UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE FILOSOFIA E CIÊNCIAS HUMANAS CFCH PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA PPG/UFPE DOUTORADO EM GEOGRAFIA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE FILOSOFIA E CIÊNCIAS HUMANAS CFCH PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA PPG/UFPE DOUTORADO EM GEOGRAFIA ZONEAMENTO DE PEQUENAS BACIAS HIDROGRÁFICAS E CARACTERIZAÇÃO DE VÁRZEAS NA BACIA DO PAJEÚ, PERNAMBUCO TESE DE DOUTORADO Ailton Feitosa Recife 2012

2 ZONEAMENTO DE PEQUENAS BACIAS HIDROGRÁFICAS E CARACTERIZAÇÃO DE VÁRZEAS NA BACIA DO PAJEÚ, PERNAMBUCO Por Ailton Feitosa Tese de Doutorado apresentada ao Curso de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Geografia, Área de concentração Ecossistemas e Impactos Ambientais, da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), como requisito para obtenção do grau de Doutor em Geografia. Orientador (a): Prof a. Dr a. Maria do Socorro Bezerra de Araújo Recife 2012

3 Catalogação na fonte Bibliotecária Maria do Carmo de Paiva, CRB F311z Feitosa, Ailton. Zoneamento de pequenas bacias hidrográficas e caracterização de várzeas na Bacia do Pajeú, Pernambuco / Ailton Feitosa. Recife: O autor, f. : il. ; 30 cm. Orientadora: Prof.ª Dr.ª Maria do Socorro Bezerra de Araújo. Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Pernambuco. CFCH. Programa de Pós Graduação em Geografia, Inclui bibliografia. 1. Geografia. 2. Geomorfologia. 3. Sensoriamento remoto. 4. Imagens multiespectrais. 5. Bacias hidrográficas. 6. Mapeamento ambiental. I. Araújo, Maria do Socorro Bezerra de (Orientadora). II. Título. 910 CDD (22.ed.) UFPE (CFCH )

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5 Floristela Guinhos, eterna companheira, pela dedicação e incentivo. E, aos meus filhos Marcel e Gustavo com muito carinho. À

6 AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus por mais essa realização na minha vida. Aos meus pais e demais familiares, que de forma direta ou indireta contribuíram para essa nova etapa da minha vida. Agradeço de modo especial a minha orientadora Prof a. Dr a. Maria do Socorro Bezerra de Araújo, pela confiança e orientação deste trabalho. À Prof a. Dr a. Joseclêda Domiciano Galvíncio, pelo apoio e colaboração. Ao Prof o. Dr. Everardo Valadares de S. B. Sampaio e Prof o. Dr. Antônio Celso Dantas, pela colaboração. Aos meus amigos do curso de doutorado: José Alegnoberto Leite Fechine e Clarisse Wanderley Souto Ferreira pela dedicação e caminho que percorremos juntos, onde tivemos a oportunidade de aprender e de conhecer mais sobre as geotecnologias que podem ser aplicadas aos conhecimentos da Geografia. A Tiago, Lywiston, Ewerton, Antônio Marcos, Bruno e Gleydson pela colaboração e informações técnicas, meus sinceros agradecimentos. Agradeço a Universidade Estadual de Alagoas (UNEAL) pela liberação das minhas atividades para a realização desse curso e qualificação profissional. Por último, gostaria de deixar minha gratidão a Fundação de Amparo a Ciência e a Tecnologia do Estado de Pernambuco (Facepe) e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pelo apoio financeiro transmitido via bolsa de doutorado, para realização deste trabalho.

7 RESUMO ZONEAMENTO DE PEQUENAS BACIAS HIDROGRÁFICAS E CARACTERIZAÇÃO DE VÁRZEAS NA BACIA DO PAJEÚ, PERNAMBUCO O zoneamento das pequenas bacias do rio Pajeú foi realizado utilizando imagens de sensores remotos SRTM e Landsat, procedimentos de modelagem de dados em ambiente de SIG, com emprego das ferramentas dos softwares ERDAS Imagine 9.1 e ArcGis 9.3 e validação das informações no campo. De 467 bacias delimitadas para análise, foram selecionados 195 casos para caracterização dos ambientes de várzeas, através da aplicação de modelagem de dados, parâmetros morfométricos e critérios estatísticos de erros, acurácia e correlação. A modelagem dos dados foi realizada com critérios de extração de variáveis físicas, classificação de dados vetorizados, segmentação e classificação de pixels, para discriminar os níveis topográficos, a cobertura do solo e a planície de inundação em cada área selecionada. Os parâmetros morfométricos foram determinados em função da rede de drenagem e das variáveis morfológicas, com a aplicação de equações propostas para determinação desses parâmetros em pequenas bacias hidrográficas. Os critérios estatísticos empregados na validação dos resultados foram o índice de exatidão global (EG), que teve valor de 0,89 e o índice de Kappa (K), com valor de 0,83. Esses resultados encontrados foram considerados excelentes para todas as imagens. Para a identificação e caracterização das várzeas, foram utilizadas as técnicas de classificação digital da vegetação NDVI e EVI. Este último respondeu melhor ao objetivo geral desta pesquisa, que foi identificar e caracterizar as áreas de várzeas, para analisar e compreender seus usos atuais e potenciais na bacia hidrográfica do rio Pajeú. A estratificação das sub-bacias em 11 classes facilitou a classificação física e a identificação das similaridades entre elas. As sub-bacias apresentaram baixa capacidade de armazenamento de água no solo, em função do rápido escoamento das águas de chuvas. As variáveis morfométricas revelaram que a densidade da rede de drenagem, a declividade e a menor variação das cotas, junto à calha do canal principal, foram as características que mais contribuíram na identificação e caracterização dos ambientes de várzeas, com 94% de confiabilidade. Foram identificadas 352 áreas de várzeas nas sub-bacias analisadas. Essas áreas são as mais utilizadas no Pajeú, com 67% de suas terras destinadas às atividades agrícolas. Esse fato tem contribuído para o desaparecimento da vegetação nativa e a descaracterização da paisagem. Palavras-chave: análise morfométrica, SIG, sub-bacia hidrográfica, modelagem de dados morfológicos, bacia do rio Pajeú.

8 ABSTRACT ZONATION OF SMALL WATERSHED AS CHARACTERIZATION OF FLOODPLAIN IN THE PAJEU BASIN, PERNAMBUCO The zonation of small watershed in the Pajeú river basin was done using remote sensing images SRTM and Landsat procedures, data modeling in a GIS environment. We used the ERDAS Imagine 9.1 and ArcGIS 9.3 software and field validation. In amount of 467 watersheds for analysis, 195 cases were selected for floodplain environments characterization using data modeling, morphometric parameters and statistical errors criteria, accuracy and correlation. The modeling of the data was performed using criteria of extracting physical variables, in vectored data classification, segmentation and classification of pixels, to discriminate topography levels, soil covering and the floodplain to each selected area. The morphometric parameters were determined according to the drainage network and morphological variables using appropriately equations to determining these in small watersheds. The statistical criteria used in validating these results were the index of overall accuracy (EG), which was 0.89 and the Kappa index (K) value was These results for all images were excellent. We used the NDVI and EVI technical digital classification of vegetation to obtain the identification and characterization of floodplains. The EVI technical digital classification of vegetation was the better than NDVI to the goal of this work - to identify and characterize the floodplains areas, to analyze and understand their current and potential uses on the river basin Pajeú. Stratification of sub-basins in 11 classes facilitated the classification and identification of the physical similarities between them. The sub-basins showed low capacity of water storage in the soil, due to the rapid runoff of rainwater. The morphometric variables revealed that the density of the drainage network, slope and smaller variation of the quota, next to the railing of the main channel, were the characteristics that contributed to the identification and characterization of floodplains environments, with 94% reliability. We identified 352 areas in the lowland sub-basins analyzed. These areas are the most used in Pajeú, where 67% of their lands are used for agricultural activities which have been contributed to the disappearance of native vegetation and landscape characterization. Keywords: morphometric analysis, SIG, sub-basins, data modeling morphologic, river basin Pajeú.

9 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Zoneamento Sub-bacias hidrográficas Parâmetros morfométricos Classificação das pequenas bacias em unidades homogêneas Áreas de várzeas Uso do sensoriamento remoto e SIG para geração de dados superficiais CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO Bacia hidrográfica do rio Pajeú Caracterização da fisiografia Clima Geomorfologia Geologia Rede hidrográfica Vegetação Solos METODOLOGIA APLICADA Mosaicagem das imagens orbitais para extração de dados superficiais Base cartográfica para elaboração dos mapas base Modelo numérico do terreno Mapa de declividade Extração da rede de drenagem Classificação dos canais de drenagem Modelo da sub-bacia hidrográfica adotado no estudo Delimitação das sub-bacias hidrográficas Características morfológicas das sub-bacias Caracterização morfométrica das sub-bacias...62

10 4.8 Dados de cobertura do solo por técnica de classificação digital dos índices NDVI e EVI Identificação das áreas de várzeas ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Acurácia dos dados de sensoriamento remoto na identificação dos ambientes de várzeas Influência das características físicas das sub-bacias na formação dos ambientes de várzeas Grau de dissecação Susceptibilidade à enchentes Capacidade para gerar um curso de canal perene Limite geométrico da rede de drenagem Volume de água escoado dentro das sub-bacias Caracterização das sub-bacias hidrográficas e suas áreas de várzeas no semiárido, em função dos parâmetros morfométricos Classificação e zoneamento das sub-bacias com base nas características físicas e cobertura do solo CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...117

11 11 1 INTRODUÇÃO Na região do semiárido a disponibilidade de água é um fator limitante, sendo as chuvas muito irregulares ao longo dos anos e em volumes insuficientes para o desenvolvimento de atividades regulares no uso e ocupação da terra. Diante dessa situação, muitos produtores rurais procuram desenvolver suas atividades de cultivos, muitas vezes de subsistência, nos baixios úmidos das planícies de inundação, onde a disponibilidade de água é maior. Muitas dessas áreas têm sido classificadas como brejos do Sertão, por autores como Andrade (1965, 1986), Coutinho (1988), Carvalho (1988), Melo (1988) e Sá et al. (2004), por serem os únicos ambientes no semiárido onde a disponibilidade de água permanece por mais tempo. Porém, são áreas pouco conhecidas, carecendo de espacialização, quantificação e caracterização, principalmente do ponto de vista hidrográfico, morfológico e pedológico. Diante do pouco conhecimento das áreas úmidas do semiárido é que foi pensado este estudo, que tem como objetivo o zoneamento das pequenas bacias hidrográficas com vistas à caracterização de suas várzeas, nas planícies de inundações dos canais fluviais da região. O zoneamento das pequenas bacias hidrográficas pode ser uma boa ferramenta para identificar, quantificar e caracterizar, no semiárido, os ambientes de várzeas, ajudando a conhecer sua distribuição, áreas e características físicas para o aproveitamento dos seus recursos hídricos, principalmente aqueles voltados para a manutenção das atividades agrícolas dos produtores rurais e manejo sustentável dos recursos naturais da região. O estudo aqui apresentado, portanto, constitui a primeira tentativa de compatibilizar o zoneamento de pequenas bacias hidrográficas com o uso de dados orbitais de sensores remotos e parâmetros morfométricos, na identificação dos ambientes de várzeas no contexto das pequenas bacias hidrográficas do semiárido, fazendo uso de modelagem de dados em ambiente de SIG, com vista à extração de informações superficiais da topografia, hidrografia, cobertura e uso do solo. A extração de informações dessas áreas, através de dados obtidos a partir das técnicas de modelagem de dados de sensores remotos, pode servir de

12 12 subsídio para a elaboração de políticas públicas voltadas à sustentabilidade dos recursos naturais das várzeas. O objetivo geral desta pesquisa foi identificar e caracterizar as áreas de várzeas, para analisar e compreender seus usos atuais e potenciais na bacia hidrográfica do rio Pajeú. Os objetivos específicos foram: a) Identificar e delimitar as pequenas bacias hidrográficas do rio Pajeú, utilizando técnicas de mapeamento digital, modelagem de dados, interpretação de imagens de sensoriamento remoto e geoprocessamento em gabinete, com vistas à delimitação e caracterização das áreas de várzeas; b) Realizar o mapeamento das formas de ocupação e uso do solo, também em bases digitais, visando à construção de um banco de dados em ambiente de SIG (Sistema de Informações Geográficas); c) Fazer a caracterização e o mapeamento das pequenas bacias hidrográficas e das áreas de várzeas, em relação as suas condições ambientais, utilizando dados físicos, hidrográficos e morfométricos; As hipóteses, que nortearam esta pesquisa foram: a) As pequenas bacias hidrográficas de terceira ordem constituem o limite mínimo de drenagem necessário para a formação dos ambientes de várzeas no semiárido. b) As áreas de várzeas são unidades geomorfológicas ao longo dos rios e riachos, com umidade e vegetação distintas oticamente de outras áreas presentes na planície de inundação, podendo ser delimitadas e caracterizadas em imagens orbitais, independentemente do período de aquisição e da sazonalidade do clima.

13 13 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O zoneamento de recursos naturais, através de dados obtidos por sensores remotos, aliados aos sistemas de informações geográficas, vem se constituindo em técnica padrão com aplicação multidisciplinar. Esses dados orbitais permite uma rápida avaliação temática, qualitativa e quantitativa a partir da delimitação, análise e caracterização dos diversos padrões fisiográficos da paisagem. Segundo Christofoletti (1980) tais possibilidades contribuirão para a compreensão de sistemas complexos como as bacias hidrográficas, que sofrem influências de entrada de energia e matéria (inputs) oriundas de diferentes condições naturais e antrópicas. Para que sejam estabelecidas as bases desse processo, dentro de uma dada conjuntura da geografia física, faz-se uso da abordagem sistêmica, com vista a uma melhor integração dos dados levantados, onde o entendimento e a compreensão da dinâmica ambiental dos recursos naturais podem ser representados por uma série de parâmetros físicos, que possam demonstrar sua condição natural num dado momento. Essa proposta de integração dos dados físicos da paisagem de uma área está ligada aos pressupostos da visão sistêmica do meio, uma vez que possibilita estabelecer e analisar as inter-relações e dinâmicas entre todos os elementos do meio físico e a atividade antrópica. Nesse sentido, segundo Cunha e Mendes (2005), a compreensão dos vínculos de dependência entre os diversos fatores do meio, pode ser feita a partir de um conjunto de informações que se associam na conjuntura atual de uma paisagem, onde suas partes são conhecidas e concebidas diante de suas interações. Com a abordagem sistêmica é possível somar uma série de elementos à análise ambiental voltada para o zoneamento das sub-bacias hidrográficas, centralizando métodos e aplicando instrumentos no desenvolvimento da pesquisa numa área. Desta forma, a seguir é feita uma revisão de literatura acerca dos temas que foram considerados de elevada relevância para este estudo.

14 Zoneamento O zoneamento é um instrumento indispensável para o agrupamento de unidades ambientais sob a ótica da percepção, identificação e delimitação das características naturais e fisiográficas da paisagem, principalmente diante das suas múltiplas associações e dinâmicas, visando ordená-la segundo suas características e organização natural básica. Esse agrupamento tem como objetivo principal revelar conjuntos de unidades ambientais inter-relacionadas e relativamente homogêneas, de modo a facilitar a análise integrada da paisagem. As unidades ambientais do zoneamento representam os recursos naturais próprios, ou vinculados ao ar, à água, ao solo, às rochas e à vegetação que constituem a paisagem. Além desses recursos, busca-se também identificar as áreas de uso e influência das atividades antrópica. Segundo Ab' Saber (1987), o processo de zoneamento exige uma série de entendimentos prévios, que possam ser aplicados ou utilizados na compreensão da dinâmica de um determinado espaço geográfico, exigindo no seu controle uma série de métodos, reflexões e estratégias próprias, que possam estabelecer parâmetros para sua caracterização dinâmica. A definição legal do zoneamento ambiental encontra-se em Brasil (2002), no art. 2º do Decreto 4297 de 10 de julho de 2002, que o descreve como sendo instrumento de organização do território em unidades naturais. A sua implantação deve ser obrigatória nos planos, obras e atividades públicas e privadas, estabelecendo medidas e padrões de proteção ambiental, com vistas a assegurar a qualidade dos recursos hídricos, do solo e da vegetação, visando à conservação da biodiversidade para garantir o desenvolvimento sustentável e a melhoria das condições de vida da população. Embora só com o Decreto 4297/2002 tenha sido instituída a obrigatoriedade do zoneamento ambiental, a Constituição Federal de 1988, no inciso IX do artigo 21, já previa a sua execução, através de planos de ordenamento do território e de desenvolvimento econômico e social, visando a identificação, caracterização e espacialização dos recursos naturais e sua respectiva paisagem (SENA, 1999). Nesse sentido, Rocha (1991) enfatizou que

15 15 elaborar um zoneamento consiste em dividir uma área em parcelas homogêneas, com características fisiográficas e ecológicas semelhantes, pelo fato de pretender identificar as potencialidades específicas, ou preferenciais de cada uma delas, as quais constituirão subespaços ou subáreas numa primeira análise, que irão surgir basicamente, de um conjunto de interações na área. A delimitação dessas interações será passível de um sistema de análise integrada, sobretudo do ponto de vista cartográfico, amparado pelo grau de correlação entre os elementos da paisagem. O que não implica, segundo Huggett (1980) e Cunha e Mendes (2005), na aceitação de que estes não possuam relações com outros elementos externos, mesmo que sob um grau de intensidade menor. É importante ressaltar, como diz Chorley (1962), que no caso das bacias hidrográficas, os mecanismos particulares e complexos de seu funcionamento, podem variar temporalmente de setor para setor, apresentando formas inéditas em função de novas interferências (inputs) no seu interior. Como exemplo de interferências é possível citar mineração, construção de barragens, desmatamentos e atividades agrícolas, as quais constituem fonte de produção (outputs) e geram desequilíbrios ou perdas dos recursos naturais. Segundo a concepção de Mota (1995) e Milano (1993), o uso do zoneamento ambiental permite que se determinem os limites de usos e ocupação possíveis das áreas relativamente homogêneas e, que possam sofrer impactos de caráter antropogênicos, principalmente diante dos pontos considerados de fragilidade natural. Para tanto, é necessária a compreensão das inter-relações que há entre as unidades da paisagem e seus condicionantes naturais, tais como clima, cobertura vegetal, topografia, tipo de solo, sistemas de drenagem e recursos hídricos, que devem ser estudados em conjunto, de modo a garantir que a utilização da área seja feita de forma condicionada no sentido de causar o menor dano ambiental. Nesse sentido, tem-se um instrumento de caráter preventivo para a exploração e o uso de recursos naturais. Existem tipos diversos de zoneamento, que são implantados de acordo com o uso e a finalidade a que se destinam: ambiental, florestal, agroecológico,

16 16 de unidades de conservação, climático e econômico. Dentre estes, o zoneamento ambiental ganha maior destaque, principalmente por conta da sua relevância e caráter local. Sua unidade de análise espacial básica é a sub-bacia hidrográfica, conforme Lei nº de 08/01/97, capítulo I, art. 1, inciso 5, da Política Nacional dos Recursos Hídricos (PNRH/ANA, 2001). São as sub-bacias hidrográficas que melhor representam as condições mínimas e necessárias para a compreensão do comportamento sistêmico de uma paisagem, por comporem partes isoladas e ao mesmo tempo integradas ao conjunto dos recursos naturais próprios ou vinculados ao meio ambiente local. A importância da sub-bacia hidrográfica no zoneamento ambiental é defendida em vários trabalhos, principalmente como sendo a unidade física ambiental de delimitação mais lógica para o planejamento do uso dos recursos hídricos e naturais, bem como para o manejo das atividades antrópicas, visando minimizar os efeitos dos possíveis impactos ambientais (LANNA, 1995, COLLARES, 2000, KURTZ, 2000, ROCHA e KURTZ, 2001, ALFONSI et al., 2003, FERRAZ et al., 2003, COSTA, 2005 e MARTINS, 2005). Levando-se em consideração o que afirmam Rocha (1997) e Ross (1998), a sub-bacia pode ser considerada como sendo uma unidade componente de um sistema integrado, dos pontos de vista hídrico, geológico e geomorfológico, à paisagem, com seus canais fluviais veiculando as saídas de matéria e energia para a manutenção do ecossistema que representam. Podem na abordagem do diagnóstico do meio físico, segundo Ferraz et al. (2003), ser integrada aos diversos temas (clima, recursos hídricos superficiais e subterrâneos, geologia, geomorfologia, pedologia e aspectos do uso e ocupação das terras), congregando-os em um conjunto de informações e dados geograficamente espacializados. De modo geral, num zoneamento ambiental as informações e os atributos componentes para uma bacia hidrográfica são: hidrográficos (drenagem, rio principal, afluentes, tipos de canais), geomorfológicos (formas, classes, topografia, declividade, altitudes), geológicos (estruturas, tipos de rochas), pedológicos (solos, classes, características), climáticos (pluviosidade, tipo de clima), biológico (tipo de vegetação) e antrópico (tipo de uso). A partir dessas

17 17 informações, é possível fazer associações e identificar particularidades dentro de cada uma delas, compreendendo seu funcionamento natural, de modo particular ou associado às suas subunidades internas. Assim, na perspectiva de análise sistêmica, a bacia hidrográfica fica condicionada a compreensão das suas subunidades, que são as sub-bacias hidrográficas. Estas, por sua vez, podem formar subsistemas de unidades homogêneas, já que elas são unidades naturais da divisão da bacia em diferentes classificações, níveis de inter-relações e dinâmicas com a paisagem local. Segundo Antonelli e Thomaz (2007), essas unidades homogêneas são identificadas e classificadas pelas associações de diferentes fatores, pela combinação de diversos dados morfométricos e as semelhanças entre si. A opção pelas sub-bacias hidrográficas, como unidades espaciais sistêmicas para o zoneamento ambiental a nível morfológico, onde, são individualizadas, hierarquizadas e caracterizadas, as partes que compõem a sua estruturação física, deve-se as facilidades de análise que oferecem. Nesse sentido, os processos naturais (geomorfológicos, pedológicos, hidrológicos, climatológicos e biológicos) e antrópicos (uso e ocupação do solo), podem ser caracterizados sob um determinado ponto de vista e delimitados a partir de seus limites naturais e/ou econômicos e sociais. Nesse sentido, a técnica do zoneamento que busca identificar as ocorrências de determinados domínios de recursos naturais sob a ótica morfodinâmica, pode ser aplicada com o uso de parâmetros, com vista ao estabelecimento de padrões de análise na identificação de particularidades e diferenças. O resultado final pode ser visto como sendo um produto metodológico na construção de um conjunto de informações que podem ser espacialmente distribuídos. 2.2 Sub-bacias hidrográficas A sub-bacia hidrográfica pode ser compreendida como uma unidade espacial natural componente de uma bacia hidrográfica maior, descrita por suas

18 18 características e ligada à paisagem local. Seus limites, geralmente, estão ligados às diferenças na escala espacial de sua percepção em relação à bacia hidrográfica. Por constituir uma das partes integrada à bacia hidrográfica, a sub-bacia passa a ser considerada com condições apropriadas para uma avaliação mais realista das características e interações, entre o domínio natural dos ecossistemas na paisagem e o processo-resposta aos inputs no meio, mediante fluxos de matéria e energia que se processam (COSTA, 2005). Na concepção de Tricart (1981), estas interações refletem o verdadeiro funcionamento dinâmico dos elementos da paisagem e o comportamento do meio. De acordo com Rocha (1997), a sub-bacia hidrográfica é a área que drena a água de chuvas por ravinas, canais e tributários para um curso principal, com vazão efluente e o deságue diretamente em outra bacia hidrográfica maior, tendo dimensões superficiais que variam muito. Segundo Faustino (1996) e Silveira e Tucci (1998), essas dimensões podem ser limitadas às áreas, maiores ou menores que 100 km 2, principalmente no contexto geo-ambiental. Esta limitação espacial, na concepção de Netto (2007), representa uma boa e relevante demarcação de uma área para diagnóstico e análise dos elementos da paisagem, para fins de reconhecimento físico da bacia hidrográfica a partir de suas particularidades fisiográficas, ou para fins de planejamento no uso e ocupação da terra a partir de suas características hidrológicas. A concepção de que a bacia hidrográfica transforma-se em unidade ambiental fragmentada em subsistemas, como sendo resultado de um recorte espacial, baseado na área de concentração de determinada rede de drenagem dos tributários do curso d água principal, é aceita por muitos autores, entre eles Grant (1994), Lanna (1995), Collares (2000), Barrella et al. (2000), Rosa (2000), Santana (2003), Botelho (2004), Kurtz et al. (2005), pois nelas podem-se estabelecer as melhores relações entre causa e efeito, principalmente quando estas relações estão diretamente ligadas aos recursos hídricos. Nesse sentido, as inter-relações entre os fatores físicos, seu comportamento hidrológico e suas respectivas distribuições no tempo e espaço,

19 19 comandam em grande parte a evolução e o estado morfológico da bacia hidrográfica, o que repercute de forma direta nas suas características físicas, no seu potencial e na sua utilização (CHRISTOFOLETTI, 1980). Assim, classificação de bacias hidrográficas em grandes ou pequenas é muito relativa, não sendo vista somente na sua superfície total, mas considerando a distribuição de certos fatores do meio natural, com base na dinâmica dos processos hidrológicos, geomorfológicos, pedológicos e biológicos, onde as águas das chuvas e o escoamento superficial formam os riachos e rios, ou infiltram no solo para formação de nascentes e do lençol freático (BARRELLA, 2001). Neste contexto, as características físicas, o padrão de drenagem ou o relevo refletem algumas das particularidades da área de influência da sub-bacia hidrográfica no contexto da bacia hidrográfica maior, assim como a infiltração e o deflúvio das águas das chuvas, vão expressar uma estreita correlação com a pedologia, a estrutura geológica e a formação superficial dos elementos que compõem a sua paisagem (PISSARA et al., 2004). Para Christofoletti (1969), a análise dos elementos da paisagem, relacionando-os à drenagem, ao relevo, a geologia e a cobertura vegetal, pode levar à elucidação e compreensão de diversas questões associadas à dinâmica ambiental local. Cabe lembrar que na determinação dos instrumentos do zoneamento ambiental, nenhum desses elementos, tomado de modo isolado, deve ser entendido como sendo capaz de simplificar a complexa dinâmica da bacia hidrográfica, a qual inclusive tem magnitude temporal. Dentro desta abordagem, as características físicas de uma bacia, segundo Villela e Mattos (1975), Mota (1995), Rocha (2001) e Martins (2005), constituem elementos de grande importância para avaliação de seu comportamento físico natural, com vistas ao planejamento e o manejo de suas terras. Sob o enfoque dos processos morfodinâmicos, Machado (2002), Santana (2003), Calijuri e Bubel (2006) consideraram que cada sub-bacia hidrográfica interliga-se com outra de ordem hierárquica superior, constituindo, em relação à última, uma sub-bacia. Nesse sentido, a ordem e hierarquia da bacia estarão

20 20 sempre relacionadas à outra de ordem superior ou inferior, cuja escala de análise determinará suas diferenças e subdivisões. Para Brasil (1987), essa relação irá determinar inclusive a ideia de uma microbacia hidrográfica, onde sua concepção compreende uma área de formação natural, drenada por um curso d água e seus afluentes, a montante de uma secção transversal, para onde converge toda a água da área considerada. Porém, nessa concepção a microbacia será sempre uma unidade espacial mínima, integrante de um sistema hidrográfico maior (bacia ou sub-bacia), cujos limites são constituídos pelas vertentes ou divisores de água em cada seção do canal principal. Diante dessa complexidade, é que para se estabelecer uma boa percepção na compreensão da bacia, sub-bacia ou microbacia hidrográfica, a utilização da metodologia sistêmica permite estabelecer diversas correlações espaciais, entre as condições físicas identificadas ao longo do canal principal e as características ambientais das respectivas áreas, como relevo local, rede hidrográfica, tipos de solos, declividade, uso e cobertura do solo, permitindo observar as inter-relações desses componentes com o todo e suas interdependências que se queira considerar. Tradicionalmente, a concepção de sub-bacia hidrográfica é a mesma que se tem observado para bacia hidrográfica, cujos conceitos se referem de modo geral ao conjunto de terras drenadas por um rio principal e seus afluentes. A delimitação da bacia hidrográfica são as regiões mais altas do relevo, onde se formam os canais de drenagem e os divisores de água. Esses canais podem ser também chamados de canais fluviais, por corresponderem, em muitos casos às áreas de nascentes dos rios e seus tributários, onde o volume de água ainda é baixo. Nessa perspectiva, a análise sistêmica é de grande valia para a análise dos ambientes de várzeas, sobretudo, partindo do princípio de que a organização de um determinado cenário ambiental pressupõe a interpenetração de uma série de fatores, que atuam como stakeholders (FREEMAN, 1984) estruturadores de um determinado ecossistema ou geossistema, em que se insere uma determinada paisagem.

21 21 As sub-bacias hidrográficas são consideradas como sistemas abertos, pois estão sob a influência de uma série de subsistemas onde ocorrem trocas constantes de matéria e energia (CHORLEY, 1962). Exemplos desses subsistemas podem ser o sistema vertente, o sistema dos canais fluviais e as planícies de inundação, onde se formam as áreas de várzeas. Para Huggett (1980) a concepção da sub-bacia hidrográfica como um subsistema hidrográfico, ligado a uma unidade maior de análise ambiental, implica na aceitação de que ela possui diferentes relações com outros elementos. Esta constatação faz parte da observação conjunta de que todas as relações externas de um sistema possuem grau de intensidade menor do que as internas, notadamente, entre a bacia hidrográfica maior, o clima e a geomorfologia, sob determinadas correlações e dinâmicas. Isso significa, segundo Cunha e Mendes (2005), que esse complexo de elementos não pode ser compreendido somente como uma soma, mas como resultado das relações que existem entre eles. Nesse sentido, Kurtz et al. (2003) afirmaram que a sub-bacia hidrográfica constitui parte de uma unidade hidrológica natural (a bacia), com dimensões espaciais de fácil apreensão. Ela representa a unidade mais lógica para o planejamento de recursos hídricos, permitindo que o foco das atenções se concentre no diagnóstico das características, particularidades e potencialidades naturais, permitindo que se tenha uma visão de conjunto dos problemas que afetam os recursos hídricos. Em toda sub-bacia hidrográfica é possível encontrar uma série de elementos naturais e antrópicos em constantes inter-relações e dinâmicas próprias. Essa constatação pode ser feita a partir da identificação dos mecanismos particulares e complexos que interagem no seu funcionamento. Estes mecanismos podem variar na forma temporal e espacial, de um setor para outro, geralmente apresentando formas inéditas, principalmente em função de novas interferências (inputs) no seu interior.

22 Parâmetros morfométricos A análise morfométrica de bacias hidrográficas é um procedimento metodológico que busca avaliar as condições físicas de uma bacia hidrográfica, do ponto de vista morfológico, para que se possa classificá-la dentro de padrões e estabelecer suas relações com outras bacias de igual situação. Com esse procedimento é possível estabelecer a homogeneidade e o agrupamento de determinadas bacias hidrográficas por suas afinidades físicas e naturais. Para tanto, é necessário o conhecimento prévio de sua topografia e seu sistema hidrológico, que são passíveis de mensurações e análises físicas. Nas análises morfométricas, a rede de drenagem de uma área e os elementos do relevo compostos por ela, pode ser analisada a partir da bacia hidrográfica ou de suas subunidades (as sub-bacias). Esse procedimento metodológico pode ser visto nos trabalhos desenvolvidos por Strahler (1952, 1957, 1958), Chorley (1962) e Chorley e Kennedy (1971) e Hack (1973), que estabeleceram uma série de parâmetros físicos que podem ser avaliados nas bacias hidrográficas com vistas a sua caracterização morfodinâmica. Para isso, faz-se uso de uma série de abordagens quantitativas, para o estabelecimento de parâmetros com base nos instrumentos, equações e abstrações matemáticas, aplicadas aos dados obtidos com os sistemas hidrológicos. Os elementos físicos desses sistemas hidrológicos, que são passíveis de mensuração, correspondem ao conjunto formado pelos elementos da paisagem local e suas variações intrínsecas de análise com sua própria área, a rede de drenagem, o relevo e o arranjo das vertentes que o delimitam. Além desses, a dinâmica climática e a cobertura do solo ajudam a compreender suas possíveis variações no tempo e no espaço. Um dos primeiros parâmetros morfométricos estabelecido dentro de um sistema hidrológico é a rede de canais, que para Horton (1945) está diretamente ligada a uma relação geométrica ao longo dos limites topográficos da bacia. Diante dessa relação, é possível identificar e agrupar uma composição de bacias hidrográficas sob as seguintes leis:

23 23 - a) lei do número de canais relação entre o número de canais de uma dada ordem (n) e o número de canais de ordem imediatamente superior (n+1), até o menor nível de base topográfica da bacia; - b) lei do comprimento de canais comprimento médio dos canais de cada ordem (n) e (n+1) tende a formar uma progressão geométrica, cuja razão possui uma relação de comprimento constante; - c) lei da declividade de canais relação geometricamente inversa entre a declividade média dos canais de uma dada ordem (n) e a dos canais de ordem imediatamente superior (n+1); - d) lei da área da bacia e número de canais as áreas médias das bacias com ordem sucessivas de canais (n) e (n+1) tendem a formar uma progressão geométrica, cuja razão de incremento da área de crescimento da bacia é constante em relação ao número de canais. A partir da compreensão matemática destas leis, Strahler (1952), Schumm (1956), Strahler (1957, 1958), Chorley (1962), Christofoletti (1969), Chorley e Kennedy (1971), Hack (1973), Christofoletti (1980), Epiphanio, et al. (1982), Goldenfum e Tucci (1996), Cunha e Guerra (1996), Huang et al. (2001), Lana (2001), Alves e Castro (2003), Silva et al. (2003), Pissara (2004), Tonello (2005), Costa (2005), Cardoso et al. (2006), Costa et al. (2007), Cunha e Guerra (2007), Lindener et al. (2007) e Antoneli e Thomaz (2007) desenvolveram vários estudos para a identificação e análise dos sistemas hidrológicos e geomorfológicos, contribuindo para o arranjo de novos parâmetros e interpretações, para entender o conjunto de elementos que compõem as bacias hidrográficas e suas respectivas subunidades (sub-bacias e microbacias). Para realizar uma análise morfométrica, a ordenação de canais é o primeiro passo na caracterização das bacias e/ou sub-bacias hidrográficas, cuja finalidade é identificar os diferentes padrões geométricos (área, perímetro, forma, altitude, etc.). Os inúmeros canais identificados serão ordenados de forma sequencial em primeira, segunda e ordens superiores, que variam dentro da área drenada, seguindo os critérios introduzidos por Horton (1945) e Strahler (1957).

24 24 Para o cálculo da área, do perímetro, da altimetria e extensão dos canais fluviais é necessário o uso de critérios geométricos e aplicações de equações específicas. Nesse sentido, Christofoletti (1980) afirma que com estes dados pode ser feita uma primeira análise da rede de drenagem e, por extensão, caracterizar ambientalmente, parte da situação física da bacia hidrográfica. Além da determinação dos índices morfométricos e o conhecimento acerca da rede de drenagem de uma bacia hidrográfica, a caracterização física dos seus sistemas naturais envolve o conhecimento de outros parâmetros, a exemplo dos trabalhados por Horton (1945), Strahler (1952, 1957 e 1958), Schumm (1956), Hack (1973), Christofoletti (1980), Alves e Castro (2003), Tonello (2005), Cardoso et al. (2006) e Antoneli e Thomaz (2007) para entender o comportamento da grande bacia hidrográfica e paisagem. De modo geral, as características e particularidades das grandes bacias são influenciadas, pelo que acontece com os canais de ordem inferior (n; n-1). 2.4 Classificação das pequenas bacias em unidades homogêneas A classificação das pequenas bacias hidrográficas em unidades homogêneas pode ser vista nos estudos de Strahler (1952, 1957, 1958), Schumm (1956), Chorley (1962) e Christofoletti (1969), quando afirmam que elas formam subconjuntos e/ou subsistemas. Estes por sua vez, defendem ainda, que elas mesmas são unidades naturais de divisão das terras e das grandes bacias. Nesse sentido, pode-se por extensão, agrupá-las segundo alguns critérios (área, número de canais, ordem do canal principal, entre outros). Nesses agrupamentos, elas passam a ser consideradas como unidades homogêneas. Segundo Martins (1992) e Christofoletti (2002), o pressuposto de unidades homogêneas pode parecer um pouco contraditório, principalmente ao se tomar as pequenas bacias como unidades primeiras de análise de uma rede hidrográfica. Contudo, uma pequena bacia pode ser considerada como sub-bacia de um sistema hidrográfico maior e, apresentar uma heterogeneidade significativamente complexa. Apesar dessa situação, a unidade sub-bacia é legítima pelo fato de

25 25 somente assim ser possível determinar sua dinâmica, particularidades e similaridades com outros sistemas hídricos no contexto da totalidade da bacia hidrográfica. Nesse sentido, segundo Rocha (2001), a agregação de sub-bacias como sendo uma representação de áreas homogêneas, se faz necessário, por um lado, para o entendimento do complexo sistêmico que é uma grande bacia hidrográfica e, por outro, para estabelecer critérios de análise espaciais sobre a distribuição dos recursos naturais da paisagem numa escala de detalhe maior, com vistas ao manejo sustentável de sistemas hidrográficos a nível local. Para Christofoletti (2002), a classificação das pequenas bacias hidrográficas em unidades homogêneas, facilita a interpretação de cada uma delas dentro de determinados critérios metodológicos, principalmente com vistas à análise da paisagem em seu conjunto. Nesse sentido, o agrupamento das pequenas bacias hidrográficas como unidades homogêneas, propiciará a individualização de cada uma delas dentro de um sistema maior, onde os cursos de água, tanto quanto, as terras ocupadas por eles, sejam agrupadas em diferentes conjuntos, a fim de se obter um quadro da situação natural da área. Desse modo, na concepção proposta por Strahler (1952, 1957, 1958), Schumm (1956), Chorley (1962) e Christofoletti (1969), a classificação das pequenas bacias em subunidades de zoneamento, implica na percepção do todo (a grande bacia) com suas partes (as pequenas bacias), da relação dessas partes com o todo e, a própria percepção das partes como partes integrais e sistêmicas (BERTALANFFY, 1977), concebidas como subsistemas próprios. Vista como um procedimento na determinação de homogeneidades e heterogeneidades, tanto estruturais e físicas, quanto funcionais e sazonais, a classificação das pequenas bacias em unidades homogêneas permite que seus aspectos morfológicos sejam agrupados. Embora sejam de tamanho muito variável, as pequenas bacias refletem os aspectos morfológicos dinâmicos e funcionais, que na concepção de Cunha e Guerra (2004) e Cunha e Mendes (2005), são próprios para um zoneamento de unidades sistêmicas de terra e água. Nesse sentido, a técnica do zoneamento

26 26 pode ser aplicada com o uso de parâmetros, com vista ao estabelecimento de padrões de análise na identificação de particularidades (ANTONELI e THOMAZ, 2007). O resultado pode ser visto como sendo um produto metodológico na construção de uma informação espacialmente distribuída, cujas unidades, objeto do zoneamento, são as próprias sub-bacias e suas ordens. Para Martins (2005), esse método de zoneamento das pequenas bacias em áreas homogêneas é um tipo de zoneamento de sub-bacias de n-ordens (n; n+1) a ser realizado com o uso de variáveis interdependentes (geomorfologia, pedologia, vegetação, morfometria de bacias, dentre outras), que oscilam em torno de um padrão, com os quais se avalia a classificação das várias sub-bacias de n-ordens (n; n+1) em áreas homogêneas dentro de uma bacia maior. De modo particular, essa classificação deve ser idealmente de terceira ordem, por apresentar o início de um sistema hidrográfico de canais satisfatório para se analisar uma série de variáveis. Por fim, a classificação das pequenas bacias em unidades homogêneas, é uma das recomendações propostas pelo Programa Nacional de Microbacias Hidrográficas (PNMH) (BRASIL, 1987), que foi ratificada pela Lei Federal 9.433/97 da Política Nacional de Recursos Hídricos (PNRH) (ANA, 2001), estabelecendo a bacia hidrográfica como unidade básica territorial para enquadramento dos corpos d água, sob uma única perspectiva voltada para o gerenciamento e a cobrança pelo uso de recursos hídricos. Pressupõe-se assim, existir nos sistemas hidrográficos um conjunto de situações que possam ser consideradas homogêneas, tanto pela interação dos processos naturais vigentes, quanto pelas respostas que possam dar às necessidades antrópicas. 2.5 Áreas de várzeas A definição de uma área de várzea é distinta da definição de bacia, já que esta última é dada simplesmente pelos divisores de águas. Uma área de várzea pode se estender por uma ou mais sub-bacias, ou mesmo se limitar somente a parte de uma bacia, dependendo da análise que se faça e do seu tamanho. De

27 27 modo geral, as várzeas são extensões de terras localizadas às margens de rios, que nos períodos de precipitações regulares transbordam, causando enchentes e inundações. Fato este, que as definem como sendo as áreas da planície de inundação de um rio. Em ambos os casos, a interligação dos dois sistemas hidrográficos é indissociável, como na concepção de meio ambiente de Bertrand (2007), que afirma ser este, percebido como uma combinação espaço-temporal de fatores locais, que geralmente estão subordinados aos fenômenos atuantes. Apesar da importância e da inter-relação dinâmica que há entre a bacia e o ambiente de várzea, principalmente em relação ao comportamento natural desses ambientes, poucos trabalhos existem sobre sua caracterização, quantificação, condições de formação e relações com as características das áreas de seu entorno. Um dos conceitos mais usuais para os ambientes de várzeas é de áreas de baixada ou baixios, que se estendem dentro de bacias hidrográficas e junto ao canal principal, representando a planície de inundação do rio. Para Agostinho et al. (1997), as áreas de várzeas representam um dos mais importantes ambientes de ecótonos associados aos ecossistemas aquáticos de água doce, onde há uma grande diversidade de espécies, que são resultados de uma situação especial e natural, que envolvem dois períodos distintos: um de cheia e outro de vazante. A várzea favorece a formação de uma paisagem muito diversificada e com complexos sistemas de canais, muitas vezes meândricos ao longo do curso de rios, que de certo modo, é resultado da erosão fluvial ativa, isto é, construção e destruição de suas margens. Os ambientes formados nessas áreas são ocupados por uma vegetação adaptada a alagamentos periódicos e fornecem grande parte das condições naturais que sustentam a biodiversidade local (FORSBERG et al., 1993). Esses ambientes, segundo Junk (1989), possuem ecossistemas complexos, com funcionamento determinado pelos pulsos de inundações decorrentes dos períodos chuvosos e das cheias a eles associados. Neles são formados vários ambientes que estão interligados aos outros ecossistemas que os cercam.

28 28 No semiárido a planície de inundação não é só importante em escala regional, mas representa um papel importante nos processos diretos e indiretos de uso da terra em escala local, principalmente em função das suas características peculiares de topografia e alta disponibilidade de umidade do solo, durante boa parte do ano. A variação periódica das chuvas é o principal fator que determina a situação ambiental dessas áreas, devido a sua relação com a baixa declividade do curso do rio, que em épocas de cheia, extravasa o canal fluvial proporcionando a sua inundação. Dentro de uma bacia hidrográfica, se entende como planície de inundação, as áreas de baixadas ou vulgarmente chamadas de várzeas, constituídas de solos originários de deposições de materiais transportados pelo curso d água ou mesmo trazidos das encostas pelo efeito erosivo das chuvas, podendo caracterizar-se como solos aluviais ou coloniais, geralmente hidro mórficos de fertilidade variável. Segundo Wiedmann (1999) e Gandolfi (2000), em condição natural essas áreas são cobertas por matas ciliares ou ripárias que acompanham os cursos d'água, cujo equilíbrio ecológico é um dos mais complexos de ocorrências sazonais. Nesse sentido, é possível observar, segundo Camargo (1972), Ivancko (1985), Beltrame (1994), Gandolfi (2000), Vogt (2003), Matos (2005) e Renó (2008), que os ambientes de várzeas influenciam as condições e características dos rios, principalmente favorecendo a ocorrência de maiores diferenças das condições microclimáticas a nível local, fazendo com que as temperaturas e a umidade se tornem mais elevadas em alguns momentos e mais baixas em outros, a depender do período e da sazonalidade. Assim, o comportamento variável e a influência sazonal das chuvas fazem com que o ambiente de várzea seja diferenciado e caracterizado com sendo uma área mais complexa junto ao canal principal de um rio. Além disso, o seu comportamento térmico, a umidade e a sua particularidade topográfica facilitam sua identificação, caracterização e delimitação a partir de imagens de sensores remotos, a exemplo dos resultados obtidos por Vasconcelos (2004), Novo (2005), Anderson (2006) e Valeriano (2007).

29 Uso do sensoriamento remoto e SIG para geração de dados superficiais A investigação e o mapeamento de recursos naturais, através de dados obtidos por sensores remotos, vêm se constituindo em técnica padrão com aplicação multidisciplinar, que permite fazer uma avaliação temática qualitativa e quantitativa destes recursos de forma rápida e com boa precisão. Segundo Rocha (2000) e Florenzano (2002), a partir da delimitação e análise dos diversos padrões espectrais e fisiográficos observados na paisagem, as imagens de satélite proporcionam uma visão sinóptica (de conjunto) e multitemporal (de dinâmica) de extensas áreas da superfície terrestre. Segundo Jensen (2000), o uso desses dados de sensoriamento remoto tem contribuído para o estudo dos mais diversos ambientes do planeta, ajudando a ampliar a compreensão das estruturas ecossistêmicas e de suas interações. Dentre estes ambientes, há um interesse especial no uso de imagens de satélite para verificar a variação espacial e temporal da composição da água, suas áreas de ocorrências e seus padrões de drenagem. A utilização de métodos de classificação digital para cobertura vegetal, topografia, relevo e cobertura do solo, são outros elementos da paisagem que têm despertado muitos interesses, principalmente em relação às suas formas, distribuições, áreas e padrões espectrais (VASCONCELOS e NOVO, 2004). Nesse sentido, os produtos de sensoriamento remoto, tais como imagens de sensores orbitais (satélites), constituem importantes fontes de dados para as análises qualitativas, quantitativas e estruturais da paisagem. Para tanto, segundo trabalhos realizados por Sartorato (1998), Ponzoni (2002), Novo et al. (2005) e Valeriano (2004), é possível observar que a utilização dessas imagens de satélite para extração de lineamentos, tem sido vista como uma técnica utilizada, tanto em análises hidrológicas, morfométricas, morfológicas, quanto morfo-estruturais. Tal utilização constitui um importante passo nos processos metodológicos e na construção de muitas informações, com vistas às análises multivariadas sobre os recursos naturais e paisagens terrestres. Para Valeriano et al. (2006), o uso de dados de sensoriamento remoto tem apresentado muitas vantagens como recurso digital (velocidade, repetição e

30 30 integração com outras bases de dados), proporcionando a redução de intervenções manuais e, portanto, da subjetividade, ampliando a possibilidade de representação paramétrica (de padrões) dos diferentes tipos de recursos naturais com suas particularidades e diferenças. Diante dessa perspectiva, a geração de dados superficiais a partir de imagens de sensores remotos tem sido objeto de análise, comparação, atualização de informações da superfície terrestre e de desenvolvimento de modelos de representação digital dos recursos naturais. A partir de dados de sensores remotos, Mark (1984), Band (1986), Jenson e Domingue (1988), Verdin e Verdin (1999), Valeriano (2003), Tonello (2006), Ribeiro et al. (2008) e Merkel et al. (2008) desenvolveram estudos comparativos referentes aos recursos hídricos, proporcionando resultados como o de delineamento de redes de drenagem e o estabelecimento de limites de bacias hidrográficas. Além disso, conseguiram provar que era possível calcular a declividade e altitude, bem como verificar a direção de fluxo do escoamento superficial para o entendimento do comportamento de sistemas de drenagem, permitindo observar seu grande potencial na discriminação dos padrões de recursos naturais. Segundo Markham e Baker (1987), Bastiaanssen et al. (1998), Meneses (2001) e Silva et al. (2005), uma das áreas do conhecimento mais importantes do sensoriamento remoto é a radiometria espectral que, de modo geral, representa a radiação de onda longa refletida por cada objeto localizado na superfície terrestre que é captada pelo sensor orbital de cada banda para cada pixel da imagem, diante do campo do espectro. É por meio das medidas radiométricas de laboratório (ou de campo), que se descobre com qual intensidade cada objeto ou alvo, seja um solo, um tipo de rocha, ou uma vegetação, reflete ou emite radiação eletromagnética nos diferentes campos (Figura 1) de comprimentos de onda do espectro eletromagnético. Para Moreira (2003), é essa diferenciação espectral que permite explicar como os dados de um desses objetos aparecem na imagem captada pelo sensor nas mesmas condições ambientais.

31 31 A partir do conhecimento e importância de cada um dos campos do espectro eletromagnético apresentados na Tabela 1, é possível identificar e analisar muitos dos componentes das paisagens nos levantamentos sobre a cobertura do solo, a vegetação e a hidrografia, ajudando na interpretação das condições em que esses recursos se encontram (LUCHIARI et al., 2005). Nesse sentido, Costa e Silva (2004) enfatizaram que a aplicação de Sistemas de Informações Geográficas (SIG) em dados de sensoriamento remoto, tornou-se uma ferramenta poderosa que, atrelada ao uso de outros softwares de tratamento de dados digitais e mapeamento, permite não somente maior rigor, mas também, precisão nas análises, facilitando a representação espacial. Tabela 1 Campos eletromagnéticos e intervalos espectrais usados na geração de dados por sensoriamento remoto. Campos Eletromagnéticos Intervalos Espectrais Fontes de Radiação Resposta dos Alvos Imageados Propriedades Medida Bandas Visível 0,4 0,7 µm Sol Infravermelho próximo Infravermelho de ondas curtas Infravermelho médio Infravermelho termal Água, Solo, Vegetação. Reflectância 1, 2 e 3 Solo/Agricultura, 0,7 1,1 µm Sol Água/vegetação Reflectância 4 1,1 2,5 µm Sol Vegetação, Solo, Rochas. Reflectância 5 e 7 3,0 5,0 µm Sol Solo Reflectância - 4,5 5,0 µm Corpos terrestres com altas temperaturas 8,0-14 µm Terra Rochas, Solo. Temperatura - Rochas, Solos, Vegetação, Água. Temperatura 6 Temperatura Terra (passivo) (passivo) Microondas 1 mm 1 m - - Rugosidade dos Artificial (ativo) alvos (ativo) Fonte: Adaptação feita pelo autor a partir de Meneses (2001). Para Santos et al. (2006), os SIG constituem uma importante estrutura em termos de viabilização, tratamento e manipulação de dados gerados por sensores remotos, tem possibilitado a execução de análises e aplicações de cálculos, que variam desde a álgebra cumulativa (soma, subtração, multiplicação, divisão, intersecção, etc.), até a álgebra não cumulativa (operações lógicas), permitindo a elaboração de mapas temáticos (dados qualitativos), reformulações e sínteses sobre dados ambientais disponíveis, através de um conjunto de procedimentos computacionais, que sobre uma base de dados integrados geograficamente, constitui-se num instrumento de grande potencial para o estabelecimento de planos integrados de manejo e conservação do solo, da vegetação e da água.

32 32 A finalidade principal desses SIG foi aperfeiçoar o processo de análise quantitativa dos atributos físicos das paisagens, principalmente no que se refere à rede de drenagem, a relevo e à cobertura do solo. A obtenção e rapidez de dados voltados para a caracterização e análise, da situação física e ambiental de uma área, são algumas das vantagens da modelagem de dados em ambiente de SIG. São exemplos os trabalhos de Valeriano e Garcia (2000), Tucker et al. (2001), Valeriano e Morais (2001), Valeriano (2005), Ganas et al. (2005) e Hott et al. (2007), sobre análises morfométricas de bacias hidrográficas. Uma das técnicas mais comuns de derivação de dados e extração de atributos, com subsequente cálculo dos parâmetros físicos, é feita a partir do uso dos MDE e da rede hidrográfica digitalizada, obtidos de cartas topográficas ou imagens de sensores orbitais. Sobre esses dados são aplicados procedimentos e usos de ferramentas computacionais para extrair as informações necessárias à análise física e morfométrica de uma bacia hidrográfica. A aplicação de novas metodologias na extração de atributos e cálculo de parâmetros físicos a partir dos MDE associam-se outras técnicas de mensuração de feições (formas) e fenômenos (processos) da superfície terrestre que podem ser vistas nos trabalhos de Riffel (2006), Ruszkiczay e Rudiger (2007), Lopes (2008), Walcott e Summerfield (2007), que defendem a obtenção e rapidez de dados concretos e melhores resultados nas análises morfológicas e de evolução do relevo em ambientes de SIG e não apenas em hipóteses dedutivas, como é feita, geralmente, com dados de cartas topográficas e planialtimetricas. Os trabalhos desenvolvidos por Tarbotton et al. (1991), Thompson (2001), Ponzoni (2002), Dias et al. (2004), Costa (2005), Valeriano e Abdon (2007), Luedeling et al. (2007), Fredrick et al. (2007), Berry et al. (2007), Bittencourt (2007), Renó et al. (2008), Galetti (2010) e Renó (2011) demonstraram a importância de dados orbitais na extração de curvas de nível, geração de Modelos Digital de Terreno (MDE), indicação de fluxos de escoamento superficial, delimitação de bacias hidrográficas, identificação e caracterização de cobertura vegetal, mudanças temporais na cobertura do solo, desenvolvimento e aplicação de modelos hidrológicos, dentre outras finalidades, que possam ser aplicáveis ao diagnóstico, planejamento e gestão dos recursos naturais.

33 33 Os dados de sensoriamento remoto, também apresentam certas limitações, muitas vezes ligadas às condições atmosféricas e declividades do terreno, gerando imperfeições nas representações espaciais, ou mesmo, precisando ser complementados, após tratamento digital, com outras informações já espacializadas anteriormente, a exemplo das cartas topográficas e fotografias aéreas. Nesse sentido, segundo Novo et al. (2005), o estudo e a análise das áreas suscetíveis à inundação e enchentes a partir de imagens de sensores remotos, por manipular uma grande quantidade de dados, necessitam do uso de técnicas que permitam o cruzamento de informações já territorialmente espacializadas, para que seja possível comparar e mapear a variação no tempo e no espaço, da área ocupada pelos diferentes sistemas alagáveis. Tais técnicas vão desde a delimitação automática de bacias hidrográficas, até a aplicação de equações específicas de cruzamento e simplificação de variáveis, para demonstração da influência espacial de um fenômeno sobre uma área em particular. Essas técnicas são implementadas em ambientes de Sistemas de Informações Geográficas (SIG), com o uso de software específico, promovendo resultados físicos relevantes, conforme verificado nos trabalhos de Mark (1984), Band (1986), Jenson e Domingue (1988), Tarboton et al. (1991), Fairfield e Leymarie (1991), Verdin e Verdin (1999), Turcotte et al. (2001), Vogt et al. (2003), Jordan e Schott (2005), e Merkel et al. (2008). No processo de delimitação automática de bacias hidrográficas em SIG, por exemplo, são utilizadas informações de relevo, que podem ser representadas por uma estrutura numérica de dados correspondente à distribuição espacial da altitude e da superfície do terreno, que constitui o MDE. O MDE pode ser obtido por meio da interpolação de curvas de nível extraídas de uma carta topográfica, ou através de imagens de sensores remotos, a exemplo das imagens da missão Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). Podem-se citar, nesse caso, os trabalhos desenvolvidos por Dias et al. (2004), Santos et al. (2006), Valeriano e Abdon (2007), Luedeling et al. (2007), Fredrick et al. (2007), Berry et al. (2007) e Rennó et al. (2008).

34 34 Jenson e Domingue (1988) afirmaram que parâmetros hidrológicos e morfológicos extraídos de MDE mostram-se acurados e compatíveis com aqueles obtidos por métodos manuais, que despendem maior tempo no seu processamento e têm detalhamento menor na sua configuração. Assim, como Tarbotton et al. (1991) e Walker e Wilgoose (1999) descreveram como o MDE apresenta boa correlação entre a declividade e a área de contribuição, exibindo os pontos de inflexão que marcam o início da captação fluvial, de modo que a rede de drenagem pode ser determinada com confiança elevada. Nesse sentido, as feições de drenagem e divisores de água, convertidas em vetores a partir das imagens de sensores remotos, são alvos de análises clássicas do terreno (área, perímetro, declividade, altitude, etc.), em que se busca a delimitação de regiões homogêneas e mais significativas na imagem, em função do valor de cada pixel isoladamente, cuja acurácia dos dados e rapidez dos seus resultados podem ser utilizadas de forma direta para fins de mapeamento (VALERIANO, 2008). As regiões homogêneas serão identificadas, delimitadas e classificadas a partir do valor do número digital (ND) de cada pixel. Para tanto, é necessário realizar um pré-processamento dos dados da imagem utilizando-se um processo de segmentação de forma automática com o emprego de softwares específicos. Segundo Barbosa (2007) e Novo (2008), uma das técnicas mais conhecidas nesse pré-processamento é a de segmentação por crescimento de regiões. Esta técnica baseia-se num processo interativo no qual as regiões homogêneas (segmentos) são delimitadas nas imagens em função do seu ND a partir do agrupamento de pixels contíguos. Este agrupamento é baseado em algumas propriedades intrínsecas das imagens, como a diferença de nível de cinza entre cada um dos pixels contíguos (similaridade) e sua área (mínima) de ocorrência. Essa diferença está relacionada à resposta do espectro eletromagnético para cada alvo na superfície imageada. O resultado desse processo facilita a delimitação das informações na imagem em análise, onde para cada polígono é atribuído um rótulo único de classificação e uma cor correspondente para melhor diferenciar as regiões homogêneas, facilitando o processo de classificação final para essas informações.

35 35 O resultado é uma matriz de covariância, onde o valor do vetor das regiões indicará as classes resultantes do processo adotado. Esta abordagem de classificação baseada em regiões de crescimento foi utilizada com sucesso por Alves et al. (1996), Coutinho (1997), Fonseca (2000), Vasconcelos e Novo (2004), Matos et al. (2005), Kennedy et al. (2007) e Lindener et al. (2007) no mapeamento da cobertura das terras em bacias hidrográficas e por Wittmann (2004), Barbosa (2007), Rennó (2008) e Teixeira (2008) no mapeamento das áreas de várzeas e cobertura do solo na planície de inundação Amazônica. Os valores obtidos podem ser relacionados aos ambientes mais úmidos, excetuando-se aqueles diretamente ligados aos corpos de águas que apresentam valores negativos ou muito próximos da unidade. Com a classificação das áreas homogêneas, obtida a partir do processo de segmentação é possível identificar, segundo Matos (2005) e Barbosa (2007), as áreas com forte influência do lençol freático e da umidade na planície de inundação, onde ocorre forte resposta espectral em função da absorção da água e características dos alvos imageados na superfície analisada, diante das diferentes regiões de intervalos espectrais. A resposta espectral estará ligada à banda espectral que for mais sensível na captura da umidade. Procedimento semelhante pode ser visto nos trabalhos realizados pelo RADAMBRASIL, que visaram a obtenção de dados da superfície em função das respostas espectrais dos alvos imageados pelo sistema de sensoriamento remoto, para fins de mapeamento da cobertura vegetal e, por extensão, do relevo. Para tanto, a variedade de atributos usados no sistema de classificação dos alvos refletiu a variabilidade estrutural dos tipos de vegetação e a importância da topografia, como sendo um dos fatores determinantes no estabelecimento, distribuição e diversidade de espécies vegetais em função da umidade na caracterização da paisagem. Nesse sentido, os mapas do RADAMBRASIL foram elaborados a partir das informações espectrais em imagens de radar (sensores aerotransportados), sobre as quais a visualização dos padrões de drenagem e a diferenciação entre áreas de várzea e terra firme, foram facilitadas graças à geometria de aquisição e iluminação capturada pelo sensor. Isto ocorre, segundo Wittman et al. (2004),

36 36 porque nos ambientes de várzea, a topografia pode definir a riqueza e a distribuição de espécies vegetais ao longo do gradiente de inundação e sedimentação de um canal fluvial. Relevo, topografia, geologia, hidrografia e cobertura do solo são algumas das informações que se pode obter a partir das imagens de sensores remotos, sendo necessário para tanto, definir os procedimentos e as finalidades dos dados que serão gerados por técnicas específicas na captura de cada informação.

37 37 3 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO A área de desenvolvimento deste estudo é a bacia hidrográfica do rio Pajeú, que é um dos últimos afluentes da margem esquerda do rio São Francisco, correspondendo à chamada Microrregião do Vale do Pajeú e a Unidade de Planejamento Hídrico UP-9, situada na porção Centro-Oeste do Estado de Pernambuco, em plena zona de domínio da região semiárida. É delimitada pelas coordenadas geográficas 07º e 08º de latitude sul e 36º e 38º de longitude oeste. Possuindo 355 km extensão, da nascente, até a foz do rio Pajeú, que está localizada no lago de Itaparica no submédio do São Francisco. Com uma área de ,63 km², a bacia hidrográfica do rio Pajeú corresponde a 16,97% do território pernambucano (Figura 1). Figura 1 Localização da bacia hidrográfica do rio Pajeú em Pernambuco, Brasil. Fonte: Elaborado pelo autor.

38 Bacia hidrográfica do rio Pajeú A bacia hidrográfica do rio Pajeú está inserida na região do semiárido nordestino, onde o clima é seco e quente, tipo Bw h (classificação Köppen), semiárido, com inverno seco e estação chuvosa irregular, variando de verão a outono. Cerca de 80% das precipitações ocorrem na estação chuvosa e o restante no período seco. A umidade relativa do ar é baixa, com média anual próxima de 50% (SANTOS et al. 2007) e as temperaturas diárias oscilam de 27 o a 24 o C durante boa parte do ano. A bacia limita-se ao norte, com os estados do Ceará e Paraíba, ao sul com o grupo de bacias de pequenos rios interiores, ao leste com a bacia do rio Moxotó e, ao oeste, com a bacia do rio Terra Nova. Com forma alongada, 355 km extensão, perímetro de 1.041,74 km e largura muito variada (45,4 km no alto Pajeú, 69,7 km no médio Pajeú e 104,2 km no baixo Pajeú), a bacia apresenta um relevo variado. Destacam-se, segundo Jatobá (1999), o Planalto da Borborema, ao norte, com altitudes que variam entre 500 e m, e a Depressão Sertaneja, na parte centro-sul, variando de 200 a 500 m de altitude, onde, por vezes, surgem maciços residuais de estruturas cristalinas, pertencentes ao Pré-Cambriano, englobando diversas unidades litoestratigráficas. A bacia drena 29 municípios (Figura 2), sendo dezesseis deles totalmente inseridos na bacia (Afogados da Ingazeira, Betânia, Brejinho, Calumbi, Flores, Ingazeira, Itapetim, Quixabá, Santa Cruz da Baixa Verde, Santa Terezinha, São José do Egito, Serra Talhada, Solidão, Tabira, Triunfo e Tuparetama), cinco com a maior parte de suas áreas e sedes inseridas na bacia (Carnaíba, Floresta, Mirandiba, Iguaraci e São José do Belmonte), quatro com parte de suas áreas dentro da bacia (Belém do São Francisco, Carnaubeira da Penha, Custódia e Itacuruba) e quatro com apenas uma pequena parte de suas terras inseridas na área da bacia (Ibimirim, Salgueiro, Sertânia e Verdejante).

39 39 Figura 2 Divisão político-administrativa da bacia hidrográfica do Pajeú. Fonte: Elaborado pelo autor com base no ZAPE (2001). 3.2 Caracterização da fisiografia Clima O clima da região da bacia hidrográfica do rio Pajeú, baseado na classificação de Köppen, é semiárido do tipo Bw h, com estação chuvosa no período de verão a outono e inverno seco, com temperatura média anual de 27ºC a 34ºC. Segundo Lacerda et al. (2006), este clima está caracterizado por apresentar uma precipitação média de 700 mm/ano, sujeito a chuvas torrenciais e acentuada irregularidade no regime pluviométrico. Na área de estudo, a média é de 647 mm/ano, podendo variar muito ao longo da bacia em função da altitude. Nas áreas mais elevadas, ao norte e noroeste da bacia, a precipitação média anual varia de 876 mm a 1168 mm. Já nas áreas mais baixas, ao sul da bacia, a precipitação média anual varia de 375 mm a 538 mm (Figura 3).

40 40 Figura 3 Faixas das precipitações médias na bacia hidrográfica do Pajeú. Fonte: Elaborado pelo autor com base nos dados pluviométricos. A média histórica de precipitações, com base no período entre 1963 e 2007 para 23 postos pluviométricos localizados na bacia, indica que a quadra chuvosa vai de janeiro a abril e os meses com maiores índices pluviométricos são março e abril, com precipitações médias em torno de 112,3 mm/mês e os meses mais secos são agosto e setembro, quando as precipitações raramente ultrapassam os 10 mm/mês. Nos dados do período de 1963 a 2007 ocorreram duas situações de extremas de precipitações na área de estudo. Uma em 1985, com precipitação total anual de 1217,3 mm, consequência das chuvas ocorridas no mês de abril, portanto, um ano atípico e muito chuvoso, com média mensal de precipitações na quadra chuvosa de 226,7 mm/mês. A outra situação em 1998, com precipitação total anual de 224,3 mm, portanto, um ano extremamente seco com média mensal de precipitação na quadra chuvosa, de 39,8 mm/mês (Gráfico 1). Normalmente, os meses de agosto a novembro são secos no semiárido e, podem ser considerados como sendo a quadra mais seca do ano.

41 Chuvas (mm) 41 Gráfico 1 Comportamento das precipitações do ano de 1985 (chuvoso) e 1998 (seco) diante da média mensal da série histórica de 1963 a 2007 na área da bacia hidrográfica do rio Pajeú. 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50, Série Histórica 0,0 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Fonte: Elaborado pelo autor Geomorfologia A área da bacia hidrográfica do rio Pajeú apresenta uma grande diversidade de formas e estruturas na sua distribuição geomorfológica, principalmente por conta da presença das grandes bacias sedimentares (Betânia, Fátima, Mirandiba, São José do Belmonte, Jatobá) dissecadas, pouco dissecadas e retrabalhadas; das estruturas cristalinas (Planalto da Borborema) dissecadas, escarpadas e preservadas e, das áreas rebaixadas e de depressões (Depressão Sertaneja). Além dessas ocorrências, a dinâmica climática da região tem um papel fundamental nas alterações e modificações observadas nas estruturas e formas de relevo ao longo do tempo. Conforme o Mapa Geomorfológico (Figura 4), elaborado a partir das informações contidas no ZAPE (2001), a área da bacia do rio Pajeú é composta por chapadas, contrafortes (cristas), bordas (cuestas), pediplanos (encostas), serras, serrotes, superfícies planas, suavemente onduladas, onduladas, colinosas, dissecadas, várzeas e terraços aluviais.

42 42 Figura 4 Geomorfologia da área da bacia hidrográfica do Pajeú. Fonte: Elaborado pelo autor a partir das informações do ZAPE (2001). Segundo dados dos levantamentos hidro-geológicos e exploratórios do CPRM (2004), na área conhecida como alto Pajeú, onde o substrato é mais rochoso e composto por rochas do embasamento cristalino, ocorre um relevo mais serrano e colinoso, por vezes intercalado por vales encaixados e dissecados. Já na área do médio e do baixo Pajeú, ocorre o domínio da depressão sertaneja, onde, além das estruturas cristalinas, aparece a formação de estruturas sedimentares (Bacia de Betânia, Fátima, Mirandiba, São José do Belmonte e Jatobá) e vales bastante dissecados. As formas predominantes, que correspondem a uma grande parte ocupada pelas litologias da bacia do rio Pajeú, são relevos ondulados e colinosos de pequenas e médias estruturas, com comprimentos e altitudes variadas, onde aparecem estruturas cristalinas, serras (ao norte, nordeste, noroeste e sudoeste) e, vales encaixados e dissecados na porção centro-sul. Os comprimentos das rampas dos relevos ondulados e colinosos são variados, oscilando entre 130 a 1600 m, com declividades médias de 2,5 a 14%. As serras apresentam-se com rampas de 400 a 900 m e declividades que variam de 20 a 42%.

43 Geologia A geologia regional da área da bacia hidrográfica do rio Pajeú é representada por rochas do embasamento cristalino do Planalto da Borborema, com predomínio de material gnaíssico-migmatítico e terrenos meta-sedimentares da Depressão Sertaneja com boa parte constituída por litotipos metamorfizados intercalados por superfícies pedimentares, interflúvios amplos e encostas de baixa declividade onde as altitudes locais variam entre 400 e 600 m (CPRM, 2005). Segundo Brito Neves et al. (1995), essas estruturas estão associadas às rochas máficas, ultramáficas e graníticas, aparecendo em algumas áreas de pediplanos e em formas dissecadas. A partir das informações geológicas representadas na Figura 5, é possível observar que na área de estudo ocorrem praticamente dois domínios morfoestruturais na região do alto Pajeú, representados pela Província do Planalto da Borborema e seus subtipos litólicos, com rochas gnáissicas, metamórficas e graníticas, datadas do Pré-cambriano. O outro domínio ocorre na região do médio Pajeú, representado pela Depressão Sertaneja, onde aparecem os terrenos sedimentares datados do Terciário. Figura 5 Geologia da área da bacia hidrográfica do Pajeú. Fonte: Elaborado pelo autor com base no ZAPE (2001) e CPRM (2005).

44 Rede hidrográfica A rede hidrográfica da bacia do Pajeú possui como rio principal o rio Pajeú, que nasce que nasce na serra do Balanço, município de Brejinho, a uma altitude de aproximadamente 800 m, nos limites entre Pernambuco e Paraíba (CONDEPE, 1970). O rio Pajeú é um rio de sétima ordem, com 343,21 km de extensão e tributários. Seu sistema de drenagem é ramificado, drenando uma área de ,63 km² (Figura 6). Figura 6 Rede hidrográfica da área da bacia do rio Pajeú. Fonte: Elaborado pelo autor com base nos dados do MDE. Inicialmente, o rio Pajeú tem seu curso no sentido nordeste, depois, nordeste-sudoeste e, em seguida para o sul, até desaguar no lago de Itaparica, que fica na região do sub-médio do rio São Francisco. Ao longo do seu curso, margeia as cidades de Itapetim, São José do Egito, Tuparetama, Ingazeira, Afogados da Ingazeira, Carnaíba, Flores, Calumbi, Serra Talhada e Floresta. Os afluentes principais pela margem direita são os riachos Tigre, Barreira, Brejo, São Cristóvão e Belém e, pela margem esquerda, os riachos do Cedro, Quixabá, São Domingos, Poço do Negro e do Navio (o maior entre todos os tributários).

45 45 Segundo Andrade (2003), toda a rede hidrográfica da bacia, incluindo o rio principal, apresenta um regime sazonal-intermitente, com a interrupção do curso de água no período de estiagem. Essa é uma das características marcantes dos rios sertanejos, que está diretamente relacionada com as condições climáticas na região, com baixos índices de pluviosidade ao longo do ano e chuvas concentradas num curto período. Estes rios, em geral, têm leitos largos e arenosos onde se formam lençóis de água subterrânea utilizados pela população com a abertura de cacimbas durante os períodos de estiagem Vegetação A principal cobertura vegetal da bacia do rio Pajeú é representada pela caatinga hiperxerófila que apresenta três tipos fisionômicos, conforme a hierarquia topográfica, o relevo, o embasamento geológico, o solo e a umidade. Esses tipos são: a caatinga arbórea, a caatinga arbóreo-arbustiva e a caatinga arbustiva (Figura 7). Nas áreas mais elevadas, segundo Jacomine et al. (1973), surge uma caatinga com porte mais denso e maior riqueza florística, o que possivelmente pode ser explicado pela umidade, em relação as áreas mais rebaixadas. A caatinga arbustiva é o tipo de vegetação natural mais representativo na área da bacia do rio Pajeú, podendo-se perceber também, por extensão, que a degradação da vegetação de caatinga na área é bem expressiva, principalmente se for comparada com a representação das áreas de solo exposto (com ou sem uso agrícola), restando poucas áreas de caatinga densa (arbórea e arbóreoarbustiva). Segundo Sampaio et al. (2002), esses tipos de vegetação de caatinga podem ser observados da seguinte forma: a caatinga arbórea tem altura variada de oito a doze metros e árvores de ótimo porte; a caatinga arbóreo-arbustiva tem altura de dois a cinco metros, com árvores intercaladas com arbustos e mais aberta; a caatinga arbustiva (ou herbácea) tem menos de dois metros e plantas rasteiras.

46 46 Figura 7 Vegetação natural na região da bacia hidrográfica do Pajeú. Fonte: Elaborado pelo autor com base no EVI trabalhado. De modo geral, a caatinga é uma vegetação que se adaptou ao clima que, em suas múltiplas inter-relações, resulta em sistemas ecológicos bastante variados. No período de seca, a vegetação perde as folhas. Dentre as espécies de caatinga, várias armazenam água, como as spondias tuberosa (umbuzeiro), que tem xilopódios nas raízes, onde guarda reservas para os tempos secos, enquanto muitas outras têm raízes rasas, facilitando a captação de água na superfície (SAMPAIO et al. 2002). Em uma escala local, pouco se conhece sobre a variação da flora da caatinga, bem como sobre a distribuição dos seus diferentes tipos fisionômicos dentro da área. Porém, segundo dados do MMA (2002), cerca de 70% da caatinga na região do semiárido está submetida ao antropismo em algum grau de exploração e, destes, as áreas com extrema antropização correspondem a 35%.

47 Solos No semiárido os solos apresentam fertilidade dominante de média a alta, com profundidade muito variada, pois tanto o intemperismo das rochas, quanto à pedogênese, são processos muito menos intensos nessa região. Para Jacomine et al. (1973), Jacomine (1996) e Araújo (2005), há no semiárido grande diversidade de solos, cuja origem está associada ao material geológico das rochas cristalinas (gnáissicas, graníticas, máficas e ultramáficas) e rochas sedimentares (arenitos). O relevo e a intensidade da aridez, proporcionada pelo clima semiárido durante boa parte do ano, são fatores locais que influenciam na formação e ocorrência de diversas classes desses solos, que de modo geral, são pouco profundos, apresentam boa fertilidade química e ph normalmente em torno da neutralidade. Na área da bacia hidrográfica do rio Pajeú, a distribuição das unidades de solos pode ser observada sob dois domínios morfoestruturais. No primeiro, relacionado com as áreas mais elevadas de domínio do Planalto da Borborema, ocorrem de modo expressivo os Neossolos Litólicos, que são tipicamente considerados rasos e de fertilidade natural muito variada; aparecendo também, os Argissolos, que apresentam boa profundidade e fertilidade natural muito variada. No segundo, representando as áreas mais planas e mais rebaixadas de domínio da Depressão Sertaneja, ocorrem os Planossolos, com fertilidade natural variável, os Luvissolos, que são solos rasos, e os Argissolos Vermelhos, que vão de rasos até muito profundos (Embrapa, 2006).

48 48 4 METODOLOGIA APLICADA 4.1 Mosaicagem das imagens orbitais para extração de dados superficiais Mosaicos de imagens de satélite são representações sinóticas de determinadas áreas com vistas à atualização de dados superficiais sobre as diversas modalidades de uso e ocupação do solo, da área imageada pelo satélite, visando revelar de forma fiel a situação atual dessas áreas. De modo geral, podese dizer que consistem num processo de junção de duas ou mais imagens retificadas geometricamente para formar uma imagem maior. Inicialmente, foram obtidas as imagens de satélite Landsat-5 TM, de órbita/ponto 215/65 e 216/65 e órbita/ponto 215/66 e 216/66, datadas de e , respectivamente, com 30 metros de resolução espacial, adquiridas junto ao INPE (2010) e imagens da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), referentes às cartas SB-24-Z-C, SB-24-Z-D, SC-24-X-A, e SC-24-X-B da EMBRAPA (2006), com resolução espacial de 90 x 90 metros e elipsoide de referência WGS-84, compatíveis com a escala de 1: , referentes à área de estudo imageada pelo satélite. De posse deste material foi possível compilar as informações e fazer uma caracterização prévia da área de estudo. Com a obtenção dessas informações, foi montado um mosaico em ambiente de SIG com emprego da ferramenta Data Prep/Mosaic Images do software ERDAS IMAGINE 9.1 (ESRI, 2008). Realizado o mosaico, cada uma dessas informações foi recortada de acordo com os limites geográficos da bacia hidrográfica do rio Pajeú, para processamento de extração das curvas de nível e suas respectivas cotas altimétricas, do tipo de uso e cobertura do solo, como também para a extração da rede de drenagem, com o objetivo de realizar o ordenamento de canais, segundo Horton (1945) e Sthaller (1957), para identificação e delimitação das sub-bacias de interesse da pesquisa. No processo de elaboração do mosaico com as imagens Landsat-5 TM, foram utilizados como parâmetros técnicos na obtenção de informações quatro cenas do imageamento feito pelo satélite, a composição das bandas e, depois, a combinação das bandas espectrais 5, 4, 3/RGB em composição colorida falsa cor. A projeção original dessas imagens foi a Datum: Projeção Geográfica (Lat/Long),

49 49 de elipsóide: South America 1969, com escala de referência, Datum: SAD69. A resolução espacial dessas imagens do Landsat-5 TM é de 30 metros. O tipo de processamento adotado foi o matricial (raster) de 8 bits (1 byte por píxel) no formato original GEOTIFF e, na saída, o formato IMG. Na escolha das cenas das imagens utilizadas, foi adotado o critério da sazonalidade, preferencialmente de datas do período seco, com a cobertura de nuvens máxima de 10%, que é preponderante na determinação da qualidade radiométrica, espectral e espacial das imagens empregadas para a extração das informações sobre os ambientes úmidos, como as áreas de várzeas, bem como para o uso e cobertura do solo. O perímetro da área da bacia do rio Pajeú foi extraído da base digital do ZAPE (2001) na escala 1: , compatível com a resolução espacial das imagens do Landsat-5 TM e do SRTM. A elaboração do mosaico com as imagens da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) foi feita utilizando como parâmetro técnico a união (fusão digital) de quatro imagens referentes as cartas da EMBRAPA (2006) no aplicativo computacional do mesmo software ERDAS 9.1 (ESRI, 2008), para se adequar as informações à área de delimitação política da bacia do rio Pajeú. O objetivo desse procedimento foi limitar o tempo do processamento computacional, na geração das informações em raster, necessárias para o modelo numérico do terreno (MNT), elaboração do mapa de declividade, extração da rede de drenagem da bacia e para realizar a delimitação das sub-bacias de terceira ordem. Essas informações foram salvas em formato raster (Img.) para posterior elaboração dos mapas base para realização do zoneamento. 4.2 Base cartográfica para elaboração dos mapas base A elaboração da base cartográfica com as informações planialtimetricas, da rede de drenagem, da pedologia, da geomorfologia, da geologia, da cobertura e uso do solo e das áreas úmidas para a identificação, delimitação e caracterização física das áreas de várzeas, contou com a base digital das imagens de satélites Landsat 5 TM (INPE, 2010) e SRTM (EMBRAPA, 2006), das informações em

50 50 formato vetorial do ZAPE (2001) e do uso das ferramentas dos programas e aplicativos dos softwares ERDAS 9.1 (ESRI, 2008) e ArcGIS 9.3 (ESRI, 2008), procurando-se construir uma base de dados na escala 1: (com drenagens, curvas de nível, cobertura de vegetação e água). A base cartográfica consistiu no processamento digital das informações em formato raster e vetorizadas a partir do processo de mosaicagem, empregando técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento, seguidas por uma modelagem de dados utilizando o banco de dados gerado. A principal função desta base cartográfica foi auxiliar o georeferenciamento dos mapas temáticos para facilitar a entrada, manipulação e saída dos dados. A utilização deste banco de dados permitiu a modelagem e a extração dos principais parâmetros físicos que determinaram a identificação dos ambientes de várzeas. A partir dessas informações pôde-se elaborar o modelo numérico do terreno (MNT), o mapa de declividade, o mapa da rede de drenagem, o mapa de vegetação e o mapa de uso e cobertura do solo da área de estudo, visando caracterizar do ponto de vista morfológico, cada um dos ambientes de várzea identificado na área da bacia hidrográfica do rio Pajeú. Para confirmação da acurácia dos resultados, gerados em ambiente de SIG, obtidos com as imagens e, visando definir a classificação final da cobertura e uso do solo, a partir das imagens Landsat, foram realizados dois testes estatísticos com os dados gerados em ambiente de SIG. O primeiro foi o emprego do índice de exatidão global (EG) e o segundo o índice de Kappa (K). Segundo Machado (2002) e Santos (2007), esses dois índices expressam a probabilidade de uma classe de cobertura e uso do solo estar correta em relação à realidade. A Equação 1 é utilizada para a realização do teste estatístico do índice de exatidão global (EG): ( ) (1) Em que: EG = representa o índice de acertos, ou de exatidão global para cada classe; A = o número de pontos amostrados com acerto geral no valor de cada conjunto de pixels; e N = o número de pontos amostrais que foram utilizados no processo de comparação feita entre a classificação final e a imagem bruta.

51 51 A Equação 2 é utilizada para o teste estatístico do índice de Kappa: { [ ( ) ( )] } (2) ( ) Em que: K = representa a concordância de acertos para cada classe observada; N = número de pontos da matriz analisada para cada classe; r = número de classes presentes na matriz; A ii = o número de pontos amostrados com acerto geral no valor de cada conjunto de pixels da diagonal principal; A i+ = o total de pixels para uma dada classe observada; e A +i = o total de pixels dentro da matriz onde há uma dada classe observada. Para o cálculo do índice de exatidão global e de Kappa, foi necessária a criação de 75 pontos amostrais de controle nas imagens Landsat, para gerar as matrizes numéricas para a representação dos valores das classes de cobertura do solo, nas análises estatísticas. As classes de cobertura do solo admitidas foram água, vegetação densa (caatinga arbórea densa), vegetação esparsa (caatinga arbóreo-arbustiva), vegetação aberta (caatinga arbustiva aberta), áreas de solo exposto, áreas com pastagens e áreas com uso agrícola. Os valores dessas classes foram obtidos das imagens adquiridas e comparados com os resultados dos valores atribuídos com o processo de classificação por regiões de segmentos, facilitando a análise estatística e visual de cada uma das classes consideradas. 4.3 Modelo numérico do terreno O Modelo Numérico de Terreno (MNT), ou modelo digital do terreno (MDT), é uma representação matemática computacional da distribuição de um fenômeno espacial que ocorre dentro de uma região da superfície terrestre, a partir dos dados de uma imagem de satélite, no qual, segundo Luedeling et al. (2007), cada informação é representada por um pixel de valor Z, de altitude correspondente as suas coordenadas X e Y. Esses modelos são gerados automaticamente a partir de uma matriz (raster) de números, que tem por propósito representar a distribuição geográfica das elevações (altitudes) por cotas (curvas de nível) do relevo de uma determinada região.

52 52 A partir da interpretação automática em ambiente computacional, as curvas de nível são interpoladas com intervalos de valores iguais (Z) gerando uma Rede Triangular Irregular (TIN), onde a elevação digital é convertida em um modelo digital de terreno (MDT) (FONSECA et al., 2007). A partir do modelo digital do terreno (MDT), o modelo digita de elevação (MDE) torna-se um dado matricial (raster), onde podem ser geradas imagens para interpretação dos mapas de hipsometria e declividade. De modo geral, essas informações representam a variação altimétrica do terreno Z em relação ao eixo X e ao eixo Y. Neste caso, Z representa a variável a ser modelada, sendo Z= f(x,y) em relação ao plano geométrico do terreno (Figura 8). Os intervalos adotados nessa pesquisa foram de 10 em 10 metros de equidistância entre as curvas de nível. Figura 8 Representação da variação de Z em função dos eixos X e Y na construção dos dados da topografia. Posição do dado de acordo com o ângulo de visada do satélite. Informação topográfica para cada pixel de valor Z. Fonte: Adaptado pelo autor a partir do modelo de Fonseca et al. (2007) Dessa forma, o MDT é caracterizado por um conjunto de informações de cada pixel (Z), as quais determinam a geometria do terreno, representando uma estrutura de dados que permite definir as relações topológicas/proximidade entre eles, que é um elemento de grande importância, enquanto representação numérica do terreno para os modelos de análise em hidrologia, geologia estrutural e geomorfologia fluvial. A interpolação dessas informações é responsável pelo processo de reconstrução da superfície do terreno (Figura 9).

53 53 Figura 9 Modelo numérico do terreno da bacia hidrográfica do Pajeú. Fonte: Elaborado pelo autor a partir dos dados do SRTM. Por fim, em ambiente do software ArcGIS 9.3 (ESRI, 2008), foi feita uma composição colorida da imagem gerada para o MDE e, posterior classificação em simbology/classified, objetivando gerar o mapa de altimetria da bacia hidrográfica do rio Pajeú. Para tanto, foi adotado como método de classificação a definição de intervalo e os zeros foram excluídos. Nesse processo, foram utilizadas curvas de nível vetorizadas de 10 em 10 m extraídas a partir das imagens da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). A partir do MDE foi possível obter uma representação muito próxima da topografia existente na bacia, que é necessária para obter informações sobre a rede de drenagem na delimitação das sub-bacias hidrográficas e, também, uma visão tridimensional de toda formação de relevo da bacia hidrográfica. Após isso, realizou-se a conversão dessas informações para o South American Datum (SAD 1969) com o auxílio do software ArcGIS 9.3, de modo a preparar os dados para posterior aplicação no trabalho e, com a extensão 3D Analyst do software, a imagem foi transformada em Slope para gerar o mapa de declividade.

54 Mapa de declividade O processo de classificação e mapeamento da declividade de uma bacia hidrográfica representa um procedimento de grande importância na detecção das potencialidades de utilização de seus recursos, sendo até mesmo, considerado como variável reveladora de aptidões e limitações de uso da terra. Para tanto, é necessário observar como as classes de declividade se apresentam, uma vez que elas podem indicar onde os processos erosivos serão mais determinantes, bem como os riscos que compreendem (deslizamentos, inundações e alagamentos) em função das suas declividades. Nesse sentido, o mapa de declividade da bacia hidrográfica do rio Pajeú foi elaborado em duas etapas. A primeira foi a aquisição dos dados referentes às cotas altimétricas com intervalos de valores iguais (Z) na forma de curvas de nível (isovalores em função dos eixos X e Y) e pontos tridimensionais, enquanto representação numérica de variação contínua no espaço. Segundo Câmara (2005), este deve ser entendido como o espaço cartesiano representado por um conjunto de atributos, com valores em todos os pontos e eixos pertencentes à região geográfica em análise. Essas informações foram utilizadas para gerar um modelo Triangulated Irregular Network (TIN) da área da bacia (Figura 10). Na segunda etapa, a informação digital gerada com o TIN foi inserida no módulo ArcMap do software ArcGis 9.3 (ESRI, 2008) para a interpolação e geração do mapa de declividade. As classes de declividades foram geradas automaticamente pelo módulo ArcMap, do mesmo software, utilizando-se a função Slope da ferramenta 3D Analyst. Após o resultado gerado, foi feita a classificação dos intervalos e o refinamento dos dados, que consistiu basicamente na eliminação de eventuais depressões sombreadas geradas na interpolação.

55 55 Figura 10 Modelo digital de elevação da bacia hidrográfica do Pajeú. Fonte: Elaborado pelo autor a partir dos dados do SRTM. Os intervalos adotados para as diferentes classes de declividade estão dentro do limiar dos intervalos, já consagrados nos estudos de aptidão agrícola da EMBRAPA, e associados aos valores já conhecidos dos limites considerados críticos para geotecnia e apresentam-se compatíveis com a análise dinâmica do relevo, conforme foram descritos por Ross (1994), Cunha e Mendes (2005) e Cunha (2007). Esses intervalos de declividades (Figura 11) possibilitam a identificação das áreas susceptíveis a inundações e alagamentos e, as áreas de maior ou de menor risco de erosão de acordo com a característica de fragilidade potencial que é inerente a cada classe de declividade.

56 56 Figura 11 Classes de declividades da bacia hidrográfica do Pajeú. Fonte: Elaborado pelo autor a partir dos dados do SRTM. 4.5 Extração da rede de drenagem A rede de drenagem de uma bacia hidrográfica é composta por um conjunto de canais de escoamento inter-relacionados, onde o arranjo espacial pode ser influenciado no seu traçado e atividade morfogenética pela natureza e disposição das camadas rochosas (controle estrutural), pela resistência litológica variável (controle litológico) e pelas diferenças de declividades da área. Nesse sentido, para a detecção da drenagem a partir do modelo digital de elevação (MDE), o escoamento superficial foi reclassificado a partir de um limiar, visando corrigir falhas advindas dos dados do SRTM. Para tanto, utilizou-se a função fill sinks da ferramenta Hydrology do aplicativo Spatial Analyst tools do ArcToolbox no ArcMap do ArcGIS 9.3, que considera as altitudes dos pixels vizinhos para preencher os sinks (falhas), promovendo, assim, a geração do MNT com informações melhores entre pontos de altitudes diferentes para a determinação dos fluxos de direção no terreno da área da bacia. Esse primeiro

57 57 procedimento é recomendado por Whitmann et al. (2004), Matos (2005), Bittencourt (2007) e Rennó et al. (2008). A partir da correção das falhas, o MNT passa a apresentar uma boa correlação entre a declividade e a área de contribuição, exibindo os pontos de inflexão que marcam o início da captação fluvial, de modo que a rede de drenagem pode ser determinada com confiança elevada. Nesse sentido, utilizando a função flow direction da ferramenta Hydrology do mesmo aplicativo do processo anterior (Spatial Analyst tools do ArcToolbox no ArcMap) do ArcGIS 9.3 (ESRI, 2008), são extraídas as informações referentes à direção do escoamento superficial da água e, a partir destes, é gerado um modelo de acumulação dos fluxos de água para a delimitação da rede de drenagem, tomando-se por base a linha de maior declividade do terreno. Sobre o modelo de acumulação gerado, é possível estabelecer um limiar mínimo de área de acumulação de fluxo, dependendo do interesse e da proposta de trabalho utilizada, permitindo estabelecer a área mínima de captação de água necessária à determinação da existência de um curso de água dentro da bacia. Esse parâmetro, segundo Valeriano (2008), indica o grau de confluência e divergência das linhas de fluxo do escoamento e, pode ser associado, aos fatores comprimento de rampa e divisores de água. Para Mark (1984), Mendes e Cirilo (2001) e Dias et al. (2004), o fluxo acumulado representa a rede hidrográfica, sendo possível montar nova grade contendo os valores de acúmulo de água em cada pixel. De modo automático, cada pixel receberá um valor correspondente ao número de pixels que contribuem para que a água chegue até ele, sendo necessário realizar o seguinte procedimento: no ArcToolBox do ArcMap do ArcGIS 9.3 (ESRI, 2008), utilizando o caminho Spatial Analyst Tools, chega-se até a ferramenta Conditional e usa-se a função Con, no qual o arquivo de fluxo acumulado gerado na etapa anterior foi inserido. Na sequência dessa função do software, em Input true raster no Constant value foi digitado 1. Em Output raster, o arquivo gerado foi salvo e, em Expression foi digitada a fórmula: value > 100. Este valor determina a identificação do talvegue para cada direção de fluxo

58 58 acumulado, criando a rede de drenagem. Quanto maior for a variação desse valor, maior será a quantidade de feições (rampas) de drenagem a serem geradas de forma automática. A próxima etapa foi a de gerar a rede de drenagens em formato vetorial (shapefile). No ArcToolBox do mesmo aplicativo do ArcMap, utilizando a ferramenta Hydrology do caminho Spatial Analyst Tools, foi aplicada a função Stream to Feature, no qual o arquivo Con gerado na etapa anterior foi utilizado e em Input stream raster, o arquivo de direção de fluxo (flow direction). Dado um destino ao novo arquivo em formato vetorial (shape) a rede de drenagem da bacia foi automaticamente extraída (Figura 12). Na Figura 12 é possível observar toda a rede de drenagem gerada com as ferramentas do ArcMap do programa ArcGIS 9.3. Essas informações foram comparadas com as cartas do IBGE (2005), para identificação do curso principal do rio Pajeú, desde a nascente até a foz, bem como os principais canais de rios tributários. Figura 12 Rede de drenagem da bacia hidrográfica do Pajeú. Fonte: Elaborado pelo autor a partir dos dados do SRTM.

59 59 A delimitação da rede de drenagem mostrada na Figura 12, com os procedimentos realizados em ambiente de SIG, foi efetuada com resultado satisfatório, principalmente quando comparado com as cartas topográficas do IBGE, nas quais foram consideradas todas as feições topográficas da bacia para gerar os canais de drenagens existentes, a fim de hierarquizá-los com o emprego da metodologia sugerida por Horton (1945) e modificada por Strahler (1952) para classificar suas ordens (Figura 13), com o objetivo de identificar a menor ordem de contribuição na formação dos ambientes de várzeas. Figura 13 - Hierarquia dos canais de drenagem sugerida por Horton (1945) e modificada por Strahler (1952). Proposição de Horton (1945). Proposição de Strahler (1952). Fonte: Elaborado pelo autor a partir das metodologias propostas por Horton (1945) e Strahler (1952) para a classificação de uma rede de drenagem. Para Horton (1945), os canais de ordem superior aos de primeira, segunda ou qualquer outra ordem, deveriam ser delimitados e hierarquizados até a nascente principal. Com a proposta de Strahler, esses canais só devem ser hierarquizados no momento em que um canal de ordem inferior deixa de ser o único juntando-se a outro canal, formando um canal de ordem superior com dois ou mais tributários de ordem sempre inferior a ele.

60 Classificação dos canais de drenagem A classificação dos canais de drenagem foi mais uma sequência de procedimentos realizados no ambiente de SIG do software ArcGIS 9.3 (ESRI, 2008), a partir da rede de drenagem já gerada. No ArcToolBox do ArcMap foi utilizado o caminho Spatial Analyst Tools para chegar até a ferramenta Hydrology e aplicar a função Stream Link, no qual o arquivo de fluxo acumulado e fluxo de direção já gerados foram inseridos. A partir do raster Stream Link é possível realizar a classificação dos canais da rede de drenagem da bacia, utilizando a função Stream Order da ferramenta Hydrology, juntamente com as extensões do mesmo aplicativo do processo anterior (Spatial Analyst tools do ArcToolbox no ArcMap) do ArcGIS 9.3 (ESRI, 2008). Para finalizar o procedimento, foi escolhido a método de ordenamento de Strahler (1952) para classificar as diferentes ordens de canais dentro da bacia. Segundo metodologia proposta por Strahler (1952), toda rede de drenagem pode ter seus canais agrupados segundo uma hierarquia, na qual os menores canais sem tributários são considerados de primeira ordem; os canais de segunda ordem surgem da confluência de dois canais de primeira ordem, e só recebem afluentes de primeira ordem; os canais de terceira ordem surgem da confluência de dois canais de segunda ordem, podendo receber afluentes de segunda e primeira ordens; os canais de quarta ordem surgem da confluência de dois canais de terceira ordem, podendo receber tributários de ordens inferiores e, assim, sucessivamente até o exutório do rio principal da bacia considerada. Ao classificar os canais de drenagem de uma bacia hidrográfica dessa forma, Strahler (1952) eliminou a ideia de Horton (1945), de que o rio principal deveria ter o mesmo número de ordem em toda a sua extensão, desde a nascente, até a sua foz, afirmando que é necessário refazer a numeração a cada confluência de canal. Nesse sentido, pode-se dizer que a hierarquia fluvial consiste no processo de se estabelecer a classificação de determinado curso de água (ou da área drenada a qual pertence) no conjunto total da bacia hidrográfica. A importância da utilização desta hierarquia é tornar mais objetiva a análise morfométrica das bacias.

61 61 A partir da hierarquização dos canais de drenagens da bacia do rio Pajeú foram calculados os parâmetros morfométricos para as sub-bacia, levando-se em consideração os dados do modelo digital de elevação (MDE). As sub-bacias de terceira ordem foram consideradas como sendo o limite mínimo de drenagem necessário para a identificação da formação e manutenção dos ambientes de várzeas. 4.7 Modelo da sub-bacia hidrográfica adotado no estudo A sub-bacia hidrográfica adotada nesse estudo teve como limite máximo os canais de terceira ordem (Figura 14) segundo a classificação de Strahler (1952), com área mínima de 19 Km 2 e área máxima de 80 Km 2. Estes limites estão dentro dos estabelecidos por Tucci (2003), Kurtz et al. (2005), Tonello (2006) e Netto (2007) para pequenas bacias hidrográficas, principalmente em se tratando de bacias rurais. Figura 14 Modelo da sub-bacia de terceira ordem. Canais de Ordem Inferior (1 a e 2 a ) Canal Principal de 3 a Ordem Sub-Bacia Hidrográfica Fonte: Elaborado pelo autor Delimitação das sub-bacias hidrográficas O processo de identificação e delimitação das sub-bacias de terceira ordem propostas no modelo anterior foi realizado em ambiente do SIG, com o auxílio do software ArcGIS 9.3 (ESRI, 2008). A partir do processamento das informações

62 62 referentes à hierarquização da rede de drenagem, foi aplicada a metodologia proposta por Dias et al. (2004) e Valeriano (2008), com auxílio do software ArcGIS 9.3, no qual os dados de direção de fluxo (flow direction) e fluxo acumulado (flow accumulation), já disponíveis na base de dados de processamentos anteriores, foram modelados na função Watershed da ferramenta Hydrology do aplicativo Spatial Analyst tools do ArcToolbox no aplicativo ArcMap. O resultado foi a delimitação automática das sub-bacias de primeira ordem. Para que esse resultado fosse referente às sub-bacias de terceira ordem, com áreas menores que 80 km 2 foi realizado um procedimento de ajuste no valor do campo da ferramenta Expression do ArcToolbox do software ArcGIS 9.3, utilizando-se o caminho Spatial Analyst Tools para chegar até a ferramenta Conditional e usar a função Con, na qual foi digitada a fórmula: value > Esse valor foi o que melhor correspondeu à proposta de estudo, após vários testes, conforme sugerido por Sobrinho et al. (2010). O valor da área de cada sub-bacia gerada correspondeu a quantidade de células, que foram processadas na imagem. Como cada célula da imagem do SRTM possui valor de pixels de 90 m x 90 m, a área que corresponde a cada pixel é equivalente a m 2, um pouco inferior a um hectare. Das 467 sub-bacias com canais de terceira ordem, 195 foram selecionadas com os critérios já estabelecidos para a identificação dos ambientes de várzeas. Na sequência, essas sub-bacias foram convertidas de raster para o formato vetorial (shape), utilizando a função raster to polygon da ferramenta from raster do aplicativo Conversion Tools, da extensão Spatial Analyst tools do ArcToolbox no ArcMapI do software ArcGis 9.3. As sub-bacias de terceira ordem foram identificadas e estratificadas, visando estabelecer suas características, particularidades e similaridades na construção de um banco de dados para auxiliar nos trabalhos de zoneamento. Em formato vetorial foi possível modelar os dados de cada uma das sub-bacias para caracterizar os padrões físicos (área, perímetro, comprimento, largura, forma, número de canais) e morfológicos (relevo, rugosidade, grau de dissecação) estabelecendo suas particularidades e homogeneidades.

63 Características morfológicas das sub-bacias A caracterização morfológica das sub-bacias hidrográficas consistiu na descrição do domínio da paisagem em função do clima, topografia, geologia, geomorfologia, hidrografia, vegetação, pedologia e tipos de ocupação do solo. Ao nível local, essas informações podem revelar parâmetros de suas particularidades naturais na formação e manutenção dos ambientes de várzeas, que não podem ser observados a nível macro, como ocorre nas grandes bacias. Área, perímetro, forma, rede de drenagem e declividade são algumas das informações necessárias para conhecer o comportamento hidrológico de cada sub-bacia, auxiliando de modo geral na identificação de suas características morfológicas. Nesse sentido, Christofoletti (1980), Cunha (2007) e Antoneli e Thomaz (2007) afirmaram que as bacias hidrográficas são verdadeiros sistemas naturais compostos por elementos físicos passíveis de mensuração, com suas próprias particularidades e arranjos superficiais, que são passíveis de variações no tempo e no espaço. A partir dessas considerações, foi possível aplicar uma série de procedimentos técnicos em ambiente de SIG, para a modelagem de dados e extrair todas as informações necessárias à caracterização física e morfológica das sub-bacias, visando aplicar as equações que definem os seus padrões morfométricos com vista à identificação dos ambientes de várzea no semiárido, independente do seu tamanho dentro da variação de área considerada Caracterização morfométrica das sub-bacias As análises morfométricas foram realizadas a partir dos dados referentes à rede de drenagem da área de cada uma das sub-bacias, visando identificar e classificar os elementos do relevo composto por elas. Para isso, fez-se uso de uma série de abordagens metodológicas e quantitativas para o estabelecimento de padrões físicos que facilitassem a identificação e caracterização das suas áreas. Esses padrões foram obtidos com o emprego de instrumentos de

64 64 medições, software, equações e abstrações matemáticas aplicadas na construção dos dados obtidos com o sistema hidrográfico. Os sistemas hidrográficos são compostos por elementos físicos passíveis de mensuração e correspondem ao objeto de estudo, que tem como elementos de análise, sua própria área, a rede de drenagem e o arranjo das vertentes que o delimitam (neste caso o relevo). Além desses, a dinâmica climática e a cobertura do solo ajudam a entender suas possíveis variações no tempo e no espaço, com propósito de se considerar a ocorrência e a formação de ambientes singulares, a exemplo das várzeas no semiárido. Para a obtenção de variáveis morfométricas foram determinados os parâmetros topográficos (altitudes, declividades, comprimentos de rampa) e morfológicos (relevo, rugosidade, rede de drenagem, número de canais) para as sub-bacias de terceira ordem. O uso de parâmetros morfométricos (Tabela 2) na caracterização de bacias hidrográficas é defendido por Christofoletti (1980), Rocha (1997), Collares (2000), Teixeira e Cruz (2005) e Cunha (2007). Tabela 2 Parâmetros morfométricos calculados nas sub-bacias. Características Físicas PARÂMETROS EMPREGADOS Área de drenagem (km 2 ) A=L.L t Perímetro (km) P= Σ(p 1+p 2+p 3+...P n) Comprimento do canal principal (km) Lc= Σ(l nu) (Horton, 1945) Comprimento total da rede de drenagem (km) L t= Σ(l nu,nu+1) (Horton, 1945) Ordem do canal principal Método de Strahler (1952) Declividade máxima (%) D max=(ip/l).100 (Horton, 1945) Declividade média (%) D m=(ip-d min).100 Strahler (1958) Declividade mínima (%) D min={(cot max.l)/1000}.100 Altitude máxima (m) H= H max Strahler (1952) Altitude média (m) H m=h max-h min Strahler (1952) Altitude mínima (m) h= H min Strahler (1952) Densidade de drenagem (km/km 2 ) D d=l t/a (Horton, 1945) Densidade de rios (n o /km 2 ) D r=n/a (Christofoletti, 1980) Fator forma (km 2 ) F= A/L 2 Coeficiente de compacidade (Km 2 ) Kc= {(0,282.P)/ A} Índice de circularidade (Km 2 ) Ic= {(12,57.A)/P 2 } Bifurcação (n o /km 2 ) R b= (N u/n u+1) (Horton, 1945) Índice de rugosidade (Km 2 ) Ir= D d/h m Strahler (1958) Índice de Pendente (m) Ip={(Cot max-cot min)/l} Coeficiente de Massividade (m) Cm= H m/a Coeficiente de manutenção (Km 2 ) Cmt= {(1/ D d).1000} Schumm (1956) Coeficiente Orográfico (m) Co=H m.cm Fonte: Elaborada pelo autor.

65 65 As características físicas, os parâmetros morfométricos e as equações apresentadas na Tabela 2, foram utilizados para a obtenção dos dados referentes aos atributos físicos de cada sub-bacia de terceira ordem. Área, perímetro, comprimento e largura da sub-bacia, comprimento e número de canais, declividades e altimetria foram informações obtidas para cada uma das áreas delimitadas pelas sub-bacias a partir das informações extraídas do MDE e modeladas em ambiente de SIG com emprego das ferramentas e aplicativos do software ArcGIS 9.3. Com a obtenção dos atributos físicos foram determinados os parâmetros morfométricos de todos os 195 sistemas de drenagem, de acordo com a proposta de Christofoletti (1980), Rocha (1997), Collares (2000), Teixeira e Cruz (2005) e Cunha (2007), com a finalidade de identificar e caracterizar os ambientes de várzeas em escala de 1: nas sub-bacias de terceira ordem. A classificação do relevo, o grau de dissecação, o tipo de escoamento, o limite geométrico, a capacidade de recarga e o tipo de várzea (úmida ou seca) foram outras informações obtidas com a análise dos resultados morfométricos. Os parâmetros morfométricos calculados para cada uma das 195 subbacias são aqueles relativos a rede de drenagem: área (A), perímetro (P), comprimento da rede de drenagem (L t ), número de segmentos de canais (N; N+1; N-1), densidade de drenagem (D d ), densidade de rios (D r ), fator forma (F), bifurcação entre canais (R), extensão de percurso superficial (L) e coeficiente de manutenção (C m ). Também estão de acordo com os relativos ao relevo: menor altitude (h), maior altitude (H), declividade (D min ; D m ; D max ), índice de sinuosidade (Is), coeficiente de rugosidade (R), coeficiente orográfico (C o ), índice de pendência (I p ), tipo de escoamento (E s ) e capacidade de recarga (C r ). Além dessas variáveis listadas anteriormente, para a identificação da influência da drenagem e do relevo na formação dos ambientes de várzeas, foram calculados o limite geométrico da rede de drenagem (km 2 ), a frequência da densidade de drenagem (n o /km 2 ), coeficiente angular (%), o raio de influência da rede drenagem (km 2 ) e o volume do escoamento superficial dentro das sub-bacias (mm/km 2 ).

66 66 O limite geométrico da rede de drenagem ou, limite geométrico dos canais, é uma relação que pode ser feita entre a área drenada, a largura e o comprimento da bacia, considerando que ela seja um retângulo geométrico perfeito, aplicandose as Equações (3) e (4): (3) Em que: F r = é a frequência da densidade de drenagem para o limite geométrico, dada pela razão entre o seno da densidade de drenagem (D d ) e a própria densidade de drenagem. ( ) ( ) (4) Em que: L g = é o limite geométrico; F r = a frequência da densidade de drenagem na bacia; L t = comprimento total dos canais da bacia. A partir do limite geométrico da rede de drenagem de cada sub-bacia foi possível calcular o raio de influência da rede de drenagem. O valor desse raio serve para compreender a capacidade máxima de drenagem dos canais da subbacia na formação dos ambientes de várzeas. Quanto maior é o ângulo descrito desse raio, maior são o escoamento e a capacidade de drenagem. Essa relação facilita na compreensão do papel da área e do comprimento na dinâmica do escoamento superficial (Figura 15). Figura 15 Esquema do limite geométrico de uma sub-bacia hidrográfica. Canais de drenagem Largura Influência da Declividade Raio Raio Raio Maior Altura Menor Altura Declividade Exutório Fonte: Elaborado pelo autor.

67 67 O raio de influência da rede de drenagem é um bom indicador de subbacias hidrográficas, com áreas mais úmidas e redes mais extensas, em função do comprimento, da declividade e do escoamento. Para tanto, aplicou-se a Equação (5) e, depois, foi calculada a tangente do valor encontrado. Os valores negativos indicam deficiência, menor limite geométrico e maior estado de erosão. Os valores positivos indicam sub-bacias mais susceptíveis a maior capacidade de drenagem dos canais e, portanto, maior concentração de água junto ao seu canal principal e áreas mais úmidas. ( ) [( ) ] (5) Em que: R = raio de influência da drenagem; A = área da bacia; P = perímetro da bacia; Ic = índice de circularidade; L g = limite geométrico da bacia. O escoamento superficial das águas de chuvas em uma bacia pode ser relacionado, de modo geral, ao tipo de domínio do relevo e da cobertura de vegetação ao longo da área. Segundo Pruski et al. (2003), as áreas com relevos mais planos e rugosos apresentam escoamento mais lento, contrapondo-se com áreas de relevo mais íngremes que tendem ao escoamento mais rápido. Do mesmo modo, Gogo et al. (2003) afirmaram que se pode associar a cobertura do solo ao ritmo do escoamento superficial, sendo as áreas com cobertura de vegetação mais propensas ao escoamento lento, contrapondo-se com áreas de solos descobertos, onde o ritmo do escoamento é mais rápido. Para a obtenção dos valores de escoamento superficial direto em cada sub-bacia utilizou-se o cálculo da Curva Número (CN) (SCS, 1972) e os valores da Tabela 3, correspondentes aos diferentes Grupos Hidrológicos de Solos (GHS), visando estabelecer o valor de CN como sendo um parâmetro de adequação as classes de uso do solo. Esses valores estão dentro de uma escala de 1 a 100 (KOHLER E RICHARDS (1962) apud TUCCI, 2001). Esta escala retrata as condições de cobertura do solo, variando desde muito impermeável até completamente permeável.

68 68 Tabela 3 Tipo de superfície gerada e valores correspondentes Uso da terra Solo lavrado Plantações regulares Pastagens Campos permanentes Florestas para cada grupo de solos, em função do uso da terra. Superfície Tipo de Solo A B C D Com sulcos retilíneos Em fileiras retas Em curvas de nível Terraceamento em nível Em fileiras retas Pobres, em curvas de nível Normais, em curvas de nível Boas, em curvas de nível Normais Esparsas, de baixa transpiração Normais Densos, de alta transpiração Muito esparsas, de baixa transpiração Esparsas Densas, de alta transpiração Normais Fonte: Adaptada pelo autor a partir de Tucci (2001). Os tipos de solos identificados na Tabela 3 de acordo com o GHS são: Tipo A solos que produzem baixo escoamento superficial e alta infiltração, solos arenosos profundos e com baixo teor de silte e argila; Tipo B solos menos permeáveis que os anteriores, solos arenosos menos profundos que os anteriores e com permeabilidade superior à média; Tipo C solos que geram escoamento superficial acima da média e com capacidade de infiltração abaixo da média, contendo percentagem considerável de argila; e Tipo D solos contendo argilas expansivas, pouco profundos e com baixa capacidade de infiltração, gerando a maior proporção do escoamento superficial (TUCCI, 2001). Na área de estudo, admitiu-se que os tipos B e C são os mais representativos para determinar a chuva vazão (Q) ou, escoamento superficial direto em função do parâmetro da CN, que foi obtido a partir do emprego da Equação (6) para o valor atribuído para o GHS dos solos na Tabela 3. ( ) ( ) (6) Em que: Q = chuva vazão ou, escoamento superficial direto em mm; P = precipitação em mm; S = armazenamento potencial máximo do solo em mm; Ia=perdas iniciais incluindo perdas por armazenamento na superfície, interceptação, infiltração inicial e outros fatores.

69 69 As perdas iniciais, representadas por (Ia) na Equação (6), são muito variáveis, mas geralmente podem ser relacionadas com o tipo de solo e a cobertura vegetal correspondente, em função do armazenamento potencial máximo do solo (S), cujo valor depende do tipo e da ocupação do solo, e pode ser determinado pela Equação (7), uma vez definido o valor do CN. (7) No total, foram analisadas trinta variáveis, relativas à rede de drenagem, à morfologia e às suas interações. Entre essas variáveis, foi dado maior destaque àquelas que melhor caracterizaram os ambientes de várzeas nas sub-bacias hidrográficas. A avaliação dos resultados gerados pelas variáveis utilizadas foi feita com procedimentos estatísticos multivariados, com auxílio das ferramentas estatísticas do software Excell e com o cálculo do coeficiente de correlação entre os desvios padrões com a Equação (8). ( ) (8) Em que: X e Y representaram as variáveis relativas à rede de drenagem e/ou à morfologia correlacionadas; S X,Y é a covariância entre os dados de cada uma delas; e S X e S Y os desvios padrões obtidos dentro de cada grupo de dados. O cálculo do coeficiente de correlação foi inicialmente proposto por Benjamin e Cornell (1970) para entender a variabilidade estatística da distribuição de dados. Posteriormente, Brakensiek e Onstad (1988) também aplicaram este método no estudo de uma bacia hidrográfica para compreender seu comportamento hidrológico, assim, como Bommer e Abrahamson (2006) para estimar probabilidades na análise de erros. Estes autores utilizaram esse coeficiente, por ele ser capaz de mostrar uma boa correlação estatística medida a partir dos desvios padrões de cada série de dados analisada, entre um dado alfa (X) e outro beta (Y), indicando suas relações. Os resultados obtidos são analisados e agrupados, tanto em sua totalidade como em seus aspectos pontuais, visando estabelecer alguns padrões e

70 70 semelhanças na formação dos ambientes de várzeas. Após esse procedimento, os dados são cruzados, relacionando as classes de cobertura do solo e a declividade com os dados referentes à umidade dentro da sub-bacia. As informações são interpoladas a fim de permitir identificar e classificar as áreas onde há uma forte relação com a planície de inundação, visando estabelecer os melhores critérios na sua compreensão espacial. 4.8 Dados de cobertura do solo por técnica de classificação digital dos índices de vegetação NDVI e EVI. Na classificação dos diferentes tipos de cobertura do solo foram utilizadas quatro imagens do satélite Landsat-5 TM, bandas 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7 de órbita/ponto 215/65 e 216/65 e órbita/ponto 215/66 e 216/66, respectivamente datadas de e , referentes ao período seco na área de estudo. O primeiro passo foi o registro das imagens utilizando-se 15 pontos de controle para corrigir distorções relacionadas com as coordenadas geográficas (latitude e longitude) e as coordenadas da imagem (linhas e colunas). As imagens corrigidas foram utilizadas para a geração dos dados de radiância e reflectância com auxílio da função model maker da ferramenta Modeler do software ERDAS 9.1 (ESRI, 2008). Esses dados foram aplicados para modelagem do índice de vegetação NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) e do índice de vegetação EVI (Enhanced Vegetation Index). As imagens geradas com esses dois índices foram comparadas e classificadas, conforme sugerido por Carvalho et al. (2008), com auxílio da função unsupervised classification da ferramenta Classifier do mesmo software na detecção das áreas úmidas, principalmente junto à calha do canal principal de cada sub-bacia. O índice de vegetação EVI, por ser mais sensível à variação do dossel dos diferentes tipos de vegetação, pode ser o melhor índice a ser aplicado na detecção da cobertura do solo, principalmente quando comparado com o NDVI, que apresenta uma rápida saturação, generalizando muitas áreas por ser pouco sensível à detecção de variações no aumento estratificado da biomassa vegetal, a

71 71 partir de uma determinada fase de crescimento das plantas. Além disso, segundo Gao et al. (2000), Huete et al. (2002) e Carvalho et al. (2008), no EVI está incluído o Índice de Área Foliar (IAF), a fisionomia da planta e a arquitetura do dossel, tendo a finalidade de atenuar os efeitos do solo e da atmosfera sobre a vegetação. Com os resultados do EVI foi identificado o valor do ND dos pixels mais contíguos e representativos das áreas úmidas (Figura 16) e aplicada uma cor correspondente a cada grupo. Figura 16 Regiões de segmentos correspondentes à similaridade no valor do número digital de cada pixel nas imagens. Fonte: Elaborado pelo autor. A Figura 16 representa uma matriz com valores dos pixels por regiões de crescimento (as setas) indicando a influência e similaridade do pixel principal em relação aos seus pixels vizinhos. As setas vermelhas indicam maior similaridade no processo de segmentação por crescimento, mostrando a correspondência direta na classificação de uma classe em função de seus valores; enquanto as setas amarelas indicam o decaimento da correspondência com esse mesmo pixel central, gerando uma mudança de classe. O objetivo desse procedimento de identificação foi aplicar o processo de classificação por regiões de segmento (Figura 17), sugerido por Barbosa (2007) e Novo (2008), na geração dos polígonos que representam os diferentes tipos de cobertura do solo. Essas informações foram classificadas e convertidas para o formato Img para posterior vetorização, modelagem e tratamento dos dados no ambiente de SIG do software ArcGIS 9.3, para a delimitação dos ambientes de várzeas junto a calha do canal principal das sub-bacias do rio Pajeú.

72 72 Figura 17 Representação em cores dos valores do número digital de cada grupo de pixels baseada na segmentação por crescimento de regiões homogêneas. Fonte: Elaborado pelo autor com base em Barbosa (2007) e Novo (2008). Na Figura 17, para o segmento de pixels cujos valores variaram de negativo até um (1) foi atribuída a cor azul; a cor verde escuro para os segmentos com valor positivo igual a dois (2); a cor verde médio para os segmentos com valores positivos iguais a três (3); a cor verde claro para os segmentos com valor positivo igual a quatro (4); a cor roxa para os segmentos com valor positivo igual a cinco (5); a cor laranja para os segmentos com valor positivo igual a seis (6); a cor amarela para os segmentos com valor positivo igual a sete (7); e a cor vermelha para os segmentos com valor positivo igual a oito (8). A similaridade e a diferença entre estas regiões estão relacionadas com a menor diferença aceita entre o valor médio do ND (número digital) de dois pixels, ou de dois conjuntos de pixels para que eles possam ser considerados como pertencentes a regiões distintas ou não. Se a diferença entre os pixels, ou conjunto de pixels for menor que o valor de similaridade, eles são considerados como pertencentes à mesma região, caso contrário, serão atribuídos a regiões

73 73 distintas. O limiar de área mínima está associado com o menor tamanho admitido para as regiões (segmentos), em função da resolução espacial da imagem utilizada e das características dos alvos imageados pelo satélite. O processo de segmentação por crescimento de regiões homogêneas permitiu agrupar os polígonos em classes de cobertura do solo, com base no algoritmo de agrupamento utilizado a partir dos atributos estatisticamente similares para o valor de cada pixel obtido. Nesse sentido, cada segmento de pixels foi classificado em: corpos de água (valores negativo até um); caatinga arbórea (valor positivo igual a dois); caatinga arbóreo-arbustiva (valor positivo igual a três); caatinga arbustiva (valor positivo igual a quatro); solo exposto (valor positivo igual a cinco); pastagens (valor positivo igual a seis); áreas de uso agrícola (valor positivo igual a sete); e áreas com uso agrícola (valor positivo igual a oito) (Figura 18). Figura 18 Regiões homogêneas classificadas em função do valor de cada pixel a partir do processo de segmentação por crescimento. Fonte: Elaborado pelo autor com base em Barbosa (2007) e Novo (2008).

74 74 A partir da classificação adotada para os diferentes tipos de segmentos da cobertura do solo foi possível delimitar as áreas mais úmidas junto à calha do canal principal com a finalidade de identificar e caracterizar os ambientes de várzeas dentro de cada sub-bacia. Para a delimitação das áreas de várzeas, foram considerados, também, os resultados obtidos na classificação dos tipos de cobertura do solo junto ao canal principal e na planície de inundação, com valores de cada pixel correspondente a (7) e (8), conforme mostrado na figura 18, desprezando-se aqueles casos com cotas topográficas superiores a 10 m. 4.9 Identificação das áreas de várzeas As áreas de várzeas foram identificadas a partir da modelagem dos dados das imagens do SRTM, em função da extensão da planície de inundação, que foi caracterizada de acordo com a menor cota topográfica junto à calha do canal principal nas 195 sub-bacias selecionadas, concomitante com a efetiva ocorrência dos diferentes padrões de umidade a partir do tipo de cobertura e uso do solo. Esse tipo de procedimento foi aplicado por Junk (1989), Hess et al. (2003), Matos et al. (2005) e Bittencourt e Amadio (2007) que conseguiram associar a cobertura e o uso do solo em cada pixel a um valor de semelhança, usando dados topográficos extraídos do SRTM para discriminar as cotas de abrangência da planície de inundação. Essa integração de dados de cobertura do solo, derivados de imagens de sensores remotos, com dados do MDE derivados do SRTM, foi utilizada por Whitmann et al. (2004), Wilson et al. (2007) e Rennó (2008) para identificar e discriminar os diferentes níveis topográfico que influenciam na formação dos ambientes de várzeas dentro da planície de inundação de um rio. Assim, a variabilidade e a distribuição dos ambientes de várzeas foram estabelecidas com a distribuição da frequência nos valores de cada pixel, observando-se os limites da menor e da maior cota altimétrica junto à calha do

75 Cotas Topográficas 75 canal principal, em função da umidade e da classificação adotada para cada tipo de cobertura e uso do solo. Os resultados permitiram estabelecer alguns valores e parâmetros físicos que contribuem para identificar e caracterizar os ambientes de várzeas, a exemplo da altitude, da declividade e do tipo de relevo. A variação da cota de 0 a 10 m e a declividade de até 2% junto à calha do canal principal foi definida nesse estudo, como sendo o valor limítrofe para a identificação e delimitação das áreas susceptíveis a formação dos ambientes de várzeas, respeitando os limites do terreno e a extensão da planície de inundação. A identificação dos dados superficiais de uma sub-bacia é extremamente útil na aplicação efetiva de parâmetros físicos (área, altitudes, declividades, relevo, hidrografia) na caracterização da planície de inundação. Para tanto, exige associar informações sobre a estrutura e a distribuição da cobertura do solo, com dados da topografia e das áreas úmidas, para uma primeira análise da ocorrência de várzeas na verificação de campo. Assim, foi possível identificar as áreas de várzeas, respeitando a mesma variação altimétrica e declividade, entre as diferentes cotas das curvas de nível na planície de inundação (Gráfico 3). Gráfico 3 Distribuição dos ambientes de várzeas em função do perfil da topografia e da declividade junto à calha do canal principal. Ambiente de várzea Ambiente de várzea Fonte: Elaborado pelo autor a partir dos dados topográficos referentes à subbacia do riacho Belém (Sb-2). Na Figura 19 é apresentado um modelo com a distribuição dos dados topográficos e da umidade dentro de uma sub-bacia hidrográfica, no qual é possível observar a ocorrência dos ambientes de várzeas junto à calha do canal principal e dentro dos limites da planície de inundação.

76 76 Figura 19 Modelo de identificação e delimitação das áreas de várzeas. Fonte: Elaborado pelo autor para a sub-bacia riacho do Belém (Sb-2).

77 77 5 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 5.1 Acurácia dos dados de sensoriamento remoto na identificação dos ambientes de várzeas. A análise dos dados físicos e topográficos gerados em ambiente de SIG a partir das imagens orbitais do sensoriamento remoto para a área de estudo, mostrou uma boa similaridade nas cotas topográficas e maior detecção de ocorrências de níveis topográficos, principalmente quando comparados com os dados referentes as cartas topográficas do IBGE (Figura 20). Figura 20 Resultado da comparação entre as curvas de nível das cartas topográficas do IBGE e os dados gerados em ambiente de SIG a partir de imagens de orbitais referentes a área de estudo. Carta topográfica do IBGE. Dados gerados pelo MNT. Fonte: Elaborado pelo autor. A boa similaridade entre as cotas topográficas do IBGE e os dados gerados pelo MNT, é um resultado satisfatório por conta da escala de referência e da equidistância entre elas e pela capacidade de detecção dos diferentes níveis topográficos. Com este resultado foi possível delimitar a rede de drenagem da bacia do rio Pajeú e as sub-bacias hidrográficas.

78 78 A partir da rede de drenagem foi possível classificar os canais de drenagem de acordo com suas respectivas ordens. Foram identificados canais de drenagem na bacia do rio Pajeú, com a seguinte distribuição: de primeira ordem, de segunda ordem, de terceira ordem, 683 de quarta ordem, 306 de quinta ordem, 245 de sexta ordem e 87 de sétima ordem (Figura 21). Figura 21 Hierarquia dos canais da rede de drenagem na bacia do Pajeú. Fonte: Elaborado pelo autor a partir de Strahler (1952). A partir da hierarquia dos canais da rede de drenagem na bacia do rio Pajeú, foi feita a representação das sub-bacias hidrográficas até o limite dos canais de terceira ordem. Este limite foi considerado como sendo o ideal para a delimitação das pequenas bacias. O resultado foi a delimitação de subbacias de primeira ordem, 779 sub-bacias de segunda ordem e 467 sub-bacias de terceira ordem (Figura 22). Essas representações tiveram como limites aplicados 100 hectares (1 km 2 ), 1000 hectares (10 km 2 ) e 1500 hectares (15 km 2 ), respectivamente, para delimitar as sub-bacias de interesse desse estudo.

79 79 Figura 22 Delimitação das sub-bacias de terceira ordem na bacia hidrográfica do rio Pajeú. Fonte: Elaborado pelo autor. Para atender aos objetivos desse estudo, as sub-bacias de terceira ordem foram consideradas como tendo os limites, áreas e números de canais ideais para a caracterização dos ambientes de várzeas. Das 467 sub-bacias de terceira ordem, foram selecionadas 195 sub-bacias (Figura 23), com áreas entre 19 e 80 km 2, maior número de canais na rede de drenagem, menor variação na declividade, relevo pouco acidentado e existência de áreas planas junto à calha do canal principal. A partir dessas informações foi identificada a planície de inundação, delimitadas as áreas de várzeas e caracterizadas as sub-bacias com vistas ao zoneamento (Tabela 4). As sub-bacias de terceira ordem selecionadas para estudo cobrem 31% na representação de todos os canais de primeira, segunda e terceira ordem da rede de drenagem na bacia do rio Pajeú e drenam uma área de 6.194,7 km 2. Na Tabela 4 é apresentada a estratificação das sub-bacias de terceira ordem, algumas das suas características físicas e as áreas de várzeas identificadas com base nos critérios adotados.

80 80 Figura 23 Representação da distribuição das sub-bacias de terceira ordem selecionadas para estudo na bacia do Pajeú. Fonte: Elaborado pelo autor. Tabela 4 Caracterização física das sub-bacias de terceira ordem delimitadas e selecionadas na bacia hidrográfica do rio Pajeú. Classes (Km²) Número de casos Número de canais (média) Distância média entre a calha e as menores cotas (m) Distância média entre as rampas do canal (m) Comprimento médio das subbacias (Km) Largura média das subbacias (Km) Declividade minima na área (%) Número de várzeas Área total das várzeas no intervalo (Km²) ,4 332,9 1635,2 7,4 3,3 1, , ,1 306,3 1716,2 8,1 3,7 1, , ,7 297,3 2274,9 9,2 3,9 1, , ,7 221,6 1035,5 10,4 3,9 1, , ,8 813,6 10,8 4,3 1, , ,8 179,6 1107,3 12,3 4,5 1, , ,3 126,2 372,4 12,8 4,6 1,22 7 8, ,5 153,8 295,6 13,7 4,6 1, , ,2 637,0 15,4 4,6 1, , ,9 813,1 14,9 5,1 1,38 8 8,1 65 a ,6 94,2 777,7 15,1 6,2 1, ,5 Total ,4 187,6 886,0 11,5 4,4 1, ,3 Fonte: Elaborada pelo autor.

81 81 A característica dominante foi a existência de áreas planas, distando linearmente uma média de 187,6 m, entre a calha do canal principal e a cota mais baixa, com declividade média de 1,4%, caracterizando a formação de uma planície de inundação, onde nos períodos de chuvas ocorre o transbordamento das águas. Por extensão, esta é a condição primordial para a formação dos ambientes de várzeas que foram identificados em número de 352 (Figura 24). Figura 24 Áreas de várzeas delimitadas nas sub-bacias de terceira ordem. Fonte: Elaborado com base nos dados do SRTM e Landsat 5 TM. Na acurácia dos resultados foram realizados os testes estatísticos do índice de exatidão global (EG) e do índice de Kappa (K). O resultado obtido com o emprego do índice de exatidão global foi de 0,89, significando que a acurácia dos dados enquadra-se no nível excelente, compatível com o mesmo resultado no índice de Kappa, que foi de 0,83. Esses valores indicam um intervalo de erro menor do que 14 m entre a informação na imagem e no campo real do alvo. Os bons índices obtidos podem ser atribuídos à qualidade das imagens selecionadas, que apresentaram menos de 10% de cobertura de nuvens, facilitando a análise visual das classes.

82 82 Após a validação dos dados e do mapeamento com os testes estatísticos, foi realizado mais um modelamento dos dados em ambiente computacional, sobrepondo-se as classes de cobertura e uso do solo com os dados topográficos. O resultado foi satisfatório na identificação das classes de cobertura e uso do solo em cada sub-bacia, indicando inclusive a posição topográfica e permitindo a individualização dessas informações e a caracterização da planície de inundação (Figura 25). Essas informações corroboraram na delimitação e caracterização dos ambientes de várzeas em cada sub-bacia, a partir da calha do canal principal e respeitando a variação dos limites de 0 a 10 m dentro de cada sub-bacia. Figura 25 Representação de áreas de várzeas delimitadas em função do relevo, das diferentes classes de cobertura e da umidade. Fonte: Elaborado a partir dos dados do SRTM e do Landsat. Esses resultados foram importantes para a validação dos parâmetros físicos e morfométricos adotados, visando a caracterização e análise das subbacias, com vistas a quantificação, classificação e agrupamento físico de cada ambiente de várzea.

83 Influência das características físicas das sub-bacias na formação e manutenção dos ambientes de várzeas. No processo de formação dos ambientes de várzeas, cada sub-bacia hidrográfica passa a ser relacionada a um conjunto de características físicas que facilitam sua identificação, com áreas úmidas e topografias mais suaves junto à calha do canal principal. Nesse sentido, foram analisados os dados morfológicos (relevo), climáticos (precipitações) e hidrográficos (canais de drenagem) de cada uma das 195 subbacias. Esses dados foram correlacionados geometricamente entre si, visando determinar: o grau de dissecação, a susceptibilidade da área a enchentes, a capacidade para gerar um curso de canal perene, a capacidade de drenagem dos canais, o limite geométrico da drenagem, o coeficiente angular do desnível entre o exutório e a cabeceira dos canais, o raio de influência do canal principal, o raio de influência da rede de drenagem, a tendência do escoamento e o volume mensal escoado Grau de dissecação O grau de dissecação na área de estudo tem uma relação direta com a erosão gerada pela dinâmica climática da região, pela condição do sistema de canais, tipo de relevo e situação da declividade. Das 195 sub-bacias analisadas, 144 foram classificadas como de relevo variando de plano a ondulado, cujo grau de dissecação pode variar de muito baixo a moderado (Tabela 5). A classificação do relevo em função das classes de declividade contribuiu para compreender o grau de dissecação da grande bacia. Pouco mais da metade das áreas apresentam um grau de dissecação de baixa à moderada, enquanto nas demais, a dissecação enquadra-se em muito baixa (14%), forte (28%), ou excepcional (1% das áreas).

84 84 Tabela 5 Classificação do relevo e grau de dissecação nas sub-bacias de Declividade (%) terceira ordem da bacia do Pajeú. Número de casos Área relacionada (Km²) Representação entre as subbacias (%) Classificação do relevo Grau de dissecação Áte ,8 14,27 plano muito baixo 3 a ,9 19,06 suave ondulado baixo 8 a ,7 13,68 moderadamente ondulado médio 13 a ,6 23,59 ondulado moderado 20 a ,2 28,16 fortemente ondulado forte Acima de ,5 1,23 montanhoso excepcional Total ,7 100, Fonte: Elaborada pelo autor a partir da EMBRAPA (1999). O relevo dominante nas áreas analisadas foi classificado de plano a ondulado (70%) e fortemente ondulado (30%). Esses resultados podem ser diretamente relacionados a rugosidade do terreno, o grau de dissecação e a variação entre as cotas altimétricas observadas dentro da situação de cada uma das sub-bacias (Figura 26). Figura 26 Variação altimétrica nas sub-bacias de terceira ordem na bacia do Pajeú. Fonte: Elaborado pelo autor.