Análise multitemporal da linha de costa para avaliação da evolução costeira na região de Icapuí/CE, Nordeste brasileiro, no período de 1984 a 2011

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1 Análise multitemporal da linha de costa para avaliação da evolução costeira na região de Icapuí/CE, Nordeste brasileiro, no período de 1984 a 2011 Dillano Rodrigues Bastos Ximenes 1 Michael Vandesteen Silva Souto 1 Cynthia Romariz Duarte 1 1 Universidade Federal do Ceará - UFC/DEGEO Caixa Postal Fortaleza-CE, Brasil {dillanorodrigues}@yahoo.com.br; {michael.souto, cynthia.duarte}@ufc.br Abstract. The increased erosion coastal by hidrodynamics processes can cause the severe damage to cities and villages coastal. Aiming to qualify and quantify this dynamic to Icapuí city, in the State of Ceará, were used remote sensing techniques with use of the multispectral imagery from Landsat 5 - TM and Landsat 7 - ETM+, available on the website of the Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). The multitemporal images were used between the years 1984 and For evolutionary analysis, three dates at intervals of nine years between them were chosen and treated with techniques Digital Image Processing (DIP), through especific software to highlight the superficial information, in this case the shoreline. RGB compositions were generated to improve the limit of the shoreline and were vectorized in GIS. After the vectores were crossed to identify erosion and deposition areas. The series of comparisons allowed the evolutionary analysis of Icapui's littoral in the 27 years evaluated. made there between. The results showed a trend of progradation of the coast, even if there is erosion in some places. Palavras-chave: remote sensing, geoprocessing, shoreline, sensoriamento remoto, geoprocessamento, linha de costa. 1. Introdução Diversas regiões da costa brasileira estão sendo submetidas aos efeitos dos processos erosivos nas últimas décadas (Muehe, 2006). Para análise da erosão costeira a utilização de dados históricos (multitemporais), como o uso de imagens orbitais, possibilita acompanhar as modificações na morfologia costeira por meio da linha de costa (Souto, 2009). O uso do Sistema de Informações Geográficas (SIG) permite vetorizar, integrar e analisar, num meio digital, os dados multitemporais da linha de costa para análise da evolução costeira (Amaro et al., 2012). Segundo Bird (2008), a linha de costa é definida como o limite máximo da maré alta e superfície subárea não alcançada pelas marés, exceto em ocasiões especiais como tempestades e tsunamis. Souto (2009) determinou que a linha de costa é o limite entre as porções úmidas e secas visíveis in situ nas praias, em fotografias de baixa altitude e também em imagens orbitais de média a alta resolução espacial. Imagens da série Landsat 5 e Landsat 7, além de ter uma série histórica disponível gratuitamente na internet, possibilitam extrair a linha de costa após o realce das porções úmidas e secas nas imagens por meio de técnicas de Processamento Digital de Imagens (PDI). No município de Icapuí, localizado no litoral Leste do Estado do Ceará (Figura 1), foram identificados processos erosivos costeiros e inicialmente caracterizados como sendo ocasionado pelas marés mais elevadas (Muehe, 2006). A região de Icapuí é caracterizada por um litoral diversificado geomorfologicamente, com presença de cordões arenosos, de praias arenosas, de falésias e de um estuário num trecho de apenas 64 km de extensão. O município faz limite com o Estado do Rio Grande do Norte, que possui um histórico de pesquisas quanto à erosão costeira (Souto, 2009; Santos, 2011; Franco et al., 2012). Com base nestas informações, o principal objetivo deste trabalho é fazer a análise evolutiva do litoral do município de Icapuí/CE, utilizando dados multitemporais, por meio dos dados históricos de sensores remotos, e da aplicação de técnicas de geoprocessamento. Os resultados obtidos serão integrados num banco de dados e associados as informações de 1618

2 estudos realizados anteriormente em regiões próximas pelo grupo de pesquisa do Laboratório de Geoprocessamento (GEOPRO) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). Figura 1. Mapa de localização e principais vias de acesso da área investigada. Topografia gerada a partir do modelo digital do terreno (SRTM). 2. Metodologia de Trabalho A metodologia adotada neste trabalho consistiu parte das técnicas desenvolvidas por Amaro et al. (2012), que foi dividida aqui em quatro etapas principais: (1) definição de datas e aquisição de imagens da série Landsat; (2) pré-processamento das imagens para correções radiométrica e geográfica; (3) aplicação de técnicas de PDI para realce das informações da linha de costa; (4) e vetorização das linhas de costa, a partir das imagens multitemporais processadas, e integração e análise dos dados em ambiente SIG. A primeira etapa consistiu na definição de um intervalo de tempo que pudesse analisar o mesmo período da estação do ano, cujas condições climáticas seriam similares em cada imagem adquirida. Pela análise prévia dos dados disponíveis, o mês do ano possível para fazer o monitoramento da linha de costa foi o mês de agosto, que corresponde a estação de verão no Nordeste brasileiro. Esta estação é caracterizada por um período de poucas chuvas com ventos alísios predominantemente de direção NE-E. Outro intervalo possível foi de nove anos entre cada imagem disponível (Tabela 1), tendo como intervalo total de análise de 27 anos ( ). Definida as datas das imagens disponíveis para realização do trabalho, a aquisição das imagens foi realizada a partir do site do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), que disponibiliza imagens gratuitas de todo território brasileiro da série Landsat. A disponibilidade deste acervo histórico permite que seja possível a realização de monitoramentos ambientais, principalmente em zonas costeiras. 1619

3 Tabela 1. Datas e especificação dos satélites estudados. Data Satélite / Sensor Resolução Espacial (m) 11/08/1984 Landsat 5 / TM 30 04/08/1993 Landsat 5 / TM 30 20/07/2002 Landsat 7 / ETM /08/2011 Landsat 5/ TM 30 Na segunda etapa foi realizada o pré-processamento das imagens, onde as imagens passaram pelo processo de fusão das seis bandas espectrais utilizadas (bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7) em um arquivo único merge, sendo descartadas a banda pan do Landsat 7 e a banda termal (banda 6) dos satélites Landsat 5 e 7. Após isso, as imagens foram submetidas a correção radiométrica para eliminação de ruídos, seguida do georreferenciamento das mesmas com base nas cartas topográficas da Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste (SUDENE) dos Estados do Rio Grande do Norte e do Ceará, para escala de 1: Segundo Souto (2009), para o monitoramento da linha de costa por meio de imagens da série Landsat, cuja resolução espacial é de 30 metros, o Root Mean Square (RMS) tem que atingir um valor inferior 0,20 para uma análise confiável dos dados. Para isso, foram escolhidos mais de 20 pontos de controle do terreno, comuns em todas as imagens históricas adquiridas, para facilitar o georreferenciamento e obter um menor RMS. A aplicação das técnicas de PDI correspondeu a terceira etapa da metodologia adotada, onde o processamento das imagens, realizado por meio do software ER-Mapper 7.01, possibilitou o realce da linha de costa nas imagens pelo contraste máximo das áreas úmidas e secas possíveis de serem determinadas nas faixas de praia. Para isso foi utilizada a composição colorida no sistema de cor Red-Green-Blue (RGB) pelas bandas 742. As bandas 4 e 7, por corresponder a faixa do infravermelho no Espectro Eletro-Magnética (EEM), representa os corpos d água em tons negros pela alta absorção desta energia através das moléculas de água, porém a banda 2, que corresponde a faixa do visível no EEM, consegue penetrar a superfície d água, proporcionando o contraste interessante entre os dois meios em condições de preamar, além de que possibilita definir a linha de costa em condições de baixamar pela determinação da presença de água nos interstícios dos sedimentos de areia da praia, definindo assim o limite das áreas úmidas e secas (Amaro et al., 2012). Para a visualização dos bancos de areia submerso utilizou-se a composição R1G3B2, onde as bandas utilizadas fazem parte da faixa do visível do EEM, possibilitando uma boa penetração em corpos d água, ressaltando assim a sua visualização de informações submersas, mas podendo haver alguma interferência pela qualidade da água. A quarta e última etapa consistiu na vetorização de cada linha de costa a partir das imagens históricas processadas. A vetorização da linha de costa foi feita pela confecção de polilinhas em ambiente SIG por meio do software ArcGIS 10. Cada vetor criado correspondia uma data da imagem interpretada, servindo assim para identificação quando todos os dados fossem integrados. Posteriormente os vetores polilinhas foram transformados em polígonos para o cruzamento entre diferentes anos das linhas de costa, onde o cruzamento permitia que áreas fossem intersectadas ou não. O cruzamento gerava um novo vetor polígono, onde eram reclassificadas as áreas em três tipos: (1) Sem Alteração, quando no cruzamento a intersecção entre polígonos representavam uma mesma área; (2) Acresção, quando no cruzamento no polígono que representava a data mais antiga não existia nada e a partir da intersecção com o polígono da data mais nova cobria o espaço vazio; (3) e Erosão, quando no cruzamento entre os polígonos as áreas intersectadas os espaços vazios no polígono da data mais nova era preenchidos pelo polígono da data mais antiga. 1620

4 Depois da reclassificação dos novos polígonos gerados pelos cruzamentos entre datas distintas foram quantificados o valor de área em km² das áreas de Acresção e de Erosão. A partir disso foi analisada espacialmente a migração dos corpos arenosos ao longo da praia pelo processo natural da deriva litorânea. Também é possível fazer um balanço sedimentar pela razão de área perdida pela área ganha. Isso possibilitou analisar se houve ou não um equilíbrio na migração do sedimento ao longo das praias da região de Icapuí/CE e buscar entender as causas e efeitos em paralelo aos dados que já existiam no litoral potiguar. 3. Resultados e discursão As análises evolutivas consistiram em comparações entre dois períodos consecutivos em ambiente SIG. Assim, os cruzamentos realizados para os seguintes intervalos de tempo: 1984 e 1993; 1993 e 2002; 2002 e 2011; 1984 e Esses intervalos entre períodos são de nove anos cada, tendo o intervalo máximo comparativo de 27 anos ( ). Isso permitiu fazer a análise da evolução costeira para a região estudada, onde os resultados apontaram as áreas de acresção (ou deposição de sedimentos) e áreas de erosão. No primeiro comparativo ( ) verificou-se que houve um equilíbrio no balanço sedimentar (Figura 2), ou seja, a quantidade de área erodida (ou perdida) é a mesma quantidade de área acrescida (ou ganha) para o período de tempo avaliado. Este processo de perda e ganho é natural devido a dinâmica migratória dos sedimentos que compõem a praia seguirem sua trajetória natural condicionado pela deriva litorânea, que na região estudada segue de Leste para Oeste, por vezes mudando de direção de acordo com o contorno da costa, como observado nas imagens (Figura 3). Figura 2. Gráfico comparativo de áreas acrescidas e erodidas, permitindo a análise do balanço sedimentar para região de Icapuí/CE. Os mapas que mostram a análise evolutiva para o intervalo comparativo de destacou a migração e deposição de sedimentos com formação de dois esporões arenosos e a migração contínua da barra arenosa na região da APA do manguezal da Barra Grande, a qual em 1993 foi observada pela primeira vez nas imagens a presença de tanques de carcinicultura, o que condicionou uma série de modificações na parte interna do estuário, falseando o resultado como sendo de efeito erosivo. A deriva litorânea e a remobilização antrópica dos canais de maré podem ter ocasionado a geração de uma maior remobilização dos sedimentos que foram depositados na área (Figura 4). 1621

5 Figura 3. Composição R3G1B2 mostrando a direção preferencial da deriva litorânea de Leste para Oeste. Figura 4. Comparação do período de , mostrando a análise evolutiva com a migração das barras arenosas na região da APA do manguezal da Barra Grande. No segundo período estudado ( ) o efeito erosivo se sobressai numa pequena quantidade sobre o acúmulo sedimentar quando analisado o balanço sedimentar (Figura 2), onde este incremento erosivo foi observado ao longo de toda área estudada. Na região da Barra Grande observou-se que o efeito erosivo ao longo da praia, na porção mais a Leste (Figura 5), possibilitou que todo sedimento retirado concentra-se na ponta da barra arenosa, seguindo o modelo migratório de Leste para Oeste da deriva litorânea. A praia na porção mais a Oeste também passou pelo aumento do efeito erosivo, não tendo em nenhuma porção da praia qualquer tipo de ganho de área (Figura 5). A predominância do efeito erosivo neste período trouxe preocupações para preservação da APA do manguezal de Barra Grande. Em 1993, foram visualizados na imagem Landsat 5 alguns bancos de sedimentos a Oeste da APA do manguezal da Barra Grande. Estes bancos passaram pelo processo erosivo ao longo do período observado na imagem de 2002, tendo os sedimentos carreados para as áreas mais próximas da entrada do canal de maré. 1622

6 Figura 5. Análise evolutiva de , mostrando a contínua migração da barra arenosa e aumento do efeito erosivo na porção mais Oeste da área da Barra Grande. Já na área de Ponta Grossa, observou-se para o mesmo período comparativo ( ) o processo de continentização, onde todo sedimento perdido ao longo das praias localizadas na área de Barra Grande se concentraram na porção mais protegida da praia de Ponta Grossa (Figura 6). Este processo se deve a formação em série de barras arenosas, que se sobrepõem ao longo do tempo, sendo possível o seu acúmulo durante um período negativo, quanto ao balanço sedimentar (Figura 2), devido ao baixo ângulo de incidência das ondas, isso faz com que sua energia seja baixa ao chegar à praia, favorecendo assim a deposição dos sedimentos. Figura 6. Análise evolutiva de da praia de Ponta Grossa, mostrando o desenvolvimento de barras arenosas, pelo acúmulo de sedimentos na área protegida pela ação direta das ondas. Entre o período comparativo de foi observado uma situação distinta das que foram produzidas nos dois intervalos anteriores, a taxa de acresção observada foi desproporcionalmente maior do que a de erosão (Figura 2). O ganho de área foi observado tanto na área de Barra Grande como na área de Ponta Grossa, que constam a extensão de costeira do município de Icapuí/CE, tendo o efeito erosivo praticamente nulo neste período analisado. Analisando todo o contexto evolutivo de observou-se que o balanço sedimentar foi muito positivo para região costeira de Icapuí/CE (Figura 2), onde o valor de acresção é quase o dobro do valor de erosão, porém em algumas áreas o efeito erosivo predominou, como na porção Oeste da área de Ponta Grossa (Figura 7). O grande acúmulo de sedimentos se deu em áreas mais extensas em ambas as áreas avaliadas de Barra Grande e de 1623

7 Ponta Grossa (Figuras 7 e 8), devido a condições especiais da hidrodinâmica e pelo grande volume de sedimentos transportados de regiões adjacentes, como é o caso do forte efeito erosivo estudado no litoral setentrional do Estado do Rio Grande do Norte (SOUTO, 2009). Figura 7. Análise evolutiva de da região de Barra Grande, mostrando a contínua migração da barra arenosa de Leste para Oeste, seguindo de acordo com sentido migratória da deriva litorânea. Figura 8. Análise evolutiva mostrando o comparativo geral de 27 anos ( ) na região de Ponta Grossa, onde mostra o grande acúmulo de sedimentos na porção mais protegida pelo efeito das ondas. A migração dos sedimentos perdido no Estado vizinho favorece a alimentação das praias no Estado do Ceará, principalmente em Icapuí, devido a geometria da costa. Enquanto a geometria da costa potiguar é retilínea na direção Leste-Oeste, a costa cearense possui ressaltos (como degraus) e segue uma direção preferencial Sudeste-Noroeste. Essa mudança na geometria da costa faz com que o ângulo de incidência das ondas seja diferente entre os Estados, pois sua direção é condicionada pelos ventos, que predominantemente são Nordeste. A área de Barra Grande foi construída pela progradação de barras arenosas ao longo do tempo, formada pela migração contínua dos sedimentos pela deriva litorânea, que se comporta ao longo da costa Norte-Nordeste do Brasil com direção de Leste para Oeste. Estes sedimentos são oriundos do material lançado pelos dois principais rios que cortam o Estado do Rio Grande do Norte (o rio Piranhas-Açu e o rio Apodi-Mossoró). Esta fonte de sedimento tão próximo permitiu reserva sedimentar suficiente para formação das praias de Icapuí ao longo do tempo (Figura 9). Este processo de construção (ou continentização) também é visto 1624

8 na área de Ponta Grossa, onde é notória a construção da costa pela sequência de barras arenosas que se sobrepõem ao longo do tempo. A B C D E F G H Figura 9. Visualização do desenvolvimento de uma sequência de barras arenosas ao longo dos 27 anos estudados na região de Ponta Grossa (A, B, C e D), pela composição R7G4B2; e da migração contínua da barra arenosa para Oeste na região de Barra Grande (E, F, G e H), pela composição R1G3B2. 4. Conclusão As análises feitas neste trabalho tiveram um papel qualitativo, compondo um estudo prévio a partir de dados extraídos de produtos orbitais de sensores remotos e utilizando técnicas de geoprocessamento. Valores quantitativos de áreas foram gerados para uma análise substancial do balanço sedimentar ao longo do tempo (Figura 2), como forma de avaliar as áreas de acresção e de erosão, representadas pela comparação das linhas de costa históricas. Pode-se concluir que: a deriva litorânea possui importante papel na dinâmica costeira, onde possui direção preferencial de transporte Leste para Oeste; o balanço sedimentar apontou situações distintas nos três intervalos de tempo apurados, mas que no total o balanço sedimentar foi muito positivo; o processo de continentização foi caracterizado em duas áreas de Icapuí, pelo processo de sobreposição de barras; e a barra arenosa da área de Barra Grande migrou mais de 1300 m num intervalo de 27 anos. Referências Bibliográficas Amaro, V. E.; Santos, M. S. T.; Souto, M. V. S. Geotecnologias aplicadas ao monitoramento costeiro: sensoriamento remoto e geodésia de precisão. 1. ed. Natal: Autor, v p. (ISBN ). Bird, E. C. F. Coastal geomorphology: an introduction. England: 2nd Ed. Wiley, p. Franco, C. G. M. ; Amaro, V. E.; Souto, M.V.S. Prognóstico da erosão costeira no litoral sententrional no Rio Grande do Norte para os anos de 2020, 2030 e Revista de Geologia (Fortaleza), v. 25, p , Muehe, D. Erosão e progradação no litoral brasileiro. Brasília: MMA, p. (ISBN ). Santos, M. S. T. Contribuição da geodésia ao monitoramento costeiro do litoral setentrional do RN, área de influência da indústria petrolífera p. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Petróleo) Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Petróleo, UFRN, Natal, Souto, M.V.S. Análise da evolução costeira do litoral setentrional do Estado do Rio Grande do Norte, região sob influência da indústria petrolífera Tese (Doutorado em Geodinâmica) Programa de Pós- Graduação em Geofísica e Geodinâmica, UFRN, Natal,