Graduando em Geografia na UFMG, Helder Lages Jardim Professor Adjunto do Departamento de Geografia da UFMG,

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1 1 João Pedro dos Santos Graduando em Geografia na UFMG, Helder Lages Jardim Professor Adjunto do Departamento de Geografia da UFMG, ESTUDO DA ALTERAÇÃO DO USO E COBERTURA DO SOLO APÓS O ROMPIMENTO DA BARRAGEM DE FUNDÃO ATRAVÉS DA TÉCNICA DE COMPOSIÇÃO COLORIDA MULTITEMPORAL MARIANA/MG INTRODUÇÃO A mineração é uma atividade que causa grandes impactos ao meio ambiente. Ela pode interferir no relevo, hidrografia, fauna e flora. Seja pela grande movimentação de terra e caminhões ou pelas explosões, rebaixamento de lençóis freáticos, emissão de poeira, retirada da vegetação, afugentamento da fauna, dentre outras formas. Dentre os aspectos socioeconômicos afetados pela atividade mineraria, podemos observar a dependência econômica dos municípios causada pela movimentação comercial vinda diretamente das empresas mineradoras ou de atividades adjacentes expandindo, portanto as fronteiras políticas e econômicas de regiões. (SOUZA FILHO et al., 2006). É dever dos estabelecimentos o pagamento da Compensação Financeira pela Exploração de Recursos Minerais (CEFEM) ao Distrito Federal, Estados ou Municípios (BRASIL, 1989). Entretanto, o montante recebido não corresponde, em muitos casos, em investimentos nos locais diretamente afetados pela mineração. O Brasil possui grande potencial minerador. O segmento apresenta 4% do Produto Interno Bruto (PIB). Só a produção de minério de ferro é responsável por 82% das exportações (PORTAL DO BRASIL, 2014).

2 2 Uma das formas de se obter máximo aproveitamento de minérios extraídos é através do beneficiamento. Uma das estruturas utilizadas neste processo são as barragens de contenção de rejeitos. Elas são utilizadas para reter os resíduos produzidos no processo. Os rejeitos não possuem vantagens lucrativas, mas são altamente danosos ao meio ambiente e por isso são armazenados. Em 2015 a barragem de contenção de rejeitos de Fundão pertencente à mineradora Samarco S/A se rompeu causando o maior desastre ambiental de Minas Gerais. A barragem de Fundão está inserida na Bacia Hidrográfica do Rio Gualaxo do Norte, afluente da Bacia Hidrográfica do Rio Doce. O rompimento ocasionou o despejo de lama sobre os cursos d água seguindo em direção leste passando por mais de quarenta municípios até o estado do Espírito Santo onde atingiu o Oceano Atlântico (IBAMA, 2015). Tecnologias que permitem o auxílio no monitoramento de barragens remotamente possuem ampla utilidade e importância na detecção, avaliação e prevenção de desastres ambientais. O sensoriamento remoto, por exemplo, teve grande avanço nos últimos anos. Os últimos satélites lançados apresentam em seus sensores de imageamento diversas características inovadoras como melhores resoluções permitindo mais precisão para diversos estudos (SAUSEN & LACRUZ, 2015). Uma técnica mais simplificada para análise de alterações da cobertura do solo é a Composição Colorida Multitemporal (CCM). Esse método é muito utilizado em imagens provenientes de radares sendo a única forma de relacionar cores a tais imagens, pois elas só são em preto e branco (KRAVTSOVA & BALDINA, 2006). Para sua realização são utilizadas imagens com datas de imageamento diferentes. Para cada data é conferida uma falsa cor da composição colorida RGB: Red (Vermelho), Green (Verde) ou Blue (Azul). As alterações temporais serão aparentes em consequência da

3 3 combinação executada. A interpretação da CCM dependerá de quais bandas são associadas à RGB. Kravtsova & Baldina (2006) sugerem diversos métodos de elaboração e aplicação da CCM. Em um dos estudos apresentados pelos autores é mostrada a alteração da cobertura sazonal do solo de uma determinada área na porção central da Rússia. Cada cor da composição colorida RGB foi associada a uma estação do ano. Como resultado ficaram evidentes as características da cobertura do solo para as três estações do ano, principalmente quanto à disposição hídrica da vegetação. (KRAVTSOVA & BALDINA, 2006). Para identificação da expansão urbana da porção sul da Região Metropolitana de Belo Horizonte (RMBH) Santana & Jardim (1998) utilizaram o método de CCM utilizando imagens dos anos de 1989 e 1996 do satélite Landsat 5 sensor TM. Foram selecionadas as bandas 3 das duas imagens. A composição colorida se deu com a sobreposição das cores azul e verde para a imagem de 1989 e a vermelha para a de Como resultado as alterações ocorridas foram destacadas pela coloração em vermelho sendo associada a atividades mineradoras e áreas urbanizadas. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é analisar por meio da técnica de composição colorida multitemporal (CCM), as alterações de uso e cobertura do solo na Bacia do Rio Gualaxo do Norte atingida pelo rompimento do sistema de contenção de barragem de rejeitos de Fundão. Serão utilizados para o estudo ferramentas disponíveis gratuitamente como imagens provenientes do satélite Landsat 8, sensor OLI, uma antes e outra após o evento para serem processadas no software de SIG Spring. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDOS O recorte espacial para este estudo se dá pela bacia hidrográfica onde houve o rompimento da barragem de Fundão, a Bacia do Rio Gualaxo do Norte. A escolha por

4 4 bacia se dá pela visão sistêmica e integrada do ambiente implicado às bacias hidrográficas (BOTELHO; SILVA, 2004). Com ,49 km² de área a bacia está inserida em três municípios mineiros: Ouro Preto (montante da bacia na porção nordeste do município), Mariana (compreende a maior parte da bacia na porção norte do município) e Barra Longa (jusante da bacia na porção noroeste do município). O rompimento da barragem de Fundão ocorreu no Córrego Santarém, um dos afluentes da Bacia que por sua vez é afluente do Rio do Carmo um dos principais contribuintes da Bacia Hidrográfica do Rio Doce. A Figura 1 mostra a localização da área de estudo e o encarte da figura os municípios nela inseridos. Os pontos escolhidos para análise também são mostrados na figura. Figura 1: Localização da Bacia Hidrográfica do Rio Gualaxo do Norte - MG. A porção a montante da Bacia é cortada pela rodovia MG e a rodovia MG à jusante. Ambas permitem escoamento das produções da região no sentido sul em direção ao estado de São Paulo e oeste em direção ao litoral.

5 5 A ocupação de Mariana teve seu início no século XVII, sobretudo devido à atividade de exploração de pedras e minerais preciosos encontrados na época. As demais atividades econômicas da região perpassam por agricultura de subsistência, pecuária, silvicultura, dentre outras. Devido às construções do período barroco e por magníficas paisagens cênicas o turismo é outra atividade de grande impacto econômico para o local (SUPRAM ZM, 2014). A cobertura litológica é constituída na maior parte da Bacia por xistos. Nas áreas a montante são encontradas feições quartizíticas, assim como dolomitos, itabiritos e filitos representantes da unidade de topo do Supergurpo Minas e da Formação Santo Antônio do Grupo Itacolomi (CPRM, 2015). O relevo se apresenta mais dissecado, principalmente a montante da bacia. Nas regiões mais baixas são encontradas formações como opdalito, norito, enderbito e metagrauvaca (CPRM, 2015). A maior parte da Bacia possui Latossolo Vermelho-Amarelo como cobertura pedológica. Dessa forma, encontramos na região Mata Atlântica principalmente pela fitofisionomia da Mata Semidecidual Estacional de Montana como cobertura vegetal. Algumas áreas ainda possuem forte presença de silvicultura. A montante da Bacia é onde se encontra a maior parte das atividades de extrativismo mineral. Nela é identificada a presença de Cambissolos e Afloramentos Rochosos. Nesta porção, ainda, encontramos como vegetação predominante os campos rupestres ou campos de altitude. Correlacionado principalmente à altimetria e sua localização latitudinal a divisão climática de Köppen desta área é a Cwa que corresponde ao clima temperado úmido com invernos secos e verões quentes. PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS Após definido o tema e os objetivos os dados foram adquiridos e as ferramentas a serem utilizadas foram selecionadas. Todas estas etapas e as que virão foram e serão

6 6 acompanhadas por revisões bibliográficas contendo experiências práticas e empíricas relacionadas à temática. Como parte do objetivo é trabalhar com ferramentas disponíveis as imagens utilizadas são provenientes do satélite Landstat 8 1 e dispostas no acervo digital de imagens do INPE. Ele possui resolução espacial de 30m nas bandas multiespectrais e de 15m na pancromática. Sua resolução radiométrica é de 16 bits 2 e seu período de revisita é de 16 dias. O tamanho aproximado de sua cena é de 170 km ao norte-sul por 183 km a leste-oeste. A plataforma Landsat 8 opera com dois instrumentos imageadores: Operacional LandImager (OLI) com as bandas 1 a 7 e 9 multiespectrais e a banda 8 pancromática e Thermal Infrared Sensor (TIRS). A primeira imagem escolhida apresenta tempo aproximado de um mês antes ao rompimento da barragem e a outra de uma semana depois. Foram filtradas as imagens que apresentassem menor incidência de nuvens. Dessa forma, as datas das imagens correspondem a 11 de outubro de 2015 e 12 de novembro de As imagens pertencem à Órbita-Ponto Para este trabalho as bandas utilizadas serão: banda 4 (visível-vermelho 0,630µ 0,680µ, útil para identificação da vegetação) e a banda 8 (pancromática 0,500µ 0,680µ que possui 15m de resolução espacial), que será utilizada para fusão das composições. Com o objetivo de melhorar a resolução espacial ou espectral de imagens de satélite para que sejam facilitadas as identificações dos diferentes alvos dispostos nas cenas foi utilizada a técnica de fusão de imagens. Ela consiste na geração de novas imagens a partir de múltiplas outras fotografias aéreas, radar, multiespectrais e 1 O programa Landsat surgiu em 1972, como parte do Programa de Levantamento de Recursos Terrestres da NASA, em conjunto com outras agências federais dos EUA. O Landsat8 é o mais recente satélite da série, lançado em Este satélite apresenta em seus sensores alterações nos intervalos espectrais apresentando melhorias na resolução espectral bits equivale a uma imagem com níveis de cinza.

7 7 pancromáticas extraindo informações espaciais e/ou espectrais. O método de fusão executado transformou uma composição colorida (RGB) de imagens multiespectrais em componentes IHS sendo Intensidade (I), matiz (H) e Saturação (S). Posteriormente o componente I é eliminado sendo substituído por uma imagem pancromática com melhor resolução espacial. Esse novo esquema (Banda pancromática+h+s) gera três outras imagens com resolução espacial melhor, porém forçada (GONZÁLES & WOODS, 2000). Baseado no trabalho elaborado por Santana & Jardim (1998) a banda 4 referente ao mês de outubro foi associada às cores azul e verde da composição RGB e banda 4 referente ao mês de novembro foi associada à cor vermelha da mesma composição. Dessa forma, as alterações serão destacadas em vermelho. As imagens tiveram seus contrastes ampliados através da manipulação do histograma no programa SPRING versão 4.1 disponibilizado pelo INPE. O projeto possui coordenadas UTM e Datum WGS84 com delimitação do retângulo envolvente abrangendo a área de estudo. RESULTADOS E DISCUSSÕES A Composição Colorida Multitemporal (CCM) feita a partir das bandas 4 das imagens de outubro e novembro de 2016 com as cores azul e verde associadas à primeira data e vermelha à segunda permitiu a verificação de alterações na cobertura do solo da Bacia do Rio Gualaxo do Norte. As principais alterações ocorreram no Córrego Santárem e no Rio Gualaxo do Norte ou em suas áreas mais próximas. Isso se deve ao fato de que o rompimento da barragem de Fundão ter ocorrido no Córrego Santárem afluente do Rio Gualaxo do Norte. As alterações são visualmente reconhecidas pela coloração em vermelho. A Figura 2 o resultado da composição colorida multitemporal nas duas áreas escolhidas para análise.

8 Figura 2. A área A apresenta alterações ocorridas no Córrego Santárem. A área B apresenta alterações no Rio Gualaxo do Norte. 8 A) B) A área (A) apresenta alterações ocorridas no Córrego Santárem a alguns metros do rompimento da barragem de Fundão. A força que impulsionou a lama criou refluxos para além da calha e da superfície de alagamento. Essa área está próximo ao subdistrito de Mariana, Bento Rodrigues, que foi inteiramente destruído pela lama. A cor vermelha mais intensa apresenta, possivelmente, altos valores de densidade da lama em relação a outras partes dos cursos de água. Já a área (B) apresenta alterações ocorridas no Rio Gualaxo do Norte a aproximadamente 15 km do rompimeto da barragem. Essa porção da bacia da bacia está localizada entre as regiões à montante e jusante. As características apresentadas na imagem são semelhantes à que vemos no Córrego Santárem sendo substituição da água do rio pela mistura de água e lama. Para ambas as situações e por todo Rio Gualaxo do Norte vemos supressão da vegetação ciliar ou de outros usos que havia. As tonalidades de vermelho mais claras mostram até onde a lama atingiu na planície de inundação dos cursos de água ou para além deles. A expansão da área dos rios revela novas formas que eles terão após o

9 9 rompimento, assim como ausência de vegetação ciliar que pode acarretar em diversas consequências como o aumento de susceptibilidade à erosão podendo aumentar o processo de assoreamento dos rios. Segundo Schaefer et al. (2016) o material depositado é uma mistura de areia, silte e argila sendo pobre em nutrientes e com forte desagregação (SCHAEFER et al., 2016). Toda a bacia do Rio Doce possui histórico de ocupações nas áreas muito próximas aos cursos de água não respeitando onde seriam áreas de preservação. Com o rompimento áreas de cultura, comunidades tradicionais e áreas urbanas foram diretamente afetadas pela lama. Nas regiões de cabeceiras da bacia não foram percebidas alterações devido ao recorte espacial escolhido que privilegiou as alterações pelo rompimento da barragem. Ao longo de todo Rio Gualaxo do Norte foi perceptível notar forte presença de lama. CONSIDERAÇÕES FINAIS A técnica de CCM se mostrou eficiente para identificação de alterações temporais da cobertura do solo sem o uso de processamentos mais complexos de imagens. Entretanto, devido a resolução espacial das imagens Landsat 8 o estudo se mostrou ineficaz no reconhecimento de alguns alvos importantes como tipos de cobertura específicos próximos à calha dos cursos de água como diferenciação entre cultura ou outros usos. Mesmo realizando a técnica de fusão e obtendo imagens com resolução espacial de 15m recomenda-se para a continuação dos estudos com análise multitemporal a utilização de imagens de satélite com melhor resolução espacial. Este trabalho é o primeiro de um projeto que pretende avaliar as áreas de abrangência das 20 maiores barragens de rejeitos em Minas Gerais em caso de rompimento. As próximas etapas consistirão na qualificação e quantificação das

10 alterações da cobertura do solo ocorridas na Bacia do Rio Gualaxo do Norte após o rompimento da barragem de Fundão. 10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BOTELHO, R. G. M.; DA SILVA, A. S. Bacia hidrográfica e qualidade ambiental. In: VITTE, A. C.; GUERRA, A. J. T. Reflexões sobre a geografia física no Brasil. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, BRASIL. Lei 7.990, de 28 de dezembro de Institui a compensação financeira pelo resultado da exploração de petróleo ou gás natural, de recursos hídricos para fins de geração de energia elétrica e de recursos minerais. Brasília, DF, 18 de janeiro Disponível em: < Acesso em 22 de junho de CPRM. Monitoramento Especial do Rio Doce. CPRM: Belo Horizonte, Publicado em < Criticos/Monitoramento-Especial-do-Rio-Doce-4057.html>. Acesso em 14 de março de GONZALEZ, R.C.; WOODS, R.E. Processamento de imagens digitais. São Paulo: Ed. Edgard Blücher, IBAMA. Laudo Técnico Preliminar: Impactos ambientais decorrentes do desastre envolvendo o rompimento da barragem de Fundão, em Mariana, Minas Gerais. Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Renováveis. Diretoria de Proteção Ambiental DIPRO e Coordenação Geral de Emergências Ambientais CGEMA. Brasília, Disponível em

11 11 < ar.pdf>, acesso em 14 de março de INMET. Normais climatológicas do Brasil Instituto Nacional de Meteorologia: Brasília, Disponível em < Acesso em 25 de junho de KRAVTSOVA, V. I.; BALDINA, E. A.. Study of natural and economical objects dynamics by color composition of multitemporal images. Anais ISPR Midterm Symposium, 2006, Netherlands, p Disponível em < isprs. org/proceedings/xxxvi/part7/pdf/205.pdf>> Acesso em 28 de maio de PORTAL DO BRASIL. Setor mineral representa 4% do PIB brasileiro. Brasília, Brasília, Disponível em < Acesso em 28 de março de SANTANA, I. L.; JARDIM, H. l. Monitoramento das alterações do uso e ocupação da terra através do sensoriamento remoto orbital na porção sul da região metropolitana de Belo Horizonte: a técnica composição colorida multitemporal. Artigo elaborado a partir da monografia do 1º Curso de Especialização em Geoprocessamento do IGC/UFMG. Belo Horizonte, SAUSEN, T. M.; LACRUZ, M. S. P. Org. Sensoriamento remoto para desastres. São Paulo: Oficina de textos, SCHAEFER, C. E. G. R.; SANTOS, E. E. dos.; FILHO, E. I. F.; ASSIS, I. R. de. Paisagens de Lama: Os Tecnossolos para recuperação ambiental de áreas afetadas

12 12 pelo desastre da barragem do Fundão, em Mariana. Boletim Informativo da Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, Campinas, v. 42, n. 1, p SUPRAM ZM. Parecer técnico supram ZM Nº: /2011. Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável: Belo Horizonte, In. GIAIA. Disponível em < adendo.pdf>. Acesso em 30 de maio de 2016.