MAPEAMENTO E CARACTERIZAÇÃO MORFOMÉTRICA DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO LOURENÇO VELHO, SUL DO ESTADO DE MINAS GERAIS-BRASIL Thomaz Alvisi de Oliveira thomaz.oliveira@ifsuldeminas.edu.br Instituto Federal do Sul de Minas Gerais-IFSULDEMINAS/Poços de Caldas Adler Guilherme Viadana adlergv@rc.unesp.br Universidade Estadual Paulista-UNESP/Rio Claro 146 RESUMO Este trabalho apresenta um estudo geomorfológico desenvolvido na bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho, porção sul do estado de Minas Gerais. Refere-se ao mapeamento e à caracterização dessa unidade de área, em escala média, por meio da elaboração de cartas morfométricas em ambiente SIG, utilizando-se uma imagem ASTER do satélite EOS AM-1, com posterior correlação entre as mesmas e o cenário litoestrutural da área, no intuito de investigar as relações aí existentes. Atividades em campo orientaram a checagem e a calibragem das informações. O trabalho aqui apresentado é parte de um estudo mais aprofundado sobre o planejamento territorial da bacia hidrográfica em questão. Palavras-chave: bacia hidrográfica; morfometria; imagem de satélite. Eixo 1 Geomorfologia, Morfotectônica e Dinâmica da Paisagem. ABSTRACT This paper presents a study conducted in geomorphological Lourenço Velho river basin, the southern portion of the state of Minas Gerais. Refers to the mapping and characterization of this unit area in medium scale, through the preparation and analysis of morphometric maps in a GIS environment, by using a ASTER image of the EOS AM- 1 satellite, with subsequent correlation between the same and the litoestrutural scenery of area, in order to investigate the relationships existing therein. Field activities were conducted for verification and calibration information. The work presented here is part of further study on Territorial planning of the river basin in question. Keywords: river basin; morphometry; satellite image.
Axis 1 - Geomorphology, Morphotectonic and Dynamic of the Landscape INTRODUÇÃO A bacia hidrográfica é a unidade de área de superfície resultante da compartimentação natural dos terrenos compreendidos por divisores topográficos. Essa unidade é aquela de ocorrência dos processos advindos da integração entre elementos do meio físico e biológico em contato ou não com os culturais. É ainda, o limite geográfico a ser considerado por projetos de cunho ambiental, em acordo com a Lei n. 6.938/81, normatizada pela resolução do CONAMA 001/86. A caracterização de bacias hidrográficas com base no levantamento das informações geomorfológicas dos terrenos a elas correlatas pode se apresentar como um balizador para o desenvolvimento de trabalhos contextualizados na análise ambiental, na prevenção de riscos e no estabelecimento de unidades de paisagens em acordo com os pressupostos geossistêmicos divulgados pelas escolas russa e francesa de Geografia. Mas, além dessas temáticas, a caracterização geomorfológica de bacias hidrográficas tem-se apresentado como fundamento importante para os trabalhos dirigidos ao planejamento territorial mediante a correlação a outros dados do meio físico, com destaque para aqueles de cunho geológico. Nesse sentido, os dados morfométricos possuem relevância, uma vez que podem repassar informes sobre as características geométricas das formas da superfície frente às relações que se processam entre estas e as condições geológicas da área em estudo, expressas pelo comportamento dos alinhamentos e contatos litoestruturais. É nesse contexto que a bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho, locada na porção sul do estado de Minas Gerais, aparece aqui como palco principal para apresentação de trabalho orientado ao mapeamento morfométrico, efetuado em ambiente SIG, para caracterização dessa unidade ante a correlação entre os resultados obtidos com tal mapeamento e o contexto litoestrutural da área. 147 OBJETIVOS Objetivou-se a elaboração de mapas morfométricos de hipsometria, declividades e orientação das vertentes, em escala 1:100.000, da bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho, tendo como recurso uma imagem ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) do satélite EOS AM-1. Os resultados, apresentados sobre a forma de documentos cartográficos temáticos, foram confrontados com as informações geológicas pré-existentes, com destaque para
aquelas referentes aos alinhamentos estruturais e contatos litológicos presentes nessa unidade de área, para investigação das relações que aí se processam. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA A bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho insere-se no contexto da região Sudeste do Brasil, mais especificamente na porção sul do estado de Minas Gerais. É unidade hidrográfica com 655 km 2, tributária direta da bacia hidrográfica do rio Sapucaí pela porção direita, importante sistema hidrográfico regional e parte integrante da bacia hidrográfica do rio Grande, pertencente ao grande sistema hidrográfico do rio Paraná. (Figura 1) 148 Figura 1 Mapa de localização da bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho no contexto do estado de Minas Gerais e da grande bacia hidrográfica do rio Paraná. O rio Lourenço Velho é o nível de base da unidade de área estudada e suas nascentes contextualizam-se em terrenos pertencentes à região geográfica da Serra da Mantiqueira, a cotas superiores a 1.800 metros. Ao longo de seu curso drena uma sucessão de serras e superfícies escalonadas elaboradas em meio à tectônica Précambriana e retrabalhadas pela neotectônica cenozoica. O contexto geológico da bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho marca a presença dos granitóides pré-cambrianos vinculados à província geológica Mantiqueira
e dos depósitos aluvionares quaternários, pleistocênicos e holocênicos. Os Trabalhos desenvolvidos pela CPRM (2006) e por Trouw et. al. (2008) diferenciaram as litologias em Unidade, Formação, Corpo, Litofácie e Não definida. A classe Não definida correlaciona-se aos depósitos quaternários pleistocênicos e holocêncios, ainda sem diferenciação mais específica na área em estudo. Esses trabalhos mostraram também a existência de uma série de alinhamentos estruturais e contatos litológicos que em muito interferiram no estabelecimento e desenvolvimento das formas de superfície com destaque para os alinhamentos de serras e topos e aos padrões das drenagens. Os estudos desenvolvidos por Magalhães Jr. e Diniz (1997) em referência aos padrões e direções das drenagens na bacia do rio Sapucaí destacaram a dependência desses padrões em relação aos sistemas estruturais de direção principal NE-SW, NNE-SSW e ENE-WSW. Outros dois estudos desenvolvidos por Magalhães Jr. e Trindade (2004) pautado nas relações entre níveis paleotopográficos e domínos morfotectônicos na região sul de Minas Gerais e por Magalhães Jr. e Trindade (2005) sobre a morfodinâmica fluvial cenozoica em zonas de contato entre faixas móveis e cunhas tectônicas na mesma região, definiram um cenário de extrema dependência da morfodinâmica da superfície em relação ao substrato litoestrutural, resultando em uma série de planaltos escalonados em degraus e basculhados para NW. (MAGALHÃES JR. e DINIZ, 2004, p. 30). 149 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A cartografia geomorfológica e outras técnicas da geomorfologia podem ser aplicadas a uma série de trabalhos voltados a temas diversos como à análise da ação neotectônica nas formas de superfície, ao diagnóstico ambiental e em apoio ao planejamento territorial em diferentes unidades de área. A pertinência dessa aplicabilidade foi destacada, por exemplo, nos trabalhos de Cunha et. al. (2005), de Marques Neto. et. al. (2008), de Marques Neto e Perez Filho (2013) e de Moura et. al. (2013). Cunha et. al. (2003) apresentaram resultados advindos de estudo comparativo de técnicas de mapeamento geomorfológico empregados na gestão do ambiente onde informaram a relevância dos repasses de Tricart (1965, apud CUNHA et. al., 2005, p. 8) a respeito da necessidade da interpretação das condições litológicas, as quais, as formas de superfície estão relacionadas, principalmente no que toca à resistência da litologia ao ataque dos processos geomórficos.
Marques Neto et. al. (2008) em estudo morfométrico orientado à execução do plano de manejo da floresta nacional de Passa Quatro, estado de Minas Gerais, mostraram a eficácia e a relevância do mapeamento morfométrico pautado na elaboração de cartas de declividade, dissecação vertical e dissecação horizontal no conjunto dos dados que compuseram o diagnóstico geomorfológico da bacia hidrográfica do rio da Cachoeira. Para os autores op. cit. as informações morfométricas assumem caráter de importância nos trabalhos orientados ao planejamento do uso da terra. Marques Neto e Perez Filho (2013) investigaram a relação entre a morfologia e a tectônica ativa na bacia do rio Verde, limítrofe à bacia do rio Lourenço Velho e, também, parte integrante do sistema hidrográfico do rio Grande. O trabalho relacionou a conformação morfológica dos terrenos aos efeitos da tectônica quaternária na região ante a adoção de uma série de parâmetros de cunho morfométrico. Em conclusão ao trabalho destacaram a importância dos agentes endógenos e da incisão vertical na morfogênese regional (MARQUES NETO e PEREZ FILHO, 2013, p. 321). Moura et. al. (2013) aplicaram índices morfométricos na investigação dos efeitos da tectônica atual na bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho e mais uma vez, a estrutura geológica assumiu papel de destaque na conformação dos padrões e formas de superfície. Este trabalho reveste-se de importância significativa para o estudo ora apresentado por se tratar da mesma unidade de área analisada, com resultados que confirmaram as relações existentes entre a evolução e configuração litoestrutural e os padrões morfométricos da superfície. Trabalhos desenvolvidos em ambiente SIG e pautados no estudo de informações morfométricas de bacias hidrográficas foram realizados por Coutinho et. al. (2011) na caracterização morfométrica da bacia hidrográfica do rio da Prata, município de Castelo-ES; por Ferrari et. al. (2013) em análise morfométrica da subbacia hidrográfica do córrego Horizonte em Alegre-ES e por Machado e Lima (2013) em mapeamento geomorfológico morfométrico e morfográfico da bacia hidrográfica rio Água Limpa no estado de Goiás. Esses trabalhos mostraram a versatilidade do programa ArcGis 9.3 quando utilizado para estudos envolvendo a morfometria do relevo, bem como da utilidade das imagens de satélite como documento base para o desenvolvimento de tais estudos, perante a extração das informações morfométricas. 150 MATERIAIS E MÉTODOS Materiais
Foi utilizada uma cena ASTER do satélite EOS AM-1, meridiano central de 46 0 W, com resolução espacial de 30x30 metros, adquirida em ambiente virtual. A mesma foi ajustada posteriormente à escala do trabalho, para a obtenção das informações sobre hipsometria, declividade e orientação das vertentes da bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho. As folhas topográficas Itajubá (IBGE,1971) SF.23-Y-B-III-3; Lorena (IBGE, 1975) SF.23-Y-B-VI-2; Santa Rita do Sapucaí (IBGE,1971) SF.23-Y-B-II-4; Virgínia (IBGE,1971) SF.23-Y-B-III-4, todas em escala 1:50.000, foram utilizadas nas atividades de extração da rede de drenagem, nas atividades de campo e na calibragem e checagem das informações, com adaptações escalares necessárias. Foi utilizado o programa Global Mapper 11 para o georreferenciamento das folhas topográficas e adequação da imagem ASTER aos pressupostos do trabalho. O programa ArcGis 9.3 foi utilizado para a extração das informações morfométricas da área em estudo e editoração dos mapas. Os estudos de Trouw et. al. (2008), voltados ao mapeamento geológico da região aqui estudada, culminaram na edição da carta geológica de Itajubá (SF.23-Y-B- III). Esse trabalho, juntamente com outro, elaborado pela CPRM (2006) foram aqueles que possibilitaram a efetivação das considerações a respeito do arcabouço geológico/estrutural e sua relação com a morfometria da bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho. Além desses, são destaques as bibliografias especializadas, consultadas em caracterização à área. Métodos A primeira etapa do trabalho desenvolveu-se no programa GLOBAL MAPPER 11 e englobou o georreferenciamento das folhas topográficas e formação de um mosaico com cobertura integral da área de estudo por meio da utilização da ferramenta image rectifier. O Datum South America 1969 (SAD69) foi definido como referencial para as distâncias horizontais. Como sistema de projeção foi adotado o sistema UTM (Universal Transversa de Mercator). Em etapa subsequente a cena ASTER foi adequada ao mosaico anteriormente criado com as folhas topográficas, utilizando-se a ferramenta configuration do mesmo programa. Assim, elaborou-se a base cartográfica inicial composta pelo mosaico das folhas topográficas e pela imagem ASTER. A etapa seguinte foi referente à extração da rede de drenagem junto ao programa GLOBAL MAPPER 11, com base no mosaico de folhas topográficas. A rede de drenagem foi, posteriormente, acoplada às informações cartográficas morfométricas. Em sequência, os dados relacionados à hipsometria foram extraídos da cena ASTER no programa ArcGis 9.3, utilizando-se o método manual da ferramenta 151
classified do menu LAYER PROPERTIES. Foram estabelecidas onze classes hipsométricas com diferenças altimétricas de 150 metros e que perfizeram valores definidos entre inferiores a oitocentos e cinquenta metros (<850 m) a superiores a dois mil e duzentos metros (>2.200 m). Os dados de declividade foram, também, extraídos no programa ArcGis 9.3 mediante a utilização da ferramenta slope, calibrada em graus. Foram, posteriormente, definidas cinco classes de declividades a partir da ferramenta classified do menu LAYER PROPERTIES, e que perfizeram valores definidos entre inferiores a cinco graus (<5 0 ) a superiores a quarenta e cinco graus (>45 0 ). Para a aquisição das informações pertinentes à orientação das vertentes a imagem ASTER foi trabalhada no programa ArcGis 9.3 em manipulação à ferramenta aspect, que permite a visualização, em ângulo, da exposição das vertentes. A orientação das faces com seus respectivos ângulos de orientação se deu mediante a utilização da mesma ferramenta citada anteriormente, classified, calibrada para os quadrantes Norte (N), Nordeste (NE), Noroeste (NW), Leste (L), Sudeste (SE), Sul (S), Sudoeste (SW) e Oeste (O). Terminados os trabalhos de aquisição das informações morfométricas, procedeu-se à correlação entre estas informações e o contexto litoestrutural da área em estudo, por meio de consulta à bibliografia especializada e aos mapeamentos geológicos elaborados por Trouw et. al. (2008) e pela CPRM (2006). As informações estruturais, foram transferidas para os mapas morfométricos a fim oferecer melhor visualização aos resultados. Atividades em campo auxiliaram a caracterização e a checagem das informações levantadas em gabinete. 152 RESULTADOS Na bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho os alinhamentos e contatos litoestruturais exerceram função primordial no escalonamento do relevo, nas declividades acentuadas e na configuração e orientação dos vales e topos de interflúvios. O mapa hipsométrico da bacia expôs um cenário composto por amplitudes topográficas significativas, tanto no que se refere à diferença altimétrica entre foz e nascente da drenagem principal, superior a 1450 metros, quanto às diferenças altimétricas entre fundos de vale e topos dos interflúvios das drenagens tributárias, não raro, superiores a 400 metros. Altitudes inferiores a 850 metros concentram-se junto à planície do Lourenço Velho, a partir do ponto de cruzamento do canal com o alinhamento pertencente à
Zona de cisalhamento de Maria da Fé. À montante deste ponto ocorre um aumento progressivo das altitudes culminando com o registro de cotas superiores a 2.000 metros nas porções limítrofes leste, nordeste e sudeste. À jusante, as altitudes decrescem gradativamente, porém, sustentam em geral, a cota mínima de 1.000 metros, exceção feita à planície do Lourenço velho, com altitudes citadas anteriormente. Esse cenário comprova o escalonamento do relevo em função do comportamento do arcabouço litoestrutural e da consequente ação da morfodinâmica de superfície, conforme já apontado em estudos anteriores. (Figura 2) 153 Figura 2 - Mapa hipsométrico da bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho-MG, destacando as diferenças altimétricas entre nascentes e foz da drenagem principal e das drenagens tributárias. Igualmente à hipsometria, o mapa de declividades destacou a importância da estrutura na conformação da morfometria na unidade de área considerada. Os lineamentos de serras produzidos pelas zonas de cisalhamento de Maria da Fé e Caxambu, com mergulho de aproximadamente 80 0 NW e a presença da falha reversa de Marmelópolis e dos contatos litológicos incentivaram a instalação de declives superiores a 25 0, podendo chegar a 45 0, principalmente nas porções de ocorrência de rupturas de declives atreladas à presença de escarpas de falhas.
De forma geral, são comuns na bacia rampas com inclinações entre 15 0 e 25 0, exceção aos fundos de vales, onde as declividades oscilam ente 5 0 e 15 0, atingindo valores inferiores a 5 0 nos vales mais amplos. (Figura 3) 154 Figura 3 - Mapa de declividades da bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho-MG, com informações sobre a pertinência dos alinhamentos estruturais na configuração dessa variável morfométrica. O mapa de orientação das vertentes foi outra resposta da conformação morfométrica à configuração dos alinhamentos estruturais e aos contatos litológicos (erosão diferencial), posicionando grande parte da área em orientação às direções NE/SW. À montante da zona de cisalhamento de Caxambu, na porção meridional da bacia, o alinhamento de cristas e vales foi explicitado por esse documento cartográfico. Os alinhamentos correlatos à zona de cisalhamento de Caxambu e à zona de cisalhamento de Maria da Fé de direção NE/SW influenciaram o encaixe das drenagens principais e, consequentemente, o seu aspecto retilinizado. Igualmente acontece com os topos, alinhados na mesma direção. Outras estruturas lineares representadas pelos contatos litológicos e por planos de menor resistência ao ataque erosivo foram, também, elementos orientadores das drenagens e dos seus padrões.
Estes aspectos foram retratados por Magalhães e Diniz (1997), em alusão ao fatiamento do relevo em diversas cristas de direção principal NE/SW e à padronagem paralela das drenagens, reflexos dos sistemas estruturais de direções NE/SW, NNE/SSW e ENE/WSW. (Figura 4 e Figura 5) 155 Figura 4 - Mapa de orientação das vertentes da bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho-MG, explicitando as orientações preferenciais das vertentes em função da configuração dos alinhamentos estruturais. Autor: OLIVEIRA, T.A, 2011
Figura 5 Visada de E para W da bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho com destaque para o lineamento dos topos de interflúvios em conformação com os alinhamentos e contatos litoestruturais presentes na unidade. CONCLUSÕES Os métodos utilizados para a extração das informações morfométricas da bacia bem como os programas escolhidos para a o georreferenciamento da base cartográfica e posterior confecção dos mapas temáticos, mostraram-se eficazes permitindo-se correlacionar a geometria das formas de superfície aos alinhamentos e contatos litoestruturais existentes na unidade de área. As imagens ASTER mostraram possuir grande poder de resposta aos estudos orientados à morfometria do relevo. A relação entre a morfometria e as estruturas geológicas na bacia hidrográfica do rio Lourenço Velho responde às mesmas considerações atinentes a outros trabalhos desenvolvidos anteriormente nas porções circunvizinhas e aqui, foram explicitadas espacialmente por meio da cartografia morfométrica. Os alinhamentos e contatos litoestruturais são agentes definidores da orientação dos topos de interflúvio e, consequentemente, propulsores do encaixe das drenagens principais e do trabalho erosivo destas em direção ao desgaste dos terrenos na bacia hidrográfica do rio Lourenço velho, promovendo um quadro hidrográfico marcado pela presença de padrões paralelos. Os estudos ora desenvolvidos mostraram ser de forte relevância para o embasamento de trabalho pautado no planejamento territorial da unidade de área em questão, desenvolvido posteriormente. 156 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRASIL. Conselho Nacional do Meio Ambiente-CONAMA. Resolução n.001, de 23 de janeiro de 1986. Dispõe sobre critérios básicos e diretrizes gerais para o Relatório de Impacto Ambiental RIMA. Diário Oficial [da] República Federativa do Brasil, Brasília, DF, 17 fev. 1986. BRASIL. Lei nº 6.938, de 31 de agosto de 1981. Dispõe sobre a Política Nacional do Meio Ambiente, seus fins e mecanismos de formulação e aplicação, e dá outras providencias. Diário Oficial [da] República Federativa do Brasil, Brasília, DF, 02 set.1981.
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