INFLUÊNCIA DAS MUDANÇAS NO USO DO SOLO NO … · AGRADECIMENTOS À minha família, pelo amor e...
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FLORESTAIS INFLUÊNCIA DAS MUDANÇAS NO USO DO SOLO NO COMPORTAMENTO HIDROLÓGICO NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO CATOLÉ PAULO GABRIEL DE OLIVEIRA NETO VITÓRIA DA CONQUISTA BAHIA – BRASIL FEVEREIRO – 2017
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FLORESTAIS
INFLUÊNCIA DAS MUDANÇAS NO USO DO SOLO NO
COMPORTAMENTO HIDROLÓGICO NA BACIA HIDROGRÁFICA DO
RIO CATOLÉ
PAULO GABRIEL DE OLIVEIRA NETO
VITÓRIA DA CONQUISTA BAHIA – BRASIL
FEVEREIRO – 2017
PAULO GABRIEL DE OLIVEIRA NETO
INFLUÊNCIA DAS MUDANÇAS NO USO DO SOLO NO
COMPORTAMENTO HIDROLÓGICO NA BACIA HIDROGRÁFICA DO
RIO CATOLÉ
Dissertação apresentada à Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais, para a obtenção do título de Mestre.
Orientador: Prof. Dr. Cristiano Tagliaferre (UESB)
VITÓRIA DA CONQUISTA BAHIA – BRASIL
FEVEREIRO – 2017
PAULO GABRIEL DE OLIVEIRA NETO
INFLUÊNCIA DAS MUDANÇAS NO USO DO SOLO NO
COMPORTAMENTO HIDROLÓGICO NA BACIA HIDROGRÁFICA DO
RIO CATOLÉ
Dissertação apresentada à Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais, para a obtenção do título de Mestre.
Aprovado em 14 de fevereiro de 2017.
Comissão Examinadora: ___________________________________________________________________ Prof. Felizardo Adenilson Rocha (D.Sc., Engenharia Agrícola) – IFBA ___________________________________________________________________ Prof. Edvaldo Oliveira (D.Sc., Geografia) – UESB ___________________________________________________________________ Prof. Odair Lacerda Lemos (D.Sc., Agronomia) – UESB ___________________________________________________________________ Prof. Cristiano Tagliaferre (D.Sc., Engenharia Agrícola) – UESB Orientador
Aos meus pais, que são a minha maior fonte de inspiração pessoal e profissional e
por me ensinarem que o verdadeiro significado da vida é fazer tudo com muito
carinho, felicidade, humildade, honestidade e amor.
Dedico
Aos meus pais, Rosângela e Marco Antônio.
Aos meus irmãos, Bárbara e Matheus.
Às minhas avós, Damiana e Maria.
Ofereço
AGRADECIMENTOS
À minha família, pelo amor e dedicação durante todos estes anos.
Aos meus irmãos, pela cumplicidade, amor e carinho.
Aos meus amigos, Paula, Igor, Giulia, Jasmine, Gabrielle, Vanessa, Isis, Marcos e
Thamyres, por serem tão presentes.
Ao meu orientador, prof. Cristiano, por ter depositado toda a confiança em mim, com
muita perseverança, compreensão, sabedoria e principalmente otimismo, que foi
fundamental para seguir sempre adiante com as minhas atividades.
Aos professores Edivaldo, Quintão e Odair, que sempre estiveram disponíveis para
qualquer dúvida que precisasse: o apoio de vocês foi fundamental para a conclusão
deste ciclo.
À mestranda Débora pela intensa parceria e dedicação em todos os trabalhos que
realizamos. Pode contar comigo para o que der e vier.
A todos os professores que fizeram parte desta jornada contribuindo para ampliar
meus conhecimentos.
À Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB) pela concessão da bolsa de
estudo.
À Áurea, que foi minha segunda mãe no período de estadia em Vitória de Conquista.
A todos os colegas do mestrado do Programa de Pós-Graduação em Ciências
Florestais.
Às secretárias do PPGCIFLOR Milena e Fabrícia pela disposição e assistência.
A todos que contribuíram de alguma forma para a realização de mais esta etapa.
Muito obrigado!
“Quem salva uma vida salva a humanidade inteira.”
(Talmud judaico)
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Localização da bacia hidrográfica do rio Catolé e dos municípios
pertencentes à bacia..................................................................................................14
Figura 2 – Mapa de declividade da bacia hidrográfica do rio Catolé – BA ...............16
Figura 3 – Mapa altimétrico da bacia hidrográfica do rio Catolé – BA ......................17
Figura 4 – Localização das estações pluviométricas e da estação fluviométrica
utilizada no estudo .....................................................................................................26
Figura 5 – Classe temática do uso do solo para o ano de 1988 na área da bacia
hidrográfica do rio Catolé ..........................................................................................31
Figura 6 – Classe temática do uso do solo para o ano de 2013 na área da bacia
hidrográfica do rio Catolé ..........................................................................................32
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Especificações das bandas do sensor TM do satélite LANDSAT 5 ........10
Tabela 2 – Composição RGB de bandas do sensor TM do satélite LANDSAT 5 e
características aplicativas ..........................................................................................10
Tabela 3 – Especificações das bandas do sensor OLI/TIRS do satélite LANDSAT
8..................................................................................................................................11
Tabela 4 – Informações sobre as imagens adquiridas do sensor LANDSAT – 5 e 8
....................................................................................................................................19
Tabela 5 – Órbita/ponto e data de passagem dos satélites LANDSAT utilizados no
estudo ........................................................................................................................20
Tabela 6 – Área ocupada e variações percentuais para os diferentes tipos de uso do
solo, entre os anos de 1988 e 2013 na bacia do rio Catolé ......................................29
Tabela 7 – Séries históricas das vazões (m³ s-1) e precipitações (mm) do período de
estudo da bacia hidrográfica do rio Catolé ................................................................35
Tabela 8 – Vazão específica no período de monitoramento do uso do solo da bacia
hidrográfica do rio Catolé ..........................................................................................37
Tabela 9 – Equação ajustada para a vazão máxima na bacia do rio Catolé para o
período de 1988 a 2013 ............................................................................................38
Tabela 10 – Equação ajustada para a vazão média na bacia do rio Catolé para o
período de 1988 a 2013 ............................................................................................40
Tabela 11 – Equação ajustada para as vazões mínimas (Q7,10), (Q90), Q(95) na
bacia do rio Catolé para o período de 1988 a 2013 ..................................................42
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................. 1
2. REVISÃO DE LITERATURA ............................................................................ 4
2.1. Manejo de bacias hidrográficas ..................................................................4
2.2. Influência do uso do solo na vazão ............................................................5
2.3. A importância do sensoriamento no monitoramento do uso do solo..... 7
2.4. LANDSAT 5 – TM .......................................................................................... 9
2.5. LANDSAT 8 – OLI/TIRS ................................................................................ 11
3. MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................. 13
3.1. Descrição da bacia do rio Catolé ............................................................... 13
3.1.1. Localização da área de estudo ................................................................... 13
3.1.2. Clima ........................................................................................................... 14
3.1.3. Solos ........................................................................................................... 14
3.1.4. Características morfométricas .....................................................................15
3.2. Monitoramento do uso do solo na bacia do rio Catolé ............................ 18
3.2.1. Aquisição das imagens dos satélites LANDSAT 5 e 8 ............................... 18
3.2.2. Processamento digital das imagens ........................................................... 20
3.2.2.1. Realce de histograma .............................................................................. 21
3.2.2.2. Filtragem .................................................................................................. 21
3.2.2.3. Registro de imagens ................................................................................ 21
3.2.2.4. Segmentação ........................................................................................... 22
3.2.2.5. Definição das classes temáticas .............................................................. 23
3.2.2.6. Definição de amostras ............................................................................. 24
3.2.2.7. Classificação orientada ao objeto ............................................................ 25
3.3. Análise do comportamento hidrológico .................................................... 25
3.3.1. Seleção do período de análise e preenchimento de falhas ........................ 26
3.3.2. Vazões médias, máximas e mínimas ......................................................... 27
3.3.3. Análise das precipitações ........................................................................... 28
3.3.4. Análise da tendência do comportamento hidrológico ................................. 28
3.3.5. Estudo da associação entre vazões e uso do solo ..................................... 28
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................... 29
4.1. Mudanças ocorridas no uso do solo ......................................................... 29
4.2. Monitoramento do comportamento das variáveis hidrológicas ............. 34
4.3. Associação entre os usos do solo e o comportamento hidrológico ...... 37
4.3.1. Vazão máxima ............................................................................................ 37
4.3.2. Vazão média ............................................................................................... 39
4.3.3. Vazão mínima ............................................................................................. 41
5. CONCLUSÕES ................................................................................................. 44
REFERÊNCIAS..................................................................................................... 45
APÊNDICES ......................................................................................................... 55
RESUMO
OLIVEIRA NETO, Paulo Gabriel, M.Sc., Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia,
julho de 2016. Influência das mudanças no uso do solo no comportamento
hidrológico da bacia hidrográfica do rio Catolé. Orientador: Cristiano Tagliaferre.
Co-orientador: Odair Lacerda Lemos.
Este estudo foi desenvolvido com o objetivo de avaliar a influência do uso e ocupação
do solo no comportamento hidrológico da bacia hidrográfica do Rio Catolé. Para o
monitoramento do uso do solo, utilizaram-se dez imagens do satélite LANDSAT5 – TM
e 2 imagens do satélite LANDSAT8 – OLI/TIRS, obtidas para o período de 1988 a
2013, tempo em que se avaliou o uso e ocupação do solo na bacia. Inicialmente, fez-se
o pré-processamento das imagens, correção geométrica e de contraste das imagens.
Após correção fez-se a classificação das imagens por meio da classificação orientada
ao objeto, utilizando o algoritmo de atribuição de classes. As classes atribuídas às
fisionomias de interesse foram: solo exposto, mata, cultivo, reservatórios, campo
antrópico e pasto. Para a análise do comportamento hidrológico foram utilizados dados
de uma estação fluviométrica e três estações pluviométricas, disponibilizados pela
Agência Nacional de Águas (ANA), para obter a vazão máxima, a vazão média, a
vazão mínima (Q90, Q95 e Q7), a precipitação média anual, a precipitação do
semestre mais chuvoso, a precipitação do semestre mais seco, a precipitação do mês
mais chuvoso e a precipitação do mês mais seco. Os dados foram analisados
quantitativamente. Na análise quantitativa dos dados realizou-se a regressão linear
múltipla, adotando como variável dependente as vazões e como variáveis
independentes as classes de uso e a precipitação. As classes de usos do solo que
tiveram tendência de crescimento ao longo do período analisado foram a classe pasto,
mata e campo antrópico, ocorrendo comportamento contrário as classes cultivo, solo
exposto e reservatório. O comportamento da vazão máxima associou-se ao uso do solo
pasto, à precipitação do mês mais chuvoso e à precipitação média anual; a vazão
média ao uso do solo mata e à precipitação média anual; as vazões mínimas aos usos
do solo pasto e cultivo, à precipitação do mês mais seco e à precipitação do semestre
mais seco. O comportamento hidrológico da bacia do rio Catolé foi alterado
expressivamente em função do uso e da ocupação do solo na área de drenagem.
Palavras-chave: hidrologia, manejo de solo, comportamento hidrológico.
ABSTRACT
OLIVEIRA NETO, Paulo Gabriel, M.Sc., Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia,
julho de 2016. Influence of land use change on the hydrological behavior of the
Catolé river watershed. Adviser: Cristiano Tagliaferre. Co-supervisor: Odair Lacerda
Lemos.
This study was developed with the objective to evaluate the influence of the land use
and occupation on the hydrological behavior of the Catolé river watershed. For the
monitoring of the land use, ten images of the satellite LANDSAT5 – TM and two images
of the satellite LANDSAT8 – OLI/TIRS were used, obtained for the period from 1988 to
2013, during which time the use and occupation of the soil in the watershed were
evaluated. Initially, it was performed the pre-processing of images, geometric and
contrast correction of the images. After the correction, the images were classified,
through the object-oriented classification, using the algorithm of class attribution. The
classes assigned to the physiognomy of interest were: exposed soil, forest, farming,
reservoirs, anthropic field and grazing. For an analysis of the hydrological behavior,
data from a fluviometric station and three rain gauge stations were used, provided by
the Brazilian National Water Agency (ANA), in order to analyze the maximum flow,
minimum flow (Q90, Q95 and Q7), the annual precipitation average, the rainiest
semester precipitation, the driest semester precipitation, the rainiest month precipitation
and the driest month precipitation. The data were analyzed quantitatively. In the
quantitative analysis of the data a multiple linear regression was performed, adopting as
a dependent variable the flows and independent variables the classes of use and
precipitation. The classes of land use that had a tendency to grow over the analyzed
period were: pasture, forest and anthropic field. The classes of land use that had
reduction in this same period were: cultivation, exposed soil and reservoir. The
maximum flow behavior was associated to the uses of the pasture land, the variable
precipitation of the rainiest month and the annual precipitation average; the average
flow to the use of forest land and the annual precipitation average; the minimum flows to
the uses of the forest land, cultivation, the driest month the precipitation and the driest
semester precipitation. The hydrological behavior of the Catolé river watershed was
significantly altered due to the use and occupation of the soil in the drainage area.
Key-words: Hydrology, soil management, hydrological behavior.
1
1. INTRODUÇÃO
A água é um dos recursos naturais mais importantes do planeta e seu uso vem
se intensificando nas últimas décadas com o desenvolvimento econômico e o aumento
populacional, tanto no que se refere ao aumento da quantidade demandada para
determinada utilização, quanto à variedade de sua utilização (SILVA e ANDRADE,
2014). Sua manutenção em padrões de quantidade e qualidade representa um desafio
à sociedade (SANTOS et al., 2010), já que a maior parte dos problemas relacionados
aos recursos hídricos tem como principais problemas a falta de planejamento e gestão,
além da sua contaminação.
Sendo assim, torna-se essencial que o manejo sustentável e a ordenação do
emprego dos recursos hídricos se façam no contexto da bacia hidrográfica como
unidade de gestão, a qual representa o foco de ações e serviços necessários à
prevenção e recuperação da disponibilidade de água (MACHADO, 1998; CUNHA,
2009).
O gerenciamento dos recursos hídricos requer uma completa perspectiva a
respeito das necessidades da população, sobre os recursos ambientais disponíveis e o
conhecimento sobre o comportamento dos processos naturais da bacia para
racionalmente compatibilizar necessidades crescentes com recursos limitados
(CARAM, 2010).
A supressão dos recursos ambientais disponíveis, como a vegetação, pode
influenciar no comportamento hidrológico de um manancial (BALBINOT et al., 2008).
Nesse aspecto, segundo Santos et al. (2010), as bacias hidrográficas são suscetíveis
às modificações da vegetação, pois essas alterações afetam nas características do
solo, refletindo nas propriedades da água e na degradação marginal dos rios,
promovendo um acréscimo no processo erosivo.
Para diminuir esse problema, a implantação de um monitoramento detalhado
utilizando a variável de uso da terra, cobertura vegetal, processos erosivos e mudanças
das condições climáticas (SANTOS, 2008) permite identificar áreas passíveis de
utilização com atividades agropecuárias sustentáveis e das áreas que devem ser
preservadas, favorecendo o planejamento hidroagrícola e ambiental da área estudada
(OLIVEIRA, 2006).
2
Com o advento do sensoriamento remoto, as variáveis supracitadas tornaram-se
passíveis de ser mensuradas com precisão, eficácia e rapidez, tornando-se uma
ferramenta que auxilia de maneira importante na caracterização do meio físico, biótipo
e áreas submetidas ao processo de antropismo (RODRIGUES, 2000), sendo
imprescindível no gerenciamento de bacias hidrográficas, por permitir avaliações
constantes das características hidrológicas e meteorológicas dos recursos hídricos
(SANTOS, 2009), contribuindo por encontrar maneiras de mitigar problemas como
assoreamento dos rios e qualidade das águas (FERNANDES et al., 2012).
Com isso, o mapeamento de uso e cobertura do solo surge como um
mecanismo indispensável para uma plena compreensão dos cenários atuantes nas
bacias, por identificar as diferentes categorias de elementos que constituem o espaço
(AUGUSTO e SEABRA, 2014).
A análise do comportamento hidrológico decorrente de mudanças nas condições
de usos do solo ou modificações destes é de grande importância para o planejamento
de novas áreas irrigadas e da disponibilidade dos recursos hídricos na bacia (PEREIRA
et al., 2003). Desse modo, conforme Barbosa et al. (2005), para uma gestão adequada,
notadamente nas atividades de administração, a disponibilidade hídrica na bacia
precisa ser bem conhecida, a fim de subsidiar a tomada de decisão na gestão dos
recursos hídricos. Essa disponibilidade é avaliada através da aplicação de um balanço
hídrico, o que torna imprescindível o conhecimento das principais variáveis
hidrológicas, sobretudo da precipitação e da vazão.
A bacia hidrográfica do rio Catolé apresenta área de 3.101 km² e está localizada
na região sudeste da Bahia. De acordo com Barreto et al. (2009), essa bacia é
influenciada por diversos fatores humanos, destacando-se a existência das cidades,
povoados, propriedades agropecuárias de pequeno, médio e grande porte, rodovias e
retirada de areia de seu leito.
Com a intensa ação antrópica sob a bacia do rio Catolé nos últimos anos, houve
maior demanda do uso da água, principalmente para o abastecimento humano e
irrigação, fazendo a população pressionar as políticas públicas por um melhor
atendimento desses usos dos recursos hídricos, tendo em vista o aumento da
disponibilidade de água, a fim de melhorar a qualidade de vida dos habitantes que
abrangem a bacia do rio Catolé
Na literatura encontram-se poucos trabalhos relacionados às mudanças no uso
dos solos e sua influência no comportamento hidrológico da bacia hidrográfica do rio
3
Catolé, apesar de ser uma bacia considerada de grande importância para a população
do sudoeste do estado da Bahia. Nesse sentido, como consequência da grande
expansão da agricultura ao longo da bacia do Rio Catolé surgem sérios conflitos por
uso da água entre agricultores, gerando uma necessidade de estudo dessas mudanças
que vêm ocorrendo quanto à utilização do solo e sua influência nos regimes dos rios,
bem como necessidade de determinar a disponibilidade hídrica dessa bacia para
gerenciamento dos recursos hídricos.
Tendo em vista a importância da cobertura vegetal sobre os processos
hidrológicos que ocorrem numa bacia hidrográfica, o presente estudo teve como
objetivo avaliar a influência do uso e ocupação do solo no comportamento hidrológico
da vazão e precipitação da bacia hidrográfica do rio Catolé.
4
2. REVISÃO DE LITERATURA
2.1. Manejo de bacias hidrográficas
A bacia hidrográfica é o âmbito de grande importância para o controle ambiental,
pois é nessa região que ocorre o desenvolvimento e o crescimento da população.
Entretanto, essa região é caracterizada pela falta de planejamento e gestão dos
múltiplos usos dos recursos hídricos que prejudica os cursos de águas e altera as
condições naturais de infiltração, causando o aumento do escoamento superficial e
alteração no ciclo hidrológico. Por esses motivos há a necessidade de estudar
diferentes formas de manejo aplicadas nas bacias hidrográficas com a finalidade de
mitigar os prejuízos causados pelo aumento populacional (BIANCHI, 2012).
Devido à falta de gerenciamento dos recursos hídricos a partir da década de
1990, as bacias hidrográficas e/ou as regiões hidrográficas vêm sendo utilizadas como
forma de delimitação para a atuação da gestão e planejamento do território, como a
criação dos comitês de bacia hidrográfica, que trabalham para monitorar e implementar
medidas para melhor uso e preservação dos recursos hídricos. Isso vem acontecendo
devido à dinâmica que as bacias hidrográficas possuem, no âmbito ambiental e
socioeconômico (ANTONIO, 2013).
Dessa forma, com a necessidade de assegurar uma gestão dos recursos
hídricos de forma racional e sólida, foi criada em 1997 a Lei Federal nº 9.433, que
instituiu o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos, que incorpora
princípios e normas para a gestão dos recursos hídricos, adotando a definição de bacia
hidrográfica como unidade de estudo e gestão (CARAM, 2010). Assim, pode-se
observar no Artigo 1, entre outros fundamentos, que: “III – em situações de escassez, o
uso prioritário dos recursos hídricos é o consumo humano e a dessedentação de
animais; IV – a gestão dos recursos hídricos deve sempre proporcionar o uso múltiplo
das águas” (SILVA & ANDRADE, 2014).
Com a criação e a implementação dessa política pode-se compreender melhor o
conceito de manejo de bacias hidrográficas, que tem sido cada vez mais expandido e
utilizado como unidade de gestão da paisagem na área de planejamento ambiental,
sob perspectiva do desenvolvimento sustentável (FERREIRA, 2011).
Atualmente, tanto em países desenvolvidos quanto naqueles em
desenvolvimento, como o Brasil, as bacias hidrográficas são utilizadas como unidades
5
de planejamento e gestão. Um exemplo concreto é o caso do estado de Minas Gerais,
uma vez que todo o Estado foi subdividido em Unidades de Planejamento e Gestão dos
Recursos Hídricos (PINTO, 2007).
Nesse sentido, dentro de um contexto geral do gerenciamento de recursos
hídricos, o planejamento da ocupação de uma bacia hidrográfica é fundamental em
uma sociedade com usos crescentes por água, tendo em vista os conflitos sobre a
disponibilidade deste recurso para atender ao aumento da demanda em quantidade e
qualidade de água (LATUF, 2007).
Logo, faz-se necessário o aprofundamento do conceito de manejo dos recursos
hídricos para gestores e pesquisadores. Para tanto, deve-se levar em consideração as
definições de bacias hidrográficas feitas por Dourojeanni et al. (2002) e Word Vision
(2004), que as definem como uma área compreendida entre os recursos naturais e a
infraestrutura criada pelo homem, existindo uma interação entre quatro sistemas: o
biológico, o físico, o econômico e o social.
2.2. Influência do uso do solo na vazão
Devido ao aumento populacional e o avanço tecnológico nas últimas décadas, a
ação do homem sobre o uso do solo e a sua ocupação vem produzindo impactos nos
processos hidrológicos, como a alteração dos valores da vazão média, máxima e
mínima e alterações na qualidade da água de uma bacia hidrográfica (TUCCI, 2002).
Por conseguinte, estudos detalhados sobre o comportamento hidrológico e seus
regimes de variação de vazões (XAVIER, 2007), assim como suas relações com os
agentes econômicos e socioambientais presentes ao longo de toda a área de
contribuição da bacia, fazem-se necessários para o melhor gerenciamento dos
recursos hídricos (LATUF, 2007).
Segundo Caram (2010), para se conhecer o comportamento hidrológico de uma
bacia hidrográfica sob sua condição (vegetação nativa) ou após intervenção antrópica,
deve ser realizada uma análise do processo de precipitação – vazão. Isso pode ser
feito pelo estabelecimento de relações quantitativas entre os processos hidrológicos no
ciclo hidrológico. Ela pode ser realizada através do monitoramento e modelagem
numérica simultaneamente.
As séries temporárias de vazão, conforme Mortatti et al. (2004), são o resultado
da integração dos componentes e, consequentemente, das influências naturais e
6
antrópicas em determinada região, tendo fundamental importância como subsídio para
as tomadas de decisões com relação à racionalização do uso da água e a conservação
desse recurso. Modificações no regime de vazões de uma bacia hidrográfica podem
ser decorrentes de mudanças do tipo de uso do solo, da variabilidade climática, de
construção de barragens ou de aumento da irrigação, dentre outros fatores (COSTA et
al., 2003).
Em curto prazo, grandes alterações no uso e ocupação do solo acarretam
maiores impactos no regime e na disponibilidade hídrica de uma bacia (PERAZZOLI et
al., 2013). De acordo com Latuf (2007), o aumento das frequências de vazões de
enchentes, dos custos de tratamento de água, da poluição de corpos hídricos e a perda
de fertilidade dos solos são ocasionados pelo mau uso do solo.
Nas áreas formadas por mata nativa, cujo solo permanece protegido das ações
de precipitações diretas, o excedente de precipitação que não é evapotranspirado
possui melhor capacidade de se infiltrar, elevando potencialmente a recarga do
aquífero, aumentando, neste sentido, as vazões mínimas e reduzindo as vazões
máximas e médias (TUCCI, 1998). Vanzela et al. (2010) relatam que áreas ocupadas
por matas e pastagens (em menor intensidade) favoreceram o aumento da vazão
específica e a melhoria de alguns atributos de qualidade de água.
Com a substituição da floresta por pasto, o solo ficará mais exposto e mais
susceptível às ações da energia cinética associada a precipitações, diminuindo a
interceptação da água da chuva (LATUF, 2007). Costa et al. (2003) descrevem que
essa substituição acarreta aumento do escoamento superficial e diminuição da
infiltração nessas áreas, provocando aumento do fluxo superficial durante a estação
chuvosa e causando diminuição das vazões mínimas e aumento das vazões máximas.
As vazões máximas e mínimas dos cursos d’água podem apresentar tendências
de incrementos ou de redução em prazos mais ou menos longos. Avaliar tais
tendências é importante para identificar possíveis influências ocasionadas pelas
mudanças do uso do solo (SANTOS e FERREIRA, 2014).
As vazões máximas que são caracterizadas pela frequência da sua ocorrência
estão particularmente associadas aos riscos de inundação em uma bacia e à definição
das vazões de projeto de obras hidráulicas de controle de enchentes. A vazão máxima
é utilizada nos estudos voltados para os projetos dos vertedores de barragens, dos
canais de drenagem, dos bueiros e galerias de águas pluviais, dos diques e dos vãos
de pontes, entre outros (BARBOSA et al., 2005).
7
A vazão média dá uma indicação do potencial energético da bacia hidrográfica e
representa a maior vazão passível de ser regularizada, ao passo que a vazão mínima é
caracterizada pela sua duração e frequência (ou período de retorno), ressaltando-se
que o seu estudo é imprescindível por envolver a capacidade natural de autodepuração
do curso d'água e, também, para avaliar a possibilidade de concessão do uso da água
para dada finalidade (BARBOSA et al., 2005).
Sendo assim, a análise das séries de vazão de uma bacia, com base na
compreensão dos diversos fenômenos e processos que a regem, é crucial para o
desenvolvimento de ações de exploração e conservação dos recursos hídricos,
tornando fundamental a discretização dos componentes do ciclo hidrológico e a
indicação das inter-relações com o ambiente no qual interagem a fim de caracterizar o
comportamento dinâmico da água na paisagem (MELO NETO, 2012).
2.3. A importância do sensoriamento para monitorar o uso do solo
A análise do uso e cobertura do solo, mediante informações de sensoriamento
remoto, constitui-se numa técnica de grande utilidade ao planejamento e administração
da ocupação ordenada e racional do meio físico (RODRIGUES, 2000). Segundo Latuf
(2007), essa análise permite em curto espaço de tempo a obtenção de uma grande
quantidade de informações a respeito do uso e registro de uso da terra, fazendo com
que cada vez mais o Sistema de Informações Geográficas (SIG) venha a ser utilizado
pelos setores da sociedade, como universidades, empresas públicas e privadas, dentre
outras.
A utilização de técnicas como o Sensoriamento Remoto e o Geoprocessamento
no estudo da cobertura do solo vem evoluindo de forma significativa nas últimas
décadas, consideradas como recursos tecnológicos muito importantes (ANDRADE,
2008) por serem ferramentas usadas em diversas aplicações, auxiliando a pesquisa e a
implantação de projetos em diversas áreas que trabalham com os fenômenos ligados a
superfície terrestre (VANZELA, 2008).
Neste âmbito, a ciência geográfica, por estudar os fenômenos naturais e a
relação entre sociedade e natureza no espaço e no tempo, aliada ao uso de
geotecnologias, contribui para aprimorar o conhecimento sobre o espaço geográfico.
Isso faz com que essa ciência, além de ser mais valorizada, ganhe mais espaço em
estudos de planejamento e monitoramento do território (KALISKI et al., 2010).
8
O sensoriamento remoto e o SIG são ferramentas que contribuem para
minimizar os problemas oriundos da baixa disponibilidade de informações de campo
(SANTOS, 2009), pois estas servem para o diagnóstico e monitoramento de grandes
extensões de áreas (FERNANDEZ et al., 2012), bem como são indispensáveis em
estudos de mudanças das características ambientais, já que as informações podem ser
atualizadas devido à característica de repetitividade de aquisição das imagens
(CAMPOS et al., 2010; BIANCHI, 2012).
A interpretação das imagens possibilita a geração de mapas, dos quais é
possível extrair dados quantitativos e qualitativos que viabilizam análise adequada
sobre determinado tema (AUGUSTO e SEABRA, 2014), além de servir como poder de
fiscalização pelos órgãos públicos, bem como para identificação e localização das
áreas de conflitos de uso da terra, mostrando ser uma ferramenta fundamental para o
planejamento de uso do solo numa bacia; um dos principais enfoques da aplicação
desta tecnologia está na caracterização das atividades do homem sobre a superfície
terrestre (CASTRO et al., 2009).
Conforme Santos (2008), para diminuir esse problema gerado pelas atividades
antrópicas, a implantação de um monitoramento detalhado, com utilização da variável
de uso da terra e cobertura vegetal, processos erosivos e mudanças das condições
climáticas, permite a realização do diagnóstico ambiental, quantificando as variáveis
bióticas, físicas e socioeconômicas.
O monitoramento dos corpos d’água tem sido um grande desafio sob o aspecto
técnico e econômico, pois os critérios de delimitação com base na topografia exigem o
envolvimento de equipe multidisciplinar e de informações detalhadas da unidade
espacial em análise (CASTRO et al., 2009).
O acompanhamento da dinâmica do uso e ocupação do solo possibilita a
atuação racional do homem sobre o ambiente. Assim, os efeitos prejudiciais ao meio
físico diminuem, uma vez que o acompanhamento desta dinâmica permite o
diagnóstico das mudanças ocorridas sobre o meio ambiente. Nessa conjuntura, o
levantamento do uso e ocupação do solo, através do uso de imagens de satélites e das
ferramentas oferecidas pelo geoprocessamento, torna-se aspecto fundamental para a
compreensão dos modelos de organização do espaço em determinada região (SILVA e
FRANÇA, 2013).
9
2.4. LANDSAT 5 – TM
As operações do satélite LANDSAT (Land Remote Sensing Satelite) foram
iniciadas na década de 1970 pela NASA (National Aeronautics and Space
Administration), com o lançamento do satélite ERTS-1 (Earth Resources Technological
Satelite-1) a fim de fornecer imagens de alta resolução dos recursos terrestres
(SANTOS, 2010).
A princípio, o programa LANDSAT era composto por três satélites (LANDSAT 1,
2 e 3) formados pelos sensores o RBV (Return Bean Vidicon) e o MSS (Multispectral
Scanner System). Em razão de problemas técnicos no RBV e da superioridade técnica
do instrumento MSS do ponto de vista espectral e radiométrico, o RBV foi muito pouco
utilizado (MOREIRA, 2011; NOVO, 2010; ZARATTINI, 1989).
A partir de 1984, a NASA colocou em órbita o sensor TM a bordo dos satélites
LANDSAT-4 e LANDSAT-5, funcionando em orbita equatorial a 705 km de altitude
(KRUMBIEGEL, 2001), com as mesmas características do MSS, apresentando, porém,
uma série de melhorias no que diz respeito às resoluções espectral, espacial, temporal
e radiométrica (MOREIRA, 2011). Entretanto, por problemas técnicos em 1995 o
sensor MSS foi desligado e o sensor TM continuou em operação (MARQUES, 2010).
O sensor TM possui um sistema de imageamento eletro-óptico do tipo de
varredura mecânica. Os detectores do TM estão arranjados em forma matricial de 16 X
6 fotodetectores de silício (bandas 1, 2, 3, e 4) e de antimoneto de índio (bandas 5 e 7)
e ainda 4 detectores termais de telureto de mercúrio-cádmio (HgCdTe) para a banda 6
(MARQUES, 2010).
O sensor TM do satélite LANDSAT-5 possui órbita aproximada de 98 graus de
inclinação, posicionando-se de forma hélio-síncrona. Passa sobre uma mesma área da
superfície terrestre (resolução temporal) a cada 16 dias e cada imagem cobre uma área
de 185 por 185 km com resolução espacial de 30 x 30 m (120 m na banda termal)
(FLORENZANO, 2002).
O sensor TM opera em sete bandas espectrais, sendo três na região do visível,
três na região do infravermelho refletido e uma na região termal (LATUF, 2007),
conforme é apresentado na Tabela 1.
10
Tabela 1 – Especificações das bandas do sensor TM do satélite LANDSAT 5
Banda Faixa espectral
(µm)
Região do Espectro
Uso
1 0,45-0,52 azul-verde Mapeamento batimétrico; distingue solo da vegetação, vegetação conífera de decídua.
2 0,52-0,61 verde Realça a vegetação, útil para avaliar o vigor da vegetação.
3 0,63-0,69 vermelho Realça os declives da vegetação.
4 0,76-0,90 Infravermelho próximo
Realça o teor de biomassa e encostas.
5 1,55-1,75 Infravermelho médio
Discrimina conteúdo de umidade do solo e da vegetação; capaz de penetrar nuvens finas.
6 10,4-12,5 Infravermelho termal
Útil para mapeamento termal e estimativa da umidade do solo.
7 2,08-2,35 Infravermelho distante
Útil para mapeamento de rochas alteradas hidrotermalmente associadas com depósitos minerais.
Fonte: USGS (2016).
É relevante que o fotointérprete tenha conhecimento das principais
características das bandas, para que assim possa adotar uma composição de bandas
(composição RGB) que melhor atenda ao objetivo do seu respectivo estudo (SANTOS,
2010), o que permitirá escolher qual banda irá ser associada ao canal R, ao canal G e,
consequentemente, ao canal B (LATUF, 2007).
Algumas das possíveis composições das bandas com as cores RGB e suas
aplicações podem ser observadas na Tabela 2, de acordo com as recomendações do
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE).
Tabela 2 – Composição RGB de bandas do sensor TM do satélite LANDSAT 5 e características aplicativas
Associação (bandas TM)
Aplicabilidades
3, 2 e 1 Imagens em "cor natural", com boa penetração na água, realçando as
correntes, a turbidez e os sedimentos. A vegetação aparece em
11
tonalidades esverdeadas.
2, 3 e 4
Define melhor os limites entre o solo e a água, ainda mantendo algum
detalhe em águas pouco profundas, e mostrando as diferenças na
vegetação que aparece em tonalidades de vermelho.
3, 4 e 5
Mostra mais claramente os limites entre o solo e a água, com a
vegetação mais discriminada, aparecendo em tonalidades de verde e
rosa, indicado para mapeamento de usos da terra.
2, 4 e 7 Mostra a vegetação em tons verdes e permite discriminar a umidade
tanto na vegetação como no solo.
Fonte: INPE (2009).
2.5. Landsat – 8 OLI/TIRS
O satélite LANDSAT-8, conhecido como LDCM (Landsat Data Continuity
Mission), foi lançado pela NASA em parceria com o Serviço Geológico dos Estados
Unidos (USGS) em fevereiro de 2013, com o objetivo de dar seguimento ao registro de
dados de forma mais consistente que os satélites antecessores (NASA, 2016).
Os sensores OLI/TIRS do satélite LANDSAT-8 possuem órbita semelhante às
dos sensores LANSAT 5 e 7, com resolução temporal de 16 dias pela linha do equador
(USGS, 2016) e campo de visada de aproximadamente 15° (REN et al., 2014). O
sistema operacional do LANDSAT-8 possui dois sensores, o Operational Land Imager
(OLI) e o Thermal Infrared Sensor (TIRS).
O sensor OLI registra imagens com resolução espacial de 30 metros para as
bandas visíveis, infravermelho próximo e infravermelho médio e de 15 metros para a
banda pancromática (USGS, 2016). Apresenta também duas novas bandas espectrais,
a banda 1 do coastal aerossol e a banda 9 do cirros. O sensor TIRS apresenta duas
bandas de pixel de 100 metros, processadas e disponibilizadas em 30 metros, para
coincidir com a maioria das bandas multiespectrais do sistema imageador (USGS,
2016), como pode ser observado na Tabela 3.
Tabela 3 – Especificações das bandas do sensor OLI/TIRS do satélite LANDSAT 8
Banda Faixa
espectral (µm) Região do Espectro
Uso
12
1 0,43 – 0,45 Ultra-Azul Permite o estudo de áreas costeiras.
2 0,45 – 0,51 Azul
Mapeamento batimétrico; distingue o solo da vegetação; vegetação conífera de decídua.
3 0,53 – 0,59 Vermelho Realça a vegetação, útil para avaliar o vigor da vegetação.
4 0,64 – 0,67 Infravermelho Próximo
Realça os declives da vegetação.
5 0,85 – 0,88 Infravermelho Médio/SWIR 1
Realça o teor de biomassa e encostas.
6 1,57 – 1,65 Infravermelho Médio/SWIR 2
Discrimina conteúdo de umidade do solo e da vegetação.
7 2,11 – 2,29 Infravermelho distante
Discrimina conteúdo de umidade do solo e da vegetação.
8 0,50 – 0,68 Pancromática (PAN)
Melhorar a resolução espacial para 15 m a partir da fusão.
9 1,36 – 1,38 Cirrus Detectar nuvens do tipo cirrus.
10 10,6 – 11,19 Infravermelho Termal/TIRS 1
Medir a temperatura e a umidade da superfície terrestre.
11 11,5 – 12,51 Infravermelho Termal/TIRS 2
Medir a temperatura e a umidade da superfície terrestre.
Fonte: USGS (2016).
Os dados do satélite LANDSAT-8 são processados em uma imagem de 185 km
× 180 km, com aproximadamente 950 MB em formato Geo Tiff, corrigidos em nível 1
(L1T), mais que o dobro dos satélites LANDSAT antecessores. Todas as bandas
espectrais OLI e TIRS são armazenadas em arquivo como números digitais
geolocalizados de 16 bits. As bandas do sensor TIRS de 100 m são redefinidas pelo
método de convolução cúbica e disponibilizadas em resolução de 30 m e registradas
com base nas bandas OLI (ROY et al., 2014).
13
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1. Descrição da bacia do rio Catolé
3.1.1. Localização da área de estudo
A bacia hidrográfica do rio Catolé está localizada na região sudeste do estado da
Bahia, com área de drenagem de 3.101 km². Possui sua nascente no planalto de
Vitória da Conquista, próximo à cidade de Planalto, e dirige-se à calha do rio Pardo, no
sentido Nordeste-Sudeste, com sua foz próximo à cidade de Itapetinga (LEITE, 2014).
A sua extensão territorial (Figura 1) abrange uma população aproximada de 545
mil habitantes, composta pelos municípios de Vitória da Conquista, Itambé, Barra do
Choça, Caatiba, Itapetinga, Nova Canaã, Planalto e uma pequena parte do município
de Itarantim, local onde situa-se o exutório da bacia (OLIVEIRA, 2006).
Segundo Pinto (2013), o principal rio dessa bacia é o rio Catolé e os seus
principais afluentes são o rio Catolezinho, Água Fria, Serra Preta e rio dos Monos,
tendo os riachos do Saquinho, da Anta Podre e do 16 Guingó como seus formadores.
No seu curso ocorre significativa variação da paisagem refletida, principalmente, na
vegetação e nos usos do solo e da terra (IBGE, 1999).
Esta bacia, considerando o sistema de projeção Universal Transversa de
Mercator (UTM), está contida na zona 24S, entre os paralelos N: 8380000 – 8226000 e
meridianos E: 300000 – 385000 (BARRETO et al., 2014).
14
Figura 1 – Localização da bacia hidrográfica do rio Catolé e dos municípios pertencentes à bacia.
3.1.2. Clima
O clima da região segundo a classificação de Köppen é Cwa, variando de
semiárido a sub-úmido, com uma estação quente e chuvosa de outubro a março, com
temperatura média entre 22 e 24º C e precipitação de 1.057 mm, e uma estação seca
de abril a setembro, com temperatura média entre 18 e 22º C e precipitação de 325
mm (LIMA e PINTO, 2011).
3.1.3. Solos
Os solos da bacia do rio Catolé são marcados pela ocorrência de chernossolo
argilúvico, luvissolo crômico e argissolo vermelho amarelo distrófico. São solos com
média a elevada fertilidade natural, com médio e alto teor de matéria orgânica.
Possuem baixa a média profundidade e estão sobrepostos a rochas do embasamento
cristalino, marcadamente saprólitos de granito, gnaisse e migmatito. O relevo é
15
suavemente ondulado na maior parte da bacia; no entanto, na parte da cabeceira da
bacia é muito montanhoso (LIMA, 2012).
3.1.4. Características morfométricas
A bacia hidrográfica do rio Catolé é caracterizada por possuir formato irregular
apresentando-se alongada (FRAGA et al., 2014). Villela e Mattos (2015) afirmam que
bacias deste formato possuem menor concentração de deflúvio, apresentando menor
risco de enchentes em condições normais de precipitação.
Com relação aos aspectos de declividade (Figura 2), o relevo apresenta uma
variação de plano a montanhoso. Vale destacar que a declividade desta bacia se
apresenta como muito baixa, principalmente nas regiões do alto e baixo Catolé, que
apresentam relevo plano em praticamente toda a sua extensão.
A bacia do rio Catolé possui altimetria discrepante (Figura 3), com cota mínima
de 281 m, localizada no baixo Catolé, e cota máxima de 974 m, localizada no alto
catolé. As cotas, variando entre 697 a 974 m, marcam as áreas predominantemente
elevadas. No sentido norte/sul da bacia as altitudes vão decrescendo de forma gradual
com as elevações acompanhando a estrutura dos relevos.
Em alguns trechos na região norte da bacia é possível encontrar cotas que
chegam a mais de 1.100 m e, no fundo dos vales, cotas de até 300 m. A bacia do rio
Catolé é composta por importantes compartimentos geomorfológicos, associados a
expressivas variações espaciais dos aspectos pedológicos e fitogeográficos (LIMA e
PINTO, 2011). Sendo assim, os rios desse corpo hídrico são fortemente controlados
pela estrutura geológica, como demonstra o traçado retilíneo dos cursos d’água. Isso
origina um padrão de drenagem que varia de treliça à retangular.
16
Figura 2 – Mapa de declividade da bacia hidrográfica do Catolé-BA.
17
Figura 3 – Mapa Altimétrico da bacia hidrográfica do rio Catolé-BA.
18
3.2. Monitoramento do uso do solo na bacia do Rio Catolé
A análise temporal do uso do solo da bacia hidrográfica do rio Catolé contou com
um monitoramento desde 1988 a 2013, sendo que a escolha do primeiro e o último ano
do estudo deve-se ao fato de a estação fluviométrica localizada na bacia possuir dados
hidrológicos consistentes, sem falhas e erros grosseiros nesse intervalo de tempo, de
acordo com a base de dados fluviométricos e pluviométricos da ANA (2016).
O levantamento e o mapeamento do uso e ocupação do solo da bacia foram
determinados a partir de dez cenas orbitais do satélite LANDSAT-5 e duas cenas do
satélite LANDSAT-8, disponibilizados pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
(INPE, 2016), envolvendo os anos de 1988 a 2013. O mapeamento e o monitoramento
do uso do solo na bacia do rio Catolé foram realizados em um intervalo de cinco em
cinco anos, contemplando, neste caso, seis anos de observação (1988, 1993, 1998,
2003, 2008 e 2013).
3.2.1. Aquisição das imagens dos satélites LANDSAT 5 e 8
Para a aquisição das imagens, foi realizada uma consulta ao DGI/INPE com a
finalidade de selecionar as órbitas/ponto que abrangem a área de estudo. Assim,
realizou-se uma listagem preliminar das imagens de acordo com as coordenadas
geográficas dos limites da área da bacia do rio Catolé, levando-se em consideração a
menor cobertura possível de nuvens.
Foi constatado que as melhores imagens observadas correspondiam ao período
de estiagem na região (maio a setembro), devido à menor taxa de cobertura de nuvens
na região. As imagens foram apresentadas de acordo com a composição RGB (R5, G4
e B3) para as cenas adquiridas pelo satélite LANDSAT-5 e composição RGB (R6, G5 e
B4) para as cenas do sensor LANSAT-8.
As imagens do sensor LANDSAT TM foram obtidas, com o máximo de correções
possíveis (Nível 1G), utilizando-se das efemérides do sensor, características de
altitude, velocidade, posicionamento, entre outras para a realização das correções
radiométricas, assim como para as correções geométricas.
Nas Tabelas 4 e 5 encontram-se as características das imagens selecionadas
para este trabalho, obtidas do satélite LANDSAT5-TM e LANDSAT-8 – OLI/TIRS e as
suas datas de passagem, respectivamente.
19
Tabela 4 – Informações sobre as imagens adquiridas do sensor LANDSAT-5 e 8.
Características Especificação (LANDSAT-5) Especificação (LANDSAT-8)
Resolução espacial 30 m (120 m infravermelho termal)
30 m (100 m infravermelho termal e 15 m pancromático)
Resolução radiométrica
8 bites 16 bites
Área imageada 185km 185 km
Resolução espectral
7 bandas 11 bandas
Formato Geotiff Geotiff
Bandas 543 654
Datum Horizontal Sirgas 2000 (ZONA 24 S) Sirgas 2000 (ZONA 24 S)
Projeção UTM UTM
Nível de correção 1 G (Radiométrica e geométrica)
1 G (Radiométrica e geométrica)
Fonte: INPE (2016).
20
Tabela 5 – Órbita/ponto e data de passagem dos satélites LANDSAT utilizadas no estudo
Ano Órbita/ponto Data de Passagem
1988 216/70 19/06/1988
216/71 05/07/1988
1993 216/70 04/08/1993
216/71 01/06/1993
1998 216/70 02/08/1998
216/71 02/08/1998
2003 216/70 29/06/2003
216/71 29/06/2003
2008 216/70 29/08/2008
216/71 29/08/2008
2013 216/70 14/08/2013
216/71 14/08/2013
Fonte: INPE (2016).
3.2.2. Processamento digital das imagens
O processamento digital das imagens para a elaboração dos mapas de uso do
solo foi realizado em duas etapas, utilizando-se o software ENVI 4.1, desenvolvido pela
Research Systems (www.RSInc.com).
A primeira etapa consistiu no pré-processamento inicial dos dados brutos das
imagens para calibração radiométrica da imagem, correção de distorções geométricas
e remoção de ruído. A qualidade da correção geométrica das imagens utilizadas no
estudo foi averiguada, apesar de as cenas já terem recebido um tratamento prévio, o
21
que aumenta a precisão dos dados utilizados. Neste processo foi realizado o realce de
histograma, filtragem, verificação da correção geométrica e segmentação.
3.2.2.1. Realce de histograma
De acordo com Câmara et al. (1996), a técnica de realce de histograma tem por
objetivo melhorar a qualidade das imagens sob os critérios subjetivos do olho humano,
permitindo uma melhor discriminação dos objetos presentes na imagem.
Através de testes com todos os realces do histograma disponíveis pelo software
ENVI 4.1 foi verificado que o realce a 2% foi o que apresentou as melhores condições
visuais nas imagens após a aplicação, permitindo melhor discriminação dos objetos.
Desse modo, este procedimento foi utilizado em todas as imagens utilizadas neste
estudo.
3.2.2.2. Filtragem
O processo de filtragem consiste no realce seletivo das feições de baixa, média
e alta frequência que compõem as imagens de sensoriamento remoto, buscando
melhorar a aparência da distribuição espacial das informações, auxiliar na interpretação
das mesmas e facilitar a análise posterior pelo fotointérprete (SANTOS et al., 2010).
Dos tipos de filtragem existentes, neste estudo foi utilizado o filtro passa-baixa
de dimensão 3 × 3, eliminando ruídos de altas frequências.
3.2.2.3. Registro de imagens
O registro de imagens é de fundamental importância por possibilitar a integração
de duas ou mais imagens, permitindo estabelecer uma relação única entre as
coordenadas das imagens e coordenadas geográficas, tornando-as conhecidas em
dado sistema de referência (LATUF, 2007). É importante destacar que a forma mais
usual de calcular a relação entre dois sistemas de coordenadas é por meio da definição
de pontos de controle no terreno, que devem ser reconhecidos tanto na carta
planialtimétrica como na imagem (CROSTA, 1992).
Na execução desse trabalho foram utilizadas duas órbitas/ponto para o total
recobrimento da área de interesse, totalizando um conjunto de 12 imagens para a área
da bacia ao longo de seis anos de monitoramento.
22
A correção geométrica das imagens de 1988 a 2013 consistiu em associar
pontos de uma base cartográfica da bacia hidrográfica do rio Catolé, previamente
mapeada e corrigida do ano de 2012 (LIMA, 2012), cedida pelo laboratório de
Cartografia e Fotointerpretação (LABCART) da Universidade Estadual do Sudoeste da
Bahia, a locais que fossem facilmente identificáveis nas imagens do presente estudo.
Para isso utilizou-se o Software ENVI 4.1, na função registro, por meio do modelo
linear, associado ao algoritmo de mosaicamento das duas cenas utilizadas.
O sistema de coordenadas adotado para o registro de todas as imagens foi a
base de informações do IBGE, ou seja, datum SIRGAS 2000 e projeção UTM zona 24
Sul.
O georreferenciamento das imagens foi realizado preliminarmente para cada
cena a partir do ano de 1988. Nesse processo foram selecionados aproximadamente
de 20 a 40 pontos de controle, mediante a utilização do registro em uma função
polinomial de primeiro grau, em que os pixels foram reamostrados pelo método do
vizinho mais próximo. Este método apenas atribuiu o valor do nível de cinza de
determinado pixel da imagem reamostrada ao pixel da imagem original que estava
mais próximo.
Após o primeiro conjunto de órbita/ponto ter sido registrado com sucesso, foram
utilizados os pontos de controle, que permitiram uma precisão mais elevada para o
complemento do trabalho do registro das demais imagens.
O processo constituiu-se em carregar os pontos de controle, inicialmente
selecionados no primeiro grupo de duas imagens, para registrar as demais imagens,
haja vista que basta apenas carregar os pontos e atualizar sua coordenada na imagem
a ser referenciada (SANTOS, 2010). Desse modo, a utilização do software acelerou o
processamento do registro das imagens restantes, bastando para isso identificar
pontos coincidentes entre as imagens ano após ano.
3.2.2.4. Segmentação
Para este trabalho utilizou-se o segmentador instalado no software Ecognition
Developer 64, capaz de segmentar e identificar áreas homogêneas.
O algoritmo de segmentação utilizado foi o multirresolução (ou multiescala)
baseado em objetos, pois este tipo de algoritmo delimita os objetos que serão
classificados em seus respectivos níveis de detalhe, considerando não apenas a
dimensão espectral, mas também a dimensão espacial.
23
Para a utilização deste método foi necessário que o fotointérprete gerasse
diferentes testes com a finalidade de obter o resultado mais satisfatório possível, tanto
computacional, quanto para a qualidade da classificação. O parâmetro utilizado para a
realização dos testes foi o parâmetro escala, por determinar a heterogeneidade
máxima permitida para os objetos da imagem. Seu valor varia de acordo com o
tamanho dos objetos resultantes, em que um parâmetro de escala com valores maiores
produz objetos maiores.
Os objetos formados pelos parâmetros de escala foram avaliados quanto à
heterogeneidade interna e delimitação da feição, segundo o critério de cor, forma e
contexto.
Com o término da primeira etapa, a segunda etapa, a saber, do processamento
digital das imagens, compreendeu a elaboração dos mapas de uso do solo das
diferentes épocas imageadas. Essa etapa consistiu na definição de amostras
representativas das classes de uso do solo, classificação e elaboração dos mapas
temáticos de uso do solo.
3.2.2.5. Definição das classes temáticas
As classes temáticas de uso e ocupação do solo foram definidas de acordo com
as classificações adotadas pelo Manual Técnico de Uso da Terra (IBGE, 2013), em
que:
Pastagem: é a área destinada ao pastoreio do gado, formada mediante plantio
de forragens perenes ou aproveitamento e melhoria de pastagens naturais.
Nessas áreas, o solo está coberto por vegetação de gramíneas e/ou
leguminosas, cuja altura pode variar de alguns decímetros a alguns metros.
Mata: formações arbóreas com porte superior a 5 m, incluindo-se aí as
fisionomias da floresta densa (estrutura florestal com cobertura superior
contínua), da floresta aberta (estrutura florestal com diferentes graus de
descontinuidade da cobertura superior, conforme seu tipo (com cipó, bambu,
palmeira ou sororoca), da floresta estacional (estrutura florestal com perda das
folhas dos estratos superiores durante a estação desfavorável – seca e frio –,
além da floresta ombrófila mista) e das áreas de mangues.
24
Cultivo: pode ser definida como terra utilizada para a produção de alimentos,
fibras e commodities do agronegócio. Inclui todas as terras cultivadas,
caracterizadas pelo delineamento de áreas cultivadas ou em descanso, podendo
também compreender áreas alagadas. Podem se constituir em zonas agrícolas
heterogêneas ou representar extensas áreas de plantations. Encontram-se
inseridas nesta categoria as lavouras temporárias, lavouras permanentes,
pastagens plantadas, silvicultura e áreas comprovadamente agrícolas cujo uso
não foi identificado no período do mapeamento.
Reservatórios: são represamentos artificiais de água construídos para irrigação,
controle de enchentes, fornecimento de água e geração de energia elétrica,
além das lagoas costeiras ou lagunas, estuários e baías.
Solo exposto: é uma área que pode ser referente tanto a ambientes naturais
como áreas sem cobertura vegetal ou cobertas por rocha nua exposta, quanto a
ambientes antrópicos, decorrentes da degradação provocada pelas atividades
humanas, como extração de minerais.
Campo antrópico: áreas aparentemente desprovidas de cuidados e com
cobertura do solo variável, composta por plantas arbustivas e subarbustos,
plantas rasteiras e solos expostos.
3.2.2.6. Definição de amostras
A classificação digital consiste em associar determinado pixel a determinada
categoria ou classe temática por meio de critérios preestabelecidos. Assim, o processo
de definição das amostras de cada classe previamente estabelecida é crucial para o
sucesso da classificação digital (SANTOS, 2010).
Foram coletadas, a princípio, informações sobre documentos cartográficos já
elaborados na área de estudo, utilizados como suporte nas decisões quanto às classes
de uso a serem utilizadas neste estudo. Desse modo, para facilitar e aumentar a
precisão do mapeamento utilizou-se um mapa do uso do solo elaborado por Lima
(2012), no ano de 2012, em que o autor estudou as interações socioambientais na
bacia hidrográfica do rio Catolé.
25
3.2.2.7. Classificação orientada ao objeto
Na etapa final do processamento digital de imagens foram utilizadas as amostras
coletadas da etapa anterior. É importante que todas as etapas anteriores tenham sido
realizadas com sucesso para maximizar a qualidade dos resultados da classificação do
uso do solo.
Nesta etapa foi realizada a classificação orientada dos objetos, utilizando-se os
algoritmos de atribuição de classes (assign class) através do software Ecognition
Developer 64, que utiliza a extração automática das feições. Após a classificação foi
realizada uma reclassificação por meio da edição manual dos dados para corrigir
eventuais falhas do mapeamento das classes de uso e cobertura do solo.
3.3. Análise do comportamento hidrológico
Para a realização deste estudo foram analisados os dados da estação
fluviométrica código 53780000, que abrange uma área de drenagem de 2.845,33 km² e
representa 90,95% da área de drenagem da bacia do rio Catolé e de três estações
pluviométricas (Figura 6). Essas estações pertencem à rede hidrometeorológica da
Agência Nacional de Águas (ANA).
26
Figura 4 – Localização das estações pluviométricas e da estação fluviométrica utilizada no estudo.
3.3.1. Seleção do período de análise e preenchimento de falhas
A base de dados fluviométricos e pluviométricos das estações pertencentes à
bacia do rio Catolé foi obtida através do site HidroWeb da Agência Nacional de Águas.
Esses dados foram tabulados em planilhas eletrônicas e foi verificada a existência de
dados discrepantes ou a existência de erros sistemáticos ou ausência de dados para,
posteriormente, efetuar o preenchimento de falhas e a sua correção.
Para o preenchimento de falhas em séries pluviométricas foi utilizado o método
da ponderação regional com base em regressões lineares (Equação 4), método esse
que consiste em estabelecer regressões lineares entre o posto com dados a serem
preenchidos, PY, em cada um dos postos vizinhos, PX1, PX2,..., PXn. De cada uma
das regressões lineares efetuadas obteve-se o coeficiente de correlação (r) que deverá
ser superior a 0,7.
27
Em que:
PY = é a precipitação no posto em análise, mm mês-1;
PXn = é a precipitação no posto de apoio, mm mês-1;
rYXn =coeficientes de correlação entre postos considerados, adimensional;
n = número total de postos de apoio considerados.
Para o preenchimento de falhas da série de vazão, utilizou-se a regressão linear
simples de acordo com o modelo:
Em que:
Qy = é a vazão do posto em análise, m3 s-1;
Qx = é a vazão do posto de apoio, m3 s-1;
β0, β1 = parâmetros de ajuste na regressão pelo método dos mínimos
quadrados, adimensional.
3.3.2. Vazões médias, máximas e mínimas
Para a estação fluviométrica analisada foi obtida, para cada ano da série de
1988 a 2013, a vazão média (Qmed), a vazão máxima anual (Qmax), a vazão mínima
de sete dias de duração (Q7) e as vazões associadas às permanências de 90% e 95%
do tempo, Q90 e Q95, respectivamente.
Com base nos dados diários da estação fluviométrica, as vazões associadas à
permanência de 90% e 95% foram obtidas pelas curvas de permanência, sendo que
essas vazões retratam a parcela de tempo a que determinada vazão é igualada ou
superada durante o período analisado.
3.3.3. Análise das precipitações
Na análise da precipitação foi utilizada a precipitação média anual (Pa), a
precipitação do semestre mais chuvoso (Psc), a precipitação do semestre mais seco
(Pss), a precipitação do mês mais chuvoso (Pmc) e a precipitação do mês mais seco
(Pms). Para obtenção da precipitação média da bacia utilizou-se o método do polígono
28
de Thiessen, por meio do software Thiessen. Este Software exige, como dados de
entrada, o limite da bacia, bem como as coordenadas geográficas das estações
pluviométricas, com suas respectivas precipitações.
3.3.4. Análise da tendência do comportamento hidrológico
Para analisar a tendência das variáveis hidrológicas foram estimadas equações
de regressão lineares simples entre a variável tempo (variável independente) e a
hidrológica (variável dependente).
A partir desta associação, estimou-se o quanto ao longo dos anos, no período
de estudo, as vazões máximas (Qmax), médias (Qmed) e mínimas (Q7, Q90 e Q95)
diminuíram ou aumentaram na seção fluviométrica, através da regressão linear
simples. Após o ajuste da linha de tendência foi obtida a significância, para avaliar a
probabilidade de a variação da variável dependente ser decorrente da alteração
atribuída à variável independente conforme descrito por Pruski et al. (2005).
3.3.5. Estudo da associação entre vazões e uso do solo
Para estabelecer uma relação entre as vazões e usos do solo da bacia
procedeu-se uma análise quantitativa dessa associação por meio do ajuste de
equações de regressão lineares, conforme descrito por Santos et al. (2010) e Latuf
(2007).
Para a análise quantitativa foi utilizada a regressão linear múltipla entre as
variáveis dependentes (vazões máximas (Qmax), médias (Qmed) e mínimas (Q7,10,
Q90, Q95), com as independentes (precipitação e as classes de usos do solo),
utilizando Software SAEG 9.0. As equações foram ajustadas observando o coeficiente
de determinação (R²), a significância da equação pela ANOVA da regressão e a
significância dos coeficientes de regressão.
29
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1. Mudanças ocorridas no uso do solo
Após a obtenção dos mapas temáticos gerados para a bacia em estudo para
cada um dos seis anos de observação, realizou-se o monitoramento das modificações
do uso do solo, conforme apresentado na Tabela 6.
Tabela 6 – Área ocupada e variações percentuais para os diferentes tipos de usos do solo, entre os anos
de 1988 e 2013 na bacia do rio Catolé
Classes de uso do solo 1988 1993 1998 2003 2008 2013 ∆(%)
Pasto 50,68 49,70 59,12 46,36 62,38 47,60 -3,08
Mata 28,08 28,48 21,24 23,08 29,43 29,42 +1,34
Campo antrópico 15,10 14,79 16,48 26,95 5,22 18,02 +2,92
Cultivo 4,86 5,72 2,07 3,09 2,55 4,07 - 0,79
Solo exposto 1,14 1,26 1,06 0,45 0,34 0,76 - 0,38
Reservatório 0,13 0,04 0,03 0,07 0,07 0,13 0
Conforme os resultados apresentados, constata-se que no início do
monitoramento do uso do solo na bacia do rio Catolé já havia uma forte influência das
ações antrópicas em toda a sua extensão, sendo comprovada pelas classes de usos
do solo de tipo pasto, campo antrópico e cultivo, que totalizaram 70,64% da área da
bacia. Esse comportamento se estende aos demais anos de observação.
A área de pasto apresenta-se como a principal classe de uso do solo, mantendo-
se em torno de 50% entre os anos de 1988 e 1993. Transcorridos cinco anos, pode ser
verificado um aumento de 9,42% na área de pastagem, passando a representar
59,12% da bacia. Em 2003 a classe pasto sofreu uma queda de 12,76%, ocupando
apenas 46,36% de área de estudo, apresentando o menor valor de área, se comparado
aos demais anos. Entretanto, em 2008, a classe pasto apresentou comportamento
contrário ao ano de observação anterior, caracterizando-se como o ano de maior
produção de gado na bacia do rio Catolé, passando a representar 62,36% da área da
bacia, sofrendo uma retração em 2013 para 47,60%.
30
Essa constante oscilação da classe pasto no período monitorado,
principalmente entre os anos de 1993 a 2013, indica períodos de instabilidade
econômica no setor pecuário na região, mesmo sendo esse uso a principal atividade
econômica. De acordo com estudo realizado por Lima (2012) para a mesma área,
verificou-se que a classe pasto representa o principal uso e ocupação do solo da bacia
do rio Catolé, evidenciando a elevada presença dessa classe no território da bacia.
Observa-se nos mapas de uso do solo a presença dessa classe em praticamente toda
a bacia, seja por meio de vastas extensões territoriais de pastos melhorados ou na
forma de mosaico com florestas, que compreendem desde o baixo até o alto curso da
bacia.
Nascimento e Fernandes (2016), Coelho et al., (2014) e Santos et al. (2010), ao
realizar estudos sobre mudança na ocupação e uso do solo em suas respectivas
bacias hidrográficas, observaram uma forte presença da ocorrência de pastagem na
paisagem de suas áreas de estudo.
A vegetação encontrada dentro da bacia do rio Catolé, segundo Pinto (2013), é
classificada como floresta estacional semidecidual e decidual, floresta ombrófila densa
e floresta decidual submontana; entretanto, pastagens artificiais compostas por capins
braquiária e colonião dominam a bacia do rio Catolé. Essa vegetação, mesmo antes da
análise temporal realizada neste estudo, passou por um intenso processo de
desmatamento, originado pelo avanço dos setores econômicos da região
Observando-se os mapas de uso do solo para os anos de 1988 e 2013 (Figura 5
e 6) e para os demais anos (APÊNDICES), visualiza-se a presença de fragmentos
florestais próximos ao curso do rio principal da bacia, principalmente na região do
médio Catolé, totalizando 28,08% da área da classe mata, no primeiro ano de
observação, seguindo essa mesma tendência no segundo ano. Assim como a classe
pasto, a classe mata apresentou o mesmo comportamento de oscilação entre os anos
monitorados. Dessa forma, em 1998 a classe mata apresentou uma queda de 7,24%
em relação ao ano de 1993, ocupando 21,24% da bacia; no ano de 1998 a classe mata
representou área semelhante à do ano interior, correspondendo a 23,08%. Entre 2008
e 2013 a área de mata na bacia do rio Catolé manteve-se constante, podendo ser
observada uma área correspondente a 29% da bacia, representando uma pequena
fração da área da bacia.
31
Figura 5 – Classe temática do uso do solo para o ano de 1988 na área da bacia hidrográfica do rio
Catolé.
32
Figura 6 – Classe temática do uso do solo para o ano de 2013 na área da bacia hidrográfica do rio
Catolé.
Essa realidade é comum nas bacias hidrográficas brasileiras que se encontram
em estágio de deterioração. Isso exige dos órgãos competentes e da sua população
um planejamento adequado e ordenado de ações que visem, no primeiro momento,
manter essa cobertura e, depois, aumentar as áreas florestais nas bacias. Vale
ressaltar, segundo Oliveira (2006), que nenhuma das formações florísticas originais
teve a sua continuidade temporal e espacial assegurada, sendo gradativamente
substituída pelas atividades antrópicas relacionadas à agricultura e à pecuária,
trazendo prejuízos inestimáveis para a flora e para a fauna. É importante salientar que
os remanescentes florestais são encontrados em forma de fragmentos que estão
dispersos por toda a bacia, o que dificulta a recuperação das áreas fragmentadas, por
se tornarem mais vulneráveis aos agentes externos de degradação (CRUZ, 2007).
Nas pesquisas realizadas por Latuf (2007) e Santos (2010), as áreas ocupadas
pela classe mata ocupavam maior abrangência se comparadas às demais, o que indica
33
que essas áreas possuíam seus recursos naturais preservados, porém apresentaram o
mesmo comportamento de oscilação das áreas de pasto e mata.
A área ocupada pela classe cultivo seguiu comportamento diferente da classe
pasto por se tratar de um uso do solo que representa uma área média 10 vezes menor
que a área ocupada pela pecuária. Entre os anos de 1988 e 1993, a área cultivada
representou, em média, 5% da área da bacia do rio Catolé, sofrendo uma diminuição
para 2,07% em 1998, aumentando em seguida para 3,09% em 2003, diminuindo 0,54%
no ano seguinte e por fim ocupando 4,07%, em 2013.
Segundo Lima (2012), o aumento da produção de pasto nas últimas décadas na
bacia do rio Catolé fez com que esse uso de solo se tornasse a principal atividade
econômica da região da bacia, implicando uma queda do cultivo de espécies agrícolas,
principalmente a cultura do café. A queda da produção cafeeira se deu inicialmente
pela queda do preço do café e posteriormente pela mudança de uso do solo, que
passou de cultivo para pastagem em algumas áreas, principalmente na região do baixo
Catolé.
Na avaliação temporal da classe campo antrópico, nota-se que grande parte da
área da bacia do rio Catolé apresenta áreas com pouca vegetação, caracterizando-se
como área de vegetação degradada, onde a presença da ação antrópica é existente
em toda a sua região. Nos anos de 1988 a 2013, essa classe representou
aproximadamente 16% da área da bacia, exceto no ano de 2003, em que apresentou
26,95% da bacia, e em 2008, com 5,22%. O mesmo comportamento foi observado por
Ramos (2008) na bacia do rio Catolé, que constatou que cerca de 18% da área da
bacia era composta por campo antrópico. Esse fato pode ser ocasionado pelo corte
ilegal de floresta nativa na área estudada, ocasionando uma expansão de áreas de
pastagem.
O uso e ocupação do solo por reservatórios apresentou um comportamento de
redução ao longo da análise temporal, se comparado ao primeiro ano da análise. No
início do monitoramento essa classe ocupava 0,13% da bacia do rio Catolé, e a partir
de 1993 essa classe sofreu um declínio de 0,9%, passando a ocupar 0,04% da área da
bacia, permanecendo sem grandes modificações nos anos seguintes, mas no ano de
2013 apresentou o valor original de 0,13% da área da bacia. À medida que ocorre o
aumento de áreas irrigadas e cresce o número de gado, esses usos do solo se tornam
uma ameaça à capacidade de captação de água dos reservatórios dos centros urbanos
dos municípios da área de influência da bacia, o que acarreta uma redução dessa
34
classe devido à escassez de água. Essa região é caracterizada por apresentar baixos
índices pluviométricos, principalmente em épocas de seca, justificando a pequena
abrangência dessa classe em todos os anos monitorados.
O aumento na demanda dos recursos hídricos pelos diferentes usuários exige a
construção de barragens ou a sua ampliação para aumentar o volume de água
armazenado para atender a demanda, dentre elas podemos citar as barragens Água
Fria I e II, barragem da Serra Preta e barragem da Biquinha, que compõe as principais
represas da bacia. Essas barragens foram construídas para abastecer a população
urbana dos municípios de Vitória da Conquista, Barra do Choça e Planalto (LIMA,
2012; OLIVEIRA, 2006).
A classe solo exposto, constituído principalmente por pastagens degradas e
voçorocas, apresentou uma tendência de redução durante o período estudado, que
pode estar associada ao aumento das classes mata e pasto em diversos períodos da
análise temporal. A área de solo exposto obteve comportamento similar do primeiro
ano até o terceiro ano de monitoramento, podendo ser verificada uma área média de
1,15% entre esses anos. Essa mesma classe nos anos de 2003, 2008 e 2013 sofreu
reduções, passando a ocupar 0,45; 0,34 e 0,76%% da área da bacia, respectivamente.
A classe solo exposto é um importante indicador de degradação ambiental (FREITAS
et al., 2013), por isso é importante que o fotointérprete identifique as áreas onde
realmente não existe nenhum uso e ocupação do solo (RIOS et al., 2011) para que
medidas mitigatórias possam ser adotadas, como projetos de reflorestamento e
recuperação de áreas degradadas; porém, essa classe é frequentemente aleatória,
podendo apenas ser observada nos períodos de preparo, plantio e colheita das culturas
anuais.
4.2. Monitoramento do comportamento das variáveis hidrológicas
No estudo da análise temporal das vazões e precipitações das estações
pertencentes à bacia do rio Catolé houve a necessidade de preenchimento de falhas
para a precipitação média anual, precipitação do semestre mais chuvoso, precipitação
do semestre mais seco, precipitação do mês mais chuvoso e precipitação do mês mais
seco para o ano de 1988.
Na Tabela 7 estão apresentados os valores totais anuais das séries históricas
dos dados hidrológicos (vazão e precipitação) para a bacia hidrográfica do rio Catolé.
35
Os dados médios de precipitação foram gerados a partir do método polígono de
Thiessen entre as estações Lucaia, Vitória da Conquista e Itapetinga.
Tabela 7 – Séries históricas das vazões (m3 s-1) e precipitações (mm) do período de estudo da bacia hidrográfica do rio Catolé
Ano Qmax Qmed Q7,10 Q90 Q95 pm psmc psms pmc pms
1988 56,46 9,83 4,39 5,59 4,79 774,10 507,17 156,39 155,76 10,94 1989 269,00 16,47 2,78 4,79 3,60 1.227,25 850,83 279,30 475,65 8,02 1990 77,34 13,94 6,44 7,30 6,78 737,75 430,80 254,68 137,86 10,41 1991 158,00 16,77 5,81 6,38 5,98 752,82 511,42 194,90 197,53 0,40 1992 182,50 23,34 8,60 10,43 9,39 1.129,90 830,43 247,20 316,87 10,26 1993 87,50 10,84 3,14 4,40 3,60 465,76 252,77 144,87 107,07 1,53 1994 99,00 10,29 1,78 3,60 2,44 592,37 438,17 166,90 179,07 6,77 1995 49,80 8,19 0,03 0,33 0,14 791,35 538,30 226,73 204,47 0,77 1996 18,92 3,02 0,64 1,02 0,73 419,30 265,93 100,50 127,63 4,93
1997 147,20 11,89 0,57 1,91 1,38 1.115,26 854,30 203,57 361,33 8,63
1998 178,00 5,82 0,05 0,53 0,33 740,24 534,23 123,83 218,17 6,93
1999 214,50 14,86 0,89 2,27 1,20 1.017,70 585,83 340,67 211,13 28,07
2000 82,52 17,09 6,33 8,87 7,30 1.060,53 887,80 148,20 289,30 4,73 2001 41,95 10,11 2,74 4,79 3,99 739,87 395,80 264,17 165,03 5,30 2002 164,00 14,78 2,76 5,59 3,99 1.213,83 829,53 230,87 262,20 2,57
2003 54,35 8,27 1,69 2,62 2,27 588,27 227,70 254,90 107,60 7,13 2004 280,00 14,99 1,88 4,79 4,19 1.185,31 978,83 200,27 324,97 2,97 2005 103,17 14,90 4,16 5,59 5,18 1.017,17 640,47 270,07 261,80 2,13 2006 97,54 12,62 3,72 5,10 4,07 930,53 617,57 283,20 229,57 14,97 2007 60,99 11,61 5,03 6,14 5,35 1.081,54 763,43 191,20 269,30 4,93 2008 96,74 8,62 2,95 4,29 3,37 900,17 632,47 135,70 224,03 1,97 2009 68,46 10,00 3,38 4,18 3,97 835,03 441,20 355,23 219,25 7,07 2010 67,42 6,59 2,73 3,27 2,82 795,99 537,40 214,07 233,00 6,97 2011 117,36 10,78 3,37 4,51 3,97 689,33 446,80 152,10 127,70 9,83 2012 97,54 6,34 3,23 3,56 3,37 570,30 259,54 238,56 234,30 2,83 2013 90,48 7,50 3,00 3,56 3,37 871,31 528,77 201,57 221,65 7,43
Diferença 34,02 -2,33 -1,39 -2,03 -1,42 97,21 21,6 45,18 65,89 -3,48
∆(%) 60,26 -23,70 -31,66 -36,31 -29,64 12,56 4,26 28,89 42,30 -81,81
A precipitação média anual foi de 855,50 mm, sendo os anos de 1989 e 1996,
respectivamente, os de maior e menor precipitação, com valores médios de 1.227,25 e
419,30 mm. Nota-se um comportamento aleatório nos dados, ora com anos acima da
média e outros abaixo da mesma, tanto para a precipitação média anual, quanto para
as demais precipitações. Lima e Pinto (2011) mencionam que o período de maior
precipitação na bacia do rio Catolé se encontra no verão e o período de menor
precipitação no inverno. Desse modo, a precipitação do mês mais chuvoso e do
semestre mais chuvoso se encontraram na estação quente e chuvosa, que vai de
36
outubro a março, e a precipitação do mês mais seco e a precipitação do semestre mais
seco são verificadas na estação fria e seca, que vai de abril a setembro.
O comportamento nas séries de precipitação, de acordo com Almeida (2007), é
em função do clima, mostrando que este apresenta um padrão de repetição anual, com
maiores valores de precipitação no verão e menores no inverno. Segundo o autor, esse
comportamento apresenta flutuações intra-anuais, mais evidentes na estação chuvosa
e menos na estação seca. Isto se deve ao fato de os valores mínimos serem mantidos
por processos de base, como a evaporação da água do solo e de corpos d’água e a
transpiração vegetal. Já os valores máximos são afetados por alterações nos
processos climáticos globais.
Com relação à vazão, o ano com maior descarga foi o de 2004 (280 m³/s),
evento correlacionado com o ano de maior precipitação do semestre e mês mais
chuvoso e segundo maior ano da precipitação média anual na bacia (Tabela 8). O ano
de 1996 foi o que apresentou a menor vazão máxima (18,96 m³/s), apresentando
comportamento similar com o ano de menor precipitação do semestre mais seco e
precipitação média anual.
As vazões média e mínima (Q7,10; Q90; Q95) apresentaram o mesmo
comportamento durante todo o período do monitoramento. Essas variáveis
apresentaram os maiores valores para o ano de 1992 e menores valores para o ano de
1998. Observa-se que nesta bacia ocorrem baixos índices fluviométricos em
praticamente toda a análise temporal, em virtude das baixas precipitações que ocorrem
ao longo dos anos e que é insuficiente para recarregar os aquíferos.
A bacia do rio Catolé possui vazão específica relativamente baixa (Tabela 8) por
apresentar pouca disponibilidade de água devido às precipitações serem escassas no
decorrer do ano, afetando economicamente os municípios inseridos na bacia.
Entretanto, nos meses que apresentam menor precipitação, entre maio e setembro, o
escoamento mantém-se, em função das condições de armazenamento (escoamento
subterrâneo), o que caracteriza a disponibilidade de água do rio Catolé como
proveniente do escoamento subterrâneo (MIRANDA et al., 2010).
Tabela 8 – Vazão específica no período do monitoramento do uso do solo da bacia hidrográfica do rio Catolé
Ano Vazão específica (m³.s-1.km-2)
37
1988 0,00345
1993 0,00381
1998 0,00205
2003 0,00291
2008 0,00303
2013 0,00264
Na bacia estudada, a contribuição hídrica pelo escoamento superficial é
torrencial, pois os solos são rasos e a ausência da vegetação natural de Floresta
Estacional (substituída por pastagens) dificulta a infiltração das águas pluviais (IBGE,
1999), além de provocar menor rugosidade do solo, menor capacidade de
interceptação das árvores e acarretar diminuição das vazões mínimas e médias
(TUCCI e CLARKE, 1997).
4.3. Associação entre o uso do solo e o comportamento hidrológico
No estudo entre a associação das modificações no uso do solo com o
comportamento hidrológico da área da bacia do rio Catolé foram excluídas as classes
de uso e ocupação do solo, corpo hídrico e solo exposto, pelo fato de não serem
espacialmente representativas na bacia, sendo menores que 2% da área em estudo.
4.3.1. Vazão máxima
De acordo com o monitoramento do uso e cobertura do solo realizado, o
desmatamento dos remanescentes florestais consistiu na principal alteração na
mudança da paisagem da bacia do rio Catolé, ocasionada pela expansão da pecuária
nas últimas décadas. Desse modo, a diminuição da cobertura florestal em função das
atividades antrópicas na área da bacia proporciona variações de escoamento dos rios e
do escoamento superficial (ROCHA et al., 2010), ocasionando principalmente o
aumento das vazões máximas. Collischonn (2001), estudando a mudança no uso e
cobertura do solo na bacia do Taquari, no Rio Grande do Sul, verificou que a classe
pastagem é responsável por 13,2% do aumento do escoamento superficial, afirmando
a grande influência desta classe no aumento das vazões máximas.
38
Segundo Tucci e Clarke (1997), o aumento nas vazões máximas pode ainda ser
maior em caso de presença de forte mecanização, por aumentar a compactação da
camada superficial do solo e consequentemente diminuir a infiltração da água da
chuva.
De acordo com a análise temporal foi observada uma tendência de aumento nas
vazões máximas da bacia do rio Catolé no período de 1988 a 2013, que foi de 56,46 m3
s-1 para 90,48 m3 s-1, apresentando significância de 56,6%. O aumento da vazão
máxima na bacia do rio Catolé durante esse período está relacionado às áreas de
pastagem, precipitação do mês mais chuvoso e precipitação média anual (Tabela 9).
De acordo com a equação gerada para a vazão máxima a partir da regressão linear
múltipla, pode-se verificar que o uso e ocupação do solo pastagem é a classe que
exerce influência direta na bacia do rio Catolé. Santos (2010), ao realizar estudo similar
na bacia do rio Lontra, localizado no estado do Tocantins, verificou comportamento
semelhante ao encontrado no presente estudo, de modo que a classe pasto foi a que
apresentou maior influência na mudança da vazão máxima.
Tabela 9 – Equação ajustada para a vazão máxima na bacia do rio Catolé para o período de 1988 a 2013
Equação ajustada R² Sign(a)(%) Variáveis*
Sign(b) dos
coeficientes (%)
Qmax = 77,50 + 0,046(P) +1,4584(Pmc)
– 0,4193 (Pa) 91,99 88,24 P Pmc Pa 0,05
Sign(a): significância da equação pelo teste F;
Sign(b): significância dos coeficientes dos parâmetros pelo teste t;
* Q (m3s-1); P (km2); Pmc; Pa (mm).
** P – Pasto, Pmc – Precipitação do mês mais seco e Pa – Precipitação média anual.
A classe pasto apresentou contribuição positiva para o aumento da vazão
máxima, o que caracteriza uma área de uso do solo manejado de forma inadequada.
Com esse tipo de exploração, a região da bacia hidrográfica do rio Catolé, com o
passar dos anos, pode sofrer intensos processos de degradação ambiental. Grande
parte da região com características depressivas foi desmatada e transformada em
pastagens, com início no município de Vitória da Conquista, por apresentar um centro
potencialmente econômico voltado para a criação de gado e, posteriormente,
39
avançando para a região de Itapetinga, Nova Canaã, Caatiba e Planalto, incluindo
áreas de relevo fortemente ondulado e topos das elevações (LIMA e PINTO, 2011).
Devido ao crescimento das atividades pecuária na bacia do Catolé no período do
monitoramento do uso do solo, como já relatado anteriormente, era esperado o
aumento das vazões máximas, em virtude da redução da interceptação da chuva pelas
árvores, redução do tempo de infiltração do solo pela compactação causada pelo gado
e aumento do escoamento superficial.
A tendência de aumento da vazão máxima está relacionada com o crescimento
da precipitação do mês mais chuvoso para a área da estação fluviométrica Itapetinga,
visto que a precipitação é o principal meio de entrada da água nas bacias monitoradas.
Esse fato é ocasionado devido à grande quantidade precipitada ocorrer num período
pequeno de tempo, que corresponde à estação de verão.
Segundo Latuf (2007), a substituição de área de matas por áreas antropizadas,
como pastagem, cultivo, entre outras, pode trazer consequências para o
comportamento hidrológico e até mesmo aumentar a vazão máxima mesmo quando a
precipitação for reduzida. Esse fato pode ser observado através da precipitação média
anual, que apresentou comportamento negativo na análise quantitativa. Esse
comportamento pode ser verificado devido aos baixos índices pluviométricos que a
bacia do rio Catolé apresenta em todo o período de monitoramento e também porque,
quando o ano é chuvoso, a cobertura do solo se desenvolve mais, diminuindo o
escoamento superficial.
4.3.2. Vazão média
Diferentemente do comportamento das vazões máximas que apresentaram
tendência de aumento, as vazões médias da bacia hidrográfica do rio Catolé
apresentaram tendência de declínio no período de 1988 a 2013, que foi de 2,33 m³ s-1,
apresentando uma significância de 83,33% de redução ao longo do período da análise
temporal. Seu comportamento está relacionado com a classe mata e precipitação
média anual, como pode ser observado na equação ajustada (Tabela 10).
40
Tabela 10 – Equação ajustada para a vazão média na bacia do rio Catolé, para o período de 1988 a 2013
Equação ajustada R² Sign(a)(%) Variáveis*
Sign(b) dos
coeficientes (%)
Qmed = 3,65 + 0,015(Mata) – 0,0087(Pa) 80 90,7 M, Pa 0,05
Sign(a): significância da equação pelo teste F;
Sign(b): significância dos coeficientes dos parâmetros pelo teste t.
* Q (m3s-1); M (km2); Pms (mm).
** M – Mata e Pa – Precipitação média anual.
Segundo a modelagem, a tendência de redução das vazões médias é
ocasionada por causa do comportamento negativo apresentado pela precipitação
média anual. Esse fato pode ser explicado por Rodriguez et al. (2010), pois relatam
que, em uma bacia hidrográfica, a variabilidade pluviométrica controla a maioria das
respostas hidrológicas, ressaltando-se que esse comportamento é melhor observado
em bacias de grande escala; já em bacias de escala menor, a mudança do
comportamento dos dados de vazão sofre maior influência das mudanças no uso do
solo do que propriamente com a precipitação média.
Espinoza et al. (2009), ao realizarem um estudo que tem como um dos objetivos
verificar a transformação do escoamento da bacia amazônica, observaram correlação
existente entre os dados fluviométricos e pluviométricos. Observaram também que as
mudanças das variáveis hidrológicas são explicadas pelas mudanças no uso e
ocupação do solo. O mesmo foi constatado por Latuf (2007), que, ao estudar a
influência do uso do solo na vazão média da bacia do rio Preto, considerou que a
classe mata possui paralelismo com o deflúvio médio. Desse modo, à medida que a
classe mata aumenta, a vazão média diminui e vice-versa.
Logo, na equação ajustada a classe mata apresentou comportamento positivo
no ajuste da equação, ou seja, a área de mata aumenta a vazão média. Em estudo
realizado por Santos et al. (2010), o ajuste da equação para a vazão média apresentou
o mesmo comportamento, de modo que, segundo os autores, o sinal positivo no ajuste
de equação já era esperado, pois a vazão média apresentou tendência de redução.
Na bacia do rio Catolé, os remanescentes florestais foram desmatados de forma
intensa para o cultivo de pasto, principalmente nas encostas de morros, enquanto seus
topos permaneceram preservados. Dessa forma, iniciou-se a formação de mosaicos de
pastagens com remanescentes florestais aumentando a área da classe pasto na bacia.
41
Entretanto, entre os anos de 2003 a 2013, ocorreu um leve aumento na área da classe
mata, o que justifica a tendência de redução da vazão média na bacia de estudo,
verificando relação existente entre a classe mata e a mudança na análise temporal da
vazão média. Apesar de ter sido detectada mudança na tendência da vazão em função
do aumento na quantidade de área da classe mata nesse presente trabalho, diversos
autores (EUGÊNIO et al., 2013; LINHARES, 2006) afirmam que essa correlação não
possui diferença estatística.
Eugênio et al. (2013), ao estudar a influência do desmatamento no
comportamento hidrológico na bacia hidrográfica de Rive, no estado do Espirito Santo,
verificaram que o desmatamento ou aumento da quantidade de remanescentes
florestais não influência na disponibilidade hídrica de uma bacia. O mesmo resultado foi
detectado por Almeida (2007), que, ao estudar uma bacia próxima da estudada pelo
autor supracitado, também verificou que a classe mata não está interligada com os
dados de vazão média. Segundo o autor, a explicação dessa não correlação entre os
dados de vazão e mata reside no comportamento aleatório nos dados de vazão, porém
não se pode afirmar que a mudança no uso e ocupação do solo não afeta a
disponibilidade hídrica.
Linhares (2006) mostrou que a resposta hidrológica e a taxa de incremento de
deflúvio mostraram-se associadas às taxas de desflorestamento anuais na bacia do Rio
Ji-Paraná, indicando que a remoção da floresta gera uma resposta rápida nos valores
de escoamento superficial e lateral devido à diminuição dos processos de interceptação
e de infiltração após a remoção da floresta.
Moreira et al. (2015), ao analisar a influência da floresta no comportamento
hidrológico, constataram na sua bacia de estudo que o aumento de 22% da vazão
média na sub-bacia na porção leste da Amazônia foi resultado da perda de 24% da
cobertura florestal, o que indica relação existente entre os usos do solo e a vazão
média de uma bacia.
4.4.3. Vazão mínima
Seguindo o mesmo comportamento da vazão média, as vazões mínimas
apresentaram comportamento de redução, de acordo com a análise temporal realizada
para o período de 1988 a 2013, demonstrando significância de 65,6% para a vazão Q
(7,10), 68,7% para a vazão Q (90) e 65,33% para a vazão Q (95). A vazão Q (7,10) e a
42
vazão Q (95) apresentaram redução de 1,40 m³ s-1 no volume de água escoado,
comparando-se o primeiro e o último ano do monitoramento dos dados de vazão
mínima. A vazão Q (90) apresentou redução de 2,03 m³ s-1 na área de influência da
estação Itapetinga. Vale ressaltar que o seu comportamento possui relação com a
classe pasto e cultivo e as precipitações do semestre mais seco e mês mais chuvoso,
conforme os modelos apresentados nos ajustes das equações (Tabela 11).
Tabela 11 – Equações ajustadas para as vazões mínimas Q (7,10), Q (90), Q (95) para o período de
1988 a 2013
Equação ajustada R² Sign(a)(%) Variáveis* Sign(b)dos
coeficientes (%)
Q(7.10) = -27,17 + 0,07(C) + 0,0315(Pss) + 0,012(P) 89,61 84,82 C, Pss, P 0,05
Q90 = -19,94 + 3,477(Pss) 1,122(P) – 3563(Pms) 91,54 87,58
Pss, P, Pms 0,05
Q95 = -31,7153 + 3,890(C) + 3,259(Pss) + 1,56(P) 94,10 91,29 M, Mf, Pa
0,05 Sign(a): significância da equação pelo teste F;
Sign(b): significância dos coeficientes dos parâmetros pelo teste t.
* Q (m3s-1); P; C (km2); Pss; Pms (mm).
** C – Cultivo, P – Pasto, Pss – Precipitação do semestre mais seco, Pmc – Precipitação do mês mais
chuvoso.
A tendência de redução nas significâncias das vazões mínimas pode ser
explicada devido ao aumento de áreas irrigadas localizadas na bacia do rio Catolé, que
surgiram com a necessidade de atender as áreas cultivadas formadas por culturas
anuais e temporárias, além de abastecer a população urbana e rural, principalmente
nos municípios que apresentam menores índices pluviométricos (MARTINS et al.,
2011).
A bacia hidrográfica do rio Catolé possui baixos índices pluviométricos, tendo
uma pequena contribuição hídrica para o escoamento superficial, apesar de a vazão
máxima ter apresentado tendência de aumento. De acordo com o trabalho realizado
pelo IBGE (2009), a bacia estudada possui solos rasos e ausência de vegetação
primitiva, o que dificulta a infiltração das águas pluviais nessa região.
A expansão da pecuária, principalmente na região do alto e baixo Catolé, vem
acarretando diversos problemas na qualidade física do solo: provocando menor
43
rugosidade do solo, menor capacidade de interceptação das árvores, maior
compactação do solo (TUCCI & CLARKE, 1997), além de diminuir a infiltração da água
no solo e a alimentação do aquífero subterrâneo. Esses fatores reduzem as vazões em
épocas de estiagem e, por consequência, vazões mínimas.
A forte presença da agropecuária implica também a presença de solo exposto
sujeito à ação de gotas de chuva, o que tende a causar sua compactação e diminuição
da sua capacidade de infiltração, gerando aumento da velocidade do escoamento
superficial e da vazão máxima (BALBINOT et al., 2008; FREDDI et al., 2007; PRUSKI
et al., 2003). Segundo Latuf (2007), a classe cultivo e pasto explica a redução das
taxas de vazão mínima, geradas pelo índice reduzido da cobertura florestal, que
diminui a eficiência da interceptação do dossel florestal.
A precipitação do semestre mais seco apresentou comportamento positivo em
todas as equações das vazões mínimas estudadas, o que indica que, apesar de essa
precipitação ter aumentando no decorrer da análise temporal realizada, as vazões
mínimas permanecem reduzindo. Como a bacia do rio Catolé é uma área que
apresenta características fisiológicas da cobertura florestal e índices pluviométricos
escassos, no período de estiagem o abastecimento dos aquíferos é limitado, o que
implica diminuição constante das vazões mínimas
A precipitação do mês mais seco apresenta resultado negativo para a vazão
mínima Q (90). Esse comportamento já era previsto, já que essa precipitação
apresentou redução de 81,81% comparada ao primeiro e ao último ano de
monitoramento da bacia do rio Catolé.
Os resultados obtidos neste trabalho, no que diz respeito aos usos do solo e aos
estudos sobre a vazão do rio Catolé, mostram que os fatores que podem ser
modificados pela ação antrópica usos do solo influenciam diretamente nos resultados
de vazão do rio. Assim, a adoção de práticas corretas e um manejo sustentável dos
solos e da vegetação que cobre a bacia hidrográfica contribuem positivamente para a
manutenção da perenidade dos rios e uma diminuição dos eventos extremos de vazão.
44
5. CONCLUSÕES
Com base nos resultados obtidos neste trabalho pode-se concluir:
As classes de usos do solo que tiveram tendência de crescimento ao longo
do período analisado foram a classe pasto mata e campo antrópico,
ocorrendo comportamento contrário quanto às classes cultivo, solo exposto e
reservatório.
A bacia do rio Catolé apresenta forte influência das ações antrópicas em toda
a sua extensão, pela forte presença da classe pasto, campo antrópico e
cultivo, que totalizaram 70,64% da área da bacia.
O comportamento da vazão máxima associou-se ao uso do solo pasto, à
precipitação do mês mais chuvoso e à precipitação média anual; a vazão
média, ao uso do solo mata e à precipitação média anual; as vazões
mínimas, aos usos do solo pasto e cultivo, à precipitação do mês mais seco e
à precipitação do semestre mais seco.
O comportamento hidrológico na bacia do rio Pardo, expresso pela vazão
máxima, média e mínima, está associado às modificações dos usos do solo e
às alterações no regime pluvial.
45
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Maria.
55
APÊNDICES
Figura 1 A – Classe temática do uso do solo para o ano de 1993 na área da bacia hidrográfica do rio
Catolé.
56
Figura 2 A – Classe temática do uso do solo para o ano de 1998 na área da bacia hidrográfica do rio
Catolé.
57
Figura 3 A – Classe temática do uso do solo para o ano de 2003 na área da bacia hidrográfica do rio
Catolé.
58
Figura 4 A – Classe temática do uso do solo para o ano de 2008 na área da bacia hidrográfica do rio
Catolé.
