Geotecnologias como Indicador de Riscos Ambientais em Faixas de Dutos de Combustíveis

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1 Geotecnologias como Indicador de Riscos Ambientais em Faixas de Dutos de Combustíveis Marco Aurélio Barros 1 Renata Borsoi 1 Clarice Megale 1 Fátima Moraes 1 André Gavlak 1 Marcos Vilela 1 Wanderley Russo 2 1 IMAGEM soluções em Inteligência Geográfica São José dos Campos - SP, Brasil {mbarros, roliveira, cmegale, fátima.moraes, mvilela, agavlak,@img.com.br} 2 Petrobras Transporte - TRANSPETRO Av. Presidente Vargas nº Rio de Janeiro - RJ, Brasil {wanderleyrusso}@petrobras.com.br Abstract. It is estimated today in Brazil an invisible road network formed by more than 14,000 kilometers of oil pipelines, which connect all Brazilians regions. Based on this context, companies operating in this sector have a large environmental responsibility. The present study aims to present a qualitative methodology to indicate areas potentially susceptible to environmental risks. To the execution of methodology were used: map of soils, limits of pipelines range, contour lines, satellite imagery, climatological information and technical standards. From the determination of the variables: erosivity (R), erodibility (K), length of slopes (L), slope (S), use and management (C) and conservation practices (P) and the generation of six maps of susceptibility, it was possible to identify areas with environmental risks at three levels (low, moderate and high). The methodology is currently undergoing field validation of the results. Palavras-chave: Remote Sensing, Geoprocessing, Oil Pipelines, Environmental risks, USLE; sensoriamento remoto, geoprocessamento, oleodutos, riscos ambientais, equação universal de perda de solo. 1. Introdução O Brasil possui hoje a maior empresa armadora da América Latina e uma das principais do mundo em logística de combustíveis. A empresa, subsidiária integral da Petrobras, tem como principal objetivo crescer e ajudar a impulsionar o desenvolvimento do País, em sintonia com a estratégia de negócios do Sistema Petrobras (Transpetro, 2012). Existe hoje no Brasil uma rede de estradas invisíveis formadas por mais de 14 mil km de dutos, que abastecem todas as regiões brasileiras. Com base neste contexto, as empresas que operam neste setor possuem uma incomensurável responsabilidade socioambiental. Um dos principais agentes de interferência na integridade dos dutos é o processo erosivo, devido à sua capacidade de trabalhar e esculpir o relevo. A dinâmica erosiva pode ser potencializada através de algumas variáveis ambientais e/ou fisiográficas, como textura e permeabilidade do solo, regime climático local, topografia, uso e ocupação do solo. O processo natural da dinâmica erosiva é essencial na modelagem do relevo terrestre, mas as atividades antrópicas alteram a ordem natural das ocorrências, que a priori, seriam de baixo impacto (Pinto, 1991). O manejo inadequado das áreas vizinhas aos dutos é causado pela inobservância dos fatores limitantes básicos ao estabelecimento de certas atividades, como o fator topográfico resultante da relação entre declividade e extensão de vertente, clima local e características do solo. Com base no contexto supracitado, o objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia para a 6791

2 realização do mapeamento da suscetibilidade a riscos ambientais em faixas de domínio de dutos, subsidiando e direcionando assim as inspeções de campo para garantir primordialmente a segurança da população e a salubridade ambiental do território sob influência das faixas adutoras de combustível. 2. Metodologia de Trabalho A metodologia foi adaptada de uma demanda descrita em memorial descritivo da Transpetro (2012) e desenvolvida pela equipe da IMAGEM Soluções em Inteligência Geográfica em ambiente ARCGIS conforme ilustrado na Figura 1. MEMORIAL DESCRITIVO MD PTD-002 CURVAS DE NÍVEL MAPA DE SOLOS INFORMAÇÕES CLIMATOLÓGICAS IMAGENS DE SATÉLITE DEM DECLIVIDADE PERFIL DO TERRENO ERODIBILIDADE EROSIVIDADE CLASSES de USO DA TERRA Faixas de Domínio Banco de Dados Geográfico Geoprocessamento Banco de Dados Geográfico Erosão Escorregamento Rastejo Cor. de Detritos Queda. de Blocos Ação Antrop. Somatório dos Riscos Suscetibilidade Campo + Relatório Final Figura 1. Fluxograma de atividades e etapas de trabalho. A partir de quatro insumos principais (curvas de nível, mapa de solos, dados climatológicos e imagens de satélite), foram parametrizadas as variáveis de entrada para a identificação dos riscos ambientais. 6792

3 A base planialtimétrica utilizada para o desenvolvimento do trabalho tem duas origens distintas: a primeira fornecida para as áreas no interior das faixas dos dutos com equidistâncias de 1m a 15m e a segunda, a partir do produto DEM-Imagem com resolução espacial de 10m. Dos dados de planialtimetria extraíram-se os itens a e b. O item c serviu para a parametrização dos mapas de erosão, escorregamento e rastejo. a) Modelo Digital de Elevação (DEM): o modelo digital de elevação foi gerado em formato raster a partir das curvas de nível vetoriais disponíveis com resolução espacial de 1m, conforme insumos de origem. Na modelagem da superfície (DEM), gerou-se uma grade irregular triangular. Nesta grade, cada polígono que forma uma face do poliedro é um triângulo. Os vértices do triângulo são geralmente oriundos das curvas de nível. Esta modelagem, considerando as arestas dos triângulos, permite que as informações morfológicas importantes, como as descontinuidades representadas por feições lineares de relevo (cristas) e drenagem (vales), sejam consideradas durante a geração da grade triangular, possibilitando assim, modelar a superfície do terreno preservando as feições geomórficas da superfície. Para a interpolação final da superfície utilizou-se um algoritmo não linear, que permite representar com maior fidelidade a fisiografia do terreno sob influência da faixa adutora. b) Declividade: esta variável corresponde à inclinação da superfície do terreno em relação ao plano horizontal. Foi obtida a partir do modelo digital do terreno, calculado pixel a pixel e gerado conforme o itemizado no item anterior. Segundo Camara et al. (1996), a declividade é a inclinação da superfície do terreno em relação ao plano horizontal expresso em percentagem ou graus decimais. Para o cálculo, considera-se um modelo numérico de terreno (MNT) contendo valores discretos de altimetria. A partir dessa informação desenha-se um plano tangente a esta superfície num determinado ponto (P). A declividade em P corresponderá à inclinação deste plano em relação ao plano horizontal, conforme a Equação 1, na qual z é a altitude e x e y as coordenadas axiais, conforme Equação 1. Tan A (D)= dz/dx/dz/dy -π<a<π (1) c) Solos: para a caracterização da textura dos solos utilizou-se o mapa pedológico do Instituto Agronômico de Campinas (IAC, 2002). Com base na sua legenda expandida, identificou-se a textura predominante no espaço de análise para cada agrupamento de solos. Para espacializar a perda de solo, utilizou-se a EUPS (Equação Universal de Perdas de Solo), proposta por Wischmeier e Smith (1978). Com isso será possível compreender os mecanismos erosivos, bem como, suas causas e efeitos. Conforme Wischmeier e Smith (1978), a Equação Universal de Perda de Solos é uma formula empírica composta pelos fatores: erosividade das chuvas (R); erodibilidade dos solos (K); comprimento de rampa (L); declividade (D); uso e manejo (C) e práticas conservacionistas (P). Na sequência, apresentar-se-á individualmente a metodologia de espacialização das variáveis supramencionadas. Para o cálculo do fator erosividade (R), foi obtido pela média aritmética da precipitação média mensal (pi) obtidos da estação pluviométrica da área de influência, onde pi (mm) varia de janeiro a dezembro. Para definir as estações pluviométricas que fazem parte da análise, utilizou-se o método dos polígonos de Thyssen. O método dos polígonos de Thyssen consiste em unir as estações mais próximas por linhas retas e traçar a mediatriz, dividindo o polígono no mesmo número de superfícies que estações. A área de influência para aplicação da erosividade estará delimitada pelas retas e mediatrizes, conforme Figura

4 Figura 2. Erosividade e a representação dos polígonos de Thyssen. Para análise dos resultados, utilizaram-se algumas premissas relacionadas principalmente à definição de classes e elementos quantitativos e qualitativos de análise, principalmente na fase de geoprocessamento. O fator de uso e manejo (C) expressa a relação entre áreas com vegetação e áreas continuamente descobertas considerada a largura da faixa de dutos. Os parâmetros para espacialização dessa variável seguiu o memorial descritivo da Transpetro (2012), conforme Tabela 1. Tabela 1 Fator de Uso e Manejo. COBERTURA C Solo exposto 1,00 Cultura 0,16 Pastagem (até 80%) 0,025 O fator de práticas conservacionistas (P) expressa a eficiência dos dispositivos de drenagem e controle de erosão. Está relacionada à declividade da rampa, sendo que o fator de prática conservacionista deve ser adotado conforme a classificação apresentada na Tabela 2. Tabela 2. Fator de Prática Conservacionista (P) DECLIVIDADE (%) P D < 10% 1,00 10=<D<20 0,16 D >=20 0,025 Para a espacialização do cálculo da erodibilidade (K), utilizou-se o mapa de solos do IAC (2012) o qual foi digitalizado em formato shapefile com os respectivos atributos espaciais, de maneira que as classes texturais dos solos refletissem o seu valor K correspondente, conforme literatura. Esta variável serviu de entrada no cálculo do fator topográfico (LS). Na Tabela 3, observa-se os valores parametrizados para a erodibilidade, conforme instruções de Transpetro (2012). 6794

5 Tabela 3. Fator de Erodibilidade do Solo (K). TEXTURA SOLO K Siltoso Cambissolos; Hidromórficos 0,035 Arenoso Latossolos arenosos; areias quartzosas (arenito) 0,030 Areno-argiloso Podzólico, textura média e Latossolos textura mista 0,025 Argiloso Latossolos, textura argilosa 0,020 Ainda na composição da equação de perda de solo, foi necessário determinar o comprimento de rampa dos taludes, que são extremamente importantes na definição dos riscos de escorregamento. Para a obtenção do comprimento das rampas dos taludes em cada uma das faixas de análise, traçou-se a partir da diretriz da faixa de dutos (eixo central da faixa), o perfil individual do terreno ao longo de seu percurso, o que permitiria identificar os taludes e respectivos comprimentos de rampa. Para essa tarefa, traçou-se o perfil do terreno, permitindo assim definir os taludes e respectivos comprimentos de rampa. Na Figura 3, observa-se exemplo de delimitação de taludes e comprimento de rampa para posterior espacialização. Entre A e B, por exemplo, temos um talude com amplitude entre 660 e 690m (30 m de altura) e comprimento de rampa de aproximadamente 1.300m. A figura menor no interior do gráfico na parte superior esquerda ilustra parte da diretriz da faixa delimitada e o modelo digital de terreno. Ao longo de todas as faixas de dutos, realizou-se essa delimitação e posteriormente tais pontos selecionados foram exportados em formato shapefile, contendo a delimitação dos taludes e respectivos comprimentos de rampa. Posteriormente o shapefile contendo o valor de comprimento de rampa de cada talude foi convertido em raster para executar a operação aritmética no cálculo do fator topográfico. B A Figura 3. Gráfico que representa o perfil do terreno (eixo X - comprimento e eixo Y altura). Para a definição dos taludes, consideraram-se dois conceitos parametrizados em banco de dados geográfico sobre os dados de altimetria originalmente espacializados em modelo digital de elevação. 6795

6 Talude à Montante: Um lugar situado acima de outro, tomando-se em consideração a corrente fluvial que passa na região. Talude à Jusante: Diz-se do sentido de um caminhamento feito rio abaixo ou de algum objeto situado rio abaixo após determinada referência. Com todas as variáveis parametrizadas, calculou-se o Fator Topográfico (LS), conforme Equação 2. Os dados foram gerados em formato raster para que fosse possível realizar a operação aritmética sem generalizações ou agrupamentos. LS = 0,01*c 0,63 *D 1,18 (2) Em que: c (comprimento de rampa em metros); D (declividade da rampa em %). Após a parametrização de todas as variáveis que compõem a Equação de perda de solo (Equação 3), aplicou-se a Equação 3, obtendo-se um mapa em formato raster contínuo na área de interesse. PS = R*K*LS*C*P (3) Em que: PS = Perda de solos; R = Erosividade; K = Erodibilidade; LS = Fator Topográfico; C (uso e manejo); P (prática conservacionista) d) Mapeamento da Cobertura e Uso da Terra: o mapeamento da cobertura e uso da terra que subsidiou todas as análises das ações antrópicas foi embasado na interpretação de imagens de satélite de alta resolução espacial. As imagens de satélite foram selecionadas de forma a garantir as premissas descritas no memorial descritivo do trabalho. Foram considerados vinte e seis classes de cobertura e uso da terra, a saber: 1) Cultura não mecanizada; 2) Cultura mecanizada; 3) Pastagem; 4) Área alagada (brejo, mangue etc.); 5) Vegetação de baixo/médio porte; 6) Área de reflorestamento; 7) Área portuária; 8) Afloramento rochoso; 9) Reservatório de água (represa, açude etc.); 10) Cursos d'água de pequeno porte (<3m); 11) Cursos d'água de médio/gde porte (>3m); 12) Área de extração mineral; 13) Área rural (classe 1); 14) Área de média urbanização (classe 2); 15) Área urbanizada (classe 3); 16) Área de muito alta urbanização (classe 4); 17) Favela; 18) Área industrial; 19) Áreas especiais (praças,parques, aeroportos etc.); 20) Edifícios representativos (museus, igrejas, escolas etc.); 21) Malha rodoviária principal (estradas pavimentadas); 22) Malha rodoviária secundária (estradas não-pavimentadas); 23) Malha ferroviária; 24) Erosão existente; 25) Escorregamento instalado; 26) Movimentação de terra (cortes e aterros).a escala de mapeamento utilizada é de 1: conforme memorial descritivo apresentado pelo contratante. e) Mapas de suscetibilidade: após a parametrização das variáveis supracitadas foram desenvolvidos seis mapas: erosão: visou identificar processos erosivos ao longo das faixas de dutos conforme Wischmeier e Smith (1978). Modelado a partir da fisiografia e textura do solo. Suscetibilidade a escorregamento: esse mapa visa identificar regiões potencialmente frágeis a escorregamentos potenciais cujo principal delimitador são taludes com altura igual ou superior a 3 m e distantes até 15 m da faixa de dutos. Suscetibilidade a rastejo: esse mapa visa identificar regiões suscetíveis a rastejo. Tais áreas são classificadas a partir de encostas situadas à montante da faixa de dutos, que apresentem perfil convexo e sejam compostas por material predominantemente siltoso ou argiloso (cambissolos, solos hidromórficos e latossolos de textura argilosa). A suscetibilidade a rastejo foi determinada em função da declividade. corrida de detritos: nesse mapa foi avaliada a suscetibilidade à corrida de detritos (CD) das bacias hidrográficas nas travessias de cursos d água de 1ª, 2ª e 3ª ordem. Espelhos d água formados por reservatórios (lagos, açudes, PCH s etc.) localizados a 6796

7 montante da faixa de dutos foram identificados para a avaliação de risco instalado em função da altura h do reservatório e a distância L desenvolvida do talvegue até a faixa de dutos. queda de blocos: nesse mapa foram identificadas as áreas abertas com pouca ou nenhuma cobertura vegetal que possuam exposição de maciços rochosos ou blocos de rocha com a menor dimensão em planta 1,0 m, à distância L da faixa de dutos, considerando a trajetória de queda do bloco. ação antrópica: nesse mapa foram identificadas as travessias das faixas de dutos com cursos d água e cruzamentos com ferrovias e estradas de rodagem, assim como diferenciadas as ocupações principais. As atividades antrópicas no entorno e a cobertura do(s) duto(s) existente(s) no trecho devem ser relacionadas para cada duto e possuem riscos diferentes de acordo com a sua distância. 3. Resultados Com base na metodologia proposta, obtiveram-se seis mapas de suscetibilidade, resultantes da parametrização das variáveis e premissas definidas em Transpetro (2012), conforme ilustra a Figura 4. Nesta figura os círculos amarelos ilustram as áreas que serão inspecionadas no mapa final. Susc. Corrida de Detritos Susc. Queda de Blocos Susc. Rastejo Susc. Erosão Susc. Escorregamento Susc. Ação Antrópica Figura 4. Todos os seis mapas de suscetibilidade num trecho das faixas de dutos. A partir da união dos riscos dos seis mapas de suscetibilidade, obteve-se o mapa final de suscetibilidade, o qual serviu de subsídio para verificação em campo das áreas apontadas com risco moderado e alto. Neste processo, após a união dos seis mapas, considerou-se como risco preponderante aquele mapa que apresentou a situação mais crítica. Por exemplo: se tivermos uma situação em que a soma dos riscos estiver da seguinte maneira: baixo+baixo+baixo+moderado+moderado+alto, o mapa final será representado com risco alto. As cores de representação e parâmetros qualitativos foram definidas por Transpetro (2012). Os círculos amarelos indicam as áreas para verificação em campo. 6797

8 Figura 5. Mapa final de Riscos Geotécnicos em pequeno trecho. Os resultados obtidos neste trabalho corroboram com os resultados, da tese de Pinto (1991). Geralmente, todos os trabalhos nesta temática ressaltam as tentativas de aprimoramento da modelagem do fator topográfico da USLE a partir dos dados de Sensoriamento Remoto utilizando as ferramentas de geoprocessamento. Permite-se inferir, neste caso específico, que a utilização de um modelo digital de terreno com resolução espacial de 1m 2, trouxe ganhos de qualidade à metodologia. Porém, a subjetividade na modelagem do fator topográfico exige do especialista atenção redobrada nos cálculos dos perfis de terreno e declividade para que o método esteja coerente, sem a existência de artefatos indesejáveis. Por vezes, foi necessário o aumento do espaçamento da grade do modelo digital de elevação no cálculo do perfil do terreno homogeneizando o relevo. Esta generalização melhorou a representação da superfície do terreno. 4. Conclusão Foi possível o mapeamento de riscos de suscetibilidade ambiental ao longo das faixas adutoras de combustível. Os resultados foram analisados antes da etapa de campo com a equipe da Transpetro o que demonstrou uma aderência dos resultados em relação à situação in loco. A principal limitação do método está relacionada aos insumos de entrada. As curvas de nível disponibilizadas para o trabalho não excluíram a cobertura vegetal ao longo de muitos trechos, o que trouxe a parametrização desses artefatos indesejados, interferindo em parte dos resultados. Essa constatação foi obtida após retorno da equipe da Transpetro em campo. Muitas variáveis não são passíveis de automatização o que exige uma reestruturação da metodologia em busca de variáveis que possam ser parametrizadas com menor interferência do especialista em geotecnologias. Os resultados até então obtidos permitem que a metodologia seja aplicada nesta e em outras regiões de interesse com resultados aderentes. O trabalho está em fase de validação em campo. 5. Referências Bibliográficas Câmara, G.; Souza, R.C.M.; Freitas, U.M.; Garrido, J. SPRING: Integrating remote sensing and GIS by objectoriented data modelling. Computers e Graphics, v. 20, n.3,p , Pinto, S. A. F. Sensoriamento Remoto e integração de dados aplicados no estudo da erosão dos solos: Contribuição Metodológica. São José dos Campos, INPE, Transpetro. Memorial Descritivo MD PTD-002. São Sebastião, Petrobras, Wischmeier, W.H.; Smith, D.D. Predicting rainfall erosion losses: a guide to conservation planning. Washington: USDA, p. (USDA. Agriculture Handbook, 537). 6798