Caracterização ambiental e estimativa da produção de cargas

UNIVERSIDADE DE SO PAULO

ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOS

LORENA FERRARI SECCHIN

Caracterizao Ambiental e Estimativa da Produo de Cargas Difusas

da rea de Drenagem da Represa de Itupararanga, SP

VERSO CORRIGIDA

So Carlos

2012

LORENA FERRARI SECCHIN

Caracterizao Ambiental e Estimativa da Produo de Cargas Difusas

da rea de Drenagem da Represa de Itupararanga, SP

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Hidrulica e Saneamento da Escola de Engenharia de So Carlos da Universidade de So Paulo, para obteno do ttulo de Mestre em Cincias.

Orientador: Prof. Tit. Maria do Carmo Calijuri

Verso Corrigida

So Carlos

2012

AUTORIZO A REPRODUO E DIVULGAO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.

Ficha catalogrfica preparada pela Seo de Atendimento ao Usurio do Servio de Biblioteca EESC/USP

Secchin, Lorena Ferrari.

S444c Caracterizao ambiental e estimativa da produo de

cargas difusas da rea de drenagem da represa de Itupararanga, SP. / Lorena

Ferrari Secchin; orientador Maria do Carmo Calijuri. So Carlos, 2012.

Dissertao Mestrado (Programa de Ps-Graduao em Engenharia

de Hidrulica e Saneamento)-- Escola de Engenharia de So Carlos da Universidade

de So Paulo, 2012.

1. Morfologia. 2. Modelagem hidrolgica. 3. SWAT. 4.

Geoprocessamento. 5. Poluio difusa. I. Ttulo.

minha famlia,

que sempre acreditou que eu daria certo.

Aos que intercederam

por cada passo, por cada deciso e hoje colhem comigo os frutos da confiana em

Deus.

AGRADECIMENTOS

A Deus, que em sua fidelidade, foi a minha fora e minha determinao.

Aos meus pais, por sempre apoiarem as minhas decises.

Aos meus irmos, companheiros nas alegrias e nas batalhas.

Ao Ciro, por sonhar comigo e incentivar minhas aspiraes profissionais.

Prof. Maria do Carmo, que muito contribuiu para meu crescimento cientfico e intelectual.

A todos os colegas do BIOTACE, pela companhia e pela ajuda diria.

Ao Leonardo Assis, cujos ensinamentos foram cruciais para o desenvolvimento da pesquisa.

Ao SIGEO-UFV e Prof. Maria Lcia, por abrir as portas de seu laboratrio para que eu

pudesse obter as ferramentas necessrias para o incio dos trabalhos.

Ao Antnio Calazans, pelas dicas indispensveis para o seguimento da pesquisa.

Nathee, que no mediu esforos para me ajudar desde que chegou a So Carlos.

minha querida Comunidade, por toda intercesso e suporte.

Ao Ministrio Universidades Renovadas, por trazer Deus e amor ao ambiente universitrio.

A todo o pessoal do Vlei-CAASO, onde reencontrei a paixo pelo esporte.

Ao Acampamento Manaain, pelos ensinamentos no servio a Deus.

A todos os amigos e familiares que me incentivaram a continuar alando voos mais

distantes.

Ellen por toda acolhida e abrigo nos primeiros dias de So Carlos.

Escola de Engenharia de So Carlos, pela oportunidade de realizar o mestrado.

A CAPES e ao CNPQ pela concesso da bolsa de mestrado.

Fundao de Amparo Pesquisa do Estado de So Paulo, pelo apoio financeiro para a

realizao das campanhas de campo.

"Aprender a nica coisa de que a mente no se cansa,

nunca tem medo e nunca se arrepende."

Leonardo Da Vinci

RESUMO

SECCHIN, L. F. Caracterizao Ambiental e Estimativa da Produo de Cargas

Difusas da rea de Drenagem da Represa de Itupararanga, SP. 2012. 120 p. Dissertao

(Mestrado em Cincias) - Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo,

So Carlos, 2012.

O uso de imagens de satlite tem aprimorado o estudo da dinmica do uso do solo. Os

mapeamentos da cobertura da terra se tornaram instrumentos fundamentais na avaliao

das alteraes na paisagem provocadas pela ao antrpica e sua influncia sobre o

planejamento regional e urbano. A utilizao de ferramentas computacionais como os

Sistemas de Informao Geogrfica e os modelos hidrolgicos tm auxiliado essas

avaliaes. O modelo hidrolgico SWAT (Soil and Water Assessment Tool), desenvolvido

pelo Departamento de Agricultura norte-americano, um modelo de base fsica e

parmetros distribudos, auxiliado por uma interface grfica de software GIS. Por seu valor

ambiental e econmico, a caracterizao ambiental da rea de drenagem da Represa de

Itupararanga, com 936,54 km2, localizada no estado de So Paulo, tem fundamental

importncia e a utilizao de dados atuais permite que o estudo da rea seja mais preciso

no que diz respeito aos seus resultados. A partir de imagens do sensor Liss 3 do satlite

ResourceSat-1, foi produzido o mapa atual de uso e ocupao do solo atravs da

classificao supervisionada de mxima verossimilhana, validada por coletas de campo de

ponto de controle com ndice Kappa de 0,64 e ndice de exatido global de 71%. Os

parmetros morfolgicos demonstraram que a rea de estudo bem drenada e possui baixa

probabilidade de enchentes. A modelagem hidrolgica foi calibrada para o perodo de

janeiro de 2005 a dezembro de 2008 e resultou em coeficiente de eficincia de 0,41 e

tendncia percentual de 0%. A validao alcanou resultado de 0,301 e 5,5% para estes

avaliadores, valores de ajuste considerados aceitveis. Foram encontrados os valores de

9,66 e 1,5 para nitrognio e fsforo, respectivamente, em kg.ha-1.ano-1, para os valores de

poluio difusa, resultados elevados na comparao entre pesquisas com este foco. A

comparao entre cenrios identificou a necessidade de adotar prticas conservacionistas

atravs do planejamento da ocupao para tornar sustentveis as atividades dentro bacia e

atenuar as presses sobre os recursos naturais.

Palavras-chave: Morfologia, modelagem hidrolgica, SWAT, geoprocessamento, poluio

difusa.

ABSTRACT SECCHIN, L. F. Environmental Characterization and Estimative of Diffuse Pollution of

Itupararanga Watershed, SP. 2012. 120 p. Dissertao (Mestrado em Cincias) - Escola

de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, So Carlos, 2012.

The use of satellite images has improved the study of the land use dynamics. Land cover

mapping have become fundamental tools in the assessment of landscape changes caused

by human action and its influence on regional and urban planning. Computation tools such

as Geographic Information Systems and hydrological models have supported these findings.

The hydrological model SWAT (Soil and Water Assessment Tool), developed by U. S.

Agriculture Department, a model physically based and semi-distributed parameters with a

GIS graphical interface. Due your environmental and economic value, the morphologic

characterization of Itupararanga watershed, with 936,54 km2, located in So Paulo state,

have fundamental relevance and use of current data alows the study be more accurate.

From images of Liss 3 sensor of ResourceSat-1 satelite, the current land use map was

produced through supervised classification by maximum likelihood method and validated by

control points on field collection, resulting in Kappa coefficient of 0.64 and overall accuracy

rate of 71%. The morphological parameters showed that watershed is well drained and has

low probability of flooding. The hydrological modeling was calibrated from January of 2005 to

December of 2008 and had efficient value of 0.41 and trend rate of zero. Validation reached

results of de 0.301 and 5.5% for these coefficients, considered acceptable for adjust values.

Were found values of 9.66 and 1.5 for nitrogen and phosphorus, in kg.ha-1.year-1,

respectively. for the values of diffuse pollution, high results in comparison between studies

with this focus. The comparison between scenarios indentified the need to adopt

conservation pratices through occupation planning to make the activities inside the basin and

mitigate the pressure on natural resources.

Palavras-chave: Morphology, hydrological modelling, SWAT, geoprocessing, non-point

source.

LISTA DE FIGURAS

Figura 3.1 Estrutura Geral de Sistemas de Informao Geogrfica....................... 27

Figura 4.1 Localizao da rea de Estudo.............................................................. 31

Figura 4.2 Interao entre SIG e SWAT................................................................. 39

Figura 5.1 Mapa Hidrogrfico .................................................................................. 53

Figura 5.2 Composio Colorida RGB-543 55

Figura 5.3 Mapa de Uso e Ocupao do Solo ........................................................ 57

Figura 5.4 Mapa Geolgico.................................................................................... 61

Figura 5.5 Mapa Geomorfolgico............................................................................ 65

Figura 5.6 Mapa Geotcnico .................................................................................... 69

Figura 5.7 Mapa Pedolgico (Grandes Grupos) ....................................................... 71

Figura 5.8 Mapa Pedolgico ................................................................................... 73

Figura 5.9 Mapa de Curvas de Nvel ...................................................................... 77

Figura 5.10 Mapa de Altimetria................................................................................. 79

Figura 5.11 Mapa de Declividade.............................................................................. 81

Figura 5.12 Curva Hipsomtrica ................................................................................ 84

Figura 5.13 Vazo Observada X Precipitao no perodo de janeiro de 2000 a

dezembro de 2010.................................................................................

85

Figura 5.14 Mapa de Sub-bacias SWAT .................................................................... 89

Figura 5.15 Comparao entre valores de precipitao e vazo observados e

simulados - Calibrao............................................................................

91

Figura 5.16 Calibrao e Validao da Simulao feita no SWAT ............................ 93

Figura 5.17 Cenrio 1 Conservativo - Mapa de Uso e Ocupao do Solo............ 97

Figura 5.18 Cenrio 2 Expanso Desordenada - Mapa de Uso e Ocupao do

Solo .......................................................................................................

99

Figura 5.19 Mapa de Uso e Ocupao do Solo produzido por TSUHAKO (2004)...... 101

Figura 5.20 Comparao dos Cenrios.................................................................... 104

LISTA DE TABELAS

Tabela 4.1 ndice do coeficiente Kappa de acordo com o conceito do

desempenho da classificao............................................................... 35

Tabela 4.2 Classes de Declividade......................................................................... 38

Tabela 4.3 Capacidade de gua disponvel no solo segundo a Classe Textural... 41

Tabela 4.4 Capacidade de gua disponvel no solo segundo a Classe Textural... 41

Tabela 4.5 Localizao da Estao Metereolgica................................................. 41

Tabela 4.6 Localizao das Estaes Pluviomtricas............................................. 42

Tabela 5.1 Populao e Ocupao do Territrio da Bacia de Itupararanga........... 49

Tabela 5.2 Caractersticas morfomtricas da rea de drenagem da Represa de

Itupararanga.......................................................................................... 51

Tabela 5.3 rea relativa das Classes de Uso e Ocupao do

Solo....................................................................................................... 59

Tabela 5.4 Divises Geolgicas, rea de ocorrncia e rea relativa na

bacia...................................................................................................... 63

Tabela 5.5 Descrio e Cobertura relativa das Classes Geomorfolgicas ............ 64

Tabela 5.6 rea relativa das classes de declividades na bacia ............................. 83

Tabela 5.7 Curva Hipsomtrica da Bacia de Itupararanga...................................... 83

Tabela 5.8 Parmetros Climticos da Estao Sorocaba....................................... 86

Tabela 5.9 Vazes Mdias Observada e Calibrada ............................................... 87

Tabela 5.10 Comparao de Resultados de Poluio Difusa................................... 94

Tabela 5.11 rea relativa das Classes de Uso e Ocupao do Solo de acordo

com cada cenrio.................................................................................. 104

SUMRIO

1 INTRODUO ........................................................................................................... 21

2 OBJETIVOS ............................................................................................................... 22

2.1. Objetivo Geral ...................................................................................................... 22

2.2. Objetivos Especficos ........................................................................................... 22

3 REVISO BIBLIOGRFICA ....................................................................................... 23

3.1. Meio Ambiente e sua Ocupao .......................................................................... 23

3.2. Tecnologia e Processamento da Informao Geogrfica ..................................... 24

3.3. Poluio Difusa .................................................................................................... 28

4 MATERIAIS E MTODOS .......................................................................................... 29

4.1. rea de Estudo .................................................................................................... 29

4.2. Materiais cartogrficos e digitais .......................................................................... 33

4.3. Equipamentos ...................................................................................................... 34

4.4. Programas (Softwares) ........................................................................................ 34

4.5. Metodologia ......................................................................................................... 34

4.5.1. Classificao da Imagem Orbital ....................................................................... 34

4.5.2. Gerao dos Mapas e Parmetros Morfolgicos ............................................... 36

4.5.3. Coeficiente de Compacidade ............................................................................. 36

4.5.4. Fator de Forma .................................................................................................. 36

4.5.5. ndice de Circularidade ...................................................................................... 37

4.5.6. Densidade de Drenagem ................................................................................... 37

4.5.7. Declividade e Altitude ........................................................................................ 37

4.6. Soil And Water Assessmet Tool - SWAT ............................................................. 38

4.6.1. Definio do nmero de sub-bacias ................................................................... 39

4.6.2. Dados de Entrada .............................................................................................. 40

4.6.3. Componentes do SWAT .................................................................................... 42

4.6.4. Calibrao do modelo ........................................................................................ 46

4.7. Anlises Estatsticas ............................................................................................ 47

4.8. Simulao de Cenrios ........................................................................................ 48

5 RESULTADOS E DISCUSSES ................................................................................ 49

5.1. Levantamento Socioeconmico dos Municpios ................................................... 49

5.2. Mapas Fisiogrficos e Parmetros Morfolgicos .................................................. 50

5.2.1. Parmetros Morfolgicos ................................................................................... 50

5.2.2. Mapa de Uso e Ocupao do Solo .................................................................... 51

5.2.3. Geologia ............................................................................................................ 59

5.2.4. Geomorfologia ................................................................................................... 64

5.2.5. Geotecnia .......................................................................................................... 67

5.2.6. Pedologia........................................................................................................... 67

5.2.7. Topografia ......................................................................................................... 75

5.3. Simulao Computacional - SWAT ...................................................................... 84

5.3.1. Calibrao e Validao do modelo ....................................................................... 87

5.3.2. Poluio Difusa .................................................................................................... 94

5.4. Cenrios .............................................................................................................. 96

6 CONCLUSES E CONSIDERAES FINAIS ......................................................... 105

7 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .......................................................................... 107

Apndice A ........................................................................................................................ 113

21

1 INTRODUO

notvel a crescente presso exercida sobre os recursos naturais em vista do

crescimento econmico, e o meio ambiente no tem absorvido com devida eficincia as

alteraes que as atividades antrpicas tem imposto ao equilbrio dos ecossistemas. A

sustentabilidade tem se tornado pr-requisito para o exerccio das atividades essenciais

sociedade ao buscar o equilbrio entre preservao e desenvolvimento. Dessa forma, a

utilizao de ferramentas de gesto dos recursos naturais e de planejamento so

fundamentais para alcanar essa condio.

O planejamento e gerenciamento territorial requerem o diagnstico da rea de

interesse e abrangem as caracterizaes fisiogrfica, biolgica e scio-econmica. O

conjunto dessas variveis possibilita a compreenso da amplitude dos impactos causados

pelas atividades existentes na bacia hidrogrfica sobre os recursos naturais.

Definida como unidade de planejamento pelo seu conjunto de caractersticas, a bacia

hidrogrfica agrupa a dinmica das interaes de todos os eventos que ocorrem dentro de

seus limites e que so refletidos pela qualidade da gua na seo de sada. Dessa forma, o

diagnstico da bacia depende de uma srie de fatores como clima, tipo de solo, relevo,

hidrografia, tipo de vegetao, entre outros. A complexidade de se analisar esses fatores em

conjunto resultou na criao de modelos matemticos que buscam refletir a realidade,

simplificando a manipulao dos dados e a obteno de resultados.

A utilizao de modelos matemticos acoplados a um ambiente computacional tem

possibilitado a insero de um nmero cada vez maior de variveis e tem permitido uma

melhor correlao entre a realidade com os resultados das modelagens.

O progresso tecnolgico tem aperfeioado a maneira de realizar os estudos

ambientais. Tecnologias como o sensoriamento remoto e sistemas de informaes

geogrficas permitem que resultados sejam obtidos com maior rapidez e qualidade, aliados

tambm a um menor custo na aquisio de dados.

A bacia hidrogrfica da Represa de Itupararanga, localizada no estado de So Paulo,

uma importante componente da Bacia do Rio Sorocaba. A represa, construda em 1912,

responsvel pelo abastecimento de gua para cerca de 800 mil pessoas e pelo fornecimento

de energia eltrica para Companhia Brasileira de Alumnio. Devido ao seu valor econmico

e ambiental, toda a rea de drenagem da Represa foi convertida em rea de Preservao

Ambiental em 2003.

Este estudo visa reunir e analisar as caractersticas fisiogrficas e os impactos do

uso do solo da Bacia de Itupararanga fazendo uso de tcnicas de geoprocessamento e

contribuindo para a busca da sustentabilidade ambiental da bacia.

22

2 OBJETIVOS

2.1. Objetivo Geral

Caracterizar a bacia hidrogrfica de Itupararanga, SP, por meio de produtos

cartogrficos e tcnicas de geoprocessamento e estimar a carga difusa que influencia nos

parmetros de qualidade da gua da represa.

2.2. Objetivos Especficos

Gerar os mapas caractersticos (hidrogrfico, geolgico, geomorfolgico, geotcnico,

pedolgico e topogrfico) da bacia hidrogrfica de Itupararanga SP;

Obter o mapa de Uso e Ocupao do Solo utilizando imagens orbitais do Sensor Liss

3 do satlite IRS-P6 (ResourceSat-1);

Estimar a poluio difusa na represa utilizando-se o modelo computacional SWAT.

Comparar cenrios prospectivos para a bacia sem intervir nos padres de expanso

de uso e ocupao do solo e ao aplicar prticas conservacionistas.

23

3 REVISO BIBLIOGRFICA

3.1. Meio Ambiente e sua Ocupao

A bacia hidrogrfica uma rea de captao natural da gua da precipitao que faz

convergir os escoamentos para um nico ponto de sada e composta por conjunto de

superfcies vertentes e por uma rede de drenagem que resultam em um leito nico (TUCCI,

2009). Alm de sua definio e da determinao de seu uso como unidade de estudo,

conforme a Lei Federal 9.433/1997, as bacias hidrogrficas se tornaram importantes

unidades no gerenciamento de atividades como uso e explorao dos recursos naturais em

funo de suas caractersticas, como afirma Moro (2005).

A produo de cartografia de ocupao do solo tem importncia estratgica em

reas como ordenamento e planejamento do uso da terra, estudos ambientais e suporte

deciso (COSTA et al., 2008). Para a produo de mapas de uso e ocupao do solo,

necessria a distino de classes que agrupem as atividades e paisagens com

caractersticas em comum.

Anderson et al. (1976) dizem que as classes de uso e ocupao da terra esto

relacionadas s atividades antrpicas e ao material com que determinada atividade recobre

a superfcie do terreno.

A evoluo natural e as atividades humanas tm resultado em mudanas cada vez

mais aceleradas do ambiente e dos recursos terrestres. Para entender a complexa relao

dos fenmenos que causam essas mudanas, necessrio fazer diversas observaes com

uma srie de dados do espao e escalas no tempo (VIEIRA, 2000).

Brito & Prudente (2005) ressaltam a extrema importncia do conhecimento do uso da

terra como uma ferramenta para planejadores e legisladores, pois ao verificar a utilizao do

solo em determinada rea, pode-se elaborar uma melhor poltica de uso da terra para o

desenvolvimento da regio.

24

3.2. Tecnologia e Processamento da Informao Geogrfica

O geoprocessamento corresponde ao conjunto de tecnologias destinadas coleta e

tratamento de informaes espaciais que utiliza tcnicas matemticas e computacionais

para o tratamento da informao geogrfica e que vem abrangendo as reas como

cartografia, anlise de recursos naturais, transportes, comunicaes, energia e

planejamento urbano e regional (ROSA & BRITO, 1996; CMARA et al., 2010).

Esta cincia faz uso de programas computacionais no tratamento e manipulao de

informaes geogrficas. O sensoriamento remoto, a digitalizao de dados, a automao

de tarefas cartogrficas, a utilizao de Sistemas de Posicionamento Global (GPS) e os

Sistemas de Informaes Geogrficas (SIG) so exemplos dessa tecnologia, de acordo com

Carvalho et al. (2000).

De acordo com Rosa (2007), o sensoriamento remoto a forma de se obter

informaes de um objeto ou alvo, sem que haja contato fsico com o mesmo e segundo

Crosta (1993), tem como principal funo fornecer ferramentas para facilitar a identificao e

a obteno das informaes contidas nas imagens, para posterior interpretao, a partir da

diferenciao das composies de diferentes materiais superficiais, sejam eles tipos de

vegetao, padres de uso do solo, e outras coberturas.

Os dados obtidos a partir de satlites propiciam coberturas repetitivas da superfcie

terrestre em intervalos de tempo relativamente curtos. Isto tem propiciado a ampla utilizao

dos sistemas de sensoriamento remoto para o mapeamento da cobertura terrestre e no

monitoramento dos recursos naturais servindo de fonte de informaes para estudos e

levantamentos geolgicos, agrcolas, cartogrficos, florestais, urbanos, entre outros

(PRADO, 2009; CROSTA, 1993). Armazenadas como matrizes, cada elemento de imagem

tem um valor proporcional energia eletromagntica refletida ou emitida pela rea da

superfcie terrestre correspondente (CMARA et al., 2010).

Para distinguir a capacidade dos sensores a bordo dos diferentes tipos de satlites,

dois critrios geralmente so aplicados: resoluo espectral e resoluo espacial. A

resoluo espectral vem a ser a capacidade de um sensor de medir a reflectncia de

determinada faixa de comprimento de onda eletromagntica, assim sendo, uma banda

espectral mais estreita significa a resoluo mais alta. J a resoluo espacial definida

como a capacidade que um sensor apresenta na identificao de um alvo-padro na

superfcie terrestre (LIU, 2006).

http://www.professores.uff.br/cristiane/Estudodirigido/SIG.htm#CMARA#CMARAhttp://www.professores.uff.br/cristiane/Estudodirigido/SIG.htm#CMARA#CMARA

25

Segundo Fonseca (2000), as imagens orbitais contm distores que devem ser

corrigidas antes de serem utilizadas nas aplicaes e algumas dessas correes so feitas

na estao de recepo das imagens. A etapa de correo dessas distores pode ser

composta por correes radiomtrica ou geomtrica e constitui um dos pr-processamentos

da imagem mais importantes.

A correo radiomtrica de imagens orbitais objetiva eliminar os fatores que alteram

a reflectncia dos alvos causada por distores na calibrao dos detectores do sistema

sensor ou por influncias atmosfricas (JENSEN, 1996). A correo geomtrica corrige

erros devido curvatura da Terra e do terreno imageado, inclinao do eixo de rotao da

Terra e a diferentes foras centrfugas que interferem no movimento do sensor (STEIN et al.,

1999).

Essa correo pode ser realizada atravs do georreferenciamento em que so

utilizadas funes polinomiais que relacionam as localizaes de pixels em uma imagem

com as coordenadas correspondentes na superfcie terrestre, pela utilizao de pontos de

controle (PCs). Os PCs so obtidos por meio de sistemas de posicionamento por satlites,

mtodos topogrficos, ou, ainda, obtidos diretamente sobre um documento cartogrfico

georreferenciado (CROITORU et al., 2004).

As imagens de satlites coletam informaes sobre superfcie que podem ser

utilizadas atravs do processo de classificao. Esse processo identifica diferentes alvos

que possuem comportamentos espectrais distintos que permitem a sua classificao. A

classificao digital de imagens relaciona cada pixel da imagem a determinada classe,

agrupando os resultados similares em determinado tema, predeterminado ou no (CROSTA,

1993).

A classificao no supervisionada baseada em medidas de similaridade entre os

pixels, em que o usurio no informa o nmero nem quais so as classes que devem ser

encontradas durante a classificao (FONSECA, 2000).

Na classificao supervisionada, o usurio seleciona amostras representativas para

cada uma das classes que se deseja identificar na imagem. Geralmente, assume-se que as

classes podem ser descritas por uma funo densidade de probabilidade sendo esta funo

definida por seus parmetros estatsticos, acoplada a um critrio de deciso sobre a que

classe o pixel pertence (CROSTA, 1993; FONSECA, 2000).

Congalton (1992) ressalta a importncia da coleta dos dados de referncia

representando a situao real de campo poca da obteno da imagem como parte

essencial de qualquer projeto de classificao e mapeamento envolvendo dados obtidos por

meio de sensoriamento remoto. Esses dados permitem verificar a acurcia da classificao,

bem como detectar distino entre classes e aperfeioar o processo de refinamento da

classificao (MOTTA et al., 2001).

26

Segundo Crosta (1993), os algoritmos de classificao mais comuns na anlise de

imagens de sensoriamento remoto so: paraleleppedo, distncia mnima, mxima

verossimilhana e mxima verossimilhana associado a um mtodo de interao

condicional.

Para o mtodo do paraleleppedo, o treinamento feito com base nos histogramas

das amostras das classes procuradas. Os valores mnimos e mximos dos histogramas em

cada uma das bandas so identificados e usados para definir os vrtices de um

paraleleppedo no espao de atributos. As limitaes deste mtodo se baseiam no fato de

que pode haver regies de interseco entre os paraleleppedos que definem as classes

que no podero ser separados (FONSECA, 2000).

No mtodo de classificao por distncia mnima, as amostras de treinamento so

usadas para calcular a mdia de cada classe. Cada pixel ser atribudo classe cuja

distncia entre o valor do pixel e a mdia da classe seja menor. O pixel ser incorporado ao

agrupamento que apresenta a menor distncia. Este procedimento ocorre interativamente

at que toda a imagem seja classificada (CROSTA, 1993).

O algoritmo da mxima verossimilhana avalia a varincia e a covarincia das

categorias de padres de resposta espectral quando classifica um pixel desconhecido. Para

isto, assume-se que a distribuio da nuvem de pontos que forma a categoria dos dados de

treinamento Gaussiana (distribuio normal). Assumida essa suposio, a distribuio de

um padro de resposta espectral da categoria pode ser completamente descrita por um

valor de mdia e a matriz de covarincia. Com estes parmetros possvel calcular a

probabilidade estatstica de um dado valor de pixel pertencente a uma classe particular de

cobertura da terra (LILLESAND et al., 2004).

Com a finalidade de analisar de forma integrada todos os dados adquiridos atravs

do geoprocessamento e permitir a interao do usurio, surgiram os primeiros programas

computacionais posteriormente chamados de sistemas de informaes geogrficas (SIG)

(FERRAZ, 2002). Os SIG so ferramentas computacionais de geoprocessamento, que

permitem a realizao de anlises complexas, ao integrar dados de diversas fontes e ao

criar bancos de dados georreferenciados (CMARA et al., 2010).

Um SIG processa dados grficos e no grficos enfocando anlises espaciais e

modelagens de superfcies. Associado s representaes cartogrficas, armazena

informaes descritivas em um banco de dados. A interface de informaes que o SIG

apresenta est mostrada na Figura 3.1 (SIMES & MOURA, 2010).

O aspecto fundamental dos dados tratados em um ambiente de SIG a natureza

dual da informao: um dado geogrfico possui uma localizao geogrfica (expressa como

coordenadas em um mapa) e atributos descritivos (que podem ser representados num

banco de dados convencional).

http://www.professores.uff.br/cristiane/Estudodirigido/SIG.htm#georreferenciadas#georreferenciadashttp://www.professores.uff.br/cristiane/Estudodirigido/SIG.htm#CMARA#CMARA

27

Figura 3.1 Estrutura Geral de Sistemas de Informao Geogrfica

Fonte: CMARA et al., 2010

O desenvolvimento do SIG ocorreu juntamente com a insero dos

microcomputadores no cotidiano da populao, a partir da dcada de 80 e com a pesquisa

operacional passou a demandar sistemas computacionais grficos com interfaces mais

amigveis ao usurio (LINS & FERREIRA FILHO, 1997).

O primeiro Sistema de Informao Geogrfica foi implementado no Canad em 1962

com o objetivo de realizar um levantamento de terras envolvendo aspectos socioeconmicos

e ambientais. Em 1964, nos EUA, desenvolveu-se o primeiro SIG para gerenciamento dos

recursos naturais no Servio Florestal dos EUA e o Servio de Sade Pblica dos EUA

sobreps diversos dados e automatizou sua Diviso de Fornecimento de gua e Controle da

Poluio. A partir de 1966, foram desenvolvidos programas computacionais com aplicao

na cartografia (SYMAP-Harvard Lab) e representao de estradas e zonas censitrias

(DIME) e desde ento investiu-se no aprimoramento dos SIGs e diversos institutos de

pesquisa foram criados para isso (LINS & FERREIRA FILHO, 1997).

Mais do que um sistema de apresentao e processamento de dados, o SIG possui

mdulos para a realizao de operaes analticas, sobreposio e cruzamento de

informaes. Seu banco de dados permite a associao de atributos e a realizao de

consultas, permitindo a anlise e modelagem de informaes espacialmente distribudas

(MORO, 2005).

http://www.professores.uff.br/cristiane/Estudodirigido/SIG.htm#CMARA#CMARA

28

3.3. Poluio Difusa

Segundo De Vito (2007), a poluio difusa advinda de contaminantes

espacialmente dispersos na rea da bacia tem como caractersticas principais a

intermitncia, a dependncia de eventos de precipitao ou escoamento e a dificuldade em

pontuar os poluentes. Alm da disperso das fontes em reas extensas, a complexidade da

determinao das emisses difusas tambm est na interao do das caractersticas do

solo com o escoamento e por isso a relao entre ocupao e manejo do solo com as fontes

no pontuais de poluio serem to intrnsecas (MANSOR, 2005).

Novotny & Olem (1993) apud Mansor (2005) pontuaram o desmatamento e a eroso

como os principais problemas de poluio difusa em pases tropicais e subtropicais em

desenvolvimento.

As cargas difusas podem ser de natureza urbana ou rural. Em reas urbanas, a

grande variabilidade da poluio difusa est relacionado aos nveis de coleta de esgotos e

da limpeza pblica. As emisses difusas em reas rurais, esto ligadas aos sedimentos,

nutrientes e defensivos agrcolas carreados via escoamento superficial e subsuperficial

(MANSOR, 2005).

Haupt (2009) diz que devido a predominncia da poluio pontual no Brasil, relegou-

se o segundo plano poluio difusa, sendo escassos os estudos que se aprofundam nesse

tema. Em pases onde a coleta e o tratamento esto abrangendo a maioria das fontes

pontuais de poluio, as cargas difusas tem se destacado como a causadora do

comprometimento da qualidade da gua. A recuperao natural dos corpos dgua, cessado

o aporte de cargas pontuais, a partir da autodepurao pode ser comprometida, caso no se

d ateno s cargas advindas do escoamento superficial e negar a ateno poluio

difusa limita as chances de se elevar os padres de qualidade da gua (HAUPT, 2009).

__________________________________________________________________________ NOVOTNY, V.; OLEM, H. Handbook of non-point pollution: sources and management. New York: Van Nostrand-Reinhold, 1054 p., 1993.

29

4 MATERIAIS E MTODOS

4.1. rea de Estudo

A rea de estudo abrange rea de drenagem da represa de Itupararanga que

corresponde a sub-bacia do Alto Sorocaba da Unidade de Gerenciamento de Recursos

Hdricos (UGRH) n 10 (IPT, 2008), totalizando cerca de 936 km2 de rea e est

apresentada pela Figura 4.1.

O reservatrio de Itupararanga foi construdo pela empresa canadense The So

Paulo Tramway Light & Power Co. Ltd, conhecida como Light, para gerar energia eltrica e

entrou em operao em 1912. Em 1974 a usina passou a ser administrada pela Companhia

Brasileira de Alumnio - CBA, do Grupo Votorantim - sendo que a produo de 150 GWh de

energia exclusivamente utilizada pela empresa. A represa situa-se no alto curso do rio

Sorocaba, maior afluente do rio Tiet pela margem esquerda, e situa-se na rea conhecida

por Mdio-Tiet (SO PAULO, 2010).

O reservatrio, com 20,9 km2 de rea, 26 km de canal principal e 192 km de

margens, volume til de 286 milhes de m3 de gua e profundidade mdia de 7,8 m um

importante recurso hdrico para a regio, tendo seus usos voltados para agricultura irrigada

e atividades de recreao (FUNDAO FLORESTAL, 2009).

De acordo com o Relatrio da CETESB (2010), esse manancial tem atingiu o nvel

timo de ndice de Qualidade de gua nos meses amostrados. Nas margens do reservatrio

tem sido observado o aumento de reas ocupadas por empreendimentos imobilirios, como

chcaras e casas de recreio, e tambm a expanso do uso agropecurio (SO PAULO,

2010).

Devido expressiva presso por parte da sociedade, em 1 dezembro de 1998, foi

promulgada a Lei Estadual 10.100 que estabelecia a criao da rea de Preservao

Ambiental no entorno da represa. Em 02 de dezembro 2003, essa lei foi alterada pela Lei

Estadual 11.579, onde houve a ampliao dos limites da APA, abrangendo toda a bacia

hidrogrfica formadora da represa, correspondendo assim parte dos municpios de

Alumnio, Cotia, Ibina, Mairinque, Piedade, So Roque, Vargem Grande Paulista e

Votorantim (SO PAULO, 2003).

33

4.2. Materiais cartogrficos e digitais

Os materiais cartogrficos digitais que foram utilizados so:

Diviso Geopoltica: base digital cedida por Tsuhako (2004), construdo atravs da

digitalizao das cartas topogrficas, em escala 1:50.000, do IBGE, produzido em 1973,

folhas de Sorocaba, Jurupar, So Roque, Juquitiba e Itapecerica da Serra. Atualizada pela

malha digital municipal produzida pelo IBGE em 2001;

Geolgico: base digital cedida por Tsuhako (2004), compilado e modificado das

cartas geolgicas: 1:50.000, da folha So Roque produzido pelo Pr-Minrio UNESP Rio

Claro, e a carta geolgica dos Morros de So Francisco, escala 1:20.000, de Godoy (1989);

Geomorfolgico: base digital cedida por Tsuhako (2004), construdo atravs de

fotogrametria das cartas topogrficas, compartimentao altimtrica do mapa hipsomtrico,

classificao de unidades atravs do mapa de declividade, padres de drenagem e o mapa

geolgico;

Hidrogrfico: base digital cedida por Tsuhako (2004), digitalizado das folhas

Sorocaba, Jurupar, So Roque, Juquitiba e Itapecerica da Serra, todos do IBGE,

produzidos em 1973 na escala 1:50.000;

Rodovirio: base digital cedida por Tsuhako (2004), obtido por digitalizao das

folhas Sorocaba, Jurupar, So Roque, Juquitiba e Itapecerica da Serra, todos do IBGE,

produzidos em 1973 na escala 1:50.000;

Topogrfico (ou curvas de nvel): base digital cedida por Tsuhako (2004), obtido

atravs da digitalizao da bacia hidrogrfica da bacia de Itupararanga, delimitada em cartas

topogrficas, em escala 1:50.000, do IBGE, produzidos em 1973, folhas Sorocaba,

Jurupar, So Roque, Juquitiba e Itapecerica da Serra;

Geotcnico: base digital cedida por Tsuhako (2004), obtido atravs da digitalizao

da carta Processos do meio fsico importantes para a previso do comportamento

geotcnico dos terrenos ante o seu uso, folha de So Paulo (Nakazawa et al,1994), escala

1:500.000;

Pedolgico: base digital cedida por Tsuhako (2004), obtido por digitalizao do Mapa

Pedolgico do Estado de So Paulo, folha de Campinas, em escala: 1:500.000.

Imagem orbital de 31/07/2010, rbita-ponto 331/095, sensor a bordo do Satlite IRS

(ResourceSat-1), sensor Liss3, com as seguintes caractersticas: resoluo espectral sete

bits, resoluo espacial 23,5 m e faixa de varrimento de 141 km. (INPE, 2010).

Mapa de Uso e Ocupao do Solo em escala 1:25.000 cedido por Tsuhako (2004),

produzido pela BASE atravs da interpretao de 180 fotografias areas de 1996.

34

4.3. Equipamentos

Os principais equipamentos utilizados para a realizao do projeto foram:

Computador Intel Core2 Quad CPU Q9505 2.83GHz, 3 GB de RAM, HD 500GB,

DVD/CD-ROM, placa de vdeo NVIDIA GeForce 9400 GT;

Sistema Operacional Microsoft Windows XP, 32 bits;

GPS Garmin

4.4. Programas (Softwares)

Os seguintes softwares de sistema de informao geogrfica foram utilizados:

Software Idrisi Andes, verso 15.00, Abril de 2006, utilizado para a classificao das

imagens de satlite e gerao do Mapa de Uso e Ocupao;

Software ArcGIS v.9.3, ESRI (Environmental System Research Institute Incorporation),

extenses Spatial Analyst v. 1.1 e 3D Analyst v. 1.0;

Interface Arc-SWAT v. 2009

4.5. Metodologia

4.5.1. Classificao da Imagem Orbital

Com a finalidade de produzir um mapa atual de uso e ocupao do solo, foram

obtidas imagens do satlite ResourceSat-1 fornecidas pelo catlogo de imagens do INPE e

a escolha do satlite baseou-se nos parmetros da imagem (resoluo espacial e temporal),

no tamanho da rea de estudo e na localizao da mesma dentro da cena imageada.

Utilizou-se mtodos de pr-processamento digital de imagens, e nesse caso aplicou-

se o georreferenciamento por meio de pontos de controle (PCs) em que se comparou a

imagem orbital com o mapa rodovirio em escala de 1:50.000 cedido por Tsuhako (2004).

Optou-se por aplicar a metodologia de classificao supervisionada de mxima

verossimilhana atravs do software IDRISI Andes que utiliza amostras de treinamento

previamente identificadas (CROSTA, 1993). Fonseca (2000) descreve as etapas

necessrias para a gerao do mapa temtico a partir de imagens orbitais, que so elas:

Seleo das classes de interesse;

Escolha de um conjunto de amostras representativo de cada uma das classes -

importante que a rea seja uma amostra homognea da classe correspondente, mas ao

mesmo tempo deve-se incluir toda a variabilidade dos nveis de cinza para a classe;

Treinamento dos parmetros usados pelo algoritmo de classificao;

Estabelecimento da relao das regies delimitadas com as classes definidas a partir

dos parmetros treinados;

Gerao de mapas temticos com o resultado da classificao.

35

Para avaliar a exatido da classificao torna-se necessrio comparar o mapa obtido

atravs da classificao dos dados de sensor com dados de referncia e por isso foi

realizada uma campanha de campo em que foram coletados 140 pontos com auxlio de

GPS (JENSEN, 1996; MOTTA et al., 2001; CONGALTON, 1992). A relao entre estes dois

conjuntos de informao geralmente resumida em uma matriz de confuso ou tabela de

contingncia (LILLESAND & KIEFFER, 1994; PONZONI & ALMEIDA, 1996).

Segundo Campbell (1987), a forma padronizada para reportar erros em locais

especficos a chamada matriz de erros, tambm conhecida como matriz de confuso, por

identificar no somente o erro global da classificao para cada categoria, mas tambm de

que maneira se deram as confuses entre categorias. Essencial para qualquer estudo srio

sobre a exatido dos processos de classificao, esta matriz um exemplo especfico de

uma classe mais genrica de matrizes conhecidas como Tabelas de Contingncia.

Atravs da classificao prvia constatou-se uma confuso entre as classes de solo

exposto e rea urbana, ento optou-se por utilizar a metodologia de Vieira (2000)

construindo uma mscara para a classe de rea urbana e aplicando posteriormente na

imagem classificada. Moro (2005) e Machado (2002) utilizaram essa mesma rotina de

classificao de imagens para obteno do mapa de uso e ocupao do solo.

Para suavizar a apresentao das classes e eliminar rudos de pixels dispersos, foi

aplicado um filtro da moda 3x3. Sobre o mapa resultante do processo de classificao,

foram aplicados tambm avaliadores estatsticos usualmente utilizados, ndice de exatido

global (IEG) e ndice Kappa, para analisar a veracidade do mapa produzido. Moreira et al.

(2009) sugerem o ndice Kappa como um dos procedimentos mais utilizados para mensurar

a exatido das classificaes temticas por representar inteiramente a matriz de confuso. A

Tabela 4.1 mostra o desempenho da classificao de acordo com o valor do ndice Kappa

(LANDIS & KOCH, 1977; FONSECA, 2000). O mapa classificado foi exportado do IDRISI

para o ArcGis para a gerao do mapa final.

Tabela 4.1 ndice do coeficiente Kappa de acordo com o conceito do desempenho da classificao

ndice Kappa Desempenho da classificao

k < 0 Pssimo

0 < k< 0,2 Mau

0,2 < k< 0,4 Razovel

0,4 < k < 0,6 Bom

0,6< k < 0,8 Muito Bom

0,8 < k < 1,0 Excelente

Fonte: Modificado de Moro (2005)

36

4.5.2. Gerao dos Mapas e Parmetros Morfolgicos

O software ArcGis foi utilizado para manipular a base de dados digital e gerar os

mapas: geolgico, geomorfolgico, hidrogrfico, topogrfico e pedolgico. Para descrever

melhor as classes apresentadas, foi consultado o material original com a finalidade de

caracterizar a bacia de estudo.

Para a delimitao das classes do mapa Geolgico, foram consultados os materiais

que serviram de base para a construo do mapa digital (GODOY, 1989) e na falta desses

foram consultados artigos que estudassem a rea de estudo, em especial o trabalho de

Godoy et al., (2010).

Atravs da base de dados da bacia, obtiveram-se caractersticas fsicas pelo ArcGis,

como: rea, permetro, coeficiente de compacidade, fator de forma, ndice de circularidade,

declividade, altitude, densidade de drenagem e ordem dos cursos dgua. Os parmetros

hidrolgicos formados a partir de dados diretos e que necessitam de interpretao so

descritos a seguir.

4.5.3. Coeficiente de Compacidade

O coeficiente de compacidade (KC) relaciona o permetro da bacia com a

circunferncia de um crculo de rea igual rea da bacia. De acordo com Villela e Mattos

(1975), KC um nmero adimensional que revela a suscetibilidade da bacia inundaes.

Um coeficiente prximo unidade corresponde a uma bacia circular com maior

probabilidade de ocorrncia de enchentes acentuadas enquanto, para uma bacia alongada,

seu valor tende a ser superior a 1, e ocorre o contrrio em relao s cheias. O KC foi

determinado com base na seguinte equao (Equao 1):

A

PKC 28,0 , onde: (1)

P - permetro (km);

A - rea de drenagem (km2).

4.5.4. Fator de Forma

O fator forma (Kf) outra maneira de indicar a tendncia para enchentes de uma

bacia. Esse coeficiente relaciona a forma da bacia com a de um retngulo, correspondendo

razo entre a largura mdia e o comprimento axial da bacia (da foz ao ponto mais

longnquo do espigo). Segundo Villela e Mattos (1975), uma bacia com um fator de forma

baixo menos sujeita a enchentes que outra de mesmo tamanho, porm com fator de forma

maior. O fator forma foi determinado, utilizando-se a seguinte equao (Equao 2):

37

2L

AK f , onde: (2)

A - rea de drenagem (m2);

L - comprimento do eixo da bacia (m).

4.5.5. ndice de Circularidade

Simultaneamente ao coeficiente de compacidade, o ndice de circularidade tende

para a unidade medida que a bacia se aproxima da forma circular e diminui medida que

a forma torna alongada (CHRISTOFOLETTI, 1974). Esse coeficiente tem anlise anloga

ao ndice de compacidade quanto suscetibilidade a enchentes, ou seja, uma bacia com

formato mais prximo a um crculo mais propcia a cheias. Para isso, utilizou-se a seguinte

equao (Equao 3):

2

57,12

P

AIC

, onde: (3)

A - rea de drenagem (m2);

P - permetro (m).

4.5.6. Densidade de Drenagem

A densidade de drenagem (Dd) indica o grau de desenvolvimento do sistema de

drenagem da bacia, formado pelo rio principal e seus tributrios. Seu estudo indica a maior

ou menor velocidade com que a gua deixa a bacia hidrogrfica e fornece a eficincia da

drenagem da bacia, sendo expressa pela relao entre o comprimento total de todos os

canais da rede e a rea total da bacia. Villela e Mattos (1975) afirmam que a Dd pode variar

de 0,5 km/km2 a mais de 3,5 km/km2, sendo esse ltimo para bacias excepcionalmente bem

drenadas. O ndice foi determinado utilizando a Equao 4:

A

LDd T , sendo: (4)

LT - comprimento total de todos os canais (km);

A - rea de drenagem (km2).

4.5.7. Declividade e Altitude

O modelo digital de elevao hidrologicamente consistente (MDEHC) foi utilizado

para a gerao do mapa de declividade e da altitude. As classes de declividade foram

separadas em seis intervalos distintos, sugeridos pela Embrapa (1979), conforme mostrado

na Tabela 4.2. Para avaliar a distribuio da declividade tambm foi utilizado o mtodo das

quadrculas associadas a um vetor, considerado por Villela e Mattos (1975) o mtodo mais

completo.

38

Foi traada tambm a curva hipsomtrica junto com o mapa altimtrico com a

representao do relevo da bacia.

Tabela 4.2 Classes de Declividade

Declividade Classificao

0 3 Relevo plano

3 8 Relevo suavemente ondulado

8 20 Relevo ondulado

20 45 Relevo fortemente ondulado

45 75 Relevo montanhoso

> 75 Relevo fortemente montanhoso

Fonte: EMBRAPA (1979)

4.6. Soil And Water Assessmet Tool - SWAT

O Soil and Water Assessment Tool (SWAT) um programa desenvolvido para prever

o impacto das prticas de manejo de uso do solo sobre os recursos hdricos, a produo de

sedimentos e a utilizao de produtos qumicos agrcolas em grandes bacias hidrogrficas

com diferentes tipos de solo, uso da terra e condies de manejo. O modelo opera

geralmente em intervalo de tempo dirio, sendo possvel a simulao contnua de vrios

anos (NEITSCH et al., 2010).

O SWAT incorpora caractersticas de vrios modelos do Agricultural Research

Service (ARS), sendo o resultado da evoluo do modelo SWRRB (Simulator for Water

Resources in Rural Basins) (WILLIAMS et al., 1985; ARNOLD et al., 1990). Os principais

modelos que contriburam significativamente para o desenvolvimento do SWAT foram o

CREAMS (Chemicals, Runoff, and Erosion from Agricultural Management Systems)

(KNISEL, 1980); GLEAMS (Groundwater Loading Effects on Agricultural Management

Systems) (LEONARD et al., 1987); e o EPIC (Erosion-Productivity Impact Calculator)

(WILLIAMS et al., 1984).

Neste estudo foi empregado o ArcSWAT para SWAT2009, uma extenso

desenvolvida para o software de Sistema de Informao Geogrfica ArcGIS e uma

interface grfica para o modelo SWAT (NEITSCH et al., 2010). A interface foi instalada

sobre ArcGIS 9.3, contendo a extenso Spatial Analyst 2.0. A modelagem feita pelo

SWAT em ambiente de SIG supera as limitaes da utilizao de modelos hidrolgicos na

facilidade de manipular os dados e as variveis de entrada (MACHADO & VETTORAZZI,

2003).

Para proceder a modelagem, o Arc-SWAT necessita acessar um conjunto de banco

de dados que fornea certos tipos de informao sobre a bacia a ser modelada. Pelo SWAT

requerer uma grande quantidade de parmetros de entrada que se relacionam com as

39

caractersticas fsicas da bacia, na definio destes parmetros buscou-se utilizar dados

obtidos a partir de trabalhos anteriores, evitando-se o levantamento experimental das

informaes necessrias demandando uma grande quantidade de tempo. A Figura 4.1

demonstra o processo de funcionamento do SWAT.

Figura 4.2 Interao entre SIG e SWAT - Fonte: Machado (2002).

O incio da modelagem consiste na insero do mapa de Uso e Ocupao do Solo

obtido pela classificao de imagens de satlite, do Modelo Digital de Elevao e do Mapa

pedolgico obtidos pela manipulao da base digital cedida por Tsuhako (2004).

4.6.1. Definio do nmero de sub-bacias

Na etapa de delineamento da rea de estudo, necessrio definir o valor da rea

limite (thereshold) para a subdiviso da rea. Em funo da extenso da rea escolhida, a

discretizao considerou a rea limite de contribuio de 2320 ha.

O SWAT trabalha com composies nicas de uso do solo/solo/declividade

denominadas unidades de resposta hidrolgica (HRUs hydrologic response units). O

modelo permite que se adote a composio dominante dentro da sub-bacia, gerando uma

HRU para cada ou opta-se por discretizar as sub-bacias em mltiplas HRUs, definindo as

propores limites dentro de cada HRU (NEITSCH et al., 2011).

O SWAT possui uma estrutura de comandos para propagar o escoamento,

sedimentos e agroqumicos atravs da bacia. Os maiores componentes do modelo incluem

hidrologia, clima, sedimentos, temperatura do solo, crescimento de plantas, nutrientes,

pesticidas e manejo agrcola. O ciclo hidrolgico do modelo se divide em: escoamento

superficial, percolao, fluxo lateral sub-superficial, fluxo de retorno do aqfero raso e

evapotranspirao. O modelo requer dados dirios de precipitao, temperatura mxima e

mnima do ar, radiao solar e umidade relativa.

40

4.6.2. Dados de Entrada

O SWAT requer informaes especficas sobre o clima, propriedades dos solos,

topografia, vegetao e prticas de manejo que ocorrem na bacia, para que os processos

fsicos associados com o movimento da gua sejam modelados usando estes dados de

entrada.

O banco de dados de solo disponvel no software refere-se aos solos dos Estados

Unidos, por isso foi necessrio criar um banco de dados com as caractersticas especficas

dos solos da bacia. Por no haver um estudo especfico de levantamento de solos no local

de estudo, foram utilizados dados do trabalho realizado por Oliveira (1999).

Para este trabalho, optou-se por calcular o escoamento atravs do mtodo do

Nmero da Curva, assim, a converso da classificao dos solos de acordo com o grupo

hidrolgico foi feita com base no trabalho de Sartori et al. (2005).

O modelo simula o crescimento de plantas e as prticas de manejo a elas

associadas e para isso requer um banco de dados que fornea esses parmetros para a

realizao dos clculos da simulao. O SWAT possui um banco de dados com os

parmetros de uso do solo, tipo de solo, pesticidas, fertilizantes e crescimento de culturas.

Este banco de dados vem instalado junto com o software e contempla uma gama de

coberturas referentes aos usos dos EUA e, para o caso em estudo, foi necessrio

alterar/adequar a base de dados para as caractersticas de uso e manejo especficas.

A quantidade de gua disponvel e a condutividade hidrulica do solo foram

estabelecidas conforme a textura de cada camada de solo segundo as caractersticas

descritas nas Tabelas 4.3 e 4.4 por alguns valores no constarem no material consultado de

Oliveira (1999).

O banco de dados climatolgico, contemplando precipitao, temperatura do ar,

radiao solar, velocidade do vento e umidade relativa, foi elaborado a partir de dados

horrios da Estao Meteorolgica Automtica de Sorocaba do INMET acessado atravs do

portal do Instituto na internet cuja localizao se encontra na Tabela 4.5. O clculo dos

parmetros estatsticos foi realizado por um gerador climtico disponibilizado no site oficial

do SWAT (http://swatmodel.tamu.edu).

41

Tabela 4.3 Capacidade de gua disponvel no solo segundo a Classe Textural

Classe Textural Capacidade de gua disponvel (mm/m)

Areia 150

Areia Franca 158

Franco Arenoso 175

Franco 175

Franco Siltoso 192

Franco Argilo Arenoso 150

Franco Argiloso 183

Franco Argilo Siltoso 192

Argila Arenosa 142

Argila Siltosa 183

Argila 175

Fonte: Salter & Williams (1969) apud Baldissera (2005) e Lopes (2008).

Tabela 4.4 Capacidade de gua disponvel no solo segundo a Classe Textural

Textura Condutividade hidrulica saturada (cm/h)

Areia 25 50

Areia Franca 12 25

Franco Arenoso 6 12

Franco Arenoso, Siltoso, Franco Siltoso,

Franco Argiloso e Franco 2 6

Argila, Argila Siltosa, Argila Arenosa, Franco

Argilo Siltoso, Franco Argiloso, Franco

Siltoso, Siltoso, Franco Argilo Arenoso

0,5 2

Argila, Franco Argiloso, Argila Siltosa, Franco

Argilo Arenoso 0,25 0,50

Argila < 0,25

Fonte: Dent & Young (1981) apud Baldissera (2005) e Lopes (2008).

Tabela 4.5 Localizao da Estao Metereolgica

Estao XPR YPR

Sorocaba 235840,93 7406994,84

_____________________________________________________________________________

DENT, D.; YOUNG, A. Soil survey and land evaluation. Londres: G. Allen e Unwin, 1981. 278p.

SALTER, P.J.; WILLIAMS, J.B. 1969. The influence of texture on the moisture characteristics of soils. V. Relationships between particle size composition and moisture contents at the upper and lower limits of available water. J. Soil Science, 20: p.126-131

42

Dados pluviomtricos dirios foram obtidos junto base de dados de 1916-2004 do

Departamento de guas e Energia Eltrica do Estado de So Paulo (DAEE), de sete

estaes (Tabela 4.6) situadas na bacia e de uma estao que a CBA possui na barragem

com dados dirios de 1914 a 2011.

Tabela 4.6 Localizao das Estaes Pluviomtricas

Estao XPR YPR Elevao (m)

Ibina 273896,37 7382767,33 880

Franco da Rocha 274415,44 7349537,14 660

Mato do Gado 284209,40 7375538,13 950

Carafa 263572,81 7389989,99 900

Caucaia 294354,92 7379378,02 936

Piedade 253644,67 7373204,74 840

Mairinque 277131,90 7393896,11 -

CBA 255769,26 7386759,60 845

4.6.3. Componentes do SWAT

Independente do problema em foco, o balano hdrico o fator principal por trs de

tudo o que ocorre numa bacia hidrogrfica, ou seja, para se predizer a dinmica de

pesticidas ou o transporte de sedimentos, o ciclo hidrolgico deve refletir a realidade da rea

de estudo (NEITSCH et al., 2010).

O ciclo hidrolgico no modelo se baseia na equao do balano hdrico apresentada

pela Equao 5.

t

i

gwseepasurfdayt QwEQRSWSW1

0 (5)

Onde: SWt a quantidade final de gua no solo (mm), SW0 a quantidade inicial de

gua no solo (mm), wseep percolao (mm), Rday corresponde precipitao do dia i

(mm), Qsurf o escoamento superficial (mm); Ea a evapotranspirao no dia i (mm), t o

tempo, em dias e Qgw o escoamento de retorno, no dia i ( mm ).

O escoamento superficial pode ser calculado atravs do mtodo de Green & Ampt ou

pelo mtodo do Soil Conservation Service conhecido como mtodo do Nmero da Curva.

Como foram utilizados dados dirios de precipitao, optou-se por aplicar o segundo mtodo

que segue a equao 6 (SCS, 1972).

SIR

IRQ

aday

aday

surf

2

(6)

43

Onde: Qsurf corresponde ao escoamento superficial acumulado ou precipitao

efetiva, Ia so as abstraes iniciais no dia (mm), S o parmetro de reteno no dia, (mm)

e Rday a precipitao diria, (mm).

O parmetro de reteno varia espacialmente de acordo com tipo de solo, uso e

manejo do solo, declividade e varia temporalmente com as condies climticas e definido

pela equao 7. Para as abstraes iniciais, geralmente o adota-se o valor de 20% do

parmetro de reteno.

10

1000*4,25

CNS (7)

Onde CN o nmero da curva que varia de 0 a 100, onde 0 corresponde a completa

permeabilidade e 100 a de total impermeabilidade. O CN varia de acordo com condies

antecedentes de umidade, podendo ser: (I) ponto de murcha, (II) situao de umidade mdia

e (III) situao de solo saturado. Geralmente os valores de CN referem-se a condio II.

Tempo de concentrao corresponde ao tempo, em horas, necessrio para que toda

a bacia contribua para o escoamento superficial dado um determinado evento. O tempo de

concentrao (tconc) dado pela soma do tempo que o escoamento superficial leva para

alcanar o canal principal (tov) com o tempo de escoamento do canal principal (tch) at a

sada da bacia.

Em bacias de maior extenso com tempo de concentrao maior que 1 dia, somente

parte do escoamento superficial atingir o canal principal no dia quem que foi gerado. Para

atender a essa necessidade, o SWAT incorpora um atraso no escoamento superficial, dado

pela equao 8.

conc

istorsurfsurft

surlagQQQ exp1*)'( 1, (8)

Onde: Qsurf o escoamento superficial no dia (mm), Qsurf a parte do escoamento

gerado no dia que chega ao canal principal (mm), Qstor,i-1 o escoamento superficial de um

dia anterior (mm), surlag o coeficiente de atraso do escoamento e tconc o tempo de

concentrao da bacia (h).

A maior taxa de escoamento superficial dada pela vazo de pico calculada

atravs do mtodo racional modificado, definido pela equao 9.

conc

surftc

peakt

AQq

*6.3

** (9)

44

Onde: Qsurf o escoamento superficial no dia (mm), tc a frao da precipitao

diria que ocorre durante o tempo de concentrao, A a rea da bacia (km2) e tconc o

tempo de concentrao da bacia (h).

O modelo SWAT traz trs mtodos de clculo da Evapotranspirao Potencial:

Penman-Monteith (Monteith, 1965; Allen, 1986; Allen et. al., 1989), Priestley-Taylor

(Priestley e Taylor, 1972) e o mtodo de Hargreaves (Hargreaves et. al., 1985).

O mtodo de Penman-Monteith requer dados de radiao solar, temperatura,

umidade relativa do ar e velocidade do vento e dentre os modelos que o SWAT possui, foi o

escolhido para o clculo da evapotranspirao potencial segue a equao (10).

a

c

a

zzpair

net

rr

r

eecGH

E

1*

***

0

(10)

Onde E a densidade do fluxo de calor latente (MJ.m-2.d-1), E a taxa de

evaporao profunda (mm.d-1), a rampa da curva presso-temperatura do vapor de

saturao, de/dT (kPA.C-1), Hnet a radiao lquida (MJ.m-2.d-1), G a densidade do fluxo

de calor superfcie (MJ.m-2.d-1), air a densidade do ar (kg.m-3), cp o calor especfico

presso constante (MJ.kg-1.C-1), ez0 a presso do vapor de saturao do ar altura z

(kPa), ez a presso do vapor de gua do ar altura z (kPa), a constante psicromtrica

(kPA.C-1), rc a resistncia do dossel vegetativo (s.m-1), e ra a resistncia de difuso da

camada de ar (s.m-1).

A percolao calculada para cada camada de solo e somente ocorre quando se

exceder capacidade de gua da camada superior e a camada abaixo ainda no estiver

saturada. Quando esta condio satisfeita, a quantidade de gua que percola segue a

equao (Equao 11).

perc

excesslylypercTT

tSWw exp1*,, (11)

Onde wperc,ly a quantidade de gua que percola para a prxima camada (mm),

SWly,excess o volume passvel de ser drenado (mm), t o intevalo de tempo (horas) e

TTperc o tempo de propagao na camada do solo (horas).

O tempo de propagao varia de acordo com a camada de solo e dado pela

equao (Equao 12).

45

sat

lyly

percK

FCSATTT

(12)

Onde SATly a capacidade de campo da camada de solo inferior quela em

questo, FCly a capacidade de campo da camada de solo em questo, (mm) e Ksat a

condutividade hidrulica em mm.h-1.

O SWAT considera tambm a ocorrncia do escoamento lateral, que corresponde

gua que percola verticalmente encontra uma camada impermevel e se acumula, formando

uma zona saturada, que a origem do escoamento definido pela equao 12.

hilld

satexcessly

latL

slpKSWQ

*

***2*024,0

,

(12)

Onde Qlat a quantidade de gua que escoa sub-superficialmente (mm), SWly,excess

o volume passvel de ser drenado na camada de solo (mm), Ksat a condutividade hidrulica

saturada (mm.h-1), slp a declividade media da sub-bacia (m.m-1), d a porosidade da

camada de solo (mm.mm-1) e Lhill e o comprimento do declive (m).

Para o escoamento subterrneo, o SWAT possui duas divises de aquferos, sendo um

livre, superficial e no confinado e outro aqufero profundo e confinado. A gua que vai para

o aqufero profundo considerada perdida para o balano hdrico daquela bacia. O

escoamento de base vai para o canal principal se a quantidade de gua armazenada no

aqufero exceder o valor especificado pelo usurio. O balano hdrico para o escoamento

subterrneo segue a equao (13).

shpumprevapgwshrchrgshiish wwQwaqaq ,,1, (13)

Onde aqsh,i a quantidade de gua no aqufero superficial no dia "i", (mm), aqsh,i-1 a

quantidade de gua no aqufero raso no dia anterior, (mm), Qgw o escoamento

subterrneo, wrevap a quantidade de gua que evapora e wpump,sh a quantidade de gua

que bombeada do aqufero.

O escoamento subterrneo calculado atravs da frmula 14.

wtbl

gw

satgw h

L

KQ *

*80002

(14)

Onde Ksat corresponde condutividade hidrulica do aqufero (mm.dia-1), Lgw a

distncia ao divisor da bacia (m) e hwtbl a profundidade do lenol fretico (m).

A recarga do aquifero raso ocorre de acordo com a seguinte equao (15):

deeprchrgshrchrg www , (15)

Onde wrchrg a quantidade de gua advinda da percolao (mm) e wdeep a gua que

vai para o aqufero profundo (mm), sendo essa recarga definida pela equao 16.

46

rchrgdeepdeep ww * (16)

Onde deep o coeficiente de percolao do aqufero raso para o profundo.

No SWAT, os reservatrios esto localizados no canal principal e recebem toda a

contribuio da bacia. A equao 17 mostra como calculado o balano hdrico para

reservatrios.

seepevappcpflowoutflowinstored VVVVVVV (17)

Onde V o volume do reservatrio no final do dia (m3), Vstored o volume de gua

armazenado no reservatrio no incio do dia (m3), Vflowin o volume de gua afluente no

reservatrio durante o dia (m3), Vflowout o volume de gua que sai do reservatrio durante o

dia (m3), Vpcp o volume de chuva que cai no reservatrio durante o dia (m3), Vevap o

volume removido do reservatrio pela evaporao durante o dia (m3), e Vseep o volume

perdido por condutividade hidrulica durante o dia (m3).

4.6.4. Calibrao do modelo

Para realizar a calibrao de modelos, necessrio separar a srie temporal de

dados medidos em dois perodos, sendo um para calibrao e o outro para validao do

modelo. Na etapa de calibrao, as variveis de entrada do modelo so modificadas at que

um ajuste aceitvel seja obtido. O modelo ento rodado com esses mesmos parmetros

de entrada para o perodo de validao e um ajuste determinado (Arnold et al, 1998). Os

resultados da verificao da validao do modelo indicam se o modelo capaz de

reproduzir a srie de dados no usados em sua calibrao.

A calibrao do modelo SWAT pode ser feita para: balano de gua e escoamento;

sedimentos; nutrientes; e pesticidas, Para realizar essa etapa, foi utilizada uma srie histria

de dados de vazo obtida junto a CBA com dados desde 1914, sendo as demais variveis,

simuladas a partir dessa calibrao e validao.

Antes de realizar a etapa de calibrao, feita a anlise de sensibilidade dos

parmetros que interferem na varivel que se deseja calibrar. A essa anlise de

sensibilidade rankeia a influncia do parmetro sobre a varivel. A seguir apresenta-se o

significado dos parmetros includos na anlise de sensibilidade:

ALPHA_BF constante de recesso do fluxo de retorno do escoamento de base;

CANMX armazenamento mximo no dossel (mm);

CN2 curva nmero inicial para a condio de mistura II;

ESCO fator de compensao de evaporao do solo;

GWQMN profundidade limite de gua no aqufero raso requerida para o escoamento

de retorno ocorrer (mm);

47

GW_DELAY - tempo de percurso da gua, entre o perfil do solo e o aqufero raso,

(dias);

GW_REVAP coeficiente que controla a taxa de transferncia de gua do aqufero raso

para a zona de razes;

LAT_TTIME tempo do escoamento lateral (dias).

RCHRG_DP frao de percolao da zona de razes que recarrega o aqufero

profundo;

REVAPMN profundidade limite de gua no aqufero raso para ocorrer revap (mm);

SLSLOPE comprimento de rampa;

SLSUBBASIN comprimento de rampa mdio para a sub-bacia, adotado como sendo o

mesmo valor utilizado para o comprimento de rampa do escoamento lateral (m);

SOL_AWC capacidade de gua disponvel na camada de solo (mm);

SOL_K condutividade hidrulica saturada (mm h-1);

SURLAG coeficiente de atraso do escoamento superficial.

4.7. Anlises Estatsticas

Pra avaliar o desempenho do modelo, os dados mensais de escoamento simulado

pelo programa foram comparados com os dados observados na rea de estudo no perodo

de 2005 a 2011.

A anlise estatstica da calibrao e validao do modelo foi feita atravs do

Coeficiente de Eficincia (CNS) de Nash-Sutcliffe (1970), definido pela equao 18, e

atravs da Tendncia Percentual (PBIAS) definida pela equao 19.

De acordo com Moriasi et al. (2007), o coeficiente de Nash-Sutcliffe (CNS), pode

variar a partir de negativo infinito a 1, sendo 1, indicativo de ajuste perfeito. A Tendncia

Percentual quantifica o desvio entre os dados simulados e observados. Valores positivos

para o PBIAS indica que a simulao tende a subestimar os valores, enquanto valores

negativos indicam que o modelo superestima os valores da varivel em estudo (MORIASI et

al., 2007).

n

i

n

i

OO

SO

CNS

1

2

1

2

1 (18)

100*(%)

O

SOPBIAS (19)

48

Sendo: O evento observado, S evento simulado, O mdia de eventos

observados durante a simulao, S mdia de eventos simulados e n nmero de

eventos.

4.8. Simulao de Cenrios

Dos diversos cenrios possveis de serem simulados, optou-se por aqueles que

correspondessem com realidades futuras plausveis para a rea de estudo. Para isso, foram

construdos 2 cenrios: (1) Conservacionista - simular a implementao de prticas

conservacionistas; (2) Expanso desordenada - simular a expanso urbana desordenada

aliada supresso da vegetao e expanso da rea urbana com base no mapa de Uso e

Ocupao do Solo produzido.

Com o intuito de diagnosticar a expanso dos tipos de uso e de ocupao do solo e

seu impacto sobre as variveis do SWAT em estudo, foi feita a comparao entre as cartas

de uso e ocupao atual e o de Tsuhako (2004) e traada a expanso da rea urbana e das

reas de cultura em supresso vegetao.

Na construo das imagens para o cenrio Conservacionista, foram atendidas as

determinaes do Cdigo Florestal Brasileiro, Lei Federal 4.771/65, que determina as faixas

de preservao no entorno de rios e nascentes e em terrenos com declividade maior que

45%. Para executar as alteraes no mapa de uso e ocupao do solo, foram utilizadas

ferramentas de operao usuais do ArcGIS.

49

5 RESULTADOS E DISCUSSES

5.1. Levantamento Socioeconmico dos Municpios

A Tabela 5.1 lista os municpios que compe a bacia de estudo com a porcentagem

de rea da bacia ocupada para cada municpio e a porcentagem de sua rea que faz parte

da bacia.

Tabela 5.1 Populao e Ocupao do Territrio da Bacia de Itupararanga

Municpios rea Municipal

(km2)

% do Municpio na

Bacia

Populao

2010 (hab)

Alumnio 83,81 20,83 16.839

Cotia 323,10 22,89 201.150

Ibina 1.057,54 55,68 71.217

Mairinque 209,64 24,66 43.223

Piedade 746,87 2,08 52.143

So Roque 306,34 37,96 78.821

Vargem Grande

Paulista 42,08 62,58 42.997

Votorantim 183,65 25,25 108.809

Fonte: Fundao Florestal (2009) e IBGE (2010).

De acordo com a sinopse do Censo 2010 do IBGE, Alumnio possui 16.839

habitantes em uma rea 83,81 km2. Segundo a Prefeitura Municipal de Alumnio (PMA,

2011), o municpio possui infra-estrutura de rede eltrica, esgoto e gua que atende 95%

dos domiclios e 90% da coleta de lixo da rea urbana. A concentrao da populao e a

origem do municpio so atribudas instalao da Companhia Brasileira de Alumnio

CBA. Sua formao administrativa iniciou-se em 1942 como de distrito policial. Em 1980, foi

transformado em distrito do municpio de Mairinque, sendo emancipado em 1991

(FUNDAO FLORESTAL, 2009).

Cotia possui populao de 201.150 habitantes com 323,10 km2 de rea (IBGE,

2010). O municpio surgiu como uma pequena povoao chamada Acutia, na beira da

estrada de mesmo nome, que ligava So Paulo a Sorocaba. Em 1856, quando passou a

vila, recebeu a denominao atual (FUNDAO FLORESTAL, 2009).

Ibina possui 71.217 habitantes e o municpio com maior ocupao da rea da

Bacia (quase 63%). Segundo a Fundao Florestal (2009), sua principal atividade

econmica consolidou-se no cultivo de hortifrutigranjeiros, e parte do cinturo verde de

abastecimento da grande So Paulo.

50

Mairinque, com atualmente 43.223 habitantes, deve sua existncia Estrada de

Ferro Sorocabana at o incio da imigrao japonesa, que deu grande impulso agricultura

local. Em 1959 conquistou autonomia municipal.

Piedade o municpio que ocupa a menor poro da bacia com distribuio

econmica baseada na agricultura (PMM, 2011) e possui 52.143 habitantes. Entretanto,

segundo a Fundao Florestal (2009), no h contribuio do municpio no nmero de

habitantes da bacia em estudo.

De acordo com a reviso do Plano Diretor do Municpio (PMSR, 2005), So Roque,

com 78.821 habitantes, vem abandonando a produo de vinho, que j foi a atividade

principal, e concentrando-se, ainda na rea rural, nas poucas unidades com produo

agrcola, a culturas especiais de alto valor agregado, que atendem um mercado consumidor

mais sofisticado - como as culturas hidropnicas e sem agrotxicos.

No que diz respeito aos aspectos econmicos do municpio de Vargem Grande

Paulista, a produo agrcola tem destaque, verificado por vrias propriedades rurais,

inserindo o municpio no cinturo verde, que abastece a cidade de So Paulo. Os

principais produtos deste setor so: flores, hortalias, legumes, milho e plantas ornamentais.

O servio de abastecimento de gua, atravs da Sabesp, serve cerca de 75% do Municpio,

a de captao de esgotos, chega a 40% porm sem tratamento, e a coleta de lixo

realizada em 100% (PMVGP, 2011).

Votorantim, com populao de 108.809 habitantes foi fundado na segunda metade

do sculo XVII, um pequeno povoado que comeou a se formar ao redor de capela

dedicada a N. Sra. do Ppulo. Aps sua emancipao, em 1964, passou a se desenvolver

de forma mais expressiva, atraindo vrias indstrias e aumentando sua populao

(FUNDAO FLORESTAL, 2009; PMV, 2011).

De acordo com Pedrazzi (2009), os municpios de Ibina, Vargem Grande Paulista e

Cotia no possuem tratamento total de esgotos. O municpio de Vargem Grande Paulista

no possui tratamento de esgotos e despeja diariamente todo seu esgoto in natura no

crrego Vargem Grande Paulista, que desgua no rio Sorocamirim, um dos formadores do

reservatrio.

5.2. Mapas Fisiogrficos e Parmetros Morfolgicos

5.2.1. Parmetros Morfolgicos

A bacia formadora da Represa de Itupararanga possui rea de drenagem de 936,54

km2 e permetro de 163,33 km. O comprimento do rio principal de 78,08 km e a bacia

possui 2.366,14 km de rede de drenagem. A densidade de drenagem de 2,53 km.km-2

que, segundo Villela & Mattos (1975), significa que a bacia bem drenada. A Figura 5.1

expe a rede hidrogrfica cedida por Tsuhako (2004).

51

Os valores do fator forma (Kf), de 0,15; do ndice de circularidade de 0,44 e do

coeficiente de compacidade (Kc) de 1,49 indicam que a forma da bacia no se aproxima de

um crculo, revelando a baixa possibilidade de ocorrncia de enchentes, confirmando a

avaliao do resultado para densidade de drenagem.

A Tabela 5.2 contm os resultados obtidos para as caractersticas morfomtricas da

rea de estudo.

Tabela 5.2 Caractersticas morfomtricas da rea de drenagem da Represa de Itupararanga

Parmetros Morfolgicos Resultados

rea 936,54 km2

Permetro 163,32 km

Coeficiente de Compacidade (kc) 1,49

Fator Forma 0,15

ndice de Circularidade 0,44

Densidade de Drenagem 2,53 km.km-2

Comprimento do Rio principal 78,08 km

Rede de Drenagem 2,366,14 km

importante ressaltar que a avaliao desses resultados deve ser feita em conjunto

para se diagnosticar a realidade hidrolgica da bacia.

5.2.2. Mapa de Uso e Ocupao do Solo

No programa Idrisi, foi feita a composio de falsa cor da imagem de satlite (Figura

5.2) para que as amostras de treinamento fossem identificadas. Para manipulao das

classes e produo do layout final, a imagem classificada foi exportada para o software

ArcMap e o mapa final produzido pode ser observado na Figura 5.3. A porcentagem de

ocupao de cada classe est exposta na Tabela 5.3.

55

Figura 5.2 Composio Colorida RGB-543

59

Tabela 5.3 rea relativa das Classes de Uso e Ocupao do Solo

Classes de Uso e Ocupao rea (km2) rea Relativa (%)

gua 22,31 2,38

Formaes Florestais 393,61 42,03

Vrzea 43,32 4,63

Solo Exposto 28,56 3,05

Vegetao Gramnea 263,18 28,10

Cultura 158,75 16,95

rea Urbana 26,81 2,86

TOTAL 936,54 100

O mapa resultante da classificao possui ndice Kappa de 0,64 e IEG de 70,9%,

valores considerados muito bons, porm menores do que os obtidos com a coleta de

amostras de treinamento sem a visita a campo, entretanto optou-se por utilizar a imagem

que foi validada pela coleta de pontos na rea de estudo por refletir a realidade em campo.

A partir desse mapa pode-se perceber o predomnio da classe de Formaes

Florestais que so compostas de Mata Nativa e Florestas Plantadas conforme as

percepes em campo.

Nas campanhas de campo, identificou-se o predomnio de culturas de hortalias.

Esse tipo de cultura no apresenta safras sazonais e seus terrenos possuem uma grande

rotatividade entre colheita e plantio, portanto algumas reas identificadas como solo exposto

ou vegetao gramnea so, na realidade, estgios diversos de reas de cultura.

A confuso da classificao das reas urbana com a classe de solo exposto foi

minimizada pela aplicao da mscara para classe de rea urbana. Em campo perceberam-

se poucos locais com solo exposto sem funo e foram identificadas reas aradas para

plantio que foram classificadas como pertencentes a esta classe. A mscara da classe de

rea urbana baseou-se no mapa produzido pela Fundao Florestal e na interpretao

visual da composio colorida da imagem de satlite. O rio formador da represa, o rio

Sorocaba, nasce da juno dos rios Sorocamirim e Sorocabuu; nas reas de drenagem

destes dois rios se concentram os maiores problemas ambientais.

5.2.3. Geologia

Na rea de estudo esto presentes seis grandes grupos geolgicos (Figura 5.4 e

Tabela 5.4), estando tambm presentes seis zonas de cisalhamento, abrangendo perodos

de formao desde o Proterozico Mdio-Superior at o Quaternrio, (Fundao Florestal,

2009).

63

Tabela 5.4 Divises Geolgicas, rea de ocorrncia e rea relativa na bacia

Divises Geolgicas rea (km2) rea Relativa (%)

Macio Caucaia 86,58 9,24

Coberturas Cenozicas 99,65 10,64

Complexo Embu 195,50 20,87

Complexo Ibina 454,62 48,54

Complexo So Francisco 40,20 4,29

Grupo So Roque 59,99 6,41

TOTAL 936,54 100

Do perodo Neoproterozico, tem-se o Grupo So Roque, com 6,41 % da rea de

estudo, constitudo por metassedimentos e metabsicas, e o Complexo Embu, ocupando

cerca de 21 % da rea, composto por gnaises, Esto associados a diversos corpos

granticos, como os granitos So Francisco e So Roque, pertencentes ao Domnio So

Roque, e os granitos Ibina, Caucaia e Pilar do Sul, inseridos no Domnio Embu (IPT, 1981).

A estrutura tectnica mais significativa na rea de ocorrncia do cristalino a Zonas

de Cisalhamento de Taxaquara na direo NEE. Outras estruturas menores esto presentes

na rea, como a zona de cisalhamento de Caucaia (Fundao Florestal, 2009).

O Grupo So Roque ocupa cerca de 50% do embasamento cristalino e composto

por rochas de baixo grau metamrfico (fcies xisto verde), por metassedimentos diversos,

incluindo metapelitos, filitos, quartzo filitos e filitos grafitosos em sucesso rtmica, com

lentes de quartzito, metassiltitos, metaconglomerados e metarcseos, e, mais raramente, de

metacalcrios, metagrauvacas, metadolomitos e de rochas clcio-silicticas (IPT, 2005).

O Complexo So Francisco delimita-se a sul pela falha de Pirapora, compreende

rochas monzo a sienogranticas, por vezes com textura rapakivi, colorao acinzentada,

granulao grossa, inequigranular, com mineralizaes de fluorita e de metlicos junto s

encaixantes (PIRES et al., 1990 apud IPT, 2005).

O Complexo Ibina, ocupando quase 50 % da rea de estudo constitudo por

monzogranitos e sienogranitos e o Macio Caucaia, com 9,24 %, composto por sieno-

monzogranitos inequigranulares rseos (GODOY et. al, 2010).

As Coberturas Cenozicas (10,64 % da rea) so compostas por sedimentos

recentes constitudos principalmente por areias e argilas junto rede de drenagem dos

principais corpos dgua (GODOY, 1989).

Ao sul da Zona de Cisalhamento Taxaquara encontram-se distribudos os

metassedimentos e ortognaisses do Complexo Embu, pertencente ao Domnio Embu.

__________________________________________________________________________ PIRES, F. A. et al. Mapeamento geolgico da folha de Salto de Pirapora (SP), na escala 1:50.000. So Paulo: Instituto Geolgico - SMA, 1990. 76 p. (Relatrio Interno).

64

Trata-se de um conjunto caracterizado por metassedimentos pelticos e psamticos,

constitudos por sillimanita-granada gnaisses, migmatitos, xistos e quartzitos, alm de

localmente anfibolitos (Oliveira et al., 1998).

5.2.4. Geomorfologia

De acordo com o Mapa Geomorfolgico do Estado de So Paulo (ROSS & MOROZ,

1997), a bacia hidrogrfica formadora da Represa de Itupararanga abrange a unidade

morfolgica denominada de Planalto Ibina/So Roque onde predominam morros aguados

(Da) e topos convexos (Dc).

Segundo a Fundao Florestal (2009), a rea em estudo abrange as seguintes

classes geomorfolgicas: Mares de Morros, Morros com Serras Restritas, Morros Paralelos,

Plancies Aluviais, Morros de Topos Achatados, Mesas Baslticas e Escarpas Festonadas.

De acordo com Tsuhako (2004), o Mapa Geomorfolgico (Figura 5.5) apresenta

formas decomposicionais e agradacionais (acumulao) de relevo e que tem como

metodologia de classificao o trabalho desenvolvido por Ross (2001). As classes

apresentadas chegam ao 3 Txon o dos padres de Formas Semelhantes - e esto

descritas na Tabela 5.5.

Tabela 5.5 Descrio e Cobertura relativa das Classes Geomorfolgicas

Classe Entalhamento

dos Vales

Dimenso

Interfluvial rea (km

2) rea Relativa (%)

Apf Plancie

Fluvial - - 67,55 7,21

TA Terraos

Aluvionares - - 11,08 1,18

DC23

Formas de

Topos

Convexos

Fraco

(20 a 40 m)

Mdia (1)

80,30 8,57

DC24 Pequena(2)

103,47 11,05

DC33 Mdio

(40 a 80 m)

Mdia (1)

222,09 23,71

DC34 Pequena(2)

233,65 24,95

DC43 Forte

(80 a 160 m)

Mdia (1)

145,29 15,51

DC44 Pequena(2)

73,10 7,81

TOTAL 936,54 100

Fonte: Ross (2001); (1)

750 a 1750 m; (2)

250 a 750 m.

A partir do Mapa Geomorfolgico possvel perceber que as formas Denudacionais

(D) do tipo de modelado dominante Convexo (c) predominam na rea de estudo,

correspondendo a 91,6% da rea, alm de se identificar algumas reas de formas de

Acumulao de Plancie Fluvial (Apf) e Terraos Alvionares (TA).

De acordo com Ross & Moroz (1997), a rea apresenta nvel de fragilidade potencial

de mdio a alto, estando sujeito a fortes atividades erosivas.

67

5.2.5. Geotecnia

O mapa geotcnico apresentado (Figura 5.6) fruto da manipulao da base digital

cedida por Tsuhako (2004) e est em escala 1:500.000. As classes apresentadas no mapa

so descritas por Nakazawa et al. (1994).

A classe 1 ocupa 31,86% da rea e abrange terrenos com alta suscetibilidade a

movimentos de massa onde os escorregamentos planares, induzidos pela ocupao do

solo, so mais freqentes e causam mais prejuzos e riscos que os demais.

A classe 2 constituda por terrenos com alta suscetibilidade eroso por sulcos,

ravinas e voorocas sendo desencadeada por aes antrpicas como desmatamento e

expanso urbana e viria inadequadas e ocupa 55,95% da bacia estudada.

Documents

Caracterização ambiental e estimativa da produção de cargas