Anais XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 13 a 18 de abril de 2013, INPE

Estimativa de largura de rios, a partir de imagens do Google Earth e mapas de hierarquia fluvial, para o mapeamento de Áreas de Preservação Permanente na alta bacia do rio Jaguari, MG. Edson Antonio Mengatto Junior1 Marcos César Ferreira2 1

Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Geografia do IG-UNICAMP 2 Professor Associado do Departamento de Geografia, IG-UNICAMP Campinas, SP/ CEP: 13083-870 {edson.junior, macferre}@ige.unicamp.br

Abstract: The increasing of anthropogenic actions have caused serious changes and impacts on watersheds. Moreover, recent declines in the availability of good quality water needs the adoption of measures to guarantee supply. The vegetation tends to minimize the effects of erosion, leaching of soil nutrients and siltation, acting in the protection of water sources and preserving their ecological role. This picture shows that reliable information is needed on the quality and quantity within each river basin, extremely important factors for the management and proper planning from its use. Therefore, the watershed is as important object of analysis and planning, because it is a system that connects physical and man-made elements. Any changes in the basin components can be diagnosed and mapped through the use of RS and GIS. Among these new analytical tools, have yet to use Google Earth imagery. The aim of the study was to measure the average widths of the rivers, supporting the analysis of areas of permanent protection river of the high Jaguari basin. This method is efficient, requiring, however, field work to confirm the accuracy of the data analyzed.

Palavras-chave: remote sensing, riparian forest, drainage channels; sensoriamento remoto, mata ciliar, canais de drenagem

1. Introdução As crescentes pressões populacionais e de uso do solo em bacias hidrográficas têm provocado sérias alterações nos regimes hídricos e na qualidade da água. Entre as principais pressões mais recentes sobre os recursos hídricos, destaca-se o desmatamento (Angelsen e Kaimowitz, 2001). Algumas pesquisas (Silva et. al. 1998; Silva, 2003; Silva & Abdon, 1997) demonstram que o desmatamento, ocasionado sobremaneira junto às matas ciliares, provoca grave crise na manutenção dos recursos hídricos. Além disso, a recente diminuição na disponibilidade de água de boa qualidade, aliada ao fato de que, a cada dia, esta se torna mais escassa e preciosa, e ao mesmo tempo vital para as futuras gerações, mostra a urgência na adoção de medidas que visem garantir o abastecimento, regularizando assim, a vazão dos cursos d’água. A cobertura vegetal tende a minimizar efeitos erosivos, a lixiviação de nutrientes no solo e o assoreamento, atuando na proteção dos mananciais e preservando o seu papel ecológico. Este quadro mostra que são necessárias informações confiáveis sobre a qualidade e quantidade em cada bacia hidrográfica, fatores extremamente importantes para o gerenciamento e planejamento adequado a partir de sua utilização. De acordo com Jesus (2009), a bacia hidrográfica constitui-se em objeto de análise e planejamento, por ser importante sistema de inter-relações entre elementos antrópicos e físicos. A partir da rede de drenagem, das feições topográficas e da cobertura vegetal, quaisquer alterações no comportamento desses elementos podem ser diagnosticadas e mapeadas através de técnicas de Sensoriamento Remoto (SR) e Sistemas de Informações Geográficas (SIG). Ainda segundo este autor, pressões recorrentes desequilibram estes ambientes, gerando a necessidade de

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diagnósticos e prognósticos que orientem um planejamento e minimize os impactos ambientais. No caso dos recursos hídricos, é imprescindível uma exploração racional, o que requer um planejamento consistente que priorize tanto a qualidade como a quantidade da água, visando atender as demandas de consumo humano, agrícola, industrial e de fornecimento de energia, entre outros. O avanço na obtenção de dados geográficos alcançou utilidade prática para mapeamentos e planejamento da Terra, sendo que a possibilidade de se ter imagens de uma feição ou área mensurável permite que dados vetorizados a partir dessas imagens tornem-se mapas com fidelidade geométrica, permitindo assim a medição desses produtos em escala apropriada (Lopes & Nogueira, 2011). A relação atual da sociedade com a cartografia se intensificou após o lançamento do Google Earth, um marco em relação à divulgação de imagens provenientes de sensores remotos acoplados a satélites. Este sistema disponibiliza para sociedade uma ferramenta simples de manipulação de imagens de alta resolução, que possibilita, além do processo de simples visualização dessas imagens, a vetorização de pontos, linhas e polígonos, e ainda, a sobreposição de pontos gerados por outros processos de levantamento, como por exemplo, pontos resultantes de sistemas de posicionamento global por satélite. A baixa disponibilidade de mapeamentos do território brasileiro, além de dificuldades de obtenção de dados consistentes com elevada acurácia e a falta de padronização, são fatores que ocasionam maior disseminação no uso do software Google Earth. Robinson et. al. (1995) destacam que uma das maiores mudanças sofridas na cartografia é o fato de que os cartógrafos estão perdendo certo controle que exerciam no passado, pois quando o mapa impresso era o único produto derivado de seu esforço, os cartógrafos podiam exercer certo controle em relação à sua informação, já que os usuários dos mapas poderiam extrair de um mapa somente os que lhes haveria sido disponibilizado no próprio mapa. Nos dias atuais, com a tecnologia digital crescente, a situação se torna diferente, pois os usuários podem selecionar as informações que desejam incluir e obter por meio de visualização rápida e interativa. Com isso, o processo de mapeamento está se tornando descentralizado, já que o papel significativo do cartógrafo, hoje, assume as responsabilidades das fases preparatórias, anteriores ao mapeamento, enquanto o usuário do mapa passa a assumir as tarefas de produção de mapas que demonstrem suas necessidades e interesses. Como exemplo deste quadro, se discute a importância que se dá em relação à escala de trabalho, já que desde os primórdios da cartografia, era de costume tradicional sempre compilar um mapa maior para escalas menores. Nos dias de hoje, os cientistas cartográficos ainda podem aderir a tal exemplo, mas os usuários (aqueles que usufruem do produto) podem ou não aderir a ela. Este intervalo de escalas vai ser definido pela resolução de dados. Todavia, uma das preocupações que deve ganhar maior destaque pelos cartógrafos atuais e futuros são os padrões. Estes padrões são necessários para a manutenção de certa qualidade dos dados, as trocas de dados, além de hardwares e softwares de interoperabilidade, bem como os procedimentos utilizados para a coleção de dados. Maior ênfase, portanto, deve ser dada sobre a propagação de erros durante a análise, ganhando maior importância nas questões futuras. Para Lopes (2009), quando utilizado por profissionais qualificados, softwares específicos podem se tornar ferramentas importantes para a obtenção e atualização de bases cartográficas, desde que se conheça a limitação (precisão) do dado gerado na interpretação das imagens, como no caso do Google Earth. O banco de dados do Google Earth é derivado de uma mescla de imagens provenientes de sensores de diversas resoluções, dispostas de maneira a formar uma imagem contínua de todo o planeta (Lopes & Nogueira, 2011). Estas imagens são provenientes de diversas distribuidoras, e, podem ser alteradas periodicamente, sem

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necessidade de registro algum, ocasionando alguns erros de posição absoluta ou de deslocamento. O objetivo deste trabalho foi utilizar imagens provenientes do Google Earth e mapas de hierarquia fluvial para a estimativa da largura de rios e mapeamento de APPs. Este procedimento foi aplicado na alta bacia hidrográfica do rio Jaguari, situada no sul do estado de Minas Gerais. Caracterização da área de estudo A alta bacia hidrográfica do rio Jaguari (Figura 1) está inserida na Área de Proteção Ambiental (APA) Fernão Dias, localizada na divisa dos estados de São Paulo e Minas Gerais, ocupando parte dos municípios de Sapucaí-Mirim em sua porção norte, Camanducaia para sua porção central e Extrema, para sua porção Sul. Possui área aproximada de 514,8 km² e perímetro em torno de 165,5 km. Com rede hidrográfica de padrões retangular, treliça e dendrítico, a alta densidade de canais de drenagem, típica de ambientes serrana, e condicionada pela grande quantidade de fraturas, é responsável pela produção hídrica notável da APA Fernão Dias, resultantes de características climáticas favoráveis, dada pela sua posição latitudinal, pelas altas altitudes e pela relativa proximidade da costa atlântica (Ibitu, 1998). O clima da área de estudo, de acordo com a classificação de Köppen, é o subtropical de altitude (Cwb). As temperaturas médias são inferiores a 22° C no verão, e a 15° C no inverno, sendo comum, nos meses de junho e julho, temperaturas mínimas diárias inferiores a 0° C. Em relação ao regime pluviométrico, a alta bacia hidrográfica do rio Jaguari possui elevadas taxas de precipitação e de umidade atmosférica (médias anuais entre 1.600 e 1.800 mm), com apenas um ou dois meses secos durante o inverno, graças a forte radiação solar incidente nesta faixa latitudinal, à proximidade do oceano e à topografia da Serra da Mantiqueira, a qual favorece a ascendência orográfica (Ibitu, 1998).

Figura 1. Localização da alta bacia hidrográfica do rio Jaguari, MG

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2. Material e Metodologia A base de dados espaciais da alta bacia do rio Jaguari, MG utilizada nesta pesquisa é composta de dois documentos principais: a) Hidrografia, extraída de forma automática por meio de algoritmo disponível no ArcGis, 9.3, a partir do uso da imagem ASTER-GDEM de 18 de Abril de 2010; (b) Imagem Google Earth de 03 de Março de 2012. Esta base foi georreferenciada no sistema de projeção Universal Transversa de Mercator (UTM), zona 23S, datum SAD-69. A delimitação da alta bacia hidrográfica do rio Jaguari foi realizada de forma manual, utilizando-se como base, os vetores correspondentes aos canais de drenagem extraídos de forma automática da imagem ASTER–GDEM, com resolução espacial de 30 metros. Cartas topográficas na escala de 1:50.000, folhas Extrema, Camanducaia, Monteiro Lobato e Paraisópolis, foram também utilizadas como controle da qualidade do traçado e da localização dos pontos de controle. Na etapa de medida da largura dos canais de drenagem foram selecionadas seções amostrais de cada uma das ordens hierárquicas de drenagem classificadas de acordo com o método de Strahler (1952). A partir desta seleção, foram realizadas ampliações da imagem Google com o objetivo de se obter maior acurácia e facilitar a realização destas medidas (Figura 2). As medidas foram feitas transversalmente à linha de drenagem, com o objetivo de se estimar aí, as larguras encontradas para cada uma das amostras. Com as larguras médias aferidas, foram coletadas coordenadas dos pontos amostrados, e compilados para o software Excel, versão 2007, e calculadas as médias dos valores das amostras, ordem hierárquica encontrada para a área de estudo. Lopes & Nogueira (2011) utilizaram metodologia para avaliar a precisão cartográfica do Google Earth a partir das distâncias medidas em cartas e nestas imagens. A avaliação de distâncias medidas a partir de linhas interpretadas no Google Earth e linhas interpretadas na base de dados cartográficos mostrou erro médio de apenas 0,44%; para as áreas, o erro médio foi da ordem de 3,54% e, para os perímetros, de 1,39%. Portanto, para estes autores, a avaliação geométrica demonstrou resultados estatísticos significativos expressivos em suas três avaliações realizadas (ponto, linha e área) apontando valores que indicam a fidelidade geométrica da imagem do Google Earth às cartas convencionais. O mesmo trabalho concluiu que, utilizando-se um padrão de erro planimétrico fino (0,1 mm), o usuário poderá usar as informações vetorizadas no Google Earth em escalas iguais ou menores que 1:150.000 (Lopes & Nogueira, 2011 p. 2313-2314). Tendo como base os erros de precisão cartográfica definidos acima, nosso trabalho considerou como erro de precisão o valor de 0,44%, ou seja, para cada medida de largura de rio amostrado na imagem Google, considerou-se o erro de + 0,44% até – 0,44 %, aplicados às médias das medidas de largura em cada ordem hierárquicas. Por fim, para o traçado das faixas de APP fluvial, foram traçados buffers utilizando-se como base as medidas estabelecidas pelo Código Florestal brasileiro (Brasil, 1965) e as larguras médias dos rios, definidas a partir das amostras. 3. Resultados e Discussão A partir da extração da rede de drenagem da área de estudo, pode-se notar que a área possui alta densidade de canais, típicas de ambientes serranos, e, condicionada pela grande quantidade de fraturas e pelas características litológicas da área. A Figura 3, apresentada como mapa de drenagens geral da área de estudo classificadas de acordo com Strahler (1952), permite a visualização da distribuição espacial da drenagem da área de estudo, a qual

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apresenta em sua legenda a ordem hierárquica classificada segundo os métodos de Strahler (1952), diferenciando, através do uso de cores e distâncias, as ordens encontradas definidas. Junto à legenda, encontram-se também os valores de possíveis erros geométricos admitidos neste trabalho, cujo valor utilizado foi calculado sobre o valor de erro de 0,44%. Na Tabela 1 são mostrados os valores das médias de larguras dos rios estimados em imagem Google Earth, calculadas a partir de 60 amostras (10 amostras por ordem fluvial). Tabela 1. Valores de larguras médias de canais fluviais da alta bacia do rio Jaguari – MG, estimados em imagens Google Earth georreferenciadas, segundo a hierarquia fluvial dos respectivos canais. Ordens 1 2 3 4 5 6

Médias (m) n=60 0,98 (n=10) 1,43 (n=10) 1,96 (n=10) 2,12 (n=10) 4,67 (n=10) 6,60 (n=10)

Largura estimada (m) 0,98 ± 0,000196 1,43 ± 0,000286 1,96 ± 0,000392 2,12 ± 0,000424 4,67 ± 0,000934 6,60 ± 0,00132

A análise dos dados dispostos na Tabela 1 permite concluir que as áreas de proteção permanente para a bacia em estudo apresentam faixas necessárias de 30 metros de proteção para cada margem do rio. Esta definição toma por base o uso do Código Florestal Brasileiro, vigente desde 1965 (Figura 4).

Figura 2. Exemplo utilizado para cálculo da média das larguras dos rios, através do uso de imagens do Google Earth e da ferramenta “zoom”.

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Figura 3. Mapa de drenagens extraídas de forma automática, contendo as médias das larguras do rio e possíveis erros geométricos.

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Figura 4. Áreas de preservação permanente contendo 30 metros de cada lado do rio. Exemplo ampliado, permitindo maior nível de detalhes. Conclusões O método utilizado, baseado no uso de imagens do Google Earth para definição de larguras de rios, mostrou-se eficiente. Esta etapa torna-se importante devido à definição das larguras médias para cálculo. No entanto, a realização de trabalhos de campos para conferir a acurácia dos dados se faz necessária e essencial para a confirmação dos dados aferidos. O uso de ferramentas de geotecnologias, como os Sistemas de Informação Geográfica e o Sensoriamento Remoto, permitem um estudo mais detalhado da área de estudo, possibilitando diagnósticos e prognósticos que orientem um planejamento com vistas a minimizar os impactos ambientais. 1264

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A alta resolução espacial dos dados dispostos em imagens do Google Earth torna-se imprescindível para a realização de tal mapeamento e possível monitoramento, já que as nascentes (1ª ordem) de acordo com a classificação de Strahler (1952) apresentam elevada dificuldade de distinção, devido às pequenas larguras médias encontradas. No entanto, a escala de trabalho deve fixar uma escala máxima, sendo permitido, no caso deste trabalho, escalas iguais ou inferiores a 1:150.000. Agradecimentos O trabalho foi desenvolvido como parte da pesquisa de pós-graduação em Geografia na UNICAMP, com apoio financeiro da CAPES. Referências Bibliográficas Angelsen, A.; Kaimawotiz, D. (ed.). Agricultural Technologies and Tropical Deforestation. Wallingford. UK: Biddles Ltd, Guildfor and King´s Lynn. 2001. 422 p. Brasil. Decreto-lei nº 4.771, de 15 de Setembro de 1965. Institui o Novo Código Florestal Brasileiro e dá outras providências. Diário Oficial da União: DOU de 16 de Setembro de 1965. Brasília DF, 1965. Ibitu CONSULTORIA AMBIENTAL. APA Fernão Dias – Plano de Gestão Ambiental. Minas Gerais: IBITU/DER-MG, 1998. 296 p. Jesus, N. de. Avaliação do modelo digital de elevação ASTER para análise morfométrica de bacias hidrográficas. 2009. 154 p. Dissertação mestrado. Campinas, SP.: [s.n.], 2009. Lopes, E. E.; Nogueira, R. E. Proposta Metodológica para validação de imagens de alta resolução do Google Earth para produção de mapas. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 10, Curitiba, PR, 2011. Anais: São José dos Campos: INPE, 2011. Nogueira, R. E.; Representação, comunicação e visualização cartográfica. In: Simpósio Nacional de Recursos tecnológicos aplicados a Cartografia, 1, Maringá, PR, 2009. Anais: Maringá: Departamento de Geografia, 2009. Robinson, A. H. et al. Elements of Cartography. 6th Ed. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1995. 674 p. Silva, J. X. da. Geoprocessamento em estudos ambientais: uma perspectiva sistêmica. In: MEIRELLE, M. S.; CAMARA, G.; ALMEIDA, C. M. de. (editores). Geomática: modelos e aplicações ambientais. Brasília: Embrapa Informação Tecnológica, 2007. p. 23-53. Silva, J. S. V.; Abdon M. M.; Silva, M.P.; Romero, H. R. Levantamento do desmatamento no Pantanal brasileiro até 1990/91. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 33 (número especial). p. 1739-1746. Out. 1998. Silva, J. S. V.; Abdon, M. M. Desmatamento na bacia do Alto Paraguai - Pantanal brasileiro - até 1994. (CDROM). In: Simpósio Latino Americano de Percepcion Remota, 8, Mérida, Venezuela, 2-7 novembro 1997. Memórias... Caracas: SELPER/Unidade Técnica de Sistemas. Instituto de Ingeneria. 1997. Monitoreo de Recursos Naturales. Strahler, A. N. “Hypsometric (area-altitude) analysis of erosional topography”, Geol. Soc. America Bulletin, pp. 1117-1142, 1952.

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