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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA - RIO GRANDE DO SUL
CAMPUS RIO GRANDE CURSO TÉCNICO EM GEOPROCESSAMENTO
USO DE TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO PARA QUANTIFICAÇÃO
DA EVOLUÇÃO DA LINHA DE COSTA DA ILHA DOS MARINHEIROS, RIO
GRANDE - RS
Rhamira Duarte Gautério Pascual
Yasmim dos Santos Cavalheiro
Orientador:
Prof. MSc. Miguel da Guia Albuquerque
Co-Orientador:
Prof. MSc. Jean Marcel de Almeida Espinoza
Rio Grande
Dezembro de 2011
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA - RIO GRANDE DO SUL
CAMPUS RIO GRANDE CURSO TÉCNICO EM GEOPROCESSAMENTO
ii
USO DE TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO PARA QUANTIFICAÇÃO
DA EVOLUÇÃO DA LINHA DE COSTA DA ILHA DOS MARINHEIROS, RIO
GRANDE - RS
Rhamira Duarte Gautério Pascual
Yasmim dos Santos Cavalheiro
Rio Grande
Dezembro de 2011
Trabalho apresentado como pré-requisito
para a obtenção do Grau de Técnico em
Geoprocessamento pelo Instituto Federal de
Educação, Ciência e Tecnologia do Rio
Grande do Sul - Campus Rio Grande.
iii
O sucesso nasce do querer, da determinação e persistência em se
chegar a um objetivo. Mesmo não atingindo o alvo, quem busca e vence obstáculos,
no mínimo fará coisas admiráveis.
José de Alencar
iv
AGRADECIMENTOS
Por Rhamira:
Agradeço primeiramente a minha família que foram minha base durante toda
essa caminhada, contribuindo para o meu pleno desenvolvimento. Agradeço ao meu
namorado, Wendel, pela confiança em mim depositada, pelo apoio e escuta nas
horas mais difíceis, encorajando-me a vencer os obstáculos.
Agradeço a parceira e grande amiga Yasmim, pela troca de saberes e
momentos de intenso estudo, pelos debates que tornaram a idéia inicial algo
concreto, resultando neste trabalho, fruto de muita pesquisa e aprendizagem. Aos
amigos, pelo carinho e paciência.
Agradeço ao corpo docente do curso de geoprocessamento, em especial ao
professor Tiago Gandra, pelo auxilio nas questões práticas deste trabalho. Agradeço
ao professor e orientador Miguel Albuquerque e ao co-orientador Jean Espinoza
mais conhecido como “oráculo”, pela dedicação, apoio e incentivo para realização
deste trabalho.
Por fim, não menos importante, agradeço a Deus que iluminou meus passos
durante toda essa caminhada, possibilitando a realização desta meta em minha vida.
Por Yasmim:
Agradeço a Deus acima de tudo por ter me dado coragem e persistência para
ter chegado até aqui. Agradeço a meus pais por todo apoio incondicional que recebi
e também por terem acreditado em mim.
A minha parceiríssima e grande amiga Rhamira, por todas as conversas,
dedicação, e principalmente pela união que tivemos para produzir este trabalho. Aos
meus grandes amigos que sempre estiveram do meu lado quando precisei e sempre
dispostos a me ajudar.
Ao professor Tiago Gandra pela enorme paciência em nos ajudar nos
processos com a produção dos mosaicos.
Ao meu orientador Miguel Albuquerque e co-orientador o “oráculo” Jean
Espinoza por estarem sempre dispostos e não medir esforços para nos auxiliar no
trabalho e pela grande confiança depositada para a conclusão deste trabalho.
v
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO...................................................................................................................... 9
1.1 Justificativa ................................................................................................................ 11
1.2 Área de Estudo .......................................................................................................... 11
2. OBJETIVOS ........................................................................................................................ 13
2.1 Objetivo Geral ............................................................................................................ 13
2.2 Objetivos Específicos ................................................................................................ 13
3. REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................................................. 14
3.1 Erosão Costeira/Estuarina ........................................................................................ 14
3.2 Agentes Condicionantes da Erosão .......................................................................... 15
3.3 Geoprocessamento ................................................................................................... 18
3.4 Conceitos de Geoprocessamento ............................................................................. 19
3.4.1 Cartografia ................................................................................................ 19
3.4.2 Sensoriamento Remoto ........................................................................... 20
3.4.3 Fotogrametria e Fotointerpretação .......................................................... 20
3.4.4 Topografia ................................................................................................ 21
3.4.5 Processamento Digital de Imagens ......................................................... 22
4. METODOLOGIA ................................................................................................................. 23
4.1 Base Cartográfica ...................................................................................................... 23
4.2 Levantamento in loco ................................................................................................ 24
4.2.1 Coleta dos Pontos de Controle ................................................................ 26
4.2.2 Coleta dos Pontos da Linha de Costa ..................................................... 27
4.3 Tratamento dos Dados .............................................................................................. 28
4.3.1 Georreferenciamento ............................................................................... 29
4.3.2 Registro .................................................................................................... 29
4.3.3 Mosaicagem ............................................................................................. 30
4.4 Vetorização da Linha de Costa ................................................................................. 31
4.5 Cálculo da Deriva de Costa....................................................................................... 33
4.5.1 Cálculo da Área erodida .......................................................................... 33
4.5.2 Cálculo da taxa da retrogradação anual .................................................. 35
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................................... 38
5.1 Mosaicos e Vetorização da Linha de Costa ............................................................. 38
5.2 Área Erodida .............................................................................................................. 39
5.3 Taxa de deslocamento linear .................................................................................... 44
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................... 48
7. REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 49
vi
LISTA DE TABELAS
Tabela 01: Estrutura da Base Cartográfica. ............................................................................ 24
Tabela 02: Dados do Marco Geodésico. ................................................................................. 26
Tabela 03: Erro do Mosaico de 1974. ...................................................................................... 29
Tabela 04: Erro do Mosaico de 1947. ...................................................................................... 30
Tabela 05: Dados da Digitalização. ......................................................................................... 33
vii
LISTA DE FIGURAS
Figura 01 - Localização da Ilha dos Marinheiros, Rio Grande - RS. ....................................... 12
Figura 02 - Base do GPS Geodésico. ...................................................................................... 24
Figura 03 - Modo Stop and Go. ................................................................................................ 25
Figura 04 - Distribuição dos pontos de controle coletados em campo com o GPS Geodésico.
.................................................................................................................................................. 26
Figura 05 - Marco Geodésico. .................................................................................................. 27
Figura 06 - Problemas encontrados na coleta de pontos da linha de costa. .......................... 28
Figura 07 - Fluxograma da metodologia empregada na base cartográfica. ........................... 28
Figura 08 - Modelo para Cálculo da Erosão/Acresção em Linhas de Costa. ......................... 34
Figura 09 - Modelo para Cálculo da Erosão em polígonos com transectos. .......................... 36
Figura 10 - A: Mosaico de 1947; B: Mosaico de 1974; C: Recorte da Fotografia de 1964. ... 38
Figura 11 - Comportamento da linha de costa da Ilha dos Marinheiros. ................................ 39
Figura 12 - Gráfico das áreas de erosão/acresção da Ilha dos Marinheiros. ......................... 39
Figura 13 - Modelo de Erosão/Acresção da Ilha dos Marinheiros entre 1974 e 2009. .......... 40
Figura 14 - Modelo de Erosão/Acresção da Ilha dos Marinheiros entre 1964 e 2009. .......... 41
Figura 15 - Modelo de Erosão/Acresção da Ilha dos Marinheiros entre 1947 e 2009. .......... 41
Figura 16 - Gráfico das áreas de erosão/acresção da Marambaia. ........................................ 42
Figura 17 - Gráfico de relação entre a área total erodida da Ilha dos Marinheiros com a área
erodida da Marambaia. ............................................................................................................ 43
Figura 18 - Variação da área erodida da Marambaia. ............................................................. 43
Figura 19 - Mapa de deslocamento linear da Marambaia entre 1947 e 2009. ....................... 45
Figura 20 - Cenários encontrados nas saídas de campo. ....................................................... 46
Figura 21 - Linha de Costa de 2011 com a taxa erosiva no período de 64 anos. .................. 47
viii
RESUMO
Na atualidade, uma das principais preocupações tanto dos municípios costeiros
quanto das regiões estuarinas do mundo, são as questões relacionadas ao processo
de erosão. As feições da linha de costa por estarem em ambiente dinâmico são
passíveis de modificações morfológicas devido aos fatores climáticos, topográficos,
oceanográficos, além da intervenção do homem nesses ambientes. A partir do
exposto, o presente estudo visa quantificar a erosão da linha de costa da Ilha dos
Marinheiros, Rio Grande - RS num período de 62 anos. A ilha está situada na
posição central de uma grande enseada no estuário da Laguna dos Patos possuindo
uma área de aproximadamente 40 km². A metodologia adotada neste estudo
consistiu na criação de uma base cartográfica composta por fotografias aéreas
datadas de 1947, 1964, 1974 e imagens de satélite GeoEye do ano de 2009,
realização de levantamentos topográficos, georreferenciamento, mosaicagem,
registro, vetorização da linha de costa e cálculo da deriva de costa. O cálculo das
taxas erosivas, a partir do comparativo das diferentes linhas de costa, foi realizado
no software Erdas-Image 9.3® e as demais etapas foram realizadas nos softwares
ArcGIS 9.3® e MultiSpec 3.1. Os resultados obtidos englobam a confecção dos
mosaicos, a digitalização da linha de costa, o cálculo de área erodida e também o
cálculo da taxa deslocamento linear da região da Marambaia, para este último foram
encontrados valores que variaram de 0,48 a 1,69 metros por ano. A partir do
exposto, conclui-se que a metodologia empregada mostrou-se precisa para análise
do processo erosivo que ocorre na Ilha dos Marinheiros.
Palavras-chave: Erosão costeira; Linha de Costa; Geoprocessamento;
9
1. INTRODUÇÃO
Na atualidade, um dos principais problemas enfrentados pelos municípios
litorâneos, no mundo, é a erosão costeira. A preocupação com este tema se dá pelo
valor social e econômico das regiões costeiras e principalmente pela quantidade de
pessoas que residem próximas à linha de costa, uma vez que, segundo Tagliani et
al. (2006) cerca de 60% da população mundial encontram-se nessas regiões.
Dentre os diversos conceitos existentes temos que erosão costeira é o
resultado da alteração do equilíbrio, envolvendo principalmente o suprimento natural
de sedimentos, ocupação-urbanização, subsidência do terreno, variação da
intensidade e direção do fluxo de energia das ondas, variações relativas do nível do
mar, entre outros fatores. Outro termo utilizado para designar o recuo da linha de
costa é a retrogradação, que se define por ser um movimento negativo da linha de
costa, resultando em uma perda de terreno. Em alusão a linha de costa, erosão
costeira pode ser conceituada como um processo natural de reequilíbrio da mesma
em detrimento de um processo de perda de sedimentos de uma determinada
localidade.
Nos últimos anos, o aumento da ocupação das áreas costeiras, uma possível
intensificação dos eventos extremos incidindo sobre a costa, bem como um possível
cenário de elevação do nível médio do mar (NM), vem causando danos
consideráveis na estrutura dessas localidades. Estudos relacionados a mudanças na
posição da linha de costa e na determinação de áreas mais suscetíveis aos
processos erosivos têm sido cada vez mais importantes à medida que os municípios
costeiros necessitam de planos de manejo eficazes para a orla marítima/estuarina.
Levando em consideração todos os corpos d’água conectados ao oceano,
como os estuários, por exemplo, alterações da dinâmica deste cenário afetarão
diretamente estes ambientes, inclusive acelerando os processos erosivos.
Dentre as diversas ferramentas utilizadas para a quantificação das taxas de
retrogradação das zonas costeiras tem-se que, o uso de técnicas de
geoprocessamento tem estado cada vez mais presente nas pesquisas relacionadas
à erosão de margens costeiras ou estuarinas. Geoprocessamento, por definição, é o
uso de técnicas matemáticas e computacionais para o tratamento da informação
geográfica (Câmara & Davis, 2007). No uso dessa ferramenta é fundamental a
10
obtenção e utilização de dados precisos, fazendo uso de diversas fontes, sendo
elas, imagens de satélites de diferentes épocas, fotografias aéreas ou mapas, já
existentes, para confecção de novos produtos. Esse conjunto de informações é de
fundamental importância para os municípios costeiros que sofrem com o problema
da erosão.
Para quantificar as taxas de erosão, por fotografias ou imagens de satélite, se
faz uso, na maioria dos casos, da linha de costa como referência. Dolan et al. (1978)
conceituam linha de costa como sendo a representação das bordas de um corpo
d’água, as quais estão sujeitas a processos extremamente dinâmicos, apresentando
mudanças diárias e de longo período em sua posição. A definição da localização da
linha de costa de uma determinada região, seja ela marinha ou estuarina, é um
processo um pouco complexo, o qual é condicionado pelas interações
morfodinâmicas, que são regidas pelas ondulações geradas por sistemas
meteorológicos e pelo balanço hídrico e sedimentar resultante entre o aporte
continental e marinho.
Na costa do Rio Grande do Sul, fenômenos erosivos em praias oceânicas e
margens estuarinas são constantemente estudados no meio acadêmico-científico.
Estudos têm destacado que algumas áreas costeiras e estuarinas vêm
apresentando taxas crescentes de erosão, devido não apenas as condições
naturais, mas também resultado das atividades do homem, como ocupações
irregulares nas regiões costeiras e construção de grandes obras de engenharia.
A Planície Costeira do Rio Grande do Sul e os entornos do estuário da
Laguna dos Patos, com destaque para a Ilha dos Marinheiros, foco deste trabalho,
são, segundo Tagliani et al. (2006), áreas extremamente planas que apresentam
pouquíssima variação de relevo. Considerando um possível cenário de elevação do
nível do mar, uma quantificação do comportamento da linha de costa da Marambaia,
localizada na margem leste da Ilha, é de grande importância à medida que a
localidade vem sendo submetida, ao longo dos anos, a sérios problemas de erosão.
A partir do exposto, o presente estudo tem por objetivo quantificar a evolução
da linha de costa da Ilha dos Marinheiros, com ênfase na região da Marambaia,
entre os anos de 1947 e 2009, com o uso de geotecnologias, fotos aéreas e
imagens de satélite da localidade nos últimos sessenta e dois anos. O estudo
11
propõe ainda, dar ênfase à aplicação de uma metodologia eficaz para a geração de
um produto confiável e preciso que possa ser útil em trabalhos futuros.
1.1 Justificativa
A motivação para realização desse estudo dá-se em virtude da
disponibilidade de ferramentas que permitem a análise espaço-temporal da área.
Sendo o geoprocessamento um conjunto de técnicas que consistem na coleta e no
tratamento de dados espaciais brutos, com a finalidade de extrair informações sobre
determinado fenômeno, o estudo e quantificação dos processos erosivos na Ilha dos
Marinheiros tornam-se uma alternativa válida e importante para a gestão costeira da
localidade. Levando-se em consideração que as ilhas são localidades que
apresentam um ecossistema rico e ao mesmo tempo frágil no que diz respeito a
possíveis alterações na sua topografia, no clima da região, é fundamental se
estabelecer um panorama atual bem como expor a resposta dessas localidades às
mudanças na linha de costa. Além disso, a Ilha dos Marinheiros é considerada a
maior ilha do estado, apresentando grande representatividade histórica, cultural e
econômica, uma vez que é a maior abastecedora de hortifrutigranjeiros para a
cidade de Rio Grande e entornos.
1.2 Área de Estudo
A Ilha dos Marinheiros (Figura 01) a qual faz parte do município de Rio
Grande – RS possui uma área de aproximadamente 40 Km2 e está situada na
posição central de uma grande enseada no estuário da Laguna dos Patos. A
localidade é caracterizada por uma grande diversidade ambiental, composta por
dunas, matas, terraços, marismas, lagoas, entre outros ambientes, sendo sua
população composta predominante por pescadores e agricultores.
12
Figura 01 - Localização da Ilha dos Marinheiros, Rio Grande - RS. Fonte: Própria do trabalho.
13
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
O presente estudo tem por objetivo quantificar a erosão da linha de costa da
Ilha dos Marinheiros, Rio Grande – RS, num período de 62 anos, com ênfase na
Marambaia, região pertencente à ilha, através de técnicas de geoprocessamento.
2.2 Objetivos Específicos
Gerar mosaicos das fotografias aéreas de 1947 e 1974;
Traçar a linha de costa da Ilha dos Marinheiros através de fotografias aéreas
e imagem GeoEye;
Traçar a atual linha de costa da região mais povoada da Marambaia com GPS
Geodésico;
Obter a área erodida e a taxa de retrogradação da linha de costa;
Gerar mapas com a retrogradação da linha de costa dos últimos 62 anos.
14
3. REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 Erosão Costeira/Estuarina
A zona costeira é uma região dinâmica, ou seja, está constantemente
sofrendo transformações e processos que integram inúmeros fatores, entre eles
destacam-se fatores naturais, como eventos climáticos que ocorrem em margens
litorâneas bem como a morfologia, e também fatores antrópicos, como a ocupação
irregular e a implantação de obras de engenharia. A partir de ações que interfiram no
perfil dinâmico da praia e no transporte de sedimentos, as zonas costeiras e
estuarinas estão sujeitas a uma perda de estabilidade, a qual acarreta ou intensifica
os riscos inerentes à erosão costeira. Sendo a zona costeira uma interface entre
continente, atmosfera e oceano, ela se torna vulnerável a mudanças nestes três
grandes sistemas (NEVES & MUEHE, 2008).
Rosseti (2008) apud Coelho et al. (2009) destaca que os ambientes costeiros,
mais do que qualquer outro sistema físico, caracterizam-se pelas frequentes
mudanças, tanto espaciais quanto temporais, resultando em uma grande variedade
de feições geomorfológicas. O grande dinamismo da costa é condicionado por
processos deposicionais e erosivos provenientes da ação de ondas, correntes e dos
processos de subida e recuo do nível das águas, sejam do mar ou dos estuários.
O litoral brasileiro apresenta um perfil praial bastante diversificado de forma
que, estudos realizados ao longo da costa brasileira indicam que os relatos sobre
erosão são bem mais numerosos do que os de progradação da linha de costa.
Dados revelam que trinta e cinco por cento (35%) do litoral brasileiro se encontram
em erosão sendo que, grande parte ocorre nas praias e, em menor proporção, nas
falésias sedimentares seguido de desembocaduras fluviais e estuarinas (NEVES &
MUEHE, 2008).
Alfredini (2005) apud Albuquerque (2010) destaca que, erosão costeira é o
conjunto de processos em que é removido mais material da praia do que depositado,
sendo que esse processo condiciona à quebra do equilíbrio dinâmico original. A
esse fenômeno é atribuído o termo recuo da linha de costa em direção ao
continente. Costa (1995) apud Neves & Muehe (2008) discute que o processo
erosivo, em parte, é resultante da própria morfodinâmica local de forma que,
15
modificações naturais ou induzidas pelo homem, no regime de variação fluvial e no
aporte de sedimentos, intensificam esses processos.
Braga (2005) apud Nascimento (2009) afirma que a forma com a qual a
erosão irá atuar em uma linha de costa é regida pela localização, configuração,
orientação e profundidade desta região. Uma linha de costa que apresenta
tendências erosivas está, segundo Antiqueira (2009), submetida a ondas que
apresentam ângulos de incidência que podem proporcionar ou não o aumento no
fluxo de sedimentos local.
Dentro do contexto de erosão costeira e sua relação com uma análise
ambiental ressalta-se a questão do grau de vulnerabilidade costeira de uma região.
Pereira (2005) define vulnerabilidade como sendo a interação das variáveis físicas,
biológicas e sócioeconômicas, as quais envolvem a susceptibilidade do ambiente. A
vulnerabilidade depende de vários fatores entre eles o tipo de costa, o grau de
exposição ao regime hidrodinâmico (ondas e marés) entre outros.
Gornitz et al. (1994) apud Albuquerque (2010) afirmam que os aspectos
físicos consistem na estrutura do terreno, onde são relacionados: a amplitude de
maré, altura das ondas, declividade do litoral, taxa de erosão da linha de costa,
geomorfologia litorânea e taxa de subida do nível do mar. Já os aspectos
sócioeconômicos referem-se à capacidade de amenizar esses impactos.
Novaes et al. (2007) destacam que quanto mais sensível, mais vulnerável e
menos sustentável é a área, maior é o grau de exposição do local e a capacidade
em suportar determinadas ações. A avaliação da vulnerabilidade possibilita
identificar os riscos, determinar ações prioritárias e cenários futuros, além de
demonstrar a probabilidade de uma determinada área em sofrer dano devido à ação
de agentes naturais ou antrópicos (CARNEIRO et al., s.d.).
3.2 Agentes Condicionantes da Erosão
As causas para erosão costeira, na maior parte das vezes, envolvem a
superposição de diferentes processos atuando em diferentes escalas temporais e
espaciais. Os fatores que são reconhecidos no mundo inteiro como os principais
agentes da erosão costeira, são destacados por causarem a redução do suprimento
de sedimentos bem como a interrupção da deriva litorânea. (TOMAZELLI &
DILLENBURG, 1998 apud FISCHER, 2005)
16
De acordo com Piérri (2008) apud Nascimento (2009) as características
regionais determinam o nível de risco à erosão. A latitude, por exemplo, irá
determinar alguns fatores climáticos e oceanográficos (ventos e padrões de onda,
correntes, suscetibilidade a furações ou tempestades).
Ao se considerar os fatores que influenciam nas mudanças climáticas e seus
impactos sobre a zona costeira é importante ter conhecimento dos fenômenos
atuantes, entre eles: regime de ventos, comportamento das ondas, variações no
nível médio do mar, transporte de sedimentos e variações de temperatura.
Fischer (2005) afirma que assim como as praias oceânicas, as praias
estuarinas também são passíveis de modificações morfológicas. Além disso, as
praias localizadas em estuários também podem sofrer processos erosivos. Estuários
são definidos como sendo corpos de água costeiros semifechados, com uma livre
ligação com o oceano aberto, no interior do qual a água do mar é mensuravelmente
diluída pela água doce proveniente da drenagem continental (PRITCHARD, 1955
apud FISCHER, 2005).
Diversos estudos realizados no Estuário da Laguna dos Patos por Calliari et
al. (1980), Antiqueira & Calliari (2005), Fischer (2005), Noguez (2005), Tagliani et al.
(2006), Antiqueira (2009), Gonçalves (2010), Pereira (2010), dentre outros, tem
demonstrado que, os principais agentes que condicionam a erosão em margens
estuarinas são as ondas geradas dentro do próprio estuário por ventos locais, as
marés, o aumento do nível da água e as correntes induzidas por ondas
(NORDSTRON, 1992 apud FISCHER, 2005).
O regime de ondas merece grande destaque, na medida em que este é o
principal agente transformador em costas estuarinas (Neves & Muehe, 2008).
Mesmo com intensidade de energia menor, as ondas no estuário provocam o
transporte de sedimentos e a mudança da morfologia da linha de costa. Conforme
Fischer (2005) as características das ondas dentro do estuário são determinadas
pela velocidade, duração dos ventos e pela distância da pista que o vento percorre.
Nos estuários as ondas são ainda influenciadas pela profundidade da água, pela
topografia que poderá causar variações no regime dos ventos e por estruturas
construídas na bacia.
As ondas geradas em estuários quebram com um ângulo de inclinação em
relação à linha de costa, diferente das ondas refratadas oceânicas (CARTER, 1980
17
apud FISCHER, 2005). Tal ângulo é responsável por um máximo transporte
litorâneo de sedimentos, processo este conhecido como deriva litorânea (ALVES,
2006 apud ANTIQUEIRA, 2009). Em períodos de tempestades a energia das ondas
atinge uma alta intensidade de forma que, durante estes eventos os fenômenos
erosivos se intensificam.
É importante destacar que a determinação de erosão em uma determinada
localidade, não pode ser definida por um único evento, como tempestades,
enchentes, ciclones entre outros, e sim por uma análise temporal de longo prazo que
integram todas as mudanças climáticas, a fim de comprovar que esta região está
realmente sofrendo uma tendência erosiva.
Por sua vez, a influência das variações do nível da água afeta de maneira
significativa as margens dos estuários, até mesmo mudando sua forma. O alcance
das águas ocasiona a modificação da intensidade das correntes e a distribuição
vertical da onda no perfil praial (NORDSTRON, 1992 apud FISCHER, 2005).
As oscilações de nível médio do mar estão associadas às marés
astronômicas, sendo que estas não sofrem influências climáticas, já as oscilações
que dependem dos efeitos meteorológicos, são designadas marés meteorológicas. A
Laguna dos Patos está sob regime de micro-maré, ou seja, baixa amplitude,
apresentando em média a maré astronômica de aproximadamente 0,5 m, mas as
oscilações de maré meteorológica podem atingir 1,0 m, como descrito por Neves &
Muehe (2008). O fato de estar localizada numa área de micro-maré torna as chuvas
e os ventos, fatores determinantes nas variações de nível no interior dos estuários
(FISCHER, 2005).
Os ventos possuem grande influência no processo erosivo, uma vez que, é
sobre os corpos d’água costeiros e estuários que os ventos geram ondas e induzem
circulações de massas d’água em várias escalas de tempo. (NEVES & MUEHE,
2008). Os ventos capazes de gerar ondas no Estuário da Laguna dos Patos,
segundo Fisher (2005), são os dos quadrantes NE, SE, e E. Sendo que ocorre a
predominância de ventos NE ao longo de todo o ano. Os ventos NE favorecem o
fluxo vazante, isto é, a saída de água do estuário. Em contrapartida os ventos S e
SE fazem uma inversão de fluxo, facilitando a entrada de água marinha no estuário.
Os ventos SW, provocam o aprisionamento d’ água na Barra de Rio Grande fazendo
subir o nível em toda a Laguna dos Patos. (SOUZA, 2002 apud FISCHER, 2005)
18
Neves & Muehe (2008) dão ênfase a outro fator condicionante no aumento do
nível médio do mar que é o fenômeno induzido pelo aquecimento atmosférico,
provocando a expansão térmica da água, aumentando assim o volume das águas
marinhas e acarretando em um aumento do nível médio dos mares que afetará
diretamente no estuário.
3.3 Geoprocessamento
Segundo Câmara & Davis (2007), geoprocessamento refere-se à disciplina do
conhecimento que utiliza técnicas matemáticas e computacionais para o tratamento
das informações geográficas. O geoprocessamento tem apresentando um crescente
avanço e significativas influências nas áreas de Cartografia, Análise de Recursos
Naturais, Transportes, Comunicações, Energia e Planejamento Urbano e Ambiental.
Para Noguez (2005), o geoprocessamento aborda um conjunto de tecnologias
e atividades que proporcionam a ação de manipular informações com uma
determinada posição no espaço, possibilitando a tomada de decisões. A tecnologia
da geoinformação se originou em virtude da evolução tecnológica de suas bases,
bem como da cartografia e do sensoriamento remoto. Dessa forma, o
geoprocessamento trata de técnicas que visam à aquisição, o armazenamento, a
análise, a disseminação e o gerenciamento de dados espaciais (FITZ, 2008).
A determinação do posicionamento da linha de costa, por meio de técnicas de
geoprocessamento, e sua variabilidade podem ser feitas mediante a aplicação de
várias metodologias, sendo que a escolha do método depende da disponibilidade de
dados, logística e das escalas espacial e temporal que se pretende analisar. A partir
das variáveis descritas acima, o geoprocessamento passa a proporcionar a
integração desses parâmetros para aferição do posicionamento da linha de costa
(GORMAN et al., 1998 apud FISCHER, 2005).
De acordo com Souza & Luna (2009) a interpretação de séries históricas de
fotografias aéreas e mapas antigos como uma técnica para medir variações da linha
de costa, começou a ser usada no final da década de 1960. Posteriormente,
inúmeros trabalhos foram idealizados com o mesmo embasamento, de forma a
proporcionar uma maior disseminação de trabalhos que abordam estudos referentes
aos processos erosivos e quantificação dos mesmos.
19
No Brasil, os trabalhos científicos a respeito da determinação da linha de
costa começaram a se desenvolver a partir da década de 1990, influenciado
principalmente pelos avanços tecnológicos na área de geodésia e também pelo
aumento do compartilhamento de informações entre pesquisadores da área. O
primeiro estudo a realizar cálculos a respeito da taxa de erosão da linha de costa
através de técnicas de geoprocessamento foi realizado na Praia do Gonzaguinha, no
município de São Vicente, São Paulo (SOUZA & BARBOSA, 2007 apud SOUZA &
LUNA, 2009).
Nas últimas décadas, as técnicas de mapeamento da linha de costa e de
quantificação dos processos erosivos têm apresentado grande evolução em virtude
do rápido avanço tecnológico, popularização dos sistemas de informação geográfica,
cartografia digital, e a incorporação de novas tecnologias.
As técnicas para mapeamento da linha de costa e posterior avaliação do grau
de vulnerabilidade costeira através do geoprocessamento são cada vez mais viáveis
em virtude de uma maior disponibilidade de equipamentos e métodos precisos, tais
como: sistemas de posicionamento global avançado (GPS), imagens de satélites,
aerofotos e ferramentas SIG, as quais proporcionam um agrupamento desses dados
espaciais.
3.4 Conceitos de Geoprocessamento
3.4.1 Cartografia
A cartografia pode ser definida como a ciência de organização de cartas
terrestres, marítimas e aéreas de qualquer superfície, abrangendo todas as
operações, desde os levantamentos iniciais do todo o terreno até a impressão
definitiva das mesmas (ONU, 1949 apud RUFINO & FACUNDO, s.d.).
Pode-se dizer que a cartografia trabalha em conjunto com o
geoprocessamento, sendo ramos complementares, pois conforme D’ Alge (2001) a
maior preocupação que ambas têm é a precisão do espaço geográfico, no entanto,
uma é encarregada da representação e a outra das técnicas para que esse objetivo
seja alcançado.
Diversos termos no âmbito da cartografia são de grande relevância para o
geoprocessamento, dentre eles os mapas, que segundo Joly (1990) apud Gonçalves
(2010) é a representação simplificada da realidade, transmitindo uma visão sinótica
20
do planeta. Um dos elementos fundamentais para o bom entendimento e uso eficaz
dos mapas é a escala, pode-se definir escala como sendo a relação existente entre
as distâncias lineares representadas em um mapa, e aquelas existentes no terreno,
ou seja, na superfície real (FITZ, 2005).
3.4.2 Sensoriamento Remoto
Sensoriamento Remoto em uma definição geral é caracterizado como a
ciência e arte de obter informações a respeito de um objeto, área ou fenômeno pela
análise de dados adquiridos por um sistema que não se encontra em contato direto
com o objeto, área ou fenômeno em investigação (LILLESAND & KIEFER, 1994
apud CENTENO, 2009).
D’ Alge (2001) destaca que o Sensoriamento Remoto representa uma
excelente fonte de informação atualizada para o geoprocessamento, além disso, a
união da tecnologia, dos conceitos e das teorias dessas duas ciências possibilita a
criação de sistemas de informação mais ricos e sofisticados.
As imagens orbitais e também as fotografias aéreas são produtos obtidos por
meio de sensores remotos, pois tanto os satélites quando as câmeras aéreas
fornecem dados a cerca do alvo indiretamente.
Novo (1989) apud Noguez (2005) aborda que o emprego destas tecnologias
visa estudar o ambiente terrestre por meio do registro e da análise das interações
entre a radiação eletromagnética e as substâncias que constituem esse ambiente.
Com o avanço tecnológico dos equipamentos e das técnicas na área do
sensoriamento remoto, muitos produtos advindos de satélites, por exemplo,
ganharam espaço e popularização devido a sua grande precisão e finalidade.
3.4.3 Fotogrametria e Fotointerpretação
Coelho & Brito (2007) destacam que a fotogrametria executa medições em
fotografias aéreas e também que esta se define como a ciência e tecnologia de se
obter informação confiável por meio de imagens adquiridas por sensores
fotográficos.
A necessidade de interpretar e identificar feições nas fotografias consiste na
fotointerpretação. Esse termo refere-se à dedução do significado dos alvos que
21
constituem a cena de uma imagem aérea ou orbital. Essa técnica depende da
qualidade da fotografia utilizada e da experiência do fotointérprete.
Albuquerque (2010) destaca que são vários os métodos para quantificar
erosão, um deles é através do mapeamento da linha de costa por fotografias e
imagens aéreas. Segundo Pereira (2010) as fotografias aéreas são constantemente
utilizadas para estudos de evolução costeira, por apresentarem qualidade suficiente
para as análises.
As imagens de satélites e fotografias aéreas são fundamentais sabendo que a
posição e o deslocamento horizontal da linha de costa são as variáveis que servem
como indicadores de erosão e acresção (Stockdon et al., 2002 apud
ALBUQUERQUE, 2010), mesmo que as variações da linha de costa sejam
processos tridimensionais.
Devido à limitada faixa de mapeamento que as câmeras fotogramétricas
apresentam, é necessário realizar a junção das cenas capturadas por essas. Esse
processo de unir várias imagens ou fotografias aéreas consiste em mosaicos, os
quais, segundo Coelho & Brito (2007), podem ser considerados não-controlados, se
não houver tratamento sobre as imagens, ou controlados, caso as imagens sejam
ortorretificadas anteriormente.
3.4.4 Topografia
Outro método para quantificar os processos erosivos em uma margem tanto
oceânica quanto estuarina é através da topografia, pois assim é possível realizar
levantamentos para traçar a linha de costa com equipamentos GPS e também por
levantamentos que efetuem perfis diretos ou indiretos. A topografia tem como
princípio trabalhar com medidas, lineares e angulares, realizadas sobre a superfície
da Terra onde a partir destas medidas serão obtidos valores de área, volume,
coordenadas geográficas e outros.
Gonçalves (2010) enfatiza que a topografia compreende os métodos de
medidas do terreno necessárias à perfeita representação deste. Os levantamentos
topográficos se caracterizam por apresentarem dois tipos de dados: planimétricos
(latitude, longitude) e altimétricos (altitude). Por meio das informações
planialtimétricas é possível confeccionar Modelos Digitais de Terreno, denominados
de MDT ou DEM.
22
Um modelo digital de terreno permite analisar o quanto a topografia da região
influencia no transporte de sedimentos, isto é, gera ou intensifica a erosão.
Quanto aos levantamentos por GPS para delimitar a posição da linha de costa
com precisão Albuquerque (2010) afirma que o Sistema de Posicionamento Global é
um sofisticado sistema eletrônico de navegação mundial, baseado em uma rede de
satélites permitindo a localização instantânea, em qualquer ponto da Terra.
O mapeamento da linha de costa utilizando tais equipamentos revolucionou
os levantamentos de campo, pois permitiu a obtenção de dados de forma rápida,
precisa e relativamente com baixo custo, ao longo dos segmentos costeiros.
(MORTON et al., 1993 apud ALBUQUERQUE, 2010)
3.4.5 Processamento Digital de Imagens
As técnicas de processamento digital de imagens (PDI) são executadas com
o objetivo de tornar os dados mais pertinentes com a realidade. Crósta (1992) define
PDI como sendo o uso de técnicas para identificar, extrair, condensar e realçar a
informação de interesse para determinados fins, a partir de uma enorme quantidade
de dados que usualmente compõem essas imagens. Ao adquirir uma imagem é
fundamental realizar processos específicos para espacializar às informações e
corrigir as distorções. Dentre estes, D’Alge (2001) destaca as correções geométricas
realizadas tanto em imagens orbitais como em fotografias aéreas de grande
importância para estudos multitemporais, pois requerem que uma imagem seja
registrada com a outra para que se possa interpretar a resposta de ambas numa
mesma posição no espaço. Portanto, georreferenciamento conforme IBGE (2001) se
caracteriza por ser uma relação geométrica entre os pixels da imagem e as
coordenadas geográficas da área correspondente. Já o processo de registro citado
por IBGE (op cit.) define-se como o ajuste de uma imagem ao sistema de
coordenadas de outra imagem.
Destaca-se também neste contexto, o erro residual denominado raiz
quadrada do erro médio (RMS), sendo este responsável pela acurácia e precisão da
correção geométrica, a menor diferença entre as coordenadas originais e as
calculadas chama-se resíduo. Para ser considerado aceitável esse valor deve ser
menor do que metade do tamanho do pixel (IBGE, 2001)
23
4. METODOLOGIA
A metodologia empregada neste trabalho para quantificar a erosão da Ilha
dos Marinheiros baseia-se nas seguintes etapas: aquisição de uma base
cartográfica composta por fotografias aéreas e imagem de satélite, realização de
levantamentos topográficos, tratamento dos dados, vetorização da linha de costa e
cálculo da deriva de costa.
4.1 Base Cartográfica
As fotografias aéreas foram adquiridas na Agência de Desenvolvimento da
Bacia da Lagoa Mirim, pertencente à Universidade Federal de Pelotas, neste local é
possível encontrar fotografias de todos os vôos aéreos realizados no estado do Rio
Grande do Sul em diversas datas.
A seleção das cenas e dos vôos levou em consideração faixas que
abrangessem toda a Ilha dos Marinheiros. Ao longo do estudo foram adquiridas
aerofotos referentes aos anos de 1947, 1964 e 1974, nas respectivas escalas
1:40.000, 1:60.000 e 1:20.000. Tais fotografias por estarem em meio analógico,
necessitaram ser digitalizadas onde, nesta etapa, as mesmas ficaram com as
seguintes resoluções 1200 dpi, 600 dpi e 600 dpi. Para realização da digitalização
utilizou-se o scanner convencional da marca Brother modelo MFC – 8460. Em todas
as fotografias, o recobrimento longitudinal é de 60% e lateral 25%.
Juntamente com as aerofotos, a base cartográfica (Tabela 01) também é
composta por imagens orbitais do satélite GeoEye, referentes ao ano de 2009. Estas
foram adquiridas através de um convênio entre a Prefeitura Municipal de Rio Grande
e o Instituto de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul – Campus Rio
Grande. Estas imagens, no módulo pancromático, abrangem o intervalo espectral de
0,45 a 0,8 m, possuindo quatro bandas. O sensor pancromático possui alta
resolução espacial, sendo de aproximadamente 0,5 m e resolução radiométrica de
11 bits, no entanto, as imagens foram obtidas com oito bits de resolução
radiométrica.
Referente às imagens GeoEye três cenas abrangem toda a Ilha dos
Marinheiros, e por possuir grande área imageada, um recorte foi feito para que a
imagem ocupasse apenas a área de estudo.
24
Tabela 01: Estrutura da Base Cartográfica.
Tipo de Dado Espacial
Sensor
Ano
Aerofoto
Filme Fotográfico
1947, 1964, 1974
Imagem de Satélite
Pancromático
2009
4.2 Levantamento in loco
Os levantamentos de campo foram realizados com o uso de GPS Geodésico /
RTK (Global Positioning System/ Real Time Kinematic) da marca Leica (Figura 02), o
qual fornece as correções em tempo real com os satélites. Os parâmetros do GPS
Geodésico em relação a sua precisão são cinco mm na vertical e três mm na
horizontal.
Este equipamento foi utilizado para coletar os pontos de controle, isto é, obter
as coordenadas geográficas dos pontos fotoindentificáveis em todas as imagens. Os
fatores a serem considerados na escolha dos pontos de controle são: apresentar
feições constantes no tempo, ser de fácil acesso, possuir fácil identificação e ter a
rede de pontos bem distribuída.
Figura 02 - Base do GPS Geodésico. Fonte: Própria do trabalho.
25
O levantamento em campo também foi realizado com intuito de traçar a atual
linha de costa da região urbanizada da Marambaia. Através do GPS geodésico no
modo Stop and Go e configurado no datum WGS 84 (World Geodetic System), com
coordenadas planas UTM (Universal Transversor de Mercator), zona 22 sul foi
possível delimitar a atual linha de costa com significativo detalhamento.
O principio de funcionamento de um GPS geodésico consiste no uso de um
par de antenas receptoras: a base, uma antena fixa que está situada em um ponto
com coordenadas conhecidas (latitude, longitude e altitude), e o Roover, uma antena
móvel, a qual transmite as informações para qualquer ponto da área em
monitoramento até a base. O alcance e a precisão do sinal são regidos por um link
de rádio localizado junto à base. Os dados são armazenados em uma controladora
portátil, chamada de PDA, a qual acompanha o Roover, estabelecendo a
comunicação com o mesmo por meio de Bluetooth. O refinamento e a precisão do
sinal do GPS são dados a partir de duas portadoras do tipo L1 e L2, as quais
trabalham em frequência de microondas.
O modo Stop and Go (Figura 03) pós-processado é utilizado para
levantamentos de detalhes, onde o receptor fica parado alguns segundos sobre um
ponto (stop) e é deslocado para o próximo ponto (go). Como fica pouco tempo sobre
o ponto, é necessário uma taxa de gravação pequena (1s ou 2s) para poder fazer
uma média com várias medições.
Figura 03 - Modo Stop and Go. Fonte: Própria do Trabalho.
26
4.2.1 Coleta dos Pontos de Controle
Para o georreferenciamento das imagens GeoEye foi realizado uma saída de
campo no dia 12/09/2011 com objetivo de coletar os pontos de controle em campo.
Foram coletados 24 pontos de controle na Ilha dos Marinheiros (Figura 04) de modo
que, nesse procedimento, usou-se como ponto de referência o marco geodésico
(Tabela 02) instalado na Universidade Federal do Rio Grande – Campus Carreiros
(Figura 05).
Tabela 02: Dados do Marco Geodésico.
Base
Posição UTM (E)
Posição UTM (N)
Altitude Ort (m)
Localização
FURG
Carreiros
390500,12
6450935,30
16,59
Próximo ao prédio
da Reitoria
Figura 04 - Distribuição dos pontos de controle coletados em campo com o GPS Geodésico. Fonte: Própria do Trabalho.
27
Figura 05 - Marco Geodésico. Fonte Própria do Trabalho.
4.2.2 Coleta dos Pontos da Linha de Costa
A saída de campo do dia 29/06/2011 foi realizada com o intuito de coletar os
pontos da atual linha de costa da Marambaia equivalendo, a um comprimento de
824 metros. Como mostrado na (Figura 06), algumas dificuldades foram encontradas
em relação à coleta dos pontos, entre eles, o difícil acesso devido à vegetação, à
presença de galhos em certos pontos e também o nível da lagoa que estava elevado
nesta data. Para efetuar esta etapa prática foram utilizadas roupas térmicas. Foram
coletados 192 pontos, por meio do GPS geodésico.
28
Figura 06 - Problemas encontrados na coleta de pontos da linha de costa. Fonte: Própria do trabalho.
4.3 Tratamento dos Dados
Os dados adquiridos em campo, assim como a imagens orbitais e
aerofotografias foram tratadas em laboratório. Nesta etapa foi realizado o
processamento, as correções e principalmente a espacialização das informações
contidas nos dados (Figura 07).
Figura 07 - Fluxograma da metodologia empregada na base cartográfica. Fonte: Própria do trabalho.
29
4.3.1 Georreferenciamento
A etapa de georreferenciamento que consiste basicamente em atribuir
coordenadas espaciais, isto é, o que antes estava representado pelas posições dos
pixels (f(x,y)) agora está espacializado geograficamente através das coordenadas
geográficas atribuídas. O objetivo deste procedimento foi georreferenciar a imagem
GeoEye através dos pontos coletados em campo.
4.3.2 Registro
Para o cálculo de deriva de linha de costa é fundamental que todas as
imagens e fotografias estejam na mesma posição, isto é, possuam as coordenadas
latitude e longitude igual em toda a base cartográfica. Para esse processo é
necessário ter uma imagem de referência, neste estudo, foi utilizado a imagem
GeoEye.
A partir da ferramenta Georeferencing tools do software ArcGIS 9.3 no
módulo ArcMap, se procurou as feições homólogas entre a fotografia e a imagem
GeoEye. Desta forma, as cenas que compõe o mosaico ficaram devidamente
ajustadas pela GeoEye.
A primeira data a ser registrada foi a de 1974, por ser a mais recente das
fotografias e possuir grande escala, fator que auxilia o procedimento de
reconhecimento. Para esta data cinco cenas foram utilizadas. Conforme a Tabela 03
é mostrado o erro encontrado para cada cena e também o erro médio do mosaico.
Para calcular o erro médio é necessário multiplicar o erro de cada cena e extrair a
raiz com grau igual ao número de cenas, nesse caso grau cinco.
Tabela 03: Erro do Mosaico de 1974.
CENAS
RMS (m)
CENA 1
0.4
CENA 2 0.35
CENA 3 0.3
CENA 4 0.23
CENA 5 0.42
TOTAL (RMS MÉDIO) 0.33
30
Na fotografia de 1964 apenas uma fotografia abrangeu toda a Ilha dos
Marinheiros. Nesta cena foi preciso fazer um recorte, a fim de diminuir as distorções
provindas das bordas, para isso, utilizou-se o comando Clip do ArcGIS 9.3. O erro
encontrado para a cena foi de 1,15m.
Referentes ao ano de 1947 foram necessárias quatro cenas, sendo
registradas com base na imagem de referência. Nesta etapa encontraram-se muitos
fatores que dificultaram o processo de registro (Tabela 04), entre eles as condições
físicas das fotografias, suas grandes distorções e também a questão da Ilha ser
pouco urbanizada na época.
Tabela 04: Erro do Mosaico de 1947.
4.3.3 Mosaicagem
Ao registrar as cenas, estas foram se posicionando devidamente de acordo
com as coordenadas geográficas e também com a imagem base. A geração do
mosaico consiste em unir todas as cenas em um único arquivo raster. Para a
realização deste procedimento utilizou-se o comando Mosaic To New Raster do
software ArcGIS 9.3. Para a conclusão do mosaico final foi necessária à união de
duas em duas cenas para que não houvesse transtornos na máquina no
processamento dos dados. Também foi realizado uma reclassificação dos pixels,
para eliminar o NoData das fotografias, este processo foi feito no comando
Reclassify no software ArcGIS 9.3. O recorte foi realizado em todas as cenas
através do comando Clip do software ArcGIS 9.3 com o intuito principal de eliminar
as distorções das bordas que as fotografias trazem consigo e também eliminar áreas
que prejudicavam a estética do mosaico.
CENAS
RMS (m)
CENA 1
0.27
CENA 2 0.38
CENA 3 0.21
CENA 4 0.25
TOTAL (RMS MÉDIO) 0.27
31
Um fator determinante na qualidade do mosaico é a ordem na qual são postas
as fotografias, ou seja, a forma na qual está à sobreposição das imagens. A escolha
da ordem das cenas foi criteriosa e feita de acordo com a necessidade imposta pelo
trabalho, que neste caso, foi de dar ênfase no modelo que melhor proporcionasse
uma precisão de qualidade e um contraste possível da linha de costa.
4.4 Vetorização da Linha de Costa
A delimitação da linha de costa foi realizada manualmente, de forma a
proporcionar uma comparação entre fotografias e imagens de diferentes épocas. A
vetorização é um processo que consiste em transformar uma feição presente em um
raster em um produto vetorial para que possam ser realizados os cálculos.
A linha de referência adotada neste trabalho é a linha de vegetação, uma vez
que, este limite é o mais constante ao longo das cenas e das datas da base
cartográfica, deve-se também ter conhecimento de que se trata de um limite móvel,
ou seja, sua posição está em constante mudança.
O tipo de shapefile escolhido para representar a linha de costa da Ilha dos
Marinheiros para cada data foi polígono.
A primeira vetorização foi realizada na imagem GeoEye, por ser mais recente
(2009) e possuir 4 bandas espectrais possibilitando a realização de composições
coloridas, uma delas a de falsa cor, isto é, o uso das bandas 4-2-1, a fim de destacar
a vegetação, o que tornou mais identificável a linha de costa.
A vetorização das fotografias aéreas foi um processo mais complexo, pois
estas por estarem representadas em 255 níveis de cinza comprometem a
visualização da linha de costa, no entanto, foi necessário utilizar recursos como o
realce de contraste e o contraste próprio das fotografias. Cada mosaico possui um
tamanho de pixel que implica na resolução espacial, esta por sua vez, define a
escala da digitalização.
A fórmula para determinar o tamanho do pixel é expressa abaixo:
32
Onde:
P = Tamanho do pixel em metros
E = Escala da imagem
R = Resolução da imagem em DPI (Pixels por Polegada)
O parâmetro utilizado 2,54*10-2 refere-se ao tamanho de uma polegada, uma
vez que, a resolução da imagem é em DPI (pixels por polegada), e, portanto este
parâmetro é utilizado para transformação em metros.
A escala de digitalização é um importante elemento a considerar, pois garante
um padrão e diminuição dos erros, tão comuns nesse processo. Para a imagem
GeoEye seguiu-se a seguinte fórmula:
Escala=Resolução Espacial/0.0002
Onde o denominador (0.0002) é um parâmetro já definido para as imagens
deste satélite por meio da altitude do sensor e demais fatores específicos do
mesmo.
Já para definir a escala para as fotografias aéreas seguiu-se a fórmula:
Onde:
A= parâmetro
a= área da fotografia (20 cm x 25 cm)
D= altura do vôo (20.000 pés)
d= distância focal (f 6’’)
Sendo, portanto utilizada para as fotografias:
Escala=Resolução Espacial/A
No entanto, essa é a escala para impressão dos produtos gerados, destacando
sempre que a escala de digitalização deve ser sempre maior do que a de impressão.
As escalas utilizadas encontram-se na Tabela 05.
33
Um procedimento especial teve de ser feito durante a vetorização, uma vez
que, a imagem GeoEye não abrangia uma pequena porção da Ilha na parte superior,
além de fatores como, a construção recente da ponte que liga a Ilha a cidade de Rio
Grande e também as saturações dos pixels no mosaico de 1974. Todos esses
empecilhos fizeram com que essas regiões fossem anuladas durante a vetorização,
isto é, traçou-se uma linha reta, de maneira que, ao efetuar o cálculo essas áreas
anuladas não pertencessem ao polígono, e, por sua vez, não prejudicassem a
acurácia do cálculo.
Tabela 05: Dados da Digitalização.
Ano
Resolução Espacial (m)
Escala de Digitalização
1947
0.84
1:3000
1964 2.54 1:6000
1974 0.84 1:2000
2009 0.5 1:2000
4.5 Cálculo da Deriva de Costa
Após possuir os polígonos de cada ano, utilizou-se o software Erdas-Image
9.3 para efetuar os cálculos. Essa etapa foi dividida em duas partes, pois uma
refere-se ao calculo total da área erodida e a segunda em determinar a taxa de
retrogradação anual.
4.5.1 Cálculo da Área erodida
Através da ferramenta Modeler do software Erdas-Image 9.3 foi possível à
criação de uma rotina capaz de determinar a área entre os dois vetores com a
posição da linha de costa.
A rotina consiste na entrada de dois arquivos vetoriais. Para efetuar a
comparação entre os vetores é realizado o processamento das informações, isto é,
um cálculo de subtração da imagem mais antiga a mais recente, resultando na saída
de um arquivo raster relacionado à erosão, e outro cálculo de subtração do polígono
34
da data mais recente a mais antiga, resultando em um arquivo raster com
informação de acresção, fenômeno inverso à erosão.
O diagrama criado para comparação de duas datas pode ser observada
conforme mostra a Figura 08.
Figura 08 - Modelo para Cálculo da Erosão/Acresção em Linhas de Costa. Fonte: Própria do Trabalho.
A saída desde procedimento resulta em uma imagem raster binária. No
entanto, foi necessário realizar uma classificação, para obter os dados quantitativos.
Para isso, utilizou-se o aplicativo MultiSpec 3.1, onde foram criadas duas classes
(Ex: Erosão, NoData). Ao fim é gerado um arquivo de texto com informações do
valor da taxa erodida entre o intervalo.
35
4.5.2 Cálculo da taxa da retrogradação anual
Através do perímetro da linha de costa de 2009 calculado no software ArcGIS
9.3 e com a área erodida já calculada anteriormente (Figura 07), é possível obter o
valor de deslocamento linear da ilha dos marinheiros.
Destacando que o método adotado para o cálculo do deslocamento segue a
seguinte fórmula matemática:
Onde:
D= deslocamento
A= área erodida
P= perímetro
p= período
Para o cálculo de deslocamento da deriva da Marambaia foi realizado um
processo mais longo. Foram utilizados os polígonos das datas de 1947, 1974 e 2009
para a delimitação exata da região da Marambaia, este processo foi feito através do
comando trace tool do software ArcGIS 9.3. Foram gerados transectos empíricos
através do software ArcGIS 9.3. Após esta etapa, foram gerados polígonos com
transectos dos intervalos de 1974 - 2009 e 1947 - 1974. A linha de referência
utilizada nessa etapa foi à linha de 1974, de modo que, quando subtraída esta se
anulava. A partir disto obtiveram-se vinte (20) polígonos da Marambaia, sendo dez
(10) polígonos no período de 1974 a 2009 e dez (10) no período de 1947 a 1974. Foi
fundamental também, realizar a subtração dos polígonos no software Erdas-Image
9.3, conforme mostrado na Figura 09.
Realizou-se a subtração dos polígonos de 1974 a 2009 e 1947 a 1974, para
assim obter a área total entre 1947 a 2009. Obtendo os dez (10) rasters de
deslocamento, utilizou-se o software MutiSpec 3.3 para reclassificá-los e obter a
área erodida em cada um. No software ArcGIS 9.3 calculou-se o perímetro de cada
36
polígono, assim, com as informações de área e perímetro, obteve-se o
deslocamento anual para cada setor da Marambaia.
Figura 09 - Modelo para Cálculo da Erosão em polígonos com transectos. Fonte: Própria do trabalho.
Com o material coletado em campo com o GPS geodésico gerou-se uma
malha com 192 pontos, estes foram convertidos para linha no software ArcGIS 9.3.
As linhas de 1947 e 1974 foram cortadas para ficarem com os mesmos pontos
37
iniciais e finais que a linha de 2011. Transectos foram criados sob esses pontos
(inicial e final) no software ArcGIS 9.3. Após isso, geraram-se os polígonos entre
1947 e 1974 e também entre 1974 e 2011.
A subtração dos polígonos foi realizada, gerando assim o polígono final com
os valores de 1947 a 2011. Posteriormente foi realizada a reclassificação no
software MultiSpec 3.1 e obteve-se o valor em metros quadrados da erosão de 1947
a 2011. O perímetro foi calculado no software ArcGIS 9.3 e assim foi gerado o valor
de deslocamento anual na região urbanizada da Marambaia.
É importante destacar que para o cálculo de retrogradação da linha de costa
da Ilha dos Marinheiros não foi realizada a correção da elevação do Estuário da
Laguna dos Patos, uma vez que, para ser levado em consideração este fator
necessita-se ter dados de maré para cada data da base cartográfica, isto é, das
fotografias aéreas, imagens de satélite e também dos pontos coletados, para deste
modo, obter o aumento vertical que definirá o deslocamento horizontal da linha de
costa.
38
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Mosaicos e Vetorização da Linha de Costa
A partir da etapa de mosaicagem foi possível confeccionar os mosaicos das
fotografias aéreas dos anos de 1947 (Figura 10A), 1974 (Figura 10B) e o recorte
para o ano de 1964 (Figura 10C). Por meio da base cartográfica e a vetorização da
mesma foi possível gerar os polígonos representativos da linha de costa da Ilha dos
Marinheiros para cada data (Figura 11). O resultado dos mosaicos foi satisfatório,
uma vez que, o erro quadrático encontrado está dentro do permitido, que é metade
do pixel, definindo assim a acurácia do mosaico.
Figura 10 - A: Mosaico de 1947; B: Mosaico de 1974; C: Recorte da Fotografia de 1964. Fonte: Própria do Trabalho.
A B
C
39
Figura 11 - Comportamento da linha de costa da Ilha dos Marinheiros. Fonte: Própria do trabalho.
5.2 Área Erodida
Os valores de áreas erodidas e acrescidas resultante da subtração entre os
vetores da linha de costa para o comparativo entre as datas de 1974 a 2009, 1964 a
2009 e 1947 a 2009, foram de respectivamente 496710m², 662870m² e 913410m²
(Figura 12).
Figura 12 - Gráfico das áreas de erosão/acresção da Ilha dos Marinheiros. Fonte: Própria do trabalho.
40
A partir do gráfico acima é possível evidenciar que a linha de costa da Ilha
dos Marinheiros vem sofrendo um processo erosivo intenso ao longo dos anos, com
percentuais praticamente aproximados, levando-se em conta os períodos de 1947 a
2009 e 1964 a 2009. Uma mesma tendência erosiva foi diagnosticada por Tagliani
et. al (2006) onde, os valores encontrados para acresção também foram
considerados pequenos em relação à área total da Ilha.
Por outro lado, observando os resultados para as taxas erosivas dos
períodos de 1947 a 2009 e 1974 a 2009, observa-se uma aceleração positiva na
taxa erosiva de aproximadamente 4%. O percentual erosivo da Ilha dos Marinheiros
corresponde a 1,23% para o período de 1974 a 2009 (Figura 13), aumentando para
1,63% para o período de 1964 (Figura 14). Para o intervalo compreendido entre
1947 a 2009 (Figura 15) os percentuais de erosão correspondem a 2,24% da área
total da Ilha.
Figura 13 - Modelo de Erosão/Acresção da Ilha dos Marinheiros entre 1974 e 2009. Fonte: Própria do Trabalho.
41
Figura 14 - Modelo de Erosão/Acresção da Ilha dos Marinheiros entre 1964 e 2009. Fonte: Própria do Trabalho.
Figura 15 - Modelo de Erosão/Acresção da Ilha dos Marinheiros entre 1947 e 2009. Fonte: Própria do Trabalho
42
Para a região da Marambaia também foram encontradas áreas de erosão e
acresção (Figura 16). A área erodida na região da Marambaia, quando comparada
ao restante da ilha, é bastante significativa, correspondendo em média a 25% da
área total da ilha. Os maiores percentuais de erosão foram visualizados entre os
anos de 1964 a 2009, com cerca de 27,25% de área erodida. Em 62 anos o
percentual de erosão da região da Marambaia foi de 24,83% e em 35 anos (entre
1974 a 2009), o percentual erodido foi de 25,45%, quando comparado à área total
da Ilha dos Marinheiros.
Figura 16 - Gráfico das áreas de erosão/acresção da Marambaia. Fonte: Própria do trabalho.
Analisando os dados que relacionam a área erodida da Marambaia com a
área total erodida da Ilha dos Marinheiros (Figura 17) nota-se especificamente que,
para o intervalo de 1964 a 2009 há um aumento de erosão quando comparado à
erosão do maior intervalo, ou seja, de 1947 a 2009. Este fato pode representar a
ocorrência de algum evento específico da dinâmica da Laguna dos Patos, inclusive
relacionado com o nível de água, sendo importante destacar que diferentemente da
costa marinha, a costa estuarina sofre com a hidrodinâmica do próprio estuário e
com a drenagem provinda dos rios e demais corpos que desaguam, que
ocasionaram de certa forma, o aumento da taxa erosiva num período isolado. Outro
fato importante é o quanto a acresção deste mesmo período (1964-2009) diminuiu,
43
mostrando que a erosão neste intervalo (Figura 18) foi extremamente intensa a
ponto de baixar drasticamente o acúmulo de sedimentos.
Figura 17 - Gráfico de relação entre a área total erodida da Ilha dos Marinheiros com a área erodida da Marambaia.
Fonte: Própria do trabalho.
Figura 18 - Variação da área erodida da Marambaia. Fonte: Própria do trabalho.
Os processos erosivos que ocorrem ao longo da linha de costa da Marambaia
podem estar associados à posição geográfica da localidade, de modo que, a região
44
se torna suscetível à ação dos agentes causadores da erosão, condizendo com a
afirmação de Braga (2005) apud Nascimento (2009) de que a localização, a
configuração e a orientação de uma região influenciam a maneira que a erosão irá
atuar em uma linha de costa.
Fischer (2005) discute ainda que as regiões estuarinas são vulneráveis ao
crescimento erosivo devido o aumento relativo do nível do mar, pois com o aumento
da profundidade das águas do estuário têm-se um aumento de energia de onda. O
relativo aumento na intensidade energética das ondas é o efeito mais evidente na
erosão de linhas de costa em ambientes de micro-maré.
5.3 Taxa de deslocamento linear
A estimativa entre o deslocamento linear médio foi obtida através da relação
entre o perímetro, à área total da ilha e o período observado. A relação entre o
deslocamento e a área erodida, entre 1947 e 2009, aponta um recuo de
aproximadamente 0,41 m/ano para um período de 62 anos. Para a região da
Marambaia foi gerado um mapa de deslocamento linear (Figura 19), a partir dos
resultados de cada polígono, com intuito de se obter a taxa erosiva entre os anos de
1947 e 2009 para as diferentes localidades da Marambaia.
Os dados do mapa de deslocamento linear destacam que a região da ponta
da Marambaia é a que apresenta uma maior taxa erosiva, com intervalos que variam
entre 1,04 e 1,69 m/ano.
O erro associado para o cálculo de deslocamento linear da Marambaia é a
metade do maior pixel das datas comparadas, neste caso, foi o mosaico de 1947
com tamanho de célula igual a 0,84 m, logo, o erro encontrado foi de ± 0,42 m.
O fato de ter-se anulado algumas regiões da ilha nas vetorizações fez com
que os valores de área erodida, e, consequentemente taxa linear fossem inferiores
as taxas reais, portanto, acredita-se que a taxa de variação média seja maior do que
a encontrada.
45
Figura 19 - Mapa de deslocamento linear da Marambaia entre 1947 e 2009.
Fonte: Própria do Trabalho.
46
O trecho da atual linha de costa da região povoada da Marambaia coletada
com o GPS possui grande importância para o estudo realizado, tendo em vista que
indícios de erosão acentuada foram evidenciados nessa localidade (Figura 20). A
partir do comparativo dos dados coletados em campo com o mosaico de 1947
observou-se um deslocamento anual da linha de costa média de aproximadamente
0,67 m/ano (Figura 21). O conhecimento das taxas de recuo da linha de costa, para
essa região, é de grande importância tendo em vista que, muitos produtores de
hortaliças se concentram na localidade da Marambaia.
Figura 20 - Cenários encontrados nas saídas de campo. Fonte: Própria do trabalho.
47
Figura 21 - Linha de Costa de 2011 com a taxa erosiva no período de 64 anos.
Fonte: Própria do trabalho.
48
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A análise da evolução da linha de costa da área de estudo, ao longo de 62
anos, levou a conclusão que existe um real processo erosivo na Ilha dos
Marinheiros, sendo que há na região da Marambaia pontos com uma taxa de erosão
de 1,69 metros por ano. Existem também, localidades que além de sofrerem erosão,
apresentam isoladamente acresção da linha de costa, esta ocorre em bem menor
proporção.
A metodologia adotada neste trabalho mostrou-se viável e eficiente, uma vez
que, permitiu realizar os cálculos com precisão mostrando também a real situação
em que a ilha se encontra. Os resultados obtidos foram de grande relevância para a
sociedade, uma vez que, a erosão é um fenômeno que causa prejuízos econômicos
e físicos para as pessoas que ali residem. O presente estudo pode auxiliar na
realização de futuros programas de gestão costeira, uma vez que, a Ilha dos
Marinheiros possui um grande potencial turístico, diversidade de ambientes,
importância cultural e econômica.
No entanto, sugere-se para trabalhos futuros a realização de um
levantamento histórico de dados meteorológicos para saber os eventos ocorridos no
Estuário da Laguna dos Patos, que podem justificar o porquê do aumento da erosão
bem como as taxas encontradas neste trabalho.
49
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