ESTUDO DA EXPANSÃO URBANA DO MUNICÍPIO DE POÇOS DE CALDAS-MG E SUAS IMPLICAÇÕES AMBIENTAIS POR MEIO DE SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO

Transcrição

1 ESTUDO DA EXPANSÃO URBANA DO MUNICÍPIO DE POÇOS DE CALDAS-MG E SUAS IMPLICAÇÕES AMBIENTAIS POR MEIO DE SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO Guilherme Augusto Verola Mataveli, Rúbia Gomes Morato Universidade Federal de Alfenas-MG, guilhermemataveli88@yahoo.com.br rubiagm@gmail.com Introdução O uso de Sensoriamento Remoto e o Geoprocessamento mostra-se atualmente como uma forma extremamente eficiente quanto ao acompanhamento e monitoramento de mudanças no uso da terra e no meio ambiente devido à ampla gama de recursos oferecidos pelas referidas Geotecnologias, como imagens de satélite, para a análise espacial. Essas mudanças são causadas, principalmente, pela intensificação da expansão urbana, sendo que esse processo é mais evidente nas cidades médias, como é o caso da área de estudo, e quase sempre ocorre de maneira desordenada culminando em alterações das condições naturais e ocupação de áreas que deveriam ser preservadas. O Brasil vem passando, desde a década de 1970, por um processo de expansão urbana considerável, sendo que na grande parte dos municípios brasileiros o crescimento urbano ocorre de forma desorganizada, sem que exista um planejamento quanto à preservação do patrimônio ambiental. Encontrar formas de conciliar o desenvolvimento urbano com a preservação do meio ambiente é uma tarefa árdua para os planejadores, já que a preservação de condições ambientais favoráveis não implica somente na manutenção da fauna e da flora nativa, mas também tem incidência direta sobre a qualidade de vida da população. O Sensoriamento Remoto dispõe de um conjunto de técnicas eficaz para pesquisas relacionadas ao monitoramento de mudanças ambientais. Por meio do processamento digital de imagens é possível confeccionar mapas dando ênfase sobre o tema a ser estudado, criando assim as condições necessárias para entender a área de estudo dentro de uma perspectiva previamente definida. 1

2 Dentro do contexto apresentado as técnicas de Sensoriamento Remoto e Geoprocessamento mostraram-se como ferramentas úteis para atingir os objetivos previamente traçados, pois a partir da aplicação das mesmas foi possível avaliar as alterações do município de Poços de Caldas em relação ao uso da terra entre os anos de 1986 e 2010, assim como elaborar mapas através dos quais foi possível identificar alterações da quantidade de vegetação e no uso e ocupação da terra na área de estudo entre os anos já citados. Área de Estudo A cidade de Poços de Caldas está localizada na região sudoeste do estado de Minas Gerais (figura 1), fazendo divisa com o estado de São Paulo e distância aproximada de 470 km do Rio de Janeiro; 460 km de Belo Horizonte e 250 km de São Paulo. Por estar mais próxima da capital paulista, Poços de Caldas está mais inserida na rede de influência de São Paulo do que na rede de influência da capital mineira, sendo que o município possui mais semelhança com os municípios do interior de São Paulo do que com os municípios do interior mineiro. Por ser o município que apresenta a economia mais desenvolvida do sudoeste de Minas Gerais, a cidade é um pólo de atração regional, sendo receptora de migrantes de cidades próximas, como Bandeira do Sul e Campestre, que buscam oportunidades de emprego em um centro maior. Na economia merecem destaque as atividades de mineração, turismo e o setor secundário. 2

3 Figura 1: Localização do município de Poços de Caldas no estado de Minas Gerais Outro fator de atração de migrantes é a qualidade de vida, já que Poços de Caldas está sempre situada entre os melhores IDHs de Minas Gerais e também do Brasil (melhor IDH do estado de Minas Gerais, 0,841, e 66 melhor do Brasil segundo o PNUD; baseado nos dados do Censo 2000). Essa classe de migrantes é oriunda principalmente dos estados de São Paulo e Rio de Janeiro e possui um poder aquisitivo maior. Atualmente a cidade 3

4 possui população de mil habitantes (IBGE, 2010), sendo que o maior crescimento populacional ocorreu entre 1960 e 2000 (figura 2). Um ponto que merece destaque é o imenso patrimônio ambiental da área de estudo; a vegetação é caracterizada por dois tipos principais: campo e floresta tropical. Os campos são constituídos de gramíneas rústicas e elementos arbustivos baixos; a floresta tropical apresenta vegetação arbustiva e herbácea. Devido à altitude ocorrem pinheiros em pequenos agrupamentos ou isolados. Também merecem destaque as áreas exploradas pela mineração que foram reflorestadas (Plano Diretor de Poços de Caldas-MG, 1992). Atualmente é possível perceber visualmente uma queda na quantidade de áreas de mata preservada no município. Como pôde ser percebido a área de estudo apresenta desenvolvimento acelerado e um patrimônio ambiental relativamente alto, o que pode ser considerado um desafio, pois encontrar formas de promover esse desenvolvimento e manter as características ambientais e a qualidade de vida é uma missão difícil de ser cumprida. Figura 2: Evolução da População do Município de Poços de Caldas entre os anos de 1960 e 2010 Ano População Absoluta Fonte: Plano Diretor de Poços de Caldas e IBGE Objetivos O objetivo geral do presente trabalho consiste em apresentar uma análise comparativa sobre as mudanças no uso da terra no município de Poços de Caldas entre os anos de 1986 e 2010 através da aplicação de técnicas de Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto, onde a ênfase será o crescimento urbano e as alterações na quantidade da vegetação. 4

5 Para cumprir os objetivos traçados foram gerados mapas de uso da terra e mapas de NDVI para os anos de 1986 e 2010 a partir de imagens do sensor TM do satélite LANDSAT- 5. Os dados obtidos foram processados por meio do SIG Ilwis versão 3.4. Fundamentação Teórica-metodológica O uso de técnicas de Sensoriamento Remoto e Geoprocessamento em estudos relacionados à expansão urbana é extremamente eficiente, como salientam CHAO et al (1998), LÓPEZ et al (2001), MORATO et al (2003), e ROSSINI e FORESTI (1998). CHAO et al (1998) apresenta em seus estudos sobre a expansão urbana de Havana o uso de fotografias aéreas e imagens multiespectrais para a interpretação do espaço. A utilização dessa metodologia se mostrou eficaz como apoio aos estudos de planejamento e análise de áreas de grande porte que possuem pouca informação disponível. LÓPEZ et al (2001) mostra em seu estudo de caso sobre a cidade de Morelia, no México, a relação existente entre a expansão urbana e as mudanças que essa implica sobre a paisagem; o autor aplica intensamente as técnicas de Geoprocessamento e utiliza métodos estatísticos para identificar áreas urbanas com tendência a crescer. MORATO et al (2003) utiliza em seus estudos sobre a expansão urbana da cidade de Embu fotografias aéreas e explica detalhadamente as metodologias aplicadas para a confecção da Carta de Uso da Terra. Segundo a autora o uso de fotografias aéreas se mostrou eficiente, mas sua utilização se limita a pequenas áreas. ROSSINI e FORESTI (1998) em seu trabalho sobre a expansão urbana de Limeira mostram que as técnicas de Sensoriamento Remoto e os recursos oferecidos pelo Geoprocessamento são de grande utilidade para a análise da expansão urbana. Para os autores o uso de recursos do Geoprocessamento foi útil na elaboração dos mapas e na avaliação qualitativa e quantitativa do crescimento urbano devido à rapidez no acesso, manipulação e análise da informação geográfica. No que diz respeito à avaliação de perdas na quantidade de vegetação o índice de vegetação selecionado para mensurar tal perda foi o NDVI. O NDVI, Normalized Difference Vegetation Index, é o índice de vegetação mais utilizado atualmente, devido à sua fácil aplicação e eficácia. Ele é calculado usando as bandas do vermelho (R) e do infravermelho próximo (NIR) em imagens de satélite, sendo a equação NDVI=NIR-R/NIR+R aplicada no cômputo do NDVI. A vegetação absorve uma elevada parcela da luz vermelha incidente, 5

6 provocando uma baixa reflectância na faixa espectral correspondente ao vermelho; em contrapartida, ela reflete uma grande parcela da energia relativa ao infravermelho (figura 3). O NDVI é aplicado diretamente sobre cada par de pixels (R, NIR), produzindo um valor pertencente ao intervalo [ 1, 1]. Quanto mais próximo de 1, maior é a certeza de estar se tratando de um pixel de vegetação.(jensen, 2000) Os valores mais altos de NDVI estão associados a um maior vigor da vegetação; a vegetação apresenta intensa absorção devido à clorofila na região do vermelho e intensa energia refletida na região do infravermelho próximo causada pela estrutura celular das folhas, sendo assim quanto mais alto o valor do NDVI maior é a certeza de ser um pixel correspondente à vegetação. As rochas, o solo exposto e as áreas urbanas apresentam reflectâncias similares nas bandas R e NIR, fazendo o valor do índice NDVI nesses casos se aproximar de zero. Já a água e as nuvens refletem mais na banda do vermelho do que no infravermelho, causando assim valores negativos quanto ao NDVI. (HOLBEN,1986) Figura 3: Comportamento espectral da vegetação Fonte: JENSEN,

7 Metodologia As imagens trabalhadas, correspondentes aos anos de 1986 e 2010 e localizadas na órbita 219 ponto 075, foram adquiridas no site do INPE ( e capturadas pelo satélite Landsat 5 sensor TM com 30m de resolução espacial; o processamento digital foi feito no SIG Ilwis versão 3.4 ( A metodologia utilizada para o processamento digital das imagens foi a de CROSTA (1992). As etapas primordiais do processamento consistiram no pré-processamento (correções radiométrica e geométrica da imagem para reamostrar os pixels em relação à base cartográfica de referência), realce (manipulação de contraste, filtragem espacial e rotação de imagens para melhorar a visualização da cena) e classificação (reconhecimento dos objetos de interesse para pesquisa a partir da delimitação de áreas homogêneas adotando-se um conjunto de métodos de classificação de padrões). O início do processamento consistiu na importação das imagens para o Ilwis 3.4. Após a importação as bandas foram recortadas, a fim de enfatizar a área de estudo. O próximo passo aplicado foi a criação de um sistema de coordenadas com as informações contidas na carta topográfica do IBGE de Poços de Caldas 1: Na sequência aplicou-se o aumento de contraste (strech), com a finalidade de apresentar as informações contidas nas imagens de uma forma mais claramente visível ao intérprete, o que facilita muito a classificação das imagens. O próximo passo foi a confecção de composições coloridas em RGB (red, green, blue) com diferentes sequências que podem ser exploradas, possibilitando a escolha do melhor modo para fazer a análise interpretativa da região estudada, expondo assim diferentes cores para diferentes comportamentos espectrais dos alvos na imagem. A composição escolhida foi a RGB 543, já que ela demonstrou-se a mais adequada para o estudo. A etapa seguinte do processamento consistiu na correção geométrica da imagem, a fim de aumentar a precisão geográfica na área de estudo; o método utilizado para o georreferenciamento foi o de pontos de controle, que consiste em encontrar pontos identificáveis na imagem e em uma base cartográfica conhecida (CROSTA, 1992). Foram selecionados 30 pontos de controle para cada cena. Após o georreferenciamento as imagens foram reamostradas, para determinar o valor dos pixels no grid corrigido. O método de interpolação escolhido foi o vizinho mais próximo, onde o pixel assume o valor mais próximo de seu centro (CROSTA, 1992). 7

8 Para a confecção dos mapas de uso da terra foram definidas como classes de uso água, área urbana, solo exposto, mata, silvicultura, pastagem e agricultura, para as quais foram selecionadas amostras visando a classificação com o algorítimo MaxVer. Após a classificação os mapas obtidos foram recortados tendo como base o limite municipal do município de Poços de Caldas. Os erros encontrados na classificação automática foram corrigidos por meio de edição na tela. Os mapas de NDVI foram calculados de forma automática no Ilwis, através da seguinte fórmula: NDVI=NIR-R/NIR+R, onde NIR corresponde à banda do infravermelho próximo e R à banda do vermelho; cabe ressaltar que para o cálculo do NDVI as bandas não podem estar com aumento de contraste. Para obter um maior detalhamento da área de estudo os mapas foram recortados tendo como base o limite municipal de Poços de Caldas. Por fim foi criada uma representação atribuindo cores a determinados intervalos inseridos dentro do NDVI, a fim de facilitar a percepção de mudanças no índice quando comparados os mapas. Cabe ainda ressaltar que as duas imagens utilizadas foram obtidas na mesma época do ano (entre os meses de maio e julho), a fim de evitar confusões durante o cálculo do NDVI. Por fim, visando realçar as informações contidas nos mapas foi desenvolvido um layout para cada um dos 4 mapas confeccionados de acordo com os princípios da Cartografia Temática contendo as informações básicas para o bom entendimento de um mapa: título, legenda, norte geográfico, grid de coordenadas, escala gráfica, fonte e autor. Resultados e Discussão No que se refere ao uso da terra as mudanças foram significativas, como é possível notar através da comparação dos mapas do uso da terra de 1986 e 2010 (figura 4). A área urbana cresceu consideravelmente, passando de 2,6% para 7,1% da área total do município (figura 5). O crescimento urbano ocorreu principalmente em direção ao sul do município, onde surgiram bairros populares, e ao longo da Avenida João Pinheiro, no oeste do município, uma via de expansão que tem tendência a se desenvolver ainda mais em um futuro próximo devido à implantação do campus da UNIFAL-MG nessa região. A área central também passou por uma intensificação da rede urbana, e o desenvolvimento urbano também ocorreu ao longo da Avenida Wenceslau Braz, na região leste, onde também surgiram vários bairros de classe baixa. Vale ainda dizer que a expansão urbana não foi em direção ao norte devido a um impedimento físico: a Serra de São Domingos. 8

9 Figura 4: Mapas de uso da terra do município de Poços de Caldas nos anos de 1986 e 2010 Outro fator que chama a atenção é a queda nas áreas destinadas à pastagem e a agricultura, o que mostra uma mudança no perfil econômico do município. A principal atividade econômica desenvolvida atualmente é a mineração, responsável direta pelo aumento das áreas de solo exposto em mais de 100%; a indústria cresceu consideravelmente aliada à atividade mineradora e também ao ramo alimentício, com a presença de multinacionais como a Danone e a Ferrero Rocher. O turismo também constitui uma importante atividade econômica, sendo a fonte de renda de grande parte da população. Sobre as alterações na quantidade de vegetação, como é possível observar nas imagens de NDVI dos anos de 1986 e 2010 (Figura 6), as áreas que apresentam cores que tendem do verde claro para o verde escuro indicam maior densidade de vegetação. Nota-se um certo aumento de áreas com um valor mais alto no índice NDVI, áreas representadas por tonalidades de verde mais escuras, mas isso não significa necessariamente o aumento das áreas de mata nativa; esse incremento de áreas mais verdes está ligado ao avanço da silvicultura, principalmente na região Sudoeste do município. 9

10 Figura 5: Mudanças na distribuição das classes de uso da terra no município de Poços de Caldas para os anos de 1986 e 2010 Figura 6: Mapas de NDVI do município de Poços de Caldas nos anos de 1986 e

11 Também contribui para esse incremento o reflorestamento de antigas áreas de mineração, que são recuperadas através do plantio de eucalipto e pinus nas áreas degradadas pela atividade de extração de minérios. Outro fator determinante para a mudança no NDVI foi a expansão urbana, como pode ser observado na comparação dos mapas de uso da terra do município de Poços de Caldas entre os anos de 1986 e 2010, as áreas mais recentemente antropizadas apresentaram queda no índice de vegetação. Também contribuiu para a alteração do NDVI a construção da represa do Cipó, já que as áreas de água apresentam valores negativos ou próximos de zero. Conclusões Através da análise das informações obtidas pode-se concluir que as mudanças no uso da terra e na quantidade de vegetação no município de Poços de Caldas entre 1986 e 2010 foram causadas por dois fatores principais: a expansão urbana, com o aumento da área urbana do município em mais de 200%, e a mudança no perfil econômico, através da exploração da terra para a extração mineral, o que explica o aumento de áreas de solo exposto e a queda nas áreas destinadas às atividades de agricultura e pecuária, e a inserção da atividade de silvicultura no município. As técnicas de mapeamento do uso da terra e de NDVI mostraram-se eficazes dentro dos objetivos estabelecidos, já que seu emprego possibilitou avaliar as condições da área de estudo quanto a alterações na vegetação e no uso da terra, assim como elaborar mapas identificando as áreas que sofreram maiores alterações. Isso torna evidente a importância do Sensoriamento Remoto e o Geoprocessamento como ferramentas para o planejamento. Cabe ainda ressaltar que o crescimento do município de Poços de Caldas deve ser compatibilizado com a preservação da vegetação, a fim de promover a sustentabilidade da fauna e da flora e garantir uma melhor qualidade de vida para a população. Bibliografia CHAO, R. G. C.; ALMEIDA T. I. R.; BRANCO, F. C.; TERUIYA, R. K.; SILVA, A. C. N.; ARAÚJO, C. C.; LIOTTE, S. V. Dinâmica urbana a partir de dados multitemporais e multisensores: o caso de Havana, Cuba. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 9., Santos. Anais... Santos: INPE, 1998, 9 p. 11

12 CROSTA, A. P. Processamento digital de imagens de Sensoriamento Remoto. Campinas: Unicamp, p. HOLBEN,B.N. Characteristics of maximum-value composite images from temporal AVRHH data. International Journal of Remote Sensing, London, v.7,n.11,p , IBGE. Censo Disponível em: < Acesso em: 21 mar ILWIS. Disponível em: < Acesso em: 1 Jun INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS. (INPE). Disponível em: < Acesso em: 1 Jun JENSEN, J. R. Remote sensing of the environment-an Earth resource perspective. New Jersey: Prentice Hall, p. LÓPEZ, E. ; BOCCO, G. ; MENDOZA, M. ; DUHAU, E. Predicting land-cover and land-use change in the urban fringe A case in Morelia city, Mexico. Landscape and Urban Planning, n. 55, p , MORATO, R. G.; KAWAKUBO, F. S.; LUCHIARI, A. Análise da Expansão Urbana por meio de Composições Coloridas Multitemporais. In: Encontro Nacional da ANPEGE, 5., 2003, Florianópolis. Anais... Florianópolis: Anpege, 2003, p ROSSINI, D.; FORESTI, C. Estruturação urbana de Limeira-SP em áreas de expansão urbana no período de 1989 à In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 9., 1998, Santos. Anais... Santos: Inpe, p PROGRAMA DAS NAÇÕES UNIDAS PARA O DESENVOLVIMENTO. (PNUD). Disponível em : < Acesso em 12 Nov. de PREFEITURA MUNICIPAL DE POÇOS DE CALDAS. Plano Diretor de Poços de Caldas (MG). Leitura Técnica. Poços de Caldas: SEPLAN Secretaria de Planejamento e Coordenação. Poços de Caldas, p. 12