Mapeamento de landforms da bacia hidrográfica do Ribeirão Pinheirinho (MG), Brasil

Transcrição

1 Mapeamento de landforms da bacia hidrográfica do Ribeirão Pinheirinho (MG), Brasil Rômulo Amaral Faustino Magri 1 Osni José Pejon 1 Eduardo Goulart Collares 2 1 Universidade de São Paulo USP Av. Trabalhador São Carlense, São Carlos - SP, Brasil romulo@sc.usp.br, pejon@sc.usp.br 2 Fundação de Ensino Superior de Passos FESP/UEMG Av. Juca Stockler, Passos - MG, Brasil eduardo.collares@fespmg.edu.br Abstract. This study aimed to perform the landforms map of the watershed of Ribeirão Pinheirinho through cartographic documents and remote sensing products with the aid of geoprocessing techniques. The relief units were identified from aspects of slope, altimetric amplitude and satellite image texture. Initially the Digital Elevation Model Hydrologically Consistent (DEMHC) was elaborated from the interpolation of data relating to contours, elevation points and hydrographic network. The DEMHC allowed performing the slope chart and the shaded DTM and still permitted the topographic profiles production. The various layers of information were overlaid and analyzed in order to recognize homogeneous areas, which were bounded on screen with the aid of the ArcGIS software. After being identified, the field units were characterized according to their geographical expression, top shapes, valleys presence and frequency of drainage channels. Once the landforms map was carried out, fieldwork was made in order to validate the preliminary mapping and to perform geological and geotechnical characterization of the bounded units. The method adopted for the relief partitioning allowed the recognition of seven landforms units and also six types of relief. The relief partitioning method was effective in the identification of the different relief units, and it could be useful for defining sampling points on the field and unconsolidated materials units. Palavras-chave: relief, terrain evaluation, Digital Elevation Model, unconsolidated materials, relevo, avalição do terreno, Modelo Digital de Elevação, materiais inconsolidados. 1. Introdução O meio físico pode ser estudado a partir da avaliação de terrenos, que pode ser efetuada pela compartimentação fisiográfica, individualizando zonas homólogas com base em critérios definidos. Assim, é possível definir potencialidades e restrições do terreno, sendo muito útil nas questões relativas ao planejamento territorial (VEDOVELLO, 1993). O método de avaliação do terreno se baseia no reconhecimento, interpretação e análise de feições do relevo (landforms) as quais, devem refletir as condições dos materiais da superfície terrestre, pois são reflexo dos processos naturais atuantes sobre os mesmos. Sendo assim, o termo landforms pode ser entendido como: porção do terreno originada de processos naturais, distinguível das porções vizinhas (demais landforms) em pelo menos um dos seguintes elementos de identificação: forma e posição topográfica, frequência e organização dos canais, inclinação das vertentes e amplitude de relevo (LOLLO, 1996). Zuquette e Gandolfi (2004) relatam que a técnica de avaliação do terreno, permite o melhor entendimento do modelo conceitual do terreno, minimizando os trabalhos de campo, amostragens e ensaios laboratoriais, além de orientar as investigações, possibilitando a obtenção de melhores resultados. Atualmente, dispõe-se de uma vasta gama de materiais e ferramentas que podem auxiliar na compartimentação fisiográfica de terrenos tais como, cartas topográficas, fotografias aéreas, produtos do sensoriamento remoto como as imagens de satélite e radar, modelos digitais do terreno (MDT), os Sistemas de Informação Geográfica (SIG), dentre outros. 5071

2 Nesse sentido, o presente trabalho objetivou elaborar um mapa de landforms através de documentos cartográficos e produtos de sensoriamento remoto com auxilio de técnicas de geoprocessamento. 2. Área de Estudo A bacia hidrográfica do Ribeirão Pinheirinho, perfaz uma área de 357,99 km² e faz parte da área de abrangência do Comitê do CBH - GD7. Localiza-se no sudoeste de Minas Gerais e abrange parte dos municípios de Itamogi (incluindo a área urbana) e Monte Santo de Minas. Geomorfologicamente, a área é envolvida pela unidade Patamares Cuestiformes, pertencente ao domínio morfoestrutural denominado Bacia e Coberturas Sedimentares do Paraná (RADAMBRASIL, 1983). A geologia da área de estudo é composta por basaltos e diabásios da Formação Serra Geral, arenitos, conglomerados, folhelhos e siltitos da Formação Aquidauana e arenitos da Formação Botucatu. Localmente ocorrem gnaisses e migmatitos do Grupo Araxá (COMIG, 1994). Figura 1. Localização da área de estudo. 3. Material e Métodos Para compartimentar o relevo, em unidades de landforms, foram utilizados dados topográficos (curvas de nível com eqüidistância de 20 m e rede hidrográfica); o Modelo Digital de Elevação Hidrologicamente Consistente; o Modelo Digital do Terreno Sombreado; a carta de declividade; imagens de satélite Alos (2,5m) na composição 321; e perfis topográficos que foram criados no módulo interpolate line e create profile graph, no ArcGIS. Inicialmente, elaborou-se a base cartográfica, a partir das cartas topográficas do IBGE: Itamoji (SF-23-V-B-II-2) e Monte Santo de Minas (SF-23-V-C-III-1); disponibilizadas em formato vetorial (.dgn), contendo curvas de nível, rede hidrográfica e pontos cotados. Os arquivos vetoriais (.dgn) foram importados para a plataforma do AutoCAD Map e lá foram realizados alguns ajustes, tais como: inserção de cotas altimétricas nas curvas de nível e os pontos cotados, junção dos nós nos segmentos deslocados e conversão para o formato dwg. De posse destes produtos, o próximo passo foi estruturar a base de dados no ArcGIS 10. A princípio, os arquivos no formato vetorial (.dwg) foram importados para o programa e, em seguida, foram transformados para a extensão shape (.shp), a qual permite processar e editar os arquivos nesse SIG. 5072

3 O Modelo Digital de Elevação Hidrologicamente Consistente (MDEHC) foi elaborado a partir da interpolação dos dados relativos às curvas de nível, pontos cotados e rede hidrográfica utilizando a ferramenta de interpolação Topo to Raster (HUTCHINSON, 1988 e 1989), presente na extensão Spatial Analyst, o tamanho do pixel de saída utilizado foi de 10 m. Para validar qualitativamente o MDEHC gerado, foram produzidas curvas de nível, a partir do MDEHC interpolado e, posteriormente estas foram comparadas visualmente com as curvas de nível originais vetorizadas das cartas topográficas, conforme o manual do ArcGIS (ESRI, 2007) recomenda. Para geração das curvas de nível, utilizou-se o comando Countour Interval, presente na extensão Spatial Analyst, as curvas foram geradas com a metade do intervalo original das curvas de nível, ou seja, 10 metros. Com o MDEHC gerado, foi possível elaborar o Modelo Digital do Terreno Sombreado com sobre-elevação (z factor) de três vezes, por meio do comando Hillshade, presente na extensão 3D Analyst. A carta de declividade foi elaborada utilizando-se o comando Slope, presente na extensão 3D Analyst, como imagem matricial de entrada foi utilizado o MDEHC supracitado. As unidades de relevo foram reconhecidas a partir dos aspectos relativos à declividade, amplitude altimétrica e textura (imagem de satélite). Os critérios utilizados para identificação destas unidades foram sugeridos por IPT (1981), Zuquette (1987) e Florenzano (2008), conforme mostrado na Tabela 1. O Quadro 1 apresenta a definição para as unidades de relevo consideradas neste trabalho. Tabela 1. Critérios utilizados para a identificação das unidades de relevo. Amplitude Declividade Altimétrica (m) Dominante (%) Tipo de Relevo 0 3 Planícies < Colinas > 15 Morrotes <15 Morros com encostas suavizadas > 15 Morros > 300 > 15 Serras ou montanhoso > 15 Escarpas Após o reconhecimento de áreas homogêneas, estas foram delimitadas em tela, no programa ArcGIS 10, para isso foi criado um Geodatabase específico para o mapa de landforms, com as features class correspondentes às classes descritas na Tabela 1. Tipo de Relevo Planícies Colinas Morrotes Morros com encostas suavizadas Morros Definição Terrenos baixos e planos, formados por acumulação de material, que podem ser de origem aluvial ou fluvial. Baixas elevações do terreno, com topos arredondados a quase planos e declividades baixas. Baixas elevações do terreno, com domínio de topos arredondados e declividades altas. Médias elevações do terreno, com domínio de topos arredondados e declividades moderadas. Médias elevações do terreno, com domínio de topos arredondados e declividades altas. 5073

4 Serras ou Altas elevações do terreno, com domínio de topos angulares e altas montanhoso declividades. São rampas ou degraus de grande inclinação, características de Escarpas bordas de planaltos. Quadro 1. Definições das unidades de relevo de acordo com Florenzano (2008). Após serem identificadas, as unidades de terreno foram caracterizadas quanto à sua expressão geográfica, forma dos topos, presença de vales, frequência de canais de drenagem, conforme os critérios apresentados pelo Quadro 2. Atributo Categoria Dimensões ou Descrição Conceito Pequena < 1 km Expressão Maior componente de Média 1 2 km Geográfica extensão da forma Ampla > 2 km Extensos > 2 km Topos Forma do topo Forma dos vales Frequência de canais Restritos Aplainado Arredondado Anguloso Abertos Fechados Baixa Média Alta Muito Alta < 2 km 0 5% < 20% >20% < 10% > 10% < 3/km² 3 a 7/km² 7 a 15/km² > 15/km² Declividade do topo Declividade das vertentes Número total de canais por km² Quadro 2. Critérios utilizados para a caracterização das unidades de relevo. Adaptada de IPT (1981) e Lollo (1996). Após a elaboração do mapa de landforms, foram realizados trabalhos de campo visando à validação do mapeamento preliminar e a caracterização geológico-geotécnica das unidades. 4. Resultados e Discussão A variação altimétrica da área de estudo, representada pela hipsometria (Figura 2), engloba valores entre 788 a 1255 metros de altitude. Na Tabela 2 são apresentados dados quantitativos das classes hipsométricas. As declividades menores que 15% predominam na área de estudo, conforme pode ser observado na Tabela 3. Tabela 2. Distribuição das classes hipsométricas na área de estudo. Classes Hipsométricas Área (km²) % < ,3 14, ,5 44,3 > ,3 40,9 Tabela 3. Distribuição das classes de declividade na área de estudo. Classes de Declividade Área (km²) % ,6 11, ,7 61,4 > 15 95,7 26,7 5074

5 Figura 2. Hipsometria da bacia hidrográfica do Ribeirão Pinheirinho (MG) sobreposta ao modelo sombreado (sobrelevação 3). A Figura 3 apresenta a carta de declividades da área de estudo. Figura 3. Carta de declividades. O método adotado para compartimentação do relevo permitiu o reconhecimento de seis tipos de relevo, a saber: planícies, colinas, morrotes, morros, morros com encostas suavizadas e escarpas. A Figura 4 apresenta o mapa de landforms. Na Figura 5 é possível observar a distribuição percentual dos tipos de relevo que ocorrem na área de estudo. Nota-se que os relevos com baixas declividades (menores que 15%) 5075

6 perfazem 60,1% da área, sendo que os morros com encostas suavizadas representam 30,68%, as colinas 25,54% e as planícies 3,95%, da área total da bacia. Em relação às altas declividades (maiores que 15%) o tipo de relevo que predomina são os constituídos por morrotes, que abrangem 16,5% da área total da bacia. Figura 4. Mapa de landforms. Figura 5. Percentual de ocorrência dos tipos de relevo na área de estudo. As áreas homogêneas foram delimitadas e, em seguida, caracterizadas através de ferramentas de geoprocessamento e trabalhos de campo. Assim, foram encontradas na área de estudo, sete unidades distintas, que são descritas a seguir. Unidade A Corresponde a planícies aluvionares adjacentes a córregos e rios. Nestas áreas a declividade é bem baixa (de 0 a 3%), podendo ser sujeitas à inundação, característica de 5076

7 baixios topográficos. A textura observada na imagem de satélite é lisa. O canal de drenagem principal é meandrante e, por vezes, apresenta meandros abandonados. São constituídas por coberturas aluvionares recentes e apresentam o material inconsolidado retrabalhado, bastante heterogêneo. Unidade B Caracteriza-se por um relevo com predomínio de morrotes pequenos com topos aplainados restritos. Na imagem de satélite estas formas se apresentam bastante rugosas. A frequência de canais de drenagem é média. Localmente ocorrem morros, isolados, com topos angulosos apresentando amplitude altimétrica média de 125 metros. O substrato rochoso é predominantemente constituído por arenitos da Formação Aquidauana e localmente ocorrem gnaisses e migmatitos. Na meia encosta, ocorre solo laterítico arenoso superficial, com espessura superior a três metros, ao passo que no terço superior da encosta, há predomínio de solo saprolítico areno-siltoso superficial e localmente pode ocorrer solo laterítico com espessura não superior a um metro. Unidade C Corresponde a um relevo de colinas médias com topos restritos e aplainados, associadas a vales que variam entre abertos e fechados. Na imagem de satélite estas formas se mostram ligeiramente rugosas. Apresentam baixa frequência de canais de drenagem. Os vales são constituídos por coberturas aluvionares recentes. As colinas são predominantemente sustentados por arenitos, conglomerados, folhelhos e siltitos da Formação Aquidauana. O material inconsolidado é constituído por solo laterítico arenoso superficial, com espessura superior a três metros. Unidade D Esta unidade caracteriza-se por apresentar morros amplos com encostas suavizadas e topos aplainados extensos. Predominam declividades inferiores a 15%, mas localmente ocorrem declividades superiores a 15%, próximas aos canais de drenagem. Apresenta baixa frequência de canais drenagem. O substrato rochoso é composto por basaltos e diabásios da Formação Serra Geral e arenitos da Formação Botucatu. Em terrenos sustentados por basaltos e diabásios, o perfil de alteração é composto por solo residual argiloso, bem evoluído, com espessuras superiores a dois metros, ao passo que os terrenos sustentados por arenitos apresentam perfil de alteração com textura areno-siltosa e espessura superior a três metros. Unidade E Apresenta um relevo predominantemente escarpado com declividades elevadas. Ocorrem também, encostas com declividades variadas. As escarpas possuem amplitudes altimétricas variadas, desde 100 até 200 metros. Na imagem de satélite observa-se um sombreamento acentuado e quebras de relevo. A frequência de canais de drenagem é baixa, sendo que grande parte dos canais que ocorrem nas escarpas são de primeira ordem e observam-se também alguns canais intermitentes. No topo das escarpas o substrato rochoso é constituído por basaltos e diabásios da Formação Serra Geral, ao passo que na porção média e no terço inferior, ocorrem arenitos da Formação Botucatu e geralmente são aflorantes. Unidade F Constitui relevo de morros médios com topos arredondados e restritos, associados a vales fechados. A textura observada na imagem de satélite é rugosa. Apresenta baixa frequência de canais de drenagem. Os morros são sustentados por arenitos da Formação Aquidauana. Há ocorrência de solo laterítico arenoso superficial com espessura entre um e três metros. 5077

8 Unidade G Apresenta as mesas características da Unidade F, no entanto esta unidade apresenta áreas com encostas com declividades variadas formando um extenso vale fechado, por onde passa o Ribeirão Pinheirinho. Além disso, alguns morros são sustentados por basaltos e diabásios da Formação Serra Geral. 5. Conclusões O método de compartimentação do relevo utilizando imagens de satélite, carta de declividade, mapa topográfico mostrou-se eficiente, pois permitiu identificar com facilidade as diferentes unidades de relevo. Na área de estudo foram reconhecidas sete unidades de relevo constituídas por colinas, morros, morros com encostas suavizadas, morrotes, escarpas e planícies. O mapa de landforms gerado permitiu a caracterização geológico-geotécnica integrada da unidade, é útil para definição de pontos de amostragem em campo, tornando esta etapa mais ágil e menos onerosa e assim, também pode ser utilizado para a definição de unidades de materiais inconsolidados. Agradecimentos Ao CNPq pelo apoio financeiro e também pela concessão da bolsa de estudos, ao Projeto Grande Minas União pelas Águas e ao FHIDRO, pelo apoio financeiro. Referências Bibliográficas COMIG. Mapa Geológico do Estado de Minas Gerais 1: COMIG/SEME Florenzano, T.G. Geomorfologia: conceitos e tecnologias atuais. São Paulo: Oficina de Textos, p. Hutchinson, M.F. Calculation of hydrologically sound digital elevation models. Proceedings of the Third International Symposium on Spatial Data Handling, 1988, Sydney. Hutchinson, M.F. A new procedure for gridding elevation and stream line data with automatic removal of spurious pits. Journal of Hydrology, v. 106, p , IBGE. Carta Topográfica Folha de Itamogi (SF-23-V-B-II-2). Rio de Janeiro, Escala 1: IBGE. Carta Topográfica Folha de Monte Santo de Minas (SF-23-V-C-III-1). Rio de Janeiro, 1970f. Escala 1: IPT. Mapa Geomorfológico do Estado de São Paulo : escala 1: , Série Monografias, 5, 2 v Lollo, J.A. O uso da técnica de avaliação do terreno no processo de elaboração de mapeamento geotécnico: sistematização e aplicação para a quadrícula de Campinas (SP) Tese (Doutorado em Geotecnia) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos RADAMBRASIL. Levantamento de Recursos Naturais. Rio de Janeiro, Folha SE,23/24. Rio de Janeiro/Vitória, vol Vedovello, R. Zoneamentos geotécnicos aplicados à gestão ambiental, a partir de Unidades Básicas de Compartimentação UBCs Tese (Doutorado em Geociências e Meio Ambiente) - Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Rio Claro Zuquette, L.V.; Gandolfi, N. Cartografia Geotécnica. São Paulo: Oficina de Textos, p. Zuquette, L.V. Análise crítica da cartografia geotécnica e proposta metodológica para as condições brasileiras Tese (Doutorado em Geotecnia) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos,