacos foram utilizadas curvas de nível, com equidistância vertical de 20 metros e pontos cotados como informação altimétrica. As informações hidrográficas utilizadas passaram por um pré-processamento onde foi orientado o sentido de fluxo, de montante para jusante, além de 2

3 serem corrigidas inconsistências topológicas, tais como, vetores de hidrografia cortando duas vezes a mesma curva de nível e simplificação das bordas duplas de rios existentes. Com a hidrografia corrigida e as informações altimétricas foi interpolado o modelo digital de elevação, através do interpolador Topo to Raster, esse interpolador foi desenvolvido para este fim, sendo baseado no software ANUDEM de Michael Hutchinson (1988, 1989) (ESRI, 2010). Foi necessário ainda submeter o modelo a um pós-processamento para preenchimento das depressões espúrias presentes no modelo. Devido à topografia da bacia, principalmente próximo a foz, apresentar grandes áreas planas foi necessário realizar o aprofundamento da hidrografia vetorial após a geração do modelo para que a delimitação da bacia ocorresse de forma correta. Para o aprofundamento utilizou-se a metodologia proposta por CHAVES (2002), na geração de modelos digitais de elevação para a bacia amazônica Delimitação da bacia hidrográfica A bacia do rio dos macacos foi determinada de modo computacional, utilizando-se ferramentas de análise hidrológica implementadas no software ArcGIS. A bacia hidrográfica foi delimitada a partir da direção de escoamento extraída do MDEHC do município identificando-se manualmente apenas o exutório do Rio dos Macacos Delimitação das APPs Baseando-se no MDEHC e na hidrografia vetorial foram geradas todas as áreas de preservação permanente. Para a as APPs relativas à hidrografia e nascentes foi utilizada a ferramenta buffer com as distâncias de 30 e 50 metros, respectivamente, de acordo com a legislação vigente, considerando-se como nascente o ponto inicial de cada ramo da hidrografia. A atribuição da distância de 30 metros para a APPs de hidrografia foi possível, pois a seção mais larga do Rio dos Macacos não ultrapassou 10 metros de largura, logo não houve prejuízo com a generalização da largura. Para a determinação das APPs relativas à declividade foi gerado, primeiramente, o modelo de declividade para toda a bacia hidrográfica. A partir do modelo de declividade foram identificadas as áreas com declividade superior a 45, como indica o Código Florestal Brasileiro. A classe de APPs relativa ao topo de morro foi delimitada com base no processo descrito por Ribeiro et. al (2002). Após a geração das quatro classes de APPs, estas foram unificadas de modo a se evitar possíveis sobreposições, que levariam a uma quantificação errônea na determinação dos usos e ocupações nas APPs. 3. IDENTIFICAÇÃO DA DINÂMICA DO USO DA TERRA NAS APPs A dinâmica do uso da terra na bacia hidrográfica do Rio dos Macacos foi determinada a partir da interpretação de imagens Landsat 5, 7 e 8, sensores TM, ETM+ e OLI, respectivamente, em cinco épocas distintas: 1985, 1994, 2001, 2005 e 2013, todas obtidas na mesma estação do ano, outono. A imagens do sensor OLI foram reescalonadas para 8 bits de forma a compatibilizá-las às demais. Foram analisados os temas: Mata, Pastagem, Solo Exposto e Área urbana, para tal foi realizada a classificação supervisionada das imagens utilizando o algoritmo Máxima Verossimilhança, adotando como limiar 99%. As amostras de treinamento foram selecionadas na imagem de 2001 e utilizadas para a classificação de todas as outras imagens. Utilizou-se como parâmetro para aceitação das classificações um índice KAPPA maior que 85% (CONGALTON; GREEM, 1998). Para cada imagem foi calculada a área ocupada por cada classe dentro das áreas de preservação permanente, para posterior avaliação da dinâmica da ocupação dessas áreas, analisando-se cada classe de ocupação em separado Análise da ocupação das APPs Para a quantificação do uso da terra em cada ano foram utilizados mapas temáticos da bacia hidrográfica contendo as quatro classes de uso da terra utilizadas neste estudo. Os mapas de uso da terra de cada ano foram recortados e analisados os usos apenas nas regiões pertencentes às áreas de preservação permanente delimitadas. Cada classe de uso da terra foi quantificada e mensurada em cada classe de APPs e na bacia como um todo. Esse processo foi realizado nas cinco épocas estudadas e ao longo do intervalo de estudo, com a finalidade de se obter um panorama sobre as mudanças ocorridas em cada classe de APPs no que diz respeito a cada classe de uso estudada. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO Como resultado, obteve-se os mapas contendo as áreas de preservação permanente na bacia hidrográfica, referentes à hidrografia, nascentes, declividade e topo de morro, além de cinco mapas de uso e ocupação da terra. A bacia hidrográfica do Rio Macacos possui 1624,24 ha de áreas de preservação permanente, correspondendo a 21,79% da área de toda a bacia. Há a predominância de APPs em topo de morro, 75,22% da área total de APPs, localizadas principalmente na porção central da bacia, onde há a predominância de relevo acidentado (Fig. 1). 3

4 Fig. 1 APP topo de morro. A APPs nas margens de rios (Fig. 2), ocupa 20,55% da área total de APPs na bacia hidrográfica, sendo predominantemente em área urbana, característica do município de Paracambi que se desenvolveu entorno do Rio Macacos. Fig. 2 APP hidrografia. A classe de APPs referente à declividade (Fig. 3), representa 3,34% do total, estando distribuída de forma homogênea por toda a bacia hidrográfica. 4

5 Fig. 3 APP declividade A menor proporção representada pela APPs referente às nascentes (Fig. 4), 0,89%. Fig. 4 APP nascentes A partir das áreas de preservação permanente delimitadas e das cinco imagens classificadas foram quantificados os uso em cada tipo de APPs. Das quatro classes de uso da terra analisadas a classe Mata foi a que sofreu menor alteração em todas as categorias de APPs estudadas (Fig. 5), apresentando a menor variação na área ao longo do intervalo de tempo estudado. De modo geral, a classe Mata é predominante nas áreas de preservação permanente, com exceção das APPs referentes à hidrografia, aonde a classe Pastagem chega a superar em área a classe Mata. 5

6 Fig. 5 - Evolução da classe de uso Mata. A classe Área Urbana apresentou significativa diminuição ao longo dos anos (Fig. 6), vista principalmente nas APPs referentes à hidrografia, topo de morro e nascentes, tendo grande crescimento na APPs referente à declividade, que apresentou aumento de 125%. Fig. 6 - Evolução da classe de uso Área Urbana. A classe Solo Exposto manteve-se estável nas classes de APPs topo de morro e declividade, manifestando poucas alterações ao longo do período estudado (Fig. 7), em torno de 4%, na classe hidrografia houve diminuição de 41% na área ocupada, enquanto que nas APPs ao redor de nascentes houve um aumento de 24%. 6

7 Fig. 7 Evolução da classe de uso Solo Exposto. A classe pastagem apresentou crescimento em todas as APPs, principalmente nas APPs referentes às nascentes onde o aumento foi 75% entre 1985 e 2013, seguida pela APPs em topo de morro que apresentou um crescimento de 30%, a APPs de hidrografia com aumento de 21% e a APPs de declividade com aumento de 14% (Fig. 8). Fig. 8 Evolução da classe de uso Pastagem. A TABELA 1 sintetiza a proporção de crescimento desde 1985, início da analise, até TABELA 1- VARIAÇÃO DO USO DA TERRA POR CLASSE DE APPS. Mata Pastagem Área Urbana Solo Exposto Topo de morro -1,6% 30,4% -84,4% -4,1% Declividade -4,7% 13,8% 125,0% 3,1% Hidrografia 9,1% 21,7% -45,0% -41,1% Nascentes -5,2% 75,1% -37,9% 23,8% 5. CONCLUSÕES A utilização de produtos de sensoriamento remoto e técnicas automatizadas de delimitação de áreas de preservação permanente permitiram uma avaliação rápida e eficiente do uso e ocupação da terra na bacia estudada, o que, consequentemente, tornou mais acessível uma analise temporal da dinâmica desta ocupação. As técnicas de processamento de imagem empregadas e as ferramentas de geoprocessamento necessárias são de fácil utilização, e foram realizadas principalmente em software livre, o que tornou esta metodologia de fácil 7

8 implementação, sendo adequado ao monitoramento de diferentes tipos de área de preservação ambiental, por órgãos governamentais e empresas. Os dados analisados mostraram que há uma tendência crescimento das áreas de pastagem na bacia hidrográfica do Rio dos Macacos, seguida por um retrocesso na ocupação urbana. A utilização de imagens Landsat não permitiu uma interpretação minuciosa do uso e ocupação da terra, devido a sua baixa resolução espacial, impossibilitando a diferenciação de objetos com área superior a 900 m². Dessa forma, indica-se para melhores resultados, imagens com melhor resolução espacial, principalmente quando a análise for realizada em pequenas áreas de estudo. Recomenda-se a analise em escalas maiores, para uma melhor diferenciação das classes bem como imagens com melhor resolução espectral, o que tornaria mais evidente a diferenciação entre os alvos. AGRADECIMENTOS Agradecemos à ESRI pela disponibilidade da licença student do ArcGIS e aos desenvolvedores do Quantum GIS e Sistema SPRING, INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais). REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS CALDAS, A.J.F. da S. Geoprocessamento e análise ambiental para determinação de corredores de hábitat na Serra da Concórdia, Vale do Paraíba RJ. 110p. Dissertação (Mestrado em Ciências Ambientais e Florestais). Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, CHAVES, M., DE A. Modelos Digitais de Elevação Hidrologicamente Consistentes Para a Bacia Amazônica p. Tese (Doutorado em Ciência Florestal) Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, CONGALTON, R. G. GREEN, K. Assessing the accuracy of remotely sensed data: Principles and Practices. New York: Lewis Publishers, p. COSTA, T. C. C., SOUZA, M. G., BRITES, R. S. Delimitação e caracterização de áreas de preservação permanente por meio de um Sistema de Informações Geográficas (SIG). Revista Árvore.Viçosa - MG, v.20, n.1, p , ESRI Environmental Systems Research Institute, Inc. ArcGIS Professional GIS for the desktop, versão CA FLORENZANO, T G. Imagens de satélites para estudos ambientais. São Paulo: Oficina de Textos, IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Manual Técnico de Uso da Terra. 2ª edição, Rio de Janeiro, Disponível em: < Acesso em: 05 set LEMOS, R.M.A. et al. Dinâmica de enchentes na bacia hidrográfica do rio dos macacos, RJ, Brasil. In: CONGRESSO DE ECOLOGIA DO BRASIL, 9., 2009, São Lourenço. Anais... São Lourenço: SEB, p. 1-3 OLIVEIRA, M. J. Proposta metodológica para delimitação automática de Áreas de Preservação Permanente em topos de morro e em linha de cumeada p. Dissertação (Mestrado em Ciência Florestal) Universidade Federal de Viçosa, Vicosa, Piroli, E. L.; Becker, E. L. S. Bolfe, E. L. Pereira, R. S. Análise do uso da terra na microbacia do Arroio do Meio Santa Maria RS, por sistema de informações geográficas e imagem de satélite. Ciência Rural, Santa Maria, v. 32 n. 3, p , RIBEIRO, C. A. A. S.; OLIVEIRA, M. J.; SOARES, V. P.; PINTO, F. A. C., Delimitação automática de áreas de preservação permanente em topos de morros e em linhas de cumeada: metodologia e estudo de caso. In: SEMINÁRIO DE ATUALIZAÇÃO EM SENSORIAMENTO REMOTO E SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS APLICADAS À ENGENHARIA FLORESTAL, 5., Curitiba, PR. Anais...Curitiba, p. ROSÁRIO, L. S.; CRUZ, C. B. M.; TAVARES, A. C. A.; ZANI, M. V.; CONCEIÇÃO, T. S.; ROTUNNO FILHO, O. C. Mapeamento de cobertura e uso da terra utilizando a análise baseada em objeto: estudo de caso da bacia do rio 8

9 Piabanha, região serrana do RJ, escala 1: In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 16. (SBSR), 2013, Foz do Iguaçu. Anais... São José dos Campos: INPE, p Disponível em: < Acesso em: 09 jan SOARES, V. P.; MOREIRA, A. A.; RIBEIRO, J. C.; RIBEIRO, C. A. A. S.; SILVA, E. Avaliação das áreas de uso indevido da terra em uma micro-bacia no município de Viçosa, MG, através de fotografias aéreas e Sistemas de Informação Geográfica. Revista Árvore, v. 26, n. 2, p , STURM, S.; ANTUNES, A. F.; LINGNAU, C. BAHR, H. P. Análise da ocupação em Áreas de Preservação Permanente (APPs) na área urbana do município de Matinhos utilizando a imagem Ikonos II. In: COLÓQUIO BRASILEIRO DE CIÊNCIAS GEODÉSICAS, 3., Disponível em: < com/documents/publications/uli.pdf>. Acesso em: 19 jan SALAMENE, S. Estratificação e caracterização ambiental da Área de Preservação Permanente do rio Guandu, RJ f. Dissertação (Mestrado em Ciências Ambientais e Florestais). Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, RJ,