APLICAÇÃO DE SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA NA GESTÃO AMBIENTAL DA RIA AROSA

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1 APLICAÇÃO DE SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA NA GESTÃO AMBIENTAL DA RIA AROSA José L. S. Pinho (1) Assistente do Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho (UM). António A. S. Duarte Assistente do Departamento de Engenharia Civil da UM. José M. P. Vieira Professor Catedrático do Departamento de Engenharia Civil da UM. José S. Antunes do Carmo Professor Associado do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra Endereço (1) : Universidade do Minho, Largo do Paço 4709 Braga Codex - Portugal - Tel: (253) Fax: (253) jpinho@ci.uminho.pt RESUMO Nas rias do Noroeste da região da Galiza (Espanha) são utilizadas plataformas flutuantes na cultura intensiva do bivalve Mytilus Edulis. A diminuição de produção deste bivalve verificada nos últimos anos deve-se à degradação da qualidade das águas costeiras motivada, entre outros factores, pela grande quantidade de sedimentos orgânicos depositados por via desta técnica de aquicultura. Este problema ambiental tem sido objecto de diversos estudos, baseados em dados resultantes da monitorização das características físicas, químicas e biológicas deste ecossistema costeiro, com destaque para a modelação da hidrodinâmica e da qualidade da água, visando a implementação de sistemas de apoio à decisão. No presente trabalho descreve-se, de forma simplificada, o software utilizado, a metodologia geral do processo de integração da informação num Sistema de Informação Geográfica e apresentam-se alguns exemplos de mapas temáticos que ilustram as possibilidades do processo utilizado, na modelação da Ria Arosa. PALAVRAS-CHAVE: Sistemas de informação geográfica, avaliação de impacto ambiental, hidrodinâmica, qualidade da água, Ria Arosa. INTRODUÇÃO As Rias Bajas localizam-se na zona costeira do Noroeste da Galiza-Espanha (Figura 1). Nesta zona, as águas costeiras pouco profundas muito ricas em nutrientes, são utilizadas para o cultivo intensivo do bivalve Mytilus Edulis, em plataformas flutuantes (bateas). A Ria Arosa, a mais extensa das Rias Bajas, ocupa uma área de 230 km 2 e tem um desenvolvimento na direcção Sudoeste-Nordeste de cerca de 25 km. A sua profundidade média é de 19 m, sendo máxima de 67 m junto da entrada. Dos vários cursos de água que

2 desaguam na ria, os rios Umia e Ulla são os mais importantes, apresentando caudais médios de 5 m 3 /s e 75 m 3 /s no Verão e 70 m 3 /s e 120 m 3 /s no Inverno, respectivamente. As variações sazonais de temperatura e salinidade não são muito significativas. A temperatura superficial apresenta uma variação entre 10 ºC e 20 ºC variando a temperatura junto do fundo varia 11 ºC e 13 ºC. A salinidade na camada superficial varia entre 30 e 35 apresentando um valor constante de 35.6 junto do fundo. A ria apresenta-se estratificada no Verão e bem misturada ou fracamente estratificada noutras épocas do ano (Gomez Gallego, 1971 e 1975). EUROPA RIO ULLA RIANJO ILHA CORTEGADA PUEBLA DEL CARAMINAL VILLAGARCIA PALMEIRA ILHA AROSA VILLAJUAN RIVEIRA VILLANUEVA DE AROSA RIA DE MUROS Y NOYA RIA AROSA RIA DE PONTEVEDRA RIA DE VIGO ESPANHA ILHA LA TOJA CAMBADOS PORTUGAL RIO UMIA EL GROVE ILHA SALVORA Figura 1: Localização da Ria Arosa km

3 A primeira fase do desenvolvimento e implementação de um sistema de apoio à decisão (Vieira, 1999) consiste na utilização conjunta de modelos matemáticos, bases de dados e Sistemas de Informação Geográfica (SIG) devidamente orientados para a resolução de problemas de engenharia civil relacionados com as zonas costeiras. A complexidade da gestão ambiental destas zonas implica a obtenção de grande quantidade de informação georeferenciada, tornando atractiva a utilização de ferramentas como os SIG. No projecto de investigação em curso na Universidade do Minho pretendeu-se integrar os dados provenientes da amostragem semanal (durante o período compreendido entre 1992 e 1997) e os resultados obtidos a partir de modelos hidrodinâmicos e de qualidade da água, num SIG, de modo a estabelecer uma estrutura comum para apresentação e análise de toda a informação disponível. AMBIENTE HIDROINFORMÁTICO Os modelos hidrodinâmicos e de qualidade da água da Ria Arosa, foram desenvolvidos, utilizando-se os programas RMA2 e RMA4 (US WES-HL, 1996). Os pré e pós-processamentos foram realizados recorrendo-se aos programas SMS (BOSS SMS, 1996), ao programa de gestão de bases de dados Microsoft Access e ao programa de SIG ArcView GIS (ESRI, 1996), conforme estrutura de ligação representada na Figura 2. PRÉ-PROCESSAMENTO MODELOS 2DH PÓS-PROCESSAMENTO SMS SIG BASES DE DADOS RMA2 E RMA4 SMS SIG BASES DE DADOS Figura 2: Ambiente hidroinformático. FERRAMENTAS DE INTEGRAÇÃO MODELOS - SIG O programa RMA2 resolve problemas de escoamento com superfície livre bidimensionais (na horizontal). Baseado no método dos elementos finitos, permite a obtenção de soluções em regime permanente ou variado com o estabelecimento de condições fronteira variáveis ao longo do tempo. O programa RMA4 resolve a equação de transporte de escalares (temperatura, salinidade, poluentes, etc.), utilizando a solução hidrodinâmica calculada no programa RMA2. Sendo os domínios espaciais utilizados nos dois programas os mesmos, as malhas de elementos finitos são também coincidentes. Para o modelo de qualidade da água, foi desenvolvida uma modificação ao programa RMA4, de modo a permitir a modelação de um maior número de variáveis de estado da qualidade da água e cujo comportamento obedece ao processo especificado pelo utilizador. Para a integração da informação obtida pelos modelos no SIG assim como para a definição de alguns dos dados necessários para a implementação dos modelos hidrodinâmico e de qualidade da água, foram desenvolvidos diversos programas utilitários, cujo objectivo principal é o tratamento dessa informação, de forma a compatibilizar a sua utilização nos diferentes programas.

4 SISTEMAS DE INFORMAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA NA RIA AROSA A base de dados resultante da informação recolhida na amostragem semanal efectuada em vários pontos da Ria Arosa, constitui a principal componente do sistema de informação geral utilizado no projecto de investigação, objecto do presente trabalho. Seguidamente efectua-se uma breve caracterização dos vários grupos de informação utilizados. Fontes externas de dados O contorno da ria, assim como a sua batimetria, foi integrada no SIG, recorrendo-se a técnicas usuais de digitalização efectuada a partir das cartas topográficas disponíveis (escalas 1:30000 e 1:25000). Foram ainda utilizadas outras fontes de informação como dados apresentados em trabalhos publicados e bases externas de dados oceanográficos e climatológicos. AMOSTRAGEM SEMANAL. PERÍODO ENTRE 1992 e 1997 A2 A3 A6 A1 A5 A4 A9 A0 A8 A7 TEMPERATURA, OXIGÉNIO, FLUORESCÊNCIA, SALINIDADE, ph, % TRANSMI. LUZ, NITRATOS, NITRITOS, AMÓNIA, FOSFATOS, SILICATOS CLOROFILA A, B e C, ESPÉCIES FITOPLANCTÓNICAS, VENTO e PRECIPITAÇÃO Figura 3: Localização dos pontos de amostragem semanal e parâmetros medidos.

5 Bases de dados A principal base de dados utilizada é constituída pela informação recolhida semanalmente a partir de Março de 1992, em dez pontos (A0 a A9) assinalados na Figura 3 (CCCMM, 1997). Os dados relativos a variáveis hidrodinâmicas, mais escassos, resultaram da compilação de informação publicada em diversos trabalhos anteriores sobre a Ria Arosa (Otto,1975 ; Gomez-Gallego 1971 e 1975). INTEGRAÇÃO DOS MODELOS NO SIG Embora existam diversos trabalhos sobre a integração de modelos dinâmicos em ambientes de SIG (como por exemplo em estudos de análise de evolução da ocupação do solo (Mikula B. et al, 1996)), neste trabalho a evolução temporal de uma determinada variável é efectuada recorrendo-se à visualização de mapas referentes a instantes distintos. Assim, a ferramenta de SIG utilizada, não utiliza funções específicas para a análise temporal. Os dados obtidos a partir das campanhas de amostragem e os resultados dos modelos utilizados (RMA2 e RMA4) estão referidos, no primeiro caso, aos pontos de amostragem e, no segundo caso, aos nós da malha de elementos finitos utilizada para discretização do domínio espacial. Assim, a representação espacial de uma determinada variável implica a utilização de uma transformação do tipo ponto-para-área. Esta transformação deverá ser bidireccional para permitir o estabelecimento, por exemplo, das condições iniciais a utilizar numa determinada simulação (a partir da interpolação de um campo escalar obtido através das campanhas de amostragem para a malha de elementos finitos utilizada, correspondendo neste caso a uma transformação do tipo área-para-ponto). Existem diversos métodos de conversão de variáveis pontuais para áreas dividindo-se em dois grandes grupos de conversões: transformações com interpolação e transformações sem interpolação (Bonham-Carter, 1993). A representação espacial dos dados da amostragem semanal, foi efectuada recorrendo-se a um método (sem interpolação) baseado na definição de polígonos de Thissen (também conhecido por diagrama de Voronoi). Os resultados dos modelos hidrodinâmico e de qualidade são representados admitindo-se um valor constante (obtido a partir da média dos valores nodais) por cada um dos elementos da malha utilizada (cada um dos elementos constitui uma entidade do tipo polígono no SIG). RESULTADOS Como foi referido anteriormente, a Ria Arosa, é utilizada para o cultivo de mexilhão. A técnica aquícola utilizada, conduz à produção de uma quantidade elevada de sedimentos finos que se acumulam no fundo sob as plataformas flutuantes. A caracterização das condições em que ocorre a ressuspensão de sedimentos que é um factor limitante da capacidade produtiva da ria, passa pela caracterização das correntes nas diversas zonas da ria. A elaboração de planos de actuação eficientes para minimização dos impactos provocados por descargas acidentais de poluentes, depende da possibilidade de se poderem antecipar as extensões e durações dos efeitos dessas descargas (Vieira et al., 1998).

6 Nas Figuras 4 a 6 podem apreciar-se alguns dos resultados obtidos para várias condições de funcionamento do sistema costeiro em apreço. Foram estabelecidos diversos cenários hidrodinâmicos, em função das características da maré, da intensidade e direcção do vento e do regime fluvial do principal rio afluente (rio Ulla). Na Figura 4 apresentam-se os resultados obtidos, num dos cenários estabelecidos, para o campo de velocidades correspondente ao instante de velocidades máximas para uma maré viva durante a vazante. A imagem da direita foi obtida a partir do SIG, onde se representa a variação espacial do módulo da velocidade máxima para o referido instante. a) b) Módulo da velocidade [m/s] < Figura 4: Velocidades máximas (a)) e módulo das velocidades máximas(b)) na vazante, para uma maré viva. Os resultados apresentados nas Figuras 5 e 6 dizem respeito à simulação de uma descarga acidental de um poluente não conservativo com uma degradação de 1ª ordem (taxa de degradação 0.05 dia -1 ). Foi considerada uma concentração de 1 mg/l em toda a ria antes da descarga. Após 48 horas a concentração de poluente é inferior a 2.2 mg/l em toda a ria (Figura 5 e)). Na Figura 6 apresenta-se um mapa com a representação dos polígonos de plataformas flutuantes (estes permanecem inalterados durante longos períodos de exploração) e onde se representa ainda a concentração de poluente 24 horas após a descarga acidental.

7 a) b) c) d) e) f) Concentração [mg/l] < > 3.00 Figura 5: Evolução temporal da concentração de um poluente, em condições de maré viva, após uma descarga acidental: a) 1 hora, b) 6 horas, c) 12 horas, d) 24 horas, e) 48 horas, f) 96 horas.

8 Concentração [mg/l] < >3.00 Figura 6: Polígonos de bateas e respectiva concentração de poluente, 24 horas após a descarga. CONCLUSÕES Os SIG revelam-se uma ferramenta eficaz na apresentação e análise de resultados de modelos hidrodinâmicos de qualidade da água aplicáveis a zonas costeiras. A discretização espacial do domínio do modelo matemático (malhas de elementos finitos ou diferenças finitas) pode ser utilizada com sucesso, para a definição de entidades gráficas a integrar num SIG. A informação georeferenciada (incluindo os resultados de modelos matemáticos), pode ser estruturada e organizada em bases de dados externas que, depois de associadas às entidades gráficas, permitem efectuar representações espaciais temáticas facilitando a análise de um determinado problema.

9 No presente trabalho pretendeu-se mostrar a atractividade da utilização destas ferramentas informáticas na gestão de problemas ambientais numa zona costeira de características físicas bem determinadas, em cenários de evolução contínua ou de ruptura ocasional do ecossistema. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. BONHAM-CARTER, G. F. Geographic Information Systems for Geoscientists- Modelling with GIS, Computer Methods in the Geosciences, V. 13, Pergamon, Canada, BOSS SMS. Boss Surface Modeling System - User s Manual, Brigham Young University, USA, CCCMM. Informe Anual , Centro de Control da Calidade do Medio Mariño, CPMA- DXRM, Xunta de Galicia, Espanha, ESRI. Using ArcView GIS, Environmental Systems Research Institute, Inc., USA, GOMEZ-GALLEGO, J. G. Estudio de las condiciones oceanograficas en la Ria de Arosa, en Verano, Bol. Inst. Espanol de Oceanografia, Nº 147, 39 pp., GOMEZ- GALLEGO, J. G. Estudio de las condiciones oceanograficas en la Ria de Arosa, en Invierno, Bol. Inst. Espanol de Oceanografia, Nº 185, 53 pp., MIKULA B., MATHIAN H., PUMAIN D. e SANDERS L. In Spatial Analysis: Modelling in a GIS Environment, Edited by Paul Longley and Michael Batty, GeoInformation International, Glasgow, pp , OTTO L. Oceanography of the Ria de Arosa (N. W. Spain), Universidade de Leiden, Holanda, VIEIRA J.M.P. Decision Support Systems for Water Resources Planning and Management. In VII INTERNATIONAL CONFERENCE ON ENHANCEMENT AND PROMOTION OF COMPUTATIONAL METHODS IN ENGINEERING AND SCIENCE, (Edited by Bento, J., Oliveira E.A, and Pereira E.) v.2, p Elsevier Science Ltd, Oxford, UK, VIEIRA J.M.P., PINHO J.L.S. and DUARTE A.A.L.S. Eutrophication Vulnerability Analysis: A Case Study. Water Science and Technology,, v.37, n. 3, p , WES-HL. Users Guide To RMA2 Version 4.3, US Army Corps of Engineers - Waterways Experiment Station Hydraulics Laboratory, Vicksburg, USA, 1996.