APLICAÇÃO DE MÉTODOS DE ANÁLISE DE VARIAÇÃO TEMPORAL DA LINHA DE COSTA PARA A PRAIA DA ARMAÇÃO, (FLORIANÓPOLIS- SC, BRASIL )

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1 APLICAÇÃO DE MÉTODOS DE ANÁLISE DE VARIAÇÃO TEMPORAL DA LINHA DE COSTA PARA A PRAIA DA ARMAÇÃO, (FLORIANÓPOLIS- SC, BRASIL ) Alexandre M. Mazzer 1 2 ; 1 Depto. Geografia, Universidade da Região de Joinville-UNIVILLE(mazzer@univille.edu.br); 2 Prog. de Pós Graduação em Geociências; Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS; Abstract. Temporal shoreline changes assessments consists useful tool to management and planning of human beachfront occupation. At this study were applied three distinct methods of shoreline variation assessment (End Point Rate Linear Regression and Jacknife Regression) to Armação Beach, among the years of 1938 to This beach is located at southeast of Santa Catarina Island, whose is placed at Central Shore of Santa Catarina State, South Brazil. The methodology used is separated in three steps: (1) Data Inventorying,(2) Data geoprocessing, and (3) Shoreline Changes Analysis. The results presented allows an a erosion trends to the Armação Beach, but with distinct annual rates along the beach extension. Based at that differential erosion rates, the beach was divided in five sectors (A1 to A5). The sector A2 and A3 showed the largest erosion rates reached near to 1 m/yr, while the sectors A1, A4 and A5, the lowest erosion rates. Among the three methods of analysis, the Jacknife regression demonstrates the most thrust values. This present analysis can provide a technical support to coastal management and human settlement occupation planning near to the beach avoiding future damages and losses to the land properties and to coastal environment. Palavras-chave: variação da linha de costa, erosão costeira, Praia da Armação (Fpólis, SC) 1. Introdução Estudos de variação da linha de costa obtida por análise de séries temporais de aerofotos e cartas topográficas, são empregados na análise de erosão costeira e evolução da costa desde a metade do século passado na Geologia e Geomorfologia Costeria. No entanto, esta abordagem possui várias implicações e pressupostos que devem ser reconhecidos e assumidos durante sua interpretação, tais como: escala espacial utilizada, horizonte temporal abrangido, erros associados ao processo de obtenção de imagens, digitalização de imagens, entre outros, conforme pontuado por Anders & Byrnes (1981), Leathermann (1983) e Dolan et. al (1991). Segundo Leathermann (2003) a escala cartográfica, o tratamento prévio para redução de erros e o método utilizado na análise são elementos de fontes de erro, e muitas vezes não devidamente considerados em grande parte de trabalhos desta natureza. No presente estudo buscou-se aplicar tal abordagem, a partir do tratamento digital prévio de 4 séries de aerofotos (entre os anos de 1938 e 2002) apoiado em técnicas de geoprocessamento, para fins de atenuação dos erros e pressuspostos supracitados. Com utilização de sistema de informações geográficas, foi possibilitado avaliar a variação de linha de costa através de diferentes métodos de análise, como o End Point Rate (EPR), Regressão linear Jacknife (JKR), e regressão linear simples (LRR) de forma ágil e simultânea, de forma a permitir comparações e análises entre estes. A aplicação do presente estudo se deu na Praia da Armação situada na porção sudeste da Ilha de Santa Catarina, litoral central do estado de Santa Catarina, entre as latitudes de S e S. A praia da

2 Armação esta associada à barreira arenosa que encerra a Lagoa do Peri, limitada lateralmente pelo promontório granítico da localidade do Morro das Pedras ao norte, e pelo tômbolo formado entre a praia e a Ilha das Campanhas, na porção sul. Sua extensão é de cerca de 3,5 quilômetros disposto no sentido N-S, apresentando perfil refletivo ao norte passando a intermediário nas porções centrais e dissipativo ao sul (Castilhos, 1995). Consiste numa praia de enseada do tipo espiral (Carter, 1991), apresentando exposição diferencial a ondulações dos quadrantes leste e sul, bem como perfis praias que variam entre o refectivo no extremo norte a dissipativo no extremo sul (Castilhos, 1995). 2. Métodos e Técnicas 2.1 Levantamento Cartográfico e Digitalização de Dados O material disponível e compatível com a escala e objeto do estudo tiveram base cartográfica na escala de 1:10.000, contendo curvas de nível com intervalo de 5 metros do ano de As séries de aerofotos utilizados consistiram de conjunto digital ortoretificado na escala de 1:2.000 do ano de 2002 (IPUF,2002), e séries históricas dos anos de 1938, escala original 1:30.000, bem como de 1978 e 1994, ambas na escala original de 1:25.000, de propriedade do Governo do Estado de Santa Catarina e Instituto de Planejamento Urbano de Florianópolis, respectivamente. As séries históricas foram digitalizadas em resolução de 400 dpi, via scanner de mesa marca/modelo HP/Scanjet-2100C, enquanto os demais materiais encontravamse em formato digital. Para fins de digitalização e análise de sua variação, a definição da linha de costa nas aerofotos, segue da linha média de preamar (LPM), sendo determinada pela linha de saturação hídrica nos sedimentos. De acordo com Crowell et. al (1991), Anders & Byrnes (1991) e Leatherman (2003), a LPM representa uma boa opção como indicador da linha de costa, por representar melhor posições de máximas variações durante o dia da obtenção da aerofoto, minimizando erros de sua variação diurna. Sua demarcação se deu por meio de análises de contraste e magnificação (enhancement), no software Envi 3.4, posterior digitalização, e edição (sob o material cartográfico já georeferenciado (item 2.3)nos programas Arc View versões 3.2 e 8.1, gerando arquivos de polilinhas de séries temporais de linhas de costa). 2.2 Tratamento e Processamento Digital As aerofotos foram recortadas em suas bordas e em cerca de 30 a 40% de seu tamanho original em papel, com vistas a utilizar a parte central das mesmas, e diminuir o erro espacial ocasionado pela distorção da captura angular da lente (Crowel et. al, 1991). Posteriormente, realizou-se a montagem dos mosaícos das seqüências distintas de aerofotos através dó modo Mosaicking per pixel do software Envi 3.4. O georeferenciamento foi realizado a partir de 12 a 20 pontos de controle por mosaico, utilizando-se a base topográfica, escala 1:10.000, contendo curvas de nível de 5 metros, rede hidrográfica e malha viária. A partir de dados altimétricos, da resolução diminuída pela conversão digital das aerofotos, realizou-se a retificação em área dos mosaicos selecionada por recorte de aproximadamente mil metros de faixa litorânea a partir da linha de costa. Foi utilizado na retificação o algoritmo de convolução cúbica, sendo realizada a conversão no software Autocad Map 2000, permitindo obter o aumento da escala dos mosaicos de 1938, 1978, 1994 para uma precisão de 1: Análise da variação temporal da linha de costa

3 A determinação de taxas de variação pode ser obtida de diferentes formas de interpretar a distancia entre posições relativas a períodos distintos. Com o auxílio da extensão Digital Shoreline Analysis System (Thieler, 2003) para o programa Arc View 3.2 realizou-se um total de 120 transectos de 150 metros de extensão, com espaçamento de 30 metros ao longo da extensão da praia. Esta extensão automatiza o calculo da variação da linha de costa, pressupondo a referência de uma linha de base (baseline), afim de estabelecer um ponto fixo para referenciar os pontos de interseção entre as séries temporais de linha de costa. Na presente análise gerou-se uma linha paralela a linha da vegetação de 2002 na distância de 50 metros, a partir de onde foi calculado a taxa de variação anual da linha de costa entre 1938 e 2002, aplicando três de diferentes métodos: End Point Rate(EPR), Regressão Linear (LRR), Jacknife (JKR) (Dolan, Fenster & Hole, 1991). 3. Resultados e Discussões A variação da linha de costa na Praia da Armação, no período de 68 anos ( ), indica uma média de recuo geral da linha de costa, apresentando taxas de retração entre 0,36 a 0,45 m/ano (tabela), conforme o método de análise de variação. Tal tendência erosiva, já constatada por Abreu de Castilhos (1995), apresenta-se de forma variada ao longo do arco praial, possivelmente em detrimento da combinação distinta de fatores hidrodinâmicos, antrópicos e morfodinâmicos. Cada método de análise da linha de costa apresentou valores distintos entre si, porém, foi possível detectar trechos que apresentavam a mesma resposta de variação, independente do valor médio em cada transecto. Desta forma, possibilitou uma compartimentação do arco praial em cinco trechos, denominados de A1 a A5, apresentando comportamento distintos quanto a variação anual da linha de costa, as quais serão descritas a seguir. 3.1 Variação Temporal da Linha De Costa No trecho situado no extremo sul da praia, A1, a taxa de variação anual média apresentou-se entre 0,10 a 0,13 m/ano, sendo a mais baixa dentre as demais. Apesar deste trecho apresentar-se relativamente protegido das ondulações do quadrante sul, caracterizado por Castilhos (1995), como uma zona de sombra para a exposições às ondulações de maior energia. Segundo a análise sob as aerofotos, a urbanização foi especialmente crescente a partir do ano de 1978, avançando nitidamente sob as duas frontais. Na análise de variação restrita ao intervalo temporal entre 1978 a 2002, ou seja, no período de maior urbanização, a taxa variou entre 0,93 a 1,20 m/ano, nos métodos LRR e JKR, respectivamente. Diante destes valores, sugere-se que o baixo valor para este trecho em 68 anos justifica-se por um período de pouca variação da linha de costa entre 1938 e 1978, o qual ocultou a alta taxa de variação nas últimas duas décadas. Durante o período, cuja taxa de erosão é bastante significativa (últimos 24 anos) ocorrem registros de destruições totais de edificações na sob as dunas frontais durante a década de 80, corroborando com a presente análise. O trecho posterior é caracterizado pelas maiores taxas de erosão no período entre 1938 e 2002, com valores variando entre 0,44 a 0,75 m/ano, pelo método EPR e JKR, respectivamente (Tabela 1). Tal trecho exibe uma continuidade da crescente ocupação por edificações na orla, com freqüentes avanços destas sobre as dunas frontais, nos últimos 24 anos, comentada para o trecho A1. No entanto, o trecho A2 apresenta-se mais exposto às ondulações que o trecho anterior, exibindo uma variação

4 maior no período total abrangido no presente estudo. As taxas máximas, neste trecho ocorrem nos perfis de n 68 a 75, alcançando entre 0,90 a 1,30 m/ano entre os métodos EPR e LRR, respectivamente, estando entre as mais altas registradas na Praia da Armação. No trecho A3, as altas taxas de erosão mantêm-se, com gradual redução em direção aos trechos ao norte. Valores médios dentre 0,59 e 0,67 m/ano sugerem a continuidade de processos erosivos ocasionados no trecho anterior. Porém, neste caso, a exposição a ondulações é maior, e a ocupação antrópica é gradualmente decrescente. Vale ressaltar que se registra aumentos de focos de degradação da vegetação de dunas frontais e restinga, neste trecho, entre 1978 e 1994, possivelmente contribuindo para a diminuição da largura da praia neste período influenciando, substancialmente, a taxa média de variação. Os trechos A4 e A5, estão entre os mais expostos as ondulações, conforme se constata no diagrama de refração de ondas. As taxas de variação variam entre 0,46 e 0,48 m/ano e 0,40 e 0,36 m/ano, respectivamente, para os trechosa4 e A5. Neste trecho, a praia apresenta a maiores tamanhos de sedimento (areia grossa e cascalhos), além de perfil praial refletivo, (Castilhos, 1995). Apesar de apresentar as maiores exposições a ondulações, ocorrem menores variações de largura de praia, frente aos demais perfis, corroborando com Short (2000), para com as suas considerações sobre variações de largura do perfil de praial sub aéreo para o tipo refletivo Métodos de variação de linha de costa Particularmente, a questão dos métodos aplicados em sua análise digital, e sua relação com o horizonte temporal abordado, torna-se importante elemento de escolha, frente à realidade de disponibilidade de dados. Na presente aplicação, o método EPR apresentou na maior parte das vezes as menores taxas de variação da linha de costa. Dolan et. al (1991) apontam que este método possui a desvantagem de considerar apenas as posições da linha de costa entre os extremos temporais, ocultando posições intermediárias, as quais podem representar tendências deposicionais ou erosionais em escalas temporais de curto prazo. Já a regressão linear pelo método dos quadrados mínimos, possui a vantagem de ajuste da reta em relação às posições da linha de costa ao longo do tempo, atenuando o efeito da discretização das médias simples. Desta forma, considera tendências ao longo dos pesos atribuídos na determinação da taxa de variação. Segundo Dolan et. al (op. cit), o uso da LRR pode levar a tendência o ajuste da reta nos períodos de maior concentração de dados. Galgano & Douglas (2000) indicam a utilização de regressão linear frente ao EPR em estudos de longo prazo. A diferença entre as taxas obtidas por LRR na praia da Armação apresentou valor médio de 17% maior que por EPR. (Tabela 1) O método JKR consiste numa média de retas de regressão linear, as quais são ajustadas repetidas vezes retirando um valor temporal a cada iteração. Tal método distribui melhor o peso dos dados que não estão agrupados, suavizando este efeito da LRR. Este também apresentou as maiores taxas de variação da linha de costa e os menores valores de desvios padrão, estando bem próximo aos valores de LRR. No entanto, a diferença efetiva entre os métodos aplicados não fora tão relevante, com exceção do setor A3, onde a diferença máxima entre as taxas alcançou 0,21 m/ano. 5. Conclusões A taxa de variação da linha de costa na Praia da Armação apresentou-se com tendência a erosão, seguindo a mesma tendência apresentada Castilhos (1995). As maiores taxas de erosão na porção central da

5 praia (trechos A2 e A3), possivelmente associam-se a combinação entre a convergência raios de onda, juntamente com a retirada das dunas frontais devido a urbanização sobre estas, bem como a modificações referentes ao enrocamento realizado na barra do rio adjacente, sugerindo a drástica diminuição do suprimento de sedimento pré-existente, e crescente erosão nestes trecho (Mazzer, 2004(Castilhos (1995). Já na porção norte, nos trechos A4 e A5, ocorre diminuição da taxa de erosão, possivelmente ligada ao acentuamento do tipo refletivo da praia. A aplicação de diferentes métodos na análise temporal da variação de linha de costa, permitiu analisar seus efeitos para a aplicação prática, bem como as amplitudes de variação inerentes a aplicação entre métodos distintos. Sob esta perspectiva, no presente trabalho considerou o método JKR, mais propicio a na presente aplicação. Deste modo, considera-se que estudos de variação da linha de costa, quando cuidadosamente observados as suas limitações de escalas espaciais, temporais, da qualidade do material cartográfico, bem como sobre seus métodos de avaliação, podem constituir uma ferramenta de útil aplicação para o planejamento e gerenciamento da ocupação da orla marítima, principalmente na previsão de posição de linhas de costa e definição de linhas de recuo (set backs). 6. Referências ANDERS FJ, BYRNES MR Accuracy of shoreline Change Rates as Determined from Maps and Aerial Photographs. Shore and Beach 1: CAMFIELD FE, MORANG A Defining and Interpreting Shoreline Change. Ocean and Coastal Management vol. 32 n 3 pp CROWELL, M; LEATHERMAN SP, BUKLEY MK, Historical Shoreline Change: Error Analysis and Mapping Accuracy. Journal of Coastal Research. 7 : CASTILHOS J A Estudo Evolutivo, Sedimentológico e Morfodinâmico da Planície Costeira e Praia da Armação Ilha de Santa Catarina, SC.Florianópolis. Universidade Federal de Santa Catarina. Centro de Filosofia e Ciências Humanas. CARTER RGW Coastal Environments: An introduction of Physical, Ecological and Cultural Systems. Academic press, London..617 p. CARUSO JR. F Mapa Geológico da Ilha de Santa Catarina - Texto explicativo e mapa. Notas Técnicas - Centro de Geologia Costeira e Oceânica da UFRGS: 6. DOLAN R, FENSTER, MS, HOLME, SJ Temporal Analysis of Shoreline Recession and Acretion. Journal of Coastal research 7: GALAGANO FA, DOUGLAS BC Shoreline Prediction: Methods and Errors. Environmental Geosciencies7: LEATHERMAN S Map Accuracy and Errors: Shoreline Mapping. Shore and Beach 7: LEATHERMAN S Shoreline Change Mapping and Management Along the U.S. East Coast. Journal of Coast Research. Special Issue 38:5-13. INSTITUTO DE PLANEJAMENTO URBANO DE FLORIANÓPOLIS- IPUF Levantamento Aerofotogramétrico da Ilha de Santa Catarina. Ortofotocartas de abril de Escala 1: MAZZER A M Analise da Vulnerabilidade Costeira com uso

6 de Sistema de Informação Geográfica: Uma aplicação ao trecho litorâneo sul da Ilha de Santa Catarina. Santa Maria, Brazil. Anais do V Simpósio Nacional de Geomorfologia.CD ROOM. THIELER ER, MARTIN D, ERGUL A The Digital Shoreline Analysis System, version 2.0: Shoreline change measurement software extension for ArcView. USGS Open-File Report Fig. 1: Mosaico de aerofotos de 1994 da Praia da Armação (Florianópolis, SC) e respectivas linhas de costa e perfis transversais. Trecho End Point Rate EPR Regressão Linear LRR Jacknifing JKR Valores Médios metros/ano metros/ano metros/ano metros/ano A1-0,13-0,12-0,10-0,12 A2-0,44-0,50-0,75-0,56 A3-0,59-0,66-0,67-0,64 A4-0,46-0,47-0,48-0,47 A5-0,40-0,34-0,36-0,36 Total -0,36-0,38-0,45-0,40 Tabela 1. Taxa de variação da linha de costa da Praia da Armação e de seus respectivos trechos costeiros.