ANÁLISE ESPACIAL DA MUDANÇA DO LEITO DO RIO TAQUARI ENTRE OS MUNICÍPIOS DE MUÇUM E ARROIO DO MEIO/RS

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1 CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIVATES CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL ANÁLISE ESPACIAL DA MUDANÇA DO LEITO DO RIO TAQUARI ENTRE OS MUNICÍPIOS DE MUÇUM E ARROIO DO MEIO/RS Marcelo Capra Lajeado, Junho de 2014

2 Marcelo Capra ANÁLISE ESPACIAL DA MUDANÇA DO LEITO DO RIO TAQUARI ENTRE OS MUNICÍPIOS DE MUÇUM E ARROIO DO MEIO/RS Monografia apresentada na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso II, na linha de formação específica em Engenharia Ambiental, do Centro Universitário UNIVATES, como parte da exigência para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Ambiental. Orientador: Prof. Ms. Rafael Rodrigo Eckhardt Co-orientador: Prof. Ms. Henrique Carlos Fensterseifer Lajeado, Novembro de 2014.

3 Dedico este trabalho a minha família, que é meu exemplo, meu porto seguro, por toda compreensão, amor, paz e pela educação que me deram tornando o homem que sou hoje.

4 Agradecimentos Agradeço aos meus pais Elise e Pedro pela educação e ensinamentos que me deram, que sem eles hoje não estaria onde estou e nem seria a pessoa que sou, paciência e poio quando precisava Aos meus irmãos André e Renato pela preocupação, atenção, apoio e incentivo nos momentos de dificuldade. A minha namorada Marina Valduga pelo amor, compreensão, carinho, companheirismo, por ter ajudado nas horas difíceis, por me tranquilizar em momentos de tensão e por estar sempre ao meu lado. A minha chefa Lucilene Mallmann por ser compreensiva, pelos conhecimentos transmitidos e pela oportunidade de trabalho durante a minha graduação. Ao meu orientador Rafael Rodrigo Eckhardt, que através de seu conhecimento e competência esteve compromissado com o auxílio na elaboração desta monografia. Ao professor Henrique Carlos Fensterseifer, pela disponibilidade de me ajudar quando mais precisava, pelo aprendizado transmitido. Por fim, aos professores do curso de Engenharia Ambiental, pela dedicação em ensinar e de mostrar o caminho do saber.

5 RESUMO Os ambientes fluviais sofrem mudanças no seu traçado com passar dos anos em função de fatores naturais ou de ações antrópicas. As modificações naturais são decorrentes da interação de vários fatores físicos, climáticos e bióticos. O presente estudo tem o objetivo de analisar a dinâmica espacial do leito do Rio Taquari, de Muçum até Arroio do Meio. O estudo foi desenvolvido com a utilização de imagens obtidas por sensoriamento remoto e ferramentas de geoprocessamento. Foram utilizadas as bandas 3, 4 e 5 do sensor TM, do satélite Landsat 5, datada de 13 de dezembro de 1987 e as bandas 4, 5 e 6, do sensor OLI, do satélite Landsat 8, datada de 20 de dezembro de Tais imagens foram selecionadas por representarem vazões similares do rio em datas defasadas no tempo. Após a etapa de georreferenciamento, foi vetorizado o leito do Rio Taquari, mediante digitalização em tela. Foram realizadas operações de álgebra de mapas para avaliar a variação da área na largura do Rio Taquari, além de avaliações do deslocamento lateral do rio, das áreas de sedimentação e da formação das ilhas. A avaliação da variação da largura foi realizada com o traçado de seções transversais espaçadas em um km. Com o resultado dos levantamentos constatou-se que, entre os anos de 1987 e 2013, houve um aumento da área e da largura em vários segmentos do Rio Taquari, decorrente da erosão das margens e proporcionando o surgimento de ilhas fluviais. Em outros setores, ocorreu o estreitamento da calha fluvial, decorrente do acumulo de sedimentos. Com o levantamento constatou-se que no trecho houve uma migração lateral do rio na direção da margem direita. Estas mudanças no sistema fluvial, ao longo do tempo, são definidas pela interação de fatores como o embasamento geológico do percurso, a resistência relativa das rochas, o volume e a velocidade do corpo hídrico em cada segmento, do volume e natureza da carga sedimentar, do comportamento dinâmico de fluxos hídricos, da forma da calha e as interferências da vegetação insular, marginal e da planície de inundação. Palavras-chave: PAISAGEM, EROSÃO, DINÂMICA FLUVIAL, SENSORIAMENTO REMOTO, GEOPROCESSAMENTO.

6 ABSTRACT The fluvial environments suffer changes in its layout over the years due to natural factors or anthropic actions. Natural modifications result from the interaction of several physical, climatic and biotic factors. The present study aims to analyze the spatial dynamics of the Taquari riverbed from Muçum to Arroio do Meio. The study was developed with the use of images obtained by remote sensing and geoprocessing tools. The bands 3, 4 and 5 of TM sensor of the Landsat 5, dated from December 13 th, 1987 and the bands 4, 5 and 6, of OLI sensor of the Landsat 8, satellite, dated from December 20 th, 2013 were used. These images were selected because they represent similar flows in the river with a time span. After georeferencing, the Taquari riverbed was vectored by scanning from the computer screen. Map algebra operations were performed to evaluate the variation in the width of the Taquari area, the river s lateral displacement, and the sedimentation areas and the formation of islands. The evaluation of the width variation done through the drawing of cross sections evenly spaced by one kilometer. With the results of the survey it was found that between the years of 1987 and 2013, there was an increase in the area and width in different segments of the Taquari river, due to bank erosion, providing the emergence of river islands. In other sectors, the narrowing of the riverbed, due to sediment accumulation occurred. The study also shows that, through the surveyed length, there was a lateral migration of the riverbed towards the right bank. These changes in the fluvial system, over time, are defined by the interaction of factors such as the bedrock of the riverbed, the relative resistence of the rock, the volume and speed of the water body in each segment of the volume and nature of sediment load, the dynamic behavior of water flows, the shape of the riverbed and the interference of vegetation in islands, banks and in the floodpain. Keywords: LANDSCAPE, EROSION, DYNAMIC RIVER, REMOTE SENSING, GIS.

7 LISTA DE FIGURAS Figura 1- Perfil Longitudinal Ilustrando as Mudanças de um Curso de Água Figura 2 Evolução de meandro Figura 3 - Zona de manejo ripário Figura 4 Processos Fluviais Figura 5 Processo de Captação de dados Figura 6 - Localização da bacia Taquari-Antas no estado do Rio Grande do Sul Figura 7 - Mapa da bacia Taquari-Antas Figura 8 - Mapa da Bacia Taquari-Antas mostrando a parte alta média e baixa Figura 9 Área de estudo entre os municípios de Muçum e Arroio do Meio Figura 10 - Fluxograma Figura 11 Ilustração da mudança do Leito do Rio Figura 12 - Análise da extensão das margens do Rio Taquari Figura 13 Demonstração do procedimento de estudo da Largura do Rio Taquari através dos vetores Figura 14 Ilustração do Processo de Medição do leito do rio através da sobreposição Figura 15 Ilustração do método utilizado de avaliação das ilhas no Rio Taquari Figura 16 Pontos de sedimentos no leito do Rio Taquari Figura 17 - Foto da rocha promontória situada no município de Roca Sales Figura 18 - Depósitos de cascalho e conglomerado nas margens do Rio Taquari Figura 19 - Ilha fluvial consolidada entre os municípios de Encantado e Roca Sales... 66

8 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Quantidade da área de variação do leito do Rio Taquari Tabela 2 - Extensão das margens do Rio Taquari nos anos de 1987 e Tabela 3 - Largura do Rio Taquari através de vetores em 1987 e Tabela 4 Resultados da Quantidade de Área da Migração do Rio Taquari entre 1987 e Tabela 5 Quantidade de Área das ilhas Tabela 6 Áreas de sedimentação no Rio Taquari... 59

9 LISTA DE ABREVIATURAS ANA - Agência Nacional de Águas FEPAM - Fundação Estadual de Proteção Ambiental GIS - Geographic Information System IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística INPE - Instituto Nacional de Pesquisa Espacial RGB - Red, Green e Blue RMS - Root-Meant-Square RS - Rio Grande do Sul SIG - Sistema de Informação Geográfica UTM - Universal Transverse Mercartor

10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVO Objetivo Geral Objetivos Específicos REFERENCIAL TEÓRICO Paisagem Dinâmica Fluvial Erosão, Sedimentação e Transporte Vegetação Ripária e Dinâmica Fluvial Relação das Enchentes e Inundações com a Dinâmica Fluvial Geotecnologias Geoprocessamento e SIG Sensoriamento Remoto A bacia hidrográfica Taquari-Antas Geomorfologia da bacia Taquari-Antas Principais processos Dinâmicos da Bacia Taquari-Antas METODOLOGIA Caracterização da área de estudo Materiais e Software Imagens Metodologia Georreferenciamento Vetorização Avaliação do leito fluvial do Rio Taquari RESULTADOS E DISCUSSÕES Variação do Leito do Rio Variação da Margem do Rio Análise da Largura do Rio Análise da Migração do Leito Avaliação das Ilhas do Rio Taquari Análise do depósito de Sedimentos Processos que Interferem na Modificação do Leito do Rio CONCLUSÃO REFERÊNCIAS... 70

11 11 1 INTRODUÇÃO A paisagem em que vivemos é formada a partir de vários sistemas, ou seja, um conjunto de elementos que mantém relações entre si. Assim, o solo, a água, a vegetação são elementos estruturais do meio que mantém relações entre si através de fluxos e ciclos. As ligações entre os elementos do sistema resultam em um grau de organização, num certo espaço e num determinado tempo (BERTRAND, 1972). Essas organizações que ocorrem na paisagem são desencadeadas pela ação de agentes naturais e humanos. Esses agentes que se manifestam no tempo e no espaço, são conhecidos como fenômenos, desta forma, erosão, inundação, enchente e assoreamento são fenômenos que normalmente depositam os sedimentos e afetam as áreas mais baixas onde ficam localizados os rios e canais fluviais (SANTOS, 2007). Os rios são os principais e os mais importantes agentes modeladores topográficos, sendo que o escoamento nos canais fluviais exibem diversas características dinâmicas, que são responsáveis pelas qualidades atribuídas aos processos fluviais. A dinâmica fluvial é um dos elementos que integram o sistema físico e ambiental de uma bacia, tendo como objetivo os processos de transporte, erosão e deposição de sedimentos. Sendo um grande contribuinte para a formação geomorfológica das paisagens e pela permanente esculturação do relevo superficial terrestre (CHRISTOFOLETTI, 1980).

12 12 Um dos elementos de grande influência sobre a dinâmica fluvial é a vegetação ripária, por exercer uma resistência mecânica do solo em barrancos, resistência ao fluxo, no armazenamento de sedimentos, estabilidade do leito e na dinâmica do canal. A vegetação na zona ripária também tem a função de modificar a eficiência da dinâmica fluvial dos eventos de inundação (KOBIYAMA, 2003). A inundação é um fenômeno natural que ocorre nos cursos fluviais, sendo que as elevações dos níveis da água variam de pequena a grande dimensão, causando transbordamento do seu canal principal, transportando os sedimentos, e depositando as frações mais grosseiras nas margens (SANTOS 2007). O transporte de sedimentos nos canais fluviais não ocorre diretamente das nascentes para os oceanos, sendo que partes dos sedimentos são estocadas ao longo da trajetória do canal do rio, gerando as planícies fluviais. As relações entre a dinâmica das correntes fluviais e os tipos e quantidades de cargas sedimentares determinam os regimes de transporte e estabelecem uma variedade na forma do canal fluvial. Estes processos de transformação ou os ajustes dos padrões do canal fluvial com a combinação das variáveis ao longo do tempo e do espaço, são denominados de processos dinâmicos fluviais (ZANCOPÉ, 2008). Esses processos dinâmicos estão relacionados com os fenômenos de inundação e transporte de sedimentos, entre outros. Essa mudança na dinâmica fluvial pode ser observada e analisada a partir da utilização das ferramentas geotecnológicas. Dentre essas ferramentas pode-se ressaltar o geoprocessamento, SIG (Sistema de Informação Geográfica) e sensoriamento remoto (SANTOS, 2004). As geotecnologias podem ser entendidas como o conjunto de tecnologias que envolvem o processamento, análise, coleta e disponibilização de informação com uma posição definida no espaço, ou seja, tendo referências geográficas. Dentre as geotecnologias se destacam: SIG, sensoriamento remoto e o geoprocessamento. Sendo que estas se tornaram importantes para o desenvolvimento de estudos espaciais e temporais dos movimentos terrestres globais, locais e regionais, tornando as geotecnologias importantes para o estudo aprofundado da dinâmica fluvial e da paisagem (SANTOS, 2004).

13 13 A importância de estudar o leito do Rio Taquari é que as mudanças no canal podem influenciar nos componentes que estão ao seu redor, ocasionando a perda da vegetação ripária, tornando o solo mais vulnerável aos processos erosivos. No alto curso do rio das Antas o escoamento fluvial apresenta elevada declividade, tendo uma ação erosiva intensa. Além dessa característica também conta a falta da vegetação ciliar, a falta de normas técnicas e aplicações de métodos racionais de plantio. Normalmente, ocorre a intensificação da erosão das margens do rio Taquari nos períodos de chuvas prolongadas, que consequentemente provocam sua cheia. Estes materiais provenientes da erosão são transportados pelas águas do rio para seu baixo curso, que está localizado no município de Muçum à jusante (FERRI, 1991). O trabalho tem como finalidade analisar os processos dinâmicos do rio Taquari no trecho de Muçum até Arroio do Meio, tendo como foco a análise das mudanças do canal como mudança do leito, a variação da largura e os locais de sedimentação e acúmulo de cascalhos, com auxílio das geotecnologias.

14 14 2 OBJETIVO 2.1 Objetivo Geral O objetivo geral deste estudo é avaliar a mudança do leito do rio Taquari de Muçum até Arroio do Meio com o propósito de identificar os locais com maior deposição de sedimentos e a modificação de sua trajetória durante o tempo, com o auxílio das ferramentas de sensoriamento remoto, geoprocessamento e SIG Objetivos Específicos I. Analisar a mudança do leito e a variação da largura do rio Taquari no Trecho de Muçum a Arroio do Meio; II. Avaliação das áreas de acúmulo de sedimentos e a formação de ilhas; III. Avaliar a migração do leito do rio e seus possíveis danos a áreas circunvizinhas.

15 15 3 REFERENCIAL TEÓRICO 3.1 Paisagem O planeta Terra apresenta variações em sua história a mais de 4,5 milhões de anos, desenvolvendo uma longa história, complexa e repleta de constantes transformações que evidenciam uma sucessão de estados que se alteram entre situações de não equilíbrio e equilíbrio, resultando em diferentes paisagens (SANTOS 2007). Segundo Befete e Fachini (2008), para o geógrafo francês Jean Tricart paisagem é: uma porção perceptível a um observador onde se inscreve uma combinação de fatores visíveis e invisíveis e interações as quais, num dado momento, não percebemos senão o resultado global. Para Santos (2007) paisagem é uma sequência de mudanças que ocorrem ou que ocorreram na paisagem em uma determinada fração do tempo. Já o geógrafo francês Georges Bertrand (1972), conceituou a paisagem como sendo uma determinada porção do espaço que resulta da combinação dinâmica dos elementos físicos, biológicos e antrópicos, os quais interagindo dialeticamente uns sobre os outros, formam um conjunto único e indissociável em perpétua evolução.

16 16 O sistema de evolução é definido por uma série de agentes e de processos, onde os agentes naturais se evidenciam pela biologia e clima, que determinam o processo natural da paisagem (BERTRAND 1972). A paisagem no ambiente em que vivemos se forma a partir de vários sistemas, ou seja, um conjunto de elementos que mantém relações entre si. Assim sendo, o solo, a água, a vegetação são elementos estruturais do meio que mantém relações de fluxos e ciclos. As ligações entre os elementos do sistema resultam em um grau de organização, num certo espaço e num determinado tempo (BERTRAND, 1972). Sendo assim, a paisagem tem se formado por inúmeros componentes, desde elementos microscópicos até elementos com alta capacidade de controle e apropriação sobre o seu meio, como o homem. A paisagem está sob a influência de fatores químicos, bióticos, físicos, culturais e sociais. São tantos os fatores que mudam a dinâmica da paisagem que dificilmente pode-se compreender em sua totalidade. Para entender a importância da paisagem é necessário compreender frações de tempo muito maiores do que a existência do homem na Terra, e obter uma sistêmica que considere os diferentes elementos de composição do meio, onde se sobrepõem os espaços e arranjos antes formados pelos elementos naturais, interferindo, de maneira conclusiva, nas relações e dinâmicas antes de nossa existência, estabelecidas no decorrer dos anos por fatores naturais e não naturais. Este fato é facilmente constatado pelo rastro de degradação e pelo comprometimento das paisagens que hoje se vivencia (SANTOS 2007). Segundo Santos (2007), o que vemos hoje nada mais é que um retrato dos acontecimentos do passado e, sem dúvida, não será o mesmo no futuro da nossa paisagem. A água da chuva e o vento são exemplos de agentes naturais que modificam a paisagem, separando e transportando grãos da superfície de um solo para acumular em outro local. Manifestando-se no tempo e no espaço, causando transformações oriundas da ação dos agentes, chamados de fenômeno, hora resultantes exclusivamente de agentes naturais, hora acelerados ou induzidos pelas ações humanas. Cada um desses fenômenos citados pode ser descrito pelo seu próprio processo e a cada estado que se identifica, nesse processo é chamado de

17 evento. Eventos não ocorrem na mesma velocidade, porém podem ocorrer no mesmo espaço. 17 Segundo Santos (2007), a paisagem dentro de seu espaço dinâmico, que associa diferentes padrões, apresentam mecanismos e condições específicas. Quando o objetivo é evitar ou minimizar a ocorrência de um impacto negativo de grande magnitude, como a erosão e assoreamento, é necessário, em primeiro lugar, perceber os principais padrões, mecanismos e fatores que a paisagem apresenta, para depois tomar decisões sobre o seu controle. Os mecanismos e condicionantes originados pelas forças da natureza se apresentam por variações de longas datas, assim explicando a formação de paisagens. Cada uma delas apresenta uma determinada vulnerabilidade à ação humana, devido às características e funções de seus componentes. Porém, é necessário considerar que componentes como o clima, a composição terrestre, as características e propriedades dos terrenos são elementos do sistema que não podem ser facilmente alterados pelo homem. Em uma escala maior, os efeitos da ação humana podem ser muito mais sentidos pelo próprio homem do que pela natureza. Nada melhor para ilustrar esse fato como apresentar o comportamento da água em diferentes escalas de observação e em diferentes níveis de interferência. Entretanto, é importante destacar que em estudos de paisagem, a água e a vegetação representam elementos fundamentais para entender a dinâmica e a vulnerabilidade de um território, em função de suas sensibilidades às condições impostas. Quanto à instabilidade paisagística a dinâmica tem como princípio base à morfogênese e pedogênese. Com isso, o balanço morfogenético é estabelecido pelos componentes perpendicular e paralelo. O perpendicular é a ação da infiltração, facilitada pela cobertura vegetal, na qual implica na modificação da natureza bioquímica e com isso iniciando o processo de pedogênese. Já o paralelo é a ação do efeito erosivo, que é intensificado pela retirada da cobertura vegetal e iniciando o processo da morfoescultura (CASSETI, 1991). As mudanças que ocorrem na paisagem são desencadeadas pela ação de agentes naturais e humanos, também conhecidos como fenômenos, desta forma, erosão, inundação, enchente e assoreamento são fatores responsáveis pelo

18 depósito de sedimentos afetando as áreas mais baixas onde se localizam os rios e canais fluviais (SANTOS 2004) Dinâmica Fluvial A dinâmica fluvial é a área que estuda os cursos da água e as bacias hidrográficas. Sendo considerada uma área de extrema importância por discutir o funcionamento natural ou por ações antrópicas nos canais fluviais. Podendo ser dada ênfase à drenagem da bacia, à variação da quantidade de sedimentos transportados, sua geometria, alargamento e estreitamento, bem como, a composição das margens e a quantificação da erosão a partir de vários fatores naturais ou antrópicos, levando em conta a topografia, a cobertura vegetal e o clima (PENTEADO, 1983) A geometria de um sistema fluvial reflete em um estado de quase equilíbrio entre vários fatores inter-relacionados, tais como, carga sedimentar, diâmetro dos sedimentos transportados e descarga, que são controlados por agentes externos, como a litologia, relevo e clima. Sendo o declive do canal um fator dependente, ajustado aos processos atuantes dentro do canal. Outros agentes dependentes são a largura e profundidade do canal, a velocidade de fluxo e a rugosidade do leito (SUGUIO; BIGARELLA 1979). Os canais fluviais constituem os agentes mais importantes no transporte de sedimentos, funcionando como condutores de escoamento das áreas elevadas para as mais baixas, sendo os receptores finais das alterações que ocorrem na bacia hidrográfica. Isto é, os processos de erosão, transporte e deposição de um sistema fluvial variam no decorrer do tempo e, espacialmente, são interdependentes, resultando não apenas das mudanças do fluxo, como também da carga existente. Portanto, quando se faz uma análise geral de uma bacia hidrográfica, não se podem considerar os processos de erosão, transporte e deposição separadamente, além de outros elementos que interferem na dinâmica e funcionamento desse sistema (CHRISTOFOLETTI, 1980).

19 19 Uma bacia hidrográfica é subdividida em canais cada vez menores de jusante para montante. Os cursos iniciais que fluem diretamente do subsolo para gerar a bacia são chamados de cursos de primeira ordem. Esses cursos de primeira ordem se juntam com os cursos de segunda ordem e assim por diante, até que todos se juntam e formam um único rio. Conforme a quantidade de água de um rio aumenta, o declive tende a diminuir, na direção jusante, ou seja, o declive é a função inversa da vazão (PENTEADO, 1983). A água que escoa em um canal fluvial está sujeita as forças gravitacional, inércia, pressão e atrito. Essas forças lançam a água em direção jusante, onde se encontram as regiões mais baixas da bacia hidrográfica, dependendo do perfil longitudinal de um dado segmento do canal de drenagem. O perfil longitudinal (FIGURA 1) do canal fluvial representa a relação entre a altimetria e o comprimento do canal em diferentes pontos da nascente à foz. Normalmente o perfil longitudinal tem a forma côncava, que representam a declividade alta com o sentido para a nascente e a baixa com o sentido para a jusante, o perfil longitudinal define o nível base de um rio, onde não ocorre mais a erosão fluvial. O nível de base para um canal fluvial que despeja suas águas no oceano é o nível do mar, já para os rios que não despejam suas águas no mar, como os rios de primeira ordem, o nível base deles é dado pelo perfil longitudinal do canal de segunda, terceira ou quarta ordem no ponto de confluência.

20 20 Figura 1- Perfil Longitudinal Ilustrando as Mudanças de um Curso de Água Fonte: FISRWG (1998) Conforme a medida da vazão de um rio, no sentido jusante, a profundidade, a largura e a velocidade da corrente do canal aumentam, tornando os rios mais largos e mais profundos à medida que o volume e a vazão cresçam a jusante. Com o aumento da vazão, a energia e a velocidade da corrente fluvial tendem a aumentar, e com isso estão sujeitas a dois tipos de forças: força bruta e força líquida. A força bruta é a energia do escoamento de uma corrente num determinado ponto do canal. Já a força líquida é a força da energia bruta reduzida da energia usada no atrito e no transporte dos sedimentos. Se a força bruta for menor que a força líquida o rio tende a cavar, mas se a força bruta for maior que a força líquida o rio tende a depositar e se a força bruta for igual à energia absorvida pelo atrito mais a energia absorvida pelo transporte, resulta que a força líquida é igual à zero, ou seja, o rio não cava e nem deposita sedimentos, apenas transporta. Quando a força líquida for negativa o rio tende a perder parte da carga, fazendo com que o leito seja levantado. Com isso a declividade do fundo do leito também tende a aumentar, consequentemente aumentando a velocidade do fluxo e a força bruta (PENTEADO, 1983). Assim, o canal fluvial tende a estabelecer uma inclinação onde as correntes não possam mais erodir e nem depositar, tendo o canal fluvial em equilíbrio, ou seja, o canal apenas transporta sedimentos (PENTEADO, 1983).

21 21 Este estado de equilíbrio pode ser alterado com o resultado das atividades humanas, como a substituição da vegetação ripária por cultivo agrícola, movimento tectônico inclinando o leito modificando o declive, também as mudanças climática podem modificar o estado de equilíbrio, como a contribuição do rio (volume) e o abaixamento no nível do mar dando lugar a retomada erosiva do rio principalmente em sua foz (SUGUIO e BIGARELLA 1990). Sabendo que a declividade de um rio é mais baixa a jusante que a montante, ele tende a modificar o seu leito por erosão ou deposição, para estabelecer o equilíbrio entre a energia e a resistência, mas quando a energia da corrente começa a diminuir, ocorre o processo de deposição da carga iniciando pelos sedimentos mais grossos. À medida que as águas do rio se elevam, ele tende a escavar o canal no sentido das margens e no fundo, modificando o seu leito. Com a velocidade crescendo favorece o transporte aumentando a carga vinda da montante (CHRISTOFOLETTI, 1980). Quando ocorre a diminuição da velocidade, novamente a carga é depositada. Esse material que pavimentava o leito do rio move-se para baixo e o leito é ocupado por novos sedimentos vindos de montante Erosão, Sedimentação e Transporte. Segundo Florenzano (2008), os rios são poderosos agentes modeladores capazes de erodir, transportar e depositar sedimentos. A potência de um rio é definida pela sua capacidade de erosão e de transporte dos sedimentos. Segundo Coelho (2008), o potencial de erosão, o transporte e a deposição de sedimentos das margens de um rio estão ligados à velocidade, turbulência e a vazão da corrente fluvial, resultando em uma condição de equilíbrio do canal. Qualquer mudança que ocorra em seu canal fluvial acarretará no rompimento do equilíbrio, modificando as condições de intensificação da erosão, deposição e transporte até achar um novo estado de equilíbrio. Isto é, os processos de erosão, transporte e deposição de um sistema fluvial variam no decorrer do tempo e, espacialmente, são interdependentes, resultando não apenas das mudanças do fluxo, como também da carga existente.

22 22 Dessa forma, a erosão, o transporte e a sedimentação estão interligados, sendo processos diferentes da mesma dinâmica, consequentemente resultado dos diferentes fluxos existentes no canal. O período de maior erosão das laterais e dos sedimentos transportados ocorre quando o rio está cheio devido às altas precipitações. A percepção do potencial erodido só é visível quando o nível do rio volta ao seu estado normal, assim podendo perceber inúmeros acúmulos de deposição dos sedimentos no seu trajeto (CARNEIRO et al, 2009). A erosão do solo é um processo natural, praticamente impossível de ser extinto, com dificuldade em ser controlado e facilmente acelerada pela atividade antrópica, como em função da retirada da cobertura vegetal original, o manejo impróprio de solos produtivos, a exploração inadequada de terras próximas aos cursos de água, com a ocupação das terras por usos inadequados, e principalmente, com a falta de planejamento de ocupação. Mas a intensidade e a magnitude da erosão têm relação com as condições naturais do meio, como a declividade, vulnerabilidade do terreno, tipo de solo e relação entre o volume de água precipitada, infiltrada e escoada (CHRISTOFOLETTI, 1980). O deslocamento e o transporte do sedimento dependem da força e do escoamento exercido sobre ele, tendo em consideração o tamanho, peso do sedimento, ou seja, quanto maior e mais pesada for a partícula maior será o escoamento e a força exercida sobre ele. Quando não há mais força para deslocar a partícula, ocorre o processo de deposição. Esses depósitos podem ser transitórios ou permanentes, assim ocorrendo o processo de assoreamento. Um depósito permanente de sedimentos sofre o efeito do seu próprio peso e do peso da água, compactando-o. A capacidade máxima de transporte de sedimentos de um rio é conhecida como valor de saturação. Esse valor depende de muitos fatores, tais como declividade do rio, vazão, peso específico e granulometria do sedimento, ou seja, haverá depósito se a quantidade do material for maior que o valor de saturação. Se o valor for menor ocorrerá erosão fluvial e transporte ao longo do canal (CARNEIRO et al, 2009). Segundo Suguio e Bigarella (1980), os canais aumentam seu comprimento devido à erosão remontante, que resulta do solapamento da base, principalmente onde a camada superficial é protegida por vegetação ou solo. Já o alargamento dos

23 23 canais ocorre devido à rigorosa corração lateral, (processo químico entre a água e as rochas), contra as paredes durante as enchentes, ou quando a migração dos meandros (curvas do rio) age contra as laterais do canal. Normalmente, o alargamento dos vales ocorre como resultado do intemperismo e de consequentes movimentos de massa nas vertentes do vale conforme o rio aprofunda seu leito. Já Guerra e Cunha (2007), dizem que a causa da erosão das paredes do fundo do leito ocorre através de três formas: pelas ações corrasivas ou efeito abrasivo das partículas em transporte contra as rochas tentando reduzir a rugosidade do leito. Já a ação corrosiva tem como resultado a dissolução de material solúvel no decorrer do curso da água ainda no solo e o impacto hidráulico que resulta da força da água chocando-se contra o leito do canal fluvial, fazendo com que as partículas do solo se desprendam, e sejam transportadas para outro local. Segundo Florenzano (2008), o rio pode erodir seu canal verticalmente, cavando o fundo, ou lateralmente, fazendo o trabalho de alargamento do canal. O processo de cavar o rio é denominado como erosão vertical e o de alargamento do leito é denominado como erosão lateral. A erosão vertical dos canais fluviais ocorre quando existe a remoção de areia e cascalho do seu leito. A erosão lateral acontece quando as margens do canal são removidas. Entretanto, uma outra formação responsável por determinar o alargamento do canal fluvial é a formação de meandros (curvas do traçado de um rio FIGURA 2), sendo o resultado do trabalho da corrente, de escavação na margem côncava e de deposição na margem convexa, que pode mudar a forma do rio conforme a intensidade e a energia fluvial do canal (PENTEADO, 1983).

24 24 Figura 2 Evolução de meandro Fonte: Penteado (1983). Nos canais fluviais que apresentam a formação de meandros o fluxo da água com uma elevada aceleração expressa um excesso de pressão sobre o lado externo do meandro, fazendo com que ocorra a erosão do canal, e na margem interna ocorre à falta dessa pressão fazendo com que o sedimento se deposite. O material erodido da margem côncava de um meandro, normalmente é depositado na próxima margem convexa do meandro seguinte, a jusante, e não na margem oposta. Ou seja, na parte interna do canal meandrante ocorre o acúmulo de sedimentos, e enquanto isso do lado externo do mesmo meandro ocorre à erosão do canal fluvial (SUGUIO E BIGARELLA, 1990) Vegetação Ripária e Dinâmica Fluvial Segundo Lima et al, (2006), a mata ciliar é conhecida também com a denominação de zona ripária, que vem do latim ripariu, que significa marginal. O limite da zona ripária em tese se daria até o alcance da planície de inundação e da superfície livre de água até o fundo da zona de transição entre a água subterrânea e a água superficial, conforme ilustra a Figura 3.

25 25 Figura 3 - Zona de manejo ripário Fonte: Kobiyama, (2003). Segundo Rodrigues e Leitão Filho (2001), a zona ripária é de suma importância por desempenhar uma eficiente filtragem superficial dos sedimentos, defensivos agrícolas, poluentes e sedimentos que seriam transportados para o curso d água. Outra função importante associada com a recuperação da vegetação ciliar é contribuir para o aumento do armazenamento da água na microbacia ao longo da zona ripária no período de seca. A interação entre a mata ciliar e o meio aquático tem uma grande influência para abastecer constantemente o rio com material orgânico, galhos e troncos. Esses materiais orgânicos cumprem sua função como alimento para a biota aquática (RODRIGUES e LEITÃO FILHO 2001). Já a rugosidade das margens tem seu aumento por causa da mata ciliar, galhos e troncos caídos, que também favorecem para a desaceleração das zonas turbulentas e assim diminuindo o processo de deposição de partículas e sedimentos ao longo do rio, tendo como função a estabilização das margens, evitando o deslizamento do solo e consequentemente o seu assoreamento (SACHÄFFER. et al, 2011). Segundo Silva (2003), as zonas ripárias apresentam muitas funções para a dinâmica fluvial. Algumas dessas funções são descritas a seguir:

26 26 Estabilização dos taludes e encostas: a vegetação ripária auxilia na formação junto ao solo uma camada protetora contra a erosão causada pelo escoamento superficial e pela chuva. Nas encostas as raízes atuam como estabilizadora de taludes, contribuindo para a fixação do solo acima de rocha; Manutenção da morfologia do rio e proteção a inundações: a vegetação preserva os meandros dos rios, e com isso diminui a velocidade do escoamento e também a erosão, aumentando a infiltração da água no solo durante as inundações. A vegetação também diminui a quantidade de água que chega ao rio através do processo de infiltração, desta maneira a quantidade de água transportada é menor e consequentemente menor serão os danos. A vegetação ripária tem uma grande influência sobre a dinâmica fluvial, por exercer uma resistência mecânica do solo em barrancos, resistência ao fluxo, no armazenamento de sedimentos, estabilidade do leito e na morfologia do canal. A vegetação na zona ripária também tem a função de modificar a eficiência da dinâmica fluvial dos eventos de inundação e enchente (KOBIYAMA, 2003) Relação das Enchentes e Inundações com a Dinâmica Fluvial Enchente é um fenômeno natural que ocorre nos cursos de água. Sendo que enchente consiste na elevação dos níveis de um curso da água, variando de pequenas a grandes dimensões, causando transbordamento do seu canal principal (SANTOS 2007). Segundo Oliveira et al, (2010), enchente é a elevação do nível de água de um rio, acima de sua capacidade natural de escoamento, em período de alta precipitação, podendo causar inundações nas áreas conhecidas como planície de inundação. Segundo Christofoletti (1980), as planícies de inundação normalmente são conhecidas no Brasil como várzeas, que são constituídas da maneira mais comum de sedimentação fluvial.

27 Essa definição é propicia porque nas inundações parte dessa área é inundada, tornando-se o leito do rio. 27 No período de cheia, ao transbordar, as águas têm a sua velocidade bruscamente diminuída, assim provocando à deposição da fração mais grosseira de sua carga em suspensão nas margens do canal formando os depósitos de diques naturais, que são muros de sedimentos ao redor do leito do rio aumentado a altura de suas margens. Já os sedimentos mais finos constituídos como sendo a carga em suspensão é espalhada pela planície de inundação, originando os depósitos de planície de inundações ou de várzea (SUGUIO e BIGARELLA, 1990). Segundo Suguio e Bigarella (1990), nas planícies de inundação existem dois modos de formação das deposições, um é a acreção lateral e a acreção vertical. Da acreção vertical se faz através da carga suspensa durante as cheias, sendo responsável pelos depósitos dos diques marginais e das bacias de inundação. A acreção lateral se faz da carga do leito, resultando nas barras de meandros e as ilhas aluviais. Conforme a ilustração abaixo na Figura 4. As cheias do canal tem como resultado os processos entre a acreção vertical e a acreção lateral, apesar de que os depósitos aluviais forma-se de sedimentos da carga do leito ou da carga em suspensão. Quando ocorre a cheia na planície de inundação normalmente tem a formação da acreção lateral, mas para ocorrer a acreção vertical é necessário que tenha a ação de dois fatores o interno e o externo. Os fatores internos é a velocidade do fluxo, a taxa de imigração dos canais e o tamanho do grão da carga em suspensão. Os fatores externos são relacionados com as mudanças do nível de base da corrente ou com o soerguimento do aterro.

28 28 Figura 4 Processos Fluviais Fonte: Christofolleti 1980 Nas regiões de clima úmido, que é o caso da bacia Taquari-Antas, as planícies de inundação são responsáveis por caracterizar a paisagem do fundo do vale. Nos rios que se encontram em climas úmidos, por regra, tem como a alta velocidade do transbordamento junto com o forte fluxo da água, sendo que a deposição resultante é formada por sedimentos grosseiros, conglomerados e areia. A sedimentação inicia-se com areia, e logo após torna-se silte e argila. Normalmente, nota-se na intercalação dos sedimentos finos, a presença de uma camada grosseira, depositada de uma única enchente, o que prova a flutuação da quantidade de água durante a cheia, na planície de inundação (SUGUIO; BIGARELLA 1980). A deposição de matérias oriundas de enchentes e inundação contribui para a mudança da dinâmica fluvial. Para se ter uma visão mais detalhada dessa mudança na dinâmica fluvial, são usadas ferramentas geotecnologias para conhecimento mais

29 detalhado. Dentre essas ferramentas pode-se ressaltar o geoprocessamento, SIG e sensoriamento remoto Geotecnologias Através dos tempos, cresce a cada dia, os números de problemas em que as geotecnologias e suas ferramentas podem ser utilizadas. A utilização e a aplicação das ferramentas desenvolvidas pelas geotecnologias vêm do fato de que, os espaços urbanos, rurais e ambientais podem ser conhecidos, controlados e monitorados em relação ao uso e modificações do solo. Os dados adquiridos por essas tecnologias podem ser um importante instrumento para compor o controle e o desenvolvimento das modificações da paisagem, tanto por órgãos públicos e privados. Assim o uso das geotecnologias torna-se vantajoso por apresentar baixo custo, facilidade e agilidade no desenvolvimento dos resultados (PRADO, 2004). As geotecnologias constituem-se em um conjunto de tecnologias que envolvem o processamento, análise, coleta e disponibilização de informação com uma posição definida no espaço, ou seja, tendo referência geográfica. Dentre as geotecnologias se destacam: o SIG, sensoriamento remoto e o geoprocessamento. Sendo que estas se tornaram indispensáveis para o desenvolvimento de estudos espaciais e temporais dos movimentos terrestres globais, locais e regionais, (PANTOJA et al, 2009). Para o futuro dos cursos hídricos é de fundamental importância o papel das geotecnologias, especialmente as ferramentas de sensoriamento remoto, geoprocessamento e sistemas de informação geográfica que disponibilizam dados adequados para a construção e validação, onde podem ser citadas três vantagens das geotecnologias em recursos hídricos (TEIXEIRA, 2008): Potencial de obter dados sobre a superfície terrestre de grandes áreas; Obtenção de registros das imagens para análise das mudanças da paisagem; Potencial de adquirir dados especializados sobre um lugar de observação pontual.

30 30 Outra vantagem da integração dos Sistemas de Informações Geográficas nos levantamentos de dados sobre os recursos hídricos são o suporte que os mesmos podem proporcionar na obtenção e na análise de informações espaciais, fornecendo dados para modelos de simulação e sistemas de suporte para decisões Geoprocessamento e SIG A evolução da tecnologia de geoprocessamento e de Softwares gráficos, fizeram com que muitos termos surgiram para as várias especialidades encontradas. A tecnologia de SIG é um nome muito utilizado e por isso que em muitos casos é confundida com o geoprocessamento. O geoprocessamento reproduz qualquer tipo de processamento de dados que esteja georreferenciado, enquanto isso o SIG processa dados gráficos e não gráficos alfanuméricos que tenham destaque em modelagem de superfície em análise espacial (ROSA, 2005). O termo geoprocessamento vem do inglês geomatics, que é uma ciência ou tecnologia relacionada ao armazenamento, levantamento, mapeamento, sensoriamento remoto e SIG. O geoprocessamento é dado como um campo de atividade que integra todos os meios de gerenciamento de dados espaciais, usados em aplicações cientifica, técnicas, legais e administrativas, envolvidas no gerenciamento e produção de informação espacial (FILHO, 1997). No Brasil, o geoprocessamento é uma área que envolve vários conhecimentos como, por exemplo, sensoriamento remoto, cartografia, fotogrametria, geologia, geodésia, ciência da computação e SIG (FILHO, 1997). O geoprocessamento é um conjunto de ferramentas que utiliza técnicas matemáticas e computacionais para que possa ser feito o tratamento das informações geográficas, ao mesmo tempo considera-se que o geoprocessamento é uma ferramenta que tem a capacidade de processar as funções que representam os processos ambientais. Esse conjunto de ferramentas também é conhecido como geotecnologias. As ferramentas que se incluem nas geotecnologias são: os sistemas de desenho assistido por computador, os sistemas de cartografia digital, os sistemas de informações geográficas e os sistemas de processamento de imagens (DUCATTI, 2010).

31 31 Mas no momento de abordar sobre as técnicas de geoprocessamento de uma maneira mais ampla, pode-se encontrar uma dificuldade. Essa dificuldade consiste em representar todas as vareáveis e propriedades do mundo real, pois estas são mais complexas do que a capacidade atual dos programas de geoprocessamento em representá-las (COUTO, 2007). Entretanto, para se obter uma boa representação do mundo real, mais perto da realidade pelo geoprocessamento, não se pode dispensar uma base cartográfica confiável, e adequada à integração dos dados georreferenciados, do local em estudo (COUTO, 2007). Assim para obter os benefícios proporcionados pela tecnologia de geoprocessamento são citados quatro aspectos de georreferenciamento: a localização geográfica do local que o dado representa, a descrição geográfica do local que cada dado representa, o intervalo de tempo em que o local geográfico existe e o relacionamento entre o local geográfico com outros locais representados no sistema. Tais aspectos representam fenômenos ou entidades geográficas, naturais ou criadas pelo homem, da qual são distribuídas na superfície da terra, sendo que necessário para sua captura o empregado de técnicas de levantamento de campo e sensoriamento remoto, os quais devem ser convertidos em dados digitais para o seu armazenamento. Para que ocorra o armazenamento de dados foram criados vários programas, mas entre tantos programas tem um que se destaca, que é o SIG. O SIG oferece o armazenamento de dados de diversas fontes, onde qualquer pessoa pode manipular e analisar estas informações de maneira de fácil compreensão (FILHO 1997). O SIG (sistema de informação geográfico), que também pode ser conhecido como GIS (geographic information systems), é um conjunto de ferramentas composto por software e hardware que estão submetidos a uma organização de pessoas interligadas e integradas em um banco de dados georreferenciados visando à possibilidade de capturar, recuperar, modelar, armazenar, manipular e analisar as questões ligadas ao espaço físico geográfico através dos produtos gerados pelo sistema de arquivos alfanuméricos (tabela) e gráficos (mapas). Para que o usuário possa gerar arquivos alfanuméricos e gráficos com os dados do SIG é necessário que ele tenha algum conhecimento em determinados campos da ciência humano,

32 32 tais como: cartografia, gerenciamento das informações, conhecimento em informática, topografia, geografia e processamento de imagens digitais (SANTOS, 2004). Embora o SIG fosse criado como uma ferramenta para os cartógrafos, nas últimas duas década, ele ganhou um uso generalizado nos projetos e análises das engenharias, em especial nos campos da qualidade de água, da hidrologia e da hidráulica. Muito esforço tem sido investido para conectar o SIG com os modelos matemáticos, para uma visualização facilitada dos dados. Permitindo que os SIG funcionem como uma ferramenta do planejamento, sendo que os dados hidráulicos sejam utilizados para estudos da dinâmica dos rios e para os mapeamentos das áreas inundáveis (ECKHARDT, 2008). Com isso, o SIG e o geoprocessamento são entendidos como ferramentas fundamentais que processam dados e informações georreferenciadas para que possa ser analisado o desenvolvimento na dinâmica fluvial e da dinâmica da paisagem, com o passar do tempo. Sendo que através do geoprocessamento e do conjunto de técnicas que possibilita a aquisição de informações sobre a área em estudo, e analisando os dados espaciais através do SIG que por sua vez permite à compatibilidade das informações provenientes dos sensores remotos (SILVA; ZAIDAN, 2009). Assim podendo ser realizado os processos de criação de mapas de sobreposição do canal fluvial do rio Taquari e da paisagem ao seu redor, bem como uma análise multitemporal da área em estudo, com imagens de satélites atuais e ultrapassadas, mostrando de forma gradual a dinâmica ocorrida no local Sensoriamento Remoto O sensoriamento remoto foi desenvolvido para captar informações, como imagens da superfície Terrestre a uma distância remota. Segundo a INPE (2014) conceitua que O sensoriamento remoto é o conjunto de técnicas que possibilita a obtenção de informações sobre objetos, áreas e fenômenos na superfície terrestre, através do registro da interação da radiação eletromagnética com a superfície, realizado por sensores distantes, ou remotos.

33 33 As informações obtidas da superfície terrestre são coletadas por sensores remotos que são aparelhos capazes de detectar a radiação eletromagnética em determinada faixa do espectro, registrando e gerando um produto numa forma adequada para ser interpretada e entendida pelo usuário. O sensoriamento remoto é o conjunto de sensores que são utilizados em equipamentos de processamento de dados, como satélites e aeronaves que tem como objetivo estudar o ambiente terrestre através das análises entre a radiação eletromagnética e as matérias que compõem a superfície terrestre, ou seja, quando o sol ilumina a terra a energia por ele gerada é refletida pela superfície terrestre em direção ao sensor, onde parte é captada e registrada por ele, e os dados registrados são enviados para uma central (FLORENZANO, 2002). O processo de captação de dados está ilustrado abaixo na Figura 5. Figura 5 Processo de Captação de dados Fonte: Florenzano (2002). Na atualidade, existem muitos sensores remotos em satélites, que fornecem imagens para estudos e análise da cobertura terrestre. Entre eles existem os de resolução espacial que são apropriados para o monitoramento da dinâmica da paisagem, como o que estava a bordo do satélite Landsat 5 e atualmente está abordo do Landsat 8 (RODRÍGUEZ, 2010).

34 34 As imagens dos satélites Landsat 5 e 8 estão disponíveis gratuitamente na internet, já as imagens do satélite QuickBird são comercializadas por possuir uma alta resolução espacial. A partir da obtenção destas imagens em diferentes períodos, pode-se detectar as mudanças do uso do solo, permitindo a análise do espaço temporal da paisagem e da dinâmica fluvial, podendo assim monitorar as mudanças da margem do rio. As imagens obtidas do sensoriamento remoto tem como propósito o estudo dos elementos que compõem a superfície da terra, mapeando e monitorando, com o objetivo de avaliar como cada elemento da paisagem se relaciona um com o outro espacialmente e temporalmente. As classes de uso e cobertura do solo são espacializadas, quantificadas, identificadas e caracterizadas pela radiação refletida da superfície terrestre para os sensores remotos. O acompanhamento das imagens sobre uma mesma paisagem em diferentes épocas mostra as mudanças e a velocidade com que ela está ocorrendo, assim podendo construir os cenários atuais e até reconstruir cenários passados. Esse processo trata-se de encontrar soluções relativas à conservação de ecossistemas naturais utilizando imagens orbitais (MOREIRA, 2005). A utilização das imagens orbitais para o estudo da dinâmica fluvial e da paisagem ao seu redor tem sido cada dia mais utilizada para entender a movimentação e as consequências podem ser causadas. A abordagem por sensoriamento remoto permite a rápida interpretação de eventos recentes ocorridos na superfície terrestre, como por exemplo, a modificação do seu canal fluvial devido a grandes cheias, assim podendo ocasionar a modificação do seu leito e da paisagem. 3.4 A bacia hidrográfica Taquari-Antas Segundo Ferreira e Pereira Filho (2009), bacia hidrográfica é uma área topográfica de captação natural das águas precipitadas, que são drenadas por canais, ravinas e tributários até um curso principal onde escoa para um único ponto de saída, podendo desaguar no mar ou em um lago. Cada bacia hidrográfica é