Imagens de satélite de alta resolução espacial aplicadas na caracterização de áreas de preservação permanente de corpos d água

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1 Imagens de satélite de alta resolução espacial aplicadas na caracterização de áreas de preservação permanente de corpos d água Edson Luís Piroli 1,2 Juliana Marina Zanata 2 1 Universidade Estadual Paulista Campus de Ourinhos Av. Vitalina Marcusso, 1500, Campus Universitário, Ourinhos, SP, Brasil. CEP elp@ourinhos.unesp.br 2 Universidade Estadual Paulista - Faculdade de Ciências e Tecnologia, Presidente Prudente Rua Roberto Simonsen, 305, Centro Educacional, Presidente Prudente, SP, Brasil julianazanata@hotmail.com Abstract. The discussion about water and its protection and conservation has been broadened and deepened in last decades. From the observation that this is a finite natural resource and its being misused and, especially, contaminated and polluted, have sought ways to protect it efficiently in order to preserve their current use and later. One of the simplest and most effective ways to protect this natural resource is the maintenance of existing native vegetation on the margins of water bodies. This procedure, however, has not been adopted by many owners, both urban and rural, during the process of land occupation on Brazil. So many Permanent Preservation Areas (PPA) are currently occupied by productive activities, which goes against Brazilian environmental legislation. To evaluate and quantify the uses of land in large areas of PPA can be used satellite images of high spatial resolution, as the sensor PRISM of the Japanese satellite ALOS. In this study they were used to analyze land use in PPA Novo River, a sub-basin of the Paranapanema River. It was found that a total of hectares of PPA, (26.4%) are occupied by improper use, according to the legislation. This indicates areas that require interventions aimed at their adequacy and demonstrates the importance of studies with satellite images of high spatial resolution for the analysis, management and protection of water resources. Palavras-chave: remote sensing, geographic information systems, geoprocessing, sensoriamento remoto, sistemas de informações geográficas, geoprocessamento. 1. Introdução O sensoriamento remoto tal como conhecemos atualmente, surgiu em meados do século XIX, com a instalação de câmaras fotográficas em balões para registrar informações referentes a alvos localizados na superfície terrestre. No início do Século XX, com o uso de balões e aviões para levantamentos relacionados à localização de alvos de interesse, principalmente militares, passou a ser estratégico para os países e suas ambições territoriais. Ao longo daquele século muitos avanços foram feitos nesta área. Porém, somente em 1972 foi colocado em órbita o primeiro satélite com interesse exclusivamente ambiental, o ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite-1), denominado posteriormente de Landsat 1. A partir daquele momento, muitos países, e nos últimos anos, muitas empresas tem investido esforços e recursos financeiros em pesquisas para terem seus sistemas de satélite operacionais, gerando imagens da superfície de nosso planeta. As imagens da série Landsat (1, 2, 3, 5 e 7) contribuíram sobremaneira para o estudo da distribuição dos recursos naturais da terra, bem como para análises do seu uso e cobertura. Nesta utilização cada vez mais intensa, foi se observando que as imagens com resolução espacial mediana (de 80, 30 e 15 metros), destes e de outros satélites, apresentavam limitações quando havia necessidade de detalhamento de informações. Ao mesmo tempo, com o avanço da ciência no domínio de técnicas, com a intensificação da divulgação dos resultados de pesquisas, e consequentemente, com a conscientização da sociedade sobre a importância da preservação dos recursos naturais, começou a surgir a necessidade de aprofundar os estudos, aumentando também as escalas de observação e registro de dados. 2928

2 A partir desta constatação, aquelas imagens que ofereciam uma visão sinóptica e repetitiva da superfície de nosso planeta (PIROLI et al, 2002) já não serviam mais, surgindo a necessidade de desenvolvimento de novos sensores, com maior resolução espacial, que permitissem a análise mais detalhada de fenômenos específicos. A partir do início do Século XXI, houve o aumento do número de satélites equipados com sensores de alta resolução espacial, ampliando a gama de produtos disponíveis aos usuários que atuam na área. Como consequência, houve a popularização do uso destes produtos, principalmente após a inserção de imagens de alta resolução em aplicativos disponibilizados gratuitamente, via internet (PIROLI, 2012). No Brasil, o uso de produtos provenientes de sensores orbitais foi alavancado também pela disponibilização gratuita de imagens de alguns satélites a partir do site do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Neste contexto, estes produtos tem se popularizado também entre técnicos e pesquisadores que os utilizam cada vez com maior intensidade. Ao mesmo tempo, os debates sobre preservação e recuperação dos recursos naturais tem se intensificado nas últimas décadas, no mundo e no Brasil, sobressaindo-se, em nosso país, os debates sobre a proteção das águas, da vegetação, do solo e da fauna silvestre, principalmente a partir do debate sobre as mudanças no Código Florestal Brasileiro (Lei 4.771/65). Neste debate, o aspecto que causou maior embate foi o relativo aos limites das Áreas de Preservação Permanente (APP) faixas marginais aos corpos d água, que devem manter sua vegetação nativa preservada, além de outros casos especificados atualmente na Lei /2012. Estes limites são pouco abrangentes espacialmente quando se analisa nascentes (50 metros de raio) e córregos de pequena largura (30 metros de cada lado para córregos com até 10 metros de largura). Para estudo e avaliação das condições destas áreas, surge então a necessidade do uso de imagens de satélites cujos sensores ofereçam alta resolução espacial. Estas imagens, no entanto, tem ainda custos altos, gerando, além disso, arquivos de grande tamanho, sobretudo para áreas mais amplas da superfície da Terra. A questão do alto custo foi solucionada por um período, no Brasil, por um convênio entre o governo brasileiro e a Agência Espacial Japonesa (JAXA), que durante os anos de 2009 a 2011 disponibilizou através do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), imagens do satélite ALOS (Advanced Land Observing Satellite) cujos sensores óticos oferecem resoluções radiométricas de 8 bits, com resoluções espaciais de 10 metros, para o sensor multiespectral - AVNIR-2(Advanced Visible and Near Infrared Radiometer type 2 e de 2,5 metros para o sensor pancromático PRISM (Panchromatic Remote-sensing Instrument for Stereo Mapping). Estas imagens eram colocadas à disposição de usuários de instituições governamentais e de pesquisas a preços reduzidos. Em função desta acessibilidade às imagens e à atualidade do debate sobre APP, buscouse com esta pesquisa avaliar a aplicação das imagens do sensor PRISM para o estudo da hidrografia e do uso da terra nas APP de corpos d água. Como área de aplicação da metodologia, definiu-se a bacia do rio Novo, localizado no Centro-Sul do estado de São Paulo, em uma região onde as atividades agropecuárias são desenvolvidas intensamente. 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1. Localização Geográfica A área desta pesquisa está localizada na porção Centro-Sul do estado de São Paulo, conforme pode ser vista na Figura

3 Figura 1 Localização da área de estudo, com destaque para a sub-bacia do rio Novo. Elaboração: Camila Cristina Miranda Delatorre; Edson Luís Piroli. A bacia do rio Novo é tributária do rio Pardo (sub-bacia deste), que por sua vez é o principal tributário do Médio Paranapanema. A bacia do Paranapanema faz parte da Região Hidrográfica do rio Paraná, sendo uma bacia federal, por abranger áreas dos estados de São Paulo e Paraná. No sistema paulista de gerenciamento de recursos hídricos, a área deste estudo faz parte da Unidade de Gerenciamento dos Recursos Hídricos 17 (UGRHI-17). As principais nascentes do rio Novo estão localizadas nos municípios de Itatinga e Avaré, sendo que sua foz está localizada no município de Águas de Santa Bárbara Materiais Os aplicativos usados para elaboração das tarefas deste trabalho foram os SIGs (sistemas de informações geográficas), Idrisi versão Taiga, Carta Linx e ArcGIS A base de dados para realização do projeto foi composta pelas cartas topográficas em escala de 1:50.000, por imagens do satélite ALOS (sensores AVNIR e PRISM) e do satélite Landsat 5 (sensor TM) bandas 3, 4 e 5. Foram usadas ainda, para confirmação do uso da terra das APP, imagens do satélite QuickBird disponíveis no Google Earth. Para orientação nos trabalhos de campo utilizou-se GPS de navegação Procedimentos Metodológicos Todas as bases de dados foram georreferenciadas no sistema UTM (Universal Transversa de Mercator), Datum SAD 69 (South American Datum). Após a georreferência, todas as nascentes que originam córregos foram localizadas e espacializadas através da vetorização, sobre as imagens do sensor PRISM do satélite ALOS. Na sequência, esta tarefa foi desenvolvida para os córregos e posteriormente para as represas, mesmo aquelas que não estão ligadas a corpos d água. Neste processamento, foram inseridos os nomes e as dimensões de todos os corpos d água, cuja identificação foi possível (alguns pequenos córregos e açudes não tiveram a identificação do nome, devido à indisponibilidade do mesmo nas cartas topográficas e a impossibilidade de identificação in loco). A partir do banco de dados dos vetores, foram gerados buffers delimitando as APP de acordo com a legislação ambiental, prioritariamente do Código Florestal e suas legislações complementares. 2930

4 Os buffers dos córregos (com larguras de 30 metros de cada lado) foram gerados a partir das linhas vetorizadas sobre as imagens ALOS/PRISM, considerando-se sua largura média (para os pequenos córregos, adotou-se o valor médio de 2,5 metros, que é a resolução da imagem oriunda deste sensor). O rio principal teve seu leito vetorizado como polígono e suas APP delimitadas também com buffers abrangendo 30 metros de cada lado do leito do rio, uma vez que este apresenta larguras inferiores a 10 metros em toda sua extensão. Os buffers das nascentes, com raios de 50 metros, foram gerados a partir de pontos indicativos do centro das mesmas (é importante destacar que devido às características pedológicas e geomorfológicas, praticamente todas as nascentes analisadas tem suas águas brotando em pontos específicos, não formando regiões de banhados). Já os buffers dos açudes e barragens foram gerados a partir de polígonos vetorizados sobre estas áreas. As larguras dos buffers obedeceram ao determinado pela Medida Provisória n /2000 e pela Resolução CONAMA 302, que informa em seu artigo 3 : Constitui Área de Preservação Permanente a área com largura mínima, em projeção horizontal, no entorno dos reservatórios artificiais, medida a partir do nível máximo normal de: I - trinta metros para os reservatórios artificiais situados em áreas urbanas consolidadas e cem metros para áreas rurais;... III - quinze metros, no mínimo, para reservatórios artificiais não utilizados em abastecimento público ou geração de energia elétrica, com até vinte hectares de superfície e localizados em área rural (RESOLUÇÃO CONAMA, 302 / 2002). As categorias utilizadas para a classificação do uso da terra nesta pesquisa foram definidas pelo IBGE no seu Manual Técnico de Uso da Terra (2006). Estas foram divididas em: 1 - Floresta - nesta categoria foram inseridas as formações arbóreas, incluindo-se as áreas de Floresta Aberta, de Floresta Estacional e de áreas com Savana Florestal (Cerradão), Savana Estépica Florestada e intercalações entre estas. 2 Campestre - de acordo com IBGE (2006) entendem-se como áreas campestres as diferentes categorias de vegetação fisionomicamente bem diversa da florestal, que se caracterizam por um estrato predominantemente arbustivo, esparsamente distribuído sobre um tapete gramíneo-lenhoso. 3 Pecuária - áreas utilizadas para a produção de animais domésticos com objetivos econômicos. Diz respeito à criação e ao tratamento do gado (bovino, suíno e eqüino, etc.), aves, coelhos e abelhas. A criação de gado bovino é a mais difundida na área de estudo. Nesta categoria foram inseridas a pecuária extensiva, pecuária semi-intensiva e pecuária intensiva. 4 - Lavoura - áreas onde a terra é utilizada para a produção de alimentos, fibras e outras commodities do agronegócio. Inclui todas as terras cultivadas, caracterizadas pelo delineamento de áreas cultivadas ou em descanso. 5 Reflorestamento - áreas com plantios ou formações de maciços com espécies florestais exóticas, predominantemente dos gêneros Pinus e Eucalyptus. 6 - Área Urbana - áreas com uso intensivo, estruturadas por edificações e sistema viário, onde predominam as superfícies artificiais não-agrícolas. 7 Infraestrutura Áreas cobertas por estradas, ferrovias e construções como moradias e silos e armazéns, localizados em áreas rurais. 8 Outros usos / Área degradada Nesta categoria foram inseridos usos diferentes dos acima descritos e áreas com intensos processos erosivos ou de assoreamento, indicando impacto ambiental grave. 2931

5 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. Análise da hidrografia do rio Novo A área total da bacia do rio Novo levantada nesta pesquisa é de ,96 ha ou 935,96 km 2. Nela, foram identificadas e localizadas 569 nascentes. Estas nascentes geram 47 córregos de primeira, segunda e terceira ordem, na margem esquerda do rio Novo e 52 na margem direita. Destes, os principais, da nascente em direção à foz, que tem nome identificado na carta topográfica ou cujo nome foi indicado por algum morador da área, durante os trabalhos de campo, são os apresentados nas Tabelas 1 e 2. Tabela 1 Córregos identificados na margem esquerda do rio Novo. Nome do Córrego Nome do Córrego 1 - Córrego dos Patos 2 - Córrego do Macaquinho 3 - Córrego do Limoeiro 4 - Córrego do Barreirinho 5 - Água do Bosque 6 - Ribeirão da Boa Vista 7 - Córrego de Hugo Manola 8 - Córrego do Lombinho 9 - Ribeirão Bonito 10 - Córrego do Jacutinga 11 - Ribeirão da Cabiúna 12 - Ribeirão do Rosário 13 - Córrego das Antas 14 - Córrego da Lapa 15 - Córrego dos Nunes 16 - Água da Taquara do Reino 17 - Córrego da Cachoeira 18 - Córrego da Vareta 19 - Córrego dos Lemos 20 - Ribeirão dos Três Ranchos 21 - Rio do Lajeado 22 - Água da Jacutinga Na margem direita do rio Novo, foram identificados 52 córregos de primeira, segunda e terceira ordem. Aqueles cujos nomes estão descritos nas cartas topográficas da área ou que foram identificados nos trabalhos de campo, com auxílio de moradores locais, são mostrados na Tabela 2. Tabela 2 Córregos identificados na margem direita do rio Novo. Nome do Córrego Nome do Córrego 1 - Córrego da Macedônia 2 - Água da Limeira 3 - Córrego de José Paixão 4 - Água do Geraldo 5 - Córrego das Pedras 6 - Água do Monjolinho 7 - Córrego do Jacu 8 - Água do Portão Vermelho Além das nascentes e córregos, foram identificadas na área estudada 296 represas com menos de 20 hectares (ha) e 1 represa com mais de 20 ha Análise do uso da terra nas APP do rio Novo Identificou-se nesta pesquisa um total de APP igual a 5.596,87 ha, ou 5,98% da área total da bacia. Destas, 47,72% estão cobertas por florestas, predominantemente secundárias. As áreas cobertas com vegetação campestre abrangem 25,88 % do total das APP. Além destes dois usos, que, nesta pesquisa foram considerados adequados, devido à proteção que oferecem para os solos, para a vegetação, para a água e para a fauna silvestre, foram observados outros usos e coberturas que não cumprem esta função, e que por isso são considerados pela legislação ambiental brasileira como irregulares. 2932

6 Destes, a pecuária, que cobre 21,27 % das APP, é o de maior abrangência na bacia do rio Novo. Além desta, cobrindo percentuais menores, mas mesmo assim, importantes, identificou-se a categoria lavoura, com 3,36%, o reflorestamento, cobrindo 0,85%, e as áreas urbanas, de infraestrutura e degradadas que cobrem 0,91%. A Figura 2 mostra uma fração da área de estudo, destacando os diferentes usos nas APP, como exemplo do que foi elaborado para toda a área. Figura 2 Distribuição do uso da terra das APPs de parte da bacia do rio Novo. Elaboração: Edson Luís Piroli. A Tabela 3 mostra as áreas cobertas por cada categoria identificada e seu percentual. Nela se pode observar que a maior parte das APP do rio Novo (73,6%) está coberta pelos usos adequados (floresta e campestre). Isto indica que 4.119,58 ha não necessitam de intervenções severas para sua adequação em termos de proteção da água e dos demais recursos naturais do rio Novo. Recomenda-se o acompanhamento e, se possível, atuação junto aos proprietários das áreas, visando sua sensibilização e conscientização sobre a importância da manutenção destas coberturas, tanto para proteção dos recursos naturais, como para suas atividades econômicas. Tabela 3 Áreas cobertas por cada uso da terra nas APP da bacia do rio Novo. Uso da Terra Área (ha) Percentual (%) Floresta 2.670,98 47,72 Campestre 1.448,60 25,88 Pecuária 1.190,73 21,27 Lavoura 187,81 3,36 Reflorestamento 47,75 0,85 Área urbana 29,81 0,53 Infraestrutura 16,74 0,30 Área degradada 4,45 0,08 Total 5.596,

7 Ao mesmo tempo, verifica-se que 26,4% da área, ou seja, 1.477,29 ha encontram-se ocupados com usos inadequados, que comprometem a qualidade dos recursos naturais, colocando-os em risco. Das categorias de uso que trazem maior comprometimento a estes recursos, a pecuária é a que abrange maior área, com 21,27%, ou seja, 1.190,73 ha. A categoria lavoura abrange 187,81 ha nas APP do rio Novo, correspondendo a 3,36% da área total. Os reflorestamentos, neste caso, compostos pelas espécies Eucalyptus sp e Pinus sp abrangem 47,75 ha (0,85% da área). As áreas urbanas, que cobrem 29,81 ha (0,53%) das APP do rio Novo, as áreas com infraestrutura, cobrindo 16,74 ha (0,30%) e as áreas degradadas que abrangem 4,45 ha (0,08%) tem potencial para causarem grandes impactos sobre os recursos hídricos e sobre as APP. Nestes locais, são desenvolvidas atividades das mais diversas, que normalmente atuam de maneira a degradar severamente os recursos naturais. Nas APP cobertas com área urbana o solo encontra-se predominantemente impermeabilizado, o que impede a infiltração e aumenta o escoamento superficial, causando erosões nas margens dos córregos, para onde a água é direcionada, acumulada. Estes processos erosivos deslocam solo e outros sedimentos para dentro do leito dos córregos e das represas, causando seu assoreamento. Além disso, nas áreas urbanas a mata ciliar, via de regra, inexiste, o que desprotege os recursos naturais e impede a sobrevivência da fauna silvestre nativa ou a manutenção de corredores ecológicos. As áreas degradadas são as mais comprometidas de toda área de estudo, uma vez que são ocupadas por processos erosivos severos, e, consequentemente, por assoreamentos intensos. Os impactos sobre os recursos naturais, neste caso, também são severos, pois, solo, água, vegetação e fauna silvestre ficam comprometidos nestas condições. A partir deste conjunto de dados, elaborou-se o mapa de usos adequados e inadequados da sub-bacia do rio Novo, buscando-se sintetizar as informações relativas à ocupação das APPs. A Figura 3 apresenta o mapa com as áreas cobertas com usos adequados (floresta e campestre), que cobrem 4.119,58 ha (73,60% da área) e dos usos inadequados que cobrem 1.477,29 ha (26,40% da área). Figura 3 Mapa mostrando os usos classificados como adequados e inadequados. Elaboração: Edson Luís Piroli. 2934

8 O mapa da Figura 3 tem potencial para indicar aos gestores ambientais os locais prioritários para conservação e para projetos de recuperação da mata ciliar e consequentemente do ambiente da bacia, protegendo as águas, os solos, a vegetação e a fauna silvestre da área, assim como melhorando os serviços ambientais e a qualidade do microclima regional. 4. CONCLUSÃO Após as análises efetuadas verificou-se que os procedimentos metodológicos adotados permitiram o levantamento dos dados básicos em laboratório e em campo necessários para a execução das análises e para a interpretação adequada destas. A utilização de imagens do sensor PRISM do satélite ALOS com resolução espacial de 2.5 metros possibilitou a identificação das nascentes e corpos d água, assim como a avaliação de suas APP. A escala alcançada com estas imagens oferece detalhamento superior ao das cartas topográficas nas escalas 1: e 1: , comumente utilizadas pelos comitês de bacias para a gestão dos recursos naturais e pelos órgãos de fiscalização, o que as torna importantes para a realização de trabalhos relacionados às APP. A terra das APP estudadas encontra-se predominantemente coberta por florestas ou por vegetação campestre, o que lhe oferece proteção adequada onde existem estes usos. No entanto, 26,4% (1.477,29 ha) da área das APP dos corpos d água da bacia encontram-se ocupadas com usos inadequados, o que indica necessidade de adequação. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) pelo apoio a esta pesquisa através do Projeto Regular, Processo 2009/ REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRASIL. Lei Federal de 15 de setembro de Institui o Novo Código Florestal Brasileiro. Brasília, BRASIL. Lei Federal de 25 de maio de Dispõe sobre a proteção da vegetação nativa. Brasília, BRASIL. Medida Provisória Altera Artigos e acresce Dispositivos às Leis 4.771/65 e 7.803/89. Brasília, BRASIL. Resolução CONAMA 302 de 20 de março de Dispõe sobre os parâmetros, definições e limites de Áreas de Preservação Permanente de reservatórios artificiais e o regime de uso do entorno. Brasília, INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Manuais Técnicos em Geociências, número 7 Manual técnico de uso da terra, 2 a edição, Rio de Janeiro, PIROLI, Edson Luís; BECKER, Elsbeth Léia Spode; BOLFE, Edson Luis; PEREIRA, Rudiney Soares. Análise do uso da terra na microbacia do Arroio do Meio Santa Maria - RS, por sistema de informações geográficas e imagem de satélite. Ciência Rural, Santa Maria, v. 32, n. 3, , Disponível em: < Acesso em 20 jul doi: /S PIROLI, Edson Luís. Imagens de satélite de alta resolução espacial para o mapeamento da dinâmica do uso da terra. In: Simpósio de Geotecnologias no Pantanal (Geopantanal), 4, 2012, Bonito. Anais... Brasília: Embrapa, Artigos, p CD-ROM, On-line. ISBN