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UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ – UNIVALI
CENTRO DE CIÊNCIAS DA TERRA E DO MAR – CTTMar
CURSO DE OCEANOGRAFIA
Análise da pluma de sedimento do Rio Camboriú e Rio Tijucas, SC – Brasil,
através de Sensoriamento Remoto.
ALINE MONTEIRO SARANBANA
Itajaí, SC
2011
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UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ – UNIVALI
CENTRO DE CIÊNCIAS DA TERRA E DO MAR – CTTMar
CURSO DE OCEANOGRAFIA
Análise da pluma de sedimento do Rio Camboriú e Rio Tijucas, SC – Brasil,
através de Sensoriamento Remoto.
ALINE MONTEIRO SARANBANA
Monografia apresentada ao Curso de Graduação em Oceanografia da Universidade do Vale do Itajaí - UNIVALI como requisito parcial à obtenção do Grau de Bacharel em Oceanografia. Orientador: João Thadeu de Menezes
Itajaí, SC
2011
iii
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho aos meus pais, por
todo AMOR, CARINHO, APOIO E
COMPREENSÃO em todos esses anos,
MEUS VERDADEIROS AMORES. E a
minha bisavó, uma mulher
ESPETACULAR.
iv
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao professor João Thadeu de Menezes, por ter aceitado orientar este
trabalho e ter ajudado em todo o período de realização do mesmo. Aos meus pais
por todos os anos de dedicação, apoio e saudades que passamos, amo muito
vocês. A Juliana, minha prima, que sempre que precisei estava pronta para me
ajudar, mesmo quando não sabia do que se tratava, ela sempre dava um jeito! Ao
Daniel, que em todos esses anos esteve ao meu lado de alguma forma, me
apoiando e não deixando com que a saudades da minha família interferisse na
minha estadia aqui. Ao Rodrigo Felicidade, pela ajuda no tratamento das imagens e
pela paciência que teve comigo. A Ingrid e ao Robson, por nesses últimos dias
terem feito a diferença, me ajudando e apoiando para que eu conseguisse terminar
meu trabalho. Aos amigos Gemauro e Fernando, por todo apoio e torcida nessa
fase de TCC. A Mônica, a Deborah e a Day pelas muitas matérias e trabalhos que
fizemos juntas. Aos meus avós, pois eles são a peça fundamental de minha
existência. Ao Fofo, quando eu ainda estava no pré projeto, me ajudando em muitas
vezes com o ArcGis. As minhas amigas Vanessa, Thays, Giovanna e Larissa, que
mesmo longe sei que estão sempre torcendo por mim, amo vocês minhas amigas.
Aos meu amigos de São Paulo, que sempre fizeram parte da minha vida e
participarão de grandes momentos comigo. As meninas Fofa, Andressa, Natália e
Danielle, que no ano passado foram como minha família, me ajudando em grandes
momentos. A professora Inês, a qual me ajudou durante a minha permanência nesta
universidade, Obrigada Inês! Aos novos amigos, que inseriram a tal da SUECA na
minha vida e as noites boas que tivemos nesses últimos meses. E por fim a todos
que de alguma forma estiveram presente na minha vida durante todo o caminho
percorrido por mim em busca da tão esperada formatura.
“Tudo nesse mundo visível é uma manifestação do mundo invisível, do que esta
acontecendo em nosso coração... E o desfazer-se de certas lembranças significa
também abrir espaço para que outras tomem o seu lugar... Tudo o que chega,
chega sempre por alguma razão”.
Fernando Pessoa
v
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ..........................................................................................................................VII
LISTA DE TABELAS ...........................................................................................................................IX
LISTA DE EQUAÇÕES.........................................................................................................................X
LISTA DE ABREVIAÇÕES E SIGLAS.....................................................................................................XI
RESUMO ..........................................................................................................................................1
1‐ INTRODUÇÃO ............................................................................................................................... 2
2‐ OBJETIVOS ...................................................................................................................................3
2.1- OBJETIVO GERAL .........................................................................................................................3 2.2- OBJETIVOS ESPECÍFICOS.............................................................................................................3
3‐ FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................................................4
3.1 PLUMA DE SEDIMENTOS ................................................................................................................4 3.2 SENSORIAMENTO REMOTO ...........................................................................................................5
3.2.1 Sistema Sensores....................................................................................................................5 3.2.2 Sistemas Imageadores ...........................................................................................................6
3.3 LANDSAT ....................................................................................................................................7 3.3.1 Componentes do sistema LANDSAT .......................................................................................7 3.3.2 Sistema LANDSAT...................................................................................................................8 3.3.2.1 LANDSAT-5 .....................................................................................................................9
3.4 COMPORTAMENTO ESPECTRAL DA ÁGUA ...................................................................................10 3.4.1 Sensoriamento remoto para recursos hídricos ....................................................................11 3.4.2 Sensoriamento remoto da cor da água.........................................................................12 3.4.3 Fluxo de energia que deixa o corpo d’água em direção ao sensor ..........................14 3.4.4 Correções do fluxo emergente detectado pelo sensor .........................................................15 3.4.5 Cor da água..........................................................................................................................17
3.6 – TRABALHOS REALIZADOS PARA O ESTUDO DE DISPERSÃO DE SEDIMENTOS ATRAVÉS DE SENSORIAMENTO REMOTO ................................................................................................................18
3.6.1 Uso de imagens LANDSAT como subsídio ao estudo da dispersão de sedimentos na região da foz do rio São Francisco. ...................................................................................18 3.6.2 A pluma de sedimentos sazonal através de observações por satélite na porção central do Mar da China ............................................................................................................19 3.6.3 Caracterização das plumas de sedimentos da Baia de Sepetiba como subsídio ao estabelecimento de planos amostrais em ambientes costeiros..........................................19
4.1 ÁREA DE ESTUDO ........................................................................................................................21 4.1.1 O Rio Camboriú ....................................................................................................................21 4.1.2 O Rio Tijucas.........................................................................................................................22
4.2 OBTENÇÃO DOS DADOS ..............................................................................................................23 4.3 PRÉ-PROCESSAMENTO DIGITAL DAS IMAGENS ...........................................................................24 4.4 CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO DA PLUMA DE SEDIMENTO ..........................................................26 4.5 PERFIS.........................................................................................................................................26 4.6 VAZÃO..........................................................................................................................................27
4.7 PRECIPITAÇÃO: ......................................................................................................................... 27
5‐ RESULTADOS E DISCUSSÃO......................................................................................................... 29
5.1 – PLUMA DE SEDIMENTOS DO RIO CAMBORIÚ ...........................................................................29 5.2 – PLUMA DE SEDIMENTOS DO RIO TIJUCAS ...............................................................................39 5.3- PRECIPITAÇÃO ...........................................................................................................................47 OS ANOS EM QUE A PRECIPITAÇÃO FOI MAIS ELEVADA FORAM EM 1992, 2005, 2007 E 2010, NOS ANOS DE 2000 E 2006 A PRECIPITAÇÃO OCORRIDA FOI DEMASIADAMENTE BAIXA E NOS DEMAIS
vi
ANOS HOUVE A PRESENÇA DE UMA PRECIPITAÇÃO MODERADA. PARA A IMAGEM DO ANO DE 1986 OS DADOS DE PRECIPITAÇÃO NÃO PUDERAM SER OBTIDOS. ............................................................49
6. CONCLUSÃO ............................................................................................................................... 50
7. BIBLIOGRAFIA............................................................................................................................. 51
vii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Exemplo de varredura mecânica no plano do objeto da série de satélites LandSat. Fonte: Novo (1989)........................................................................................ 7 Figura 2: Principais componentes do módulo de instrumentos do LANDSAT-5. Fonte: Novo (1989). .................................................................................................... 10 Figura 3: Trajetória da luz antes de chegar ao sensor remoto: (A) luz espalhada pela atmosfera; (B) reflexão especular da luz solar direta na superfície da água; (C) luz que sai da água, contendo as informações úteis sobre o corpo d’água. A geometria do sensor, altitude e o ângulo de visada determinam o campo de visada instantâneo (IFOV) e o tamanho do pixel. Fonte: Kampel & Novo (2009)................................... 13 Figura 4: fatores que influenciam a luz emergente que deixa o corpo d’água: (A) retroespalhamento pela moléculas d’água; (B) retroespalhamento pelo material inorgânico e suspensão; (C) absorção pela matéria orgânica dissolvida; (D) reflexão do fundo; (E) retroespalhamento pelo fitoplâncton. Fonte: Kampel & Novo (2009). 14 Figura 5: Localização do sistema estuarino do rio Camboriú (1) e Tijucas (2). Coordenadas geográficas, datum horizontal SAD69. ................................................. 23 Figura 6: Transformação ND em reflectância, onde foi inserido em freqüência o valor equivalente a cada ND de cada imagem, gerando assim um número digital inicial e indicado a banda espectral utilizada. Posteriormente foram inseridos dados como, data e ângulo de elevação. E então gerado a equação utilizada para a transformação para a banda 2 do satélite LANDSAT-5................................................................................ 25 Figura 7: Estação meteorológica de Itajaí, do tipo telemétrica automática costeira, modelo CAMPBELL, pertencente ao Centro Integrado e Recursos Hídricos (EPAGRI/CLIMERH). ............................................................................................... 28 Figura 8: Imagens para a enseada do rio Camboriú para os anos 1986, 1992, 1993, 1994, 1997 e 1999. As figuras da esquerda demonstram a cena em composição RGB e as figuras da direita a concentração de MPS (g/m³) de acordo com a aplicação das equações 5 e 6. ............................................................................................................ 31 Figura 9: Imagens para a enseada do rio Camboriú para os anos 2000, 2004, 2005, 2006, 2007 e 2010. As figuras da esquerda demonstram a cena em composição RGB e as figuras da direita a concentração de MPS (g/m³) de acordo com a aplicação das equações 5 e 6. ............................................................................................................ 33 Figura 10: Perfis de concentração de sedimentos na enseada de Balneário Camboriú, Perfil Sul–Norte, traçado a partir da desembocadura do rio Camboriú se estendendo até a margem oposta da enseada (Barra Norte), para os anos de 1986, 1992, 1993, 1994, 1997, 1999, 2000, 2004, 2005, 2006, 2007 e 2010. .......................................... 36 Figura 11: Perfis de concentração de sedimentos na enseada de Balneário Camboriú, Perfil Oeste-Leste, traçado a partir da praia se estendendo até o oceano profundo, para os anos de 1986, 1992, 1993, 1994, 1997, 1999, 2000, 2004, 2005, 2006, 2007 e 2010............................................................................................................................. 38 Figura 12: Imagens para a enseada do rio Camboriú para os anos 1986, 1992, 1993, 1994, 1997 e 1999. As figuras da esquerda demonstram a cena em composição RGB e as figuras da direita a concentração de MPS (g/m³) de acordo com a aplicação das equações 5 e 6. ............................................................................................................ 41 Figura 13: Imagens para a enseada do rio Tijucas para os anos 2000, 2004, 2005, 2006, 2007 e 2010. As figuras da esquerda demonstram a cena em composição RGB e as figuras da direita a concentração de MPS (g/m³) de acordo com a aplicação das equações 5 e 6. ............................................................................................................ 44
viii
Figura 14: Perfis de concentração de sedimentos na enseada de Tijucas, Perfil Leste–Oeste, traçado a partir da praia se estendendo até o oceano profundo, para os anos de 1986, 1992, 1993, 1994, 1997, 1999, 2000. 2004, 2005, 2006, 2007 e 2010. ............ 46
ix
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Relação das imagens analisadas no presente estudo. .................................. 24 Tabela 2: Dados médio de vazão para o Rio Tijucas nas estações São João Batista (próxima a desembocadura) e Major Gercino............................................................. 27 Tabela 3: Dados de precipitação em milímetros, obtidos através da estação meteorológica do município de Itajaí, localizada no bairro de Itaipava. .................... 48 Tabela 4: Somatória da precipitação para cada ano das imagens utilizadas no presente estudo. ......................................................................................................................... 49
x
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1.................................................................................................................15
Equação 2.................................................................................................................15
Equação 3.................................................................................................................16
Equação 4.................................................................................................................17
Equação 5.................................................................................................................25
Equação 6.................................................................................................................26
xi
LISTA DE ABREVIAÇÕES E SIGLAS
RGB – Red, Green, Blue.
LANDSAT – Land Remote Sensing Satellite.
NASA – National Aeronautics and Space Agency.
ND – Numero Digital.
MPS – Material Particulado em Suspensão.
INPE – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais.
SIG – Sistemas de Informação Geográfica.
1
RESUMO
O presente trabalho teve como objetivo principal a análise espaço-temporal da
dispersão da pluma de sedimentos nos rios Camboriú e Tijucas, utilizando para isso
técnicas de sensoriamento remoto, onde apresentou uma resposta aceitável da
distribuição de material inorgânico ao longo da costa e em sentido ao oceano aberto,
em diferentes forçantes físicas presente nos dois ambientes estudados e de
morfologias distintas. A análise foi realizada a partir de imagens retiradas do
LANDSAT-5 (TM), onde foram tratadas através do software ArcGis 9.3.1 com
projeção UTM e posteriormente efetuados cálculos de radiância para que fosse
possível analisar a concentração da pluma de sedimento e sua dispersão ao longo
da área de estudo. As imagens e perfis de concentração de sedimentos para a
Enseada de Balneário Camboriú possuíram um comportamento semelhante para
todos os anos. Aumento da concentração de sedimentos do sul para norte da
enseada devido à ressuspensão dos sedimentos pelas ondas, por ser uma região
mais exposta. Para ambas as enseadas, verifica-se uma diminuição da
concentração de sedimentos da costa em direção ao oceano. Pode-se desta forma
concluir que os resultados obtidos foram satisfatórios, porém faz-se necessário para
futuros estudos a coleta de dados in situ, para que seja capaz de efetuar a
comparação entre as imagens tratadas e estes dados para validação das imagens.
Palavras - chave
Pluma de sedimento, sensoriamento remoto, imagens de satélite.
2
1- INTRODUÇÃO
O transporte da pluma de sedimentos através dos rios para o oceano
caracteriza uma das mais importantes fontes de sedimentos para as áreas costeiras.
Segundo Medeiros et. al. (2007), o transporte de sedimentos proveniente dos
continentes para os oceanos a partir dos rios é típico da geologia e biogeoquímica
presente no planeta. Os rios contribuem com aproximadamente 70% do aporte total
de sedimentos carregados para os oceanos.
De acordo com Franklin – Silva & Schettini (2003), os sedimentos presentes
no estuário estão relacionados com as características hidrodinâmicas do local, ou
seja, variam de acordo com a capacidade de renovação de suas águas. A forma
com que ocorre a mistura das águas é o elemento chave para um sistema que
apresente características de retenção ou exportação de sedimentos entre outros
materiais particulados em suspensão.
A eficiência de ciclagem da matéria, a amplitude da produtividade primária e
a composição das populações dos produtores primários são afetadas através do
fluxo de material em suspensão e seus componentes biogênicos levados a zona
costeira através da descarga estuarina (Ittekkot et. al., 2000).
Os sedimentos em suspensão afetam a qualidade da água, podendo ser
utilizados como indicadores de erosão em bacias hidrográficas. Alguns estudos
demonstram que os materiais em suspensão podem ser detectados através de
técnicas de sensoriamento remoto, sendo sua maioria em águas marinhas, estuários
e grandes lagos (Ritchie & Schiebe, 1986).
O estudo das plumas de sedimentos pode ser realizado através de diferentes
metodologias, podendo ser observadas “in situ”, através de modelos numéricos ou
por sensoriamento remoto. O sensoriamento remoto possibilita a aquisição de
informações sobre o ambiente terrestre, sem que haja a necessidade de contato
físico com o mesmo. A partir da análise da imagem de satélite pode-se calcular a
dispersão do sedimento.
O objetivo principal deste estudo é analisar a dispersão espaço-temporal da
pluma de sedimentos de duas bacias hidrográficas do Estado de Santa Catarina,
Bacia dos Rios Camboriú e Tijucas através de técnicas de sensoriamento remoto.
3
2- OBJETIVOS
2.1- Objetivo geral
Analisar espaço-temporalmente a dispersão da pluma de sedimentos dos
rios Camboriú e Tijucas utilizando técnicas de sensoriamento remoto.
2.2- Objetivos específicos
- Analisar a área de influência das plumas dos rios em estudo.
- Estimar a concentração de material inorgânico em suspensão para diferentes
condições oceanográficas e de vazão.
- Correlacionar as concentrações de material inorgânico em suspensão com
os dados de vazão disponíveis para as bacias hidrográficas.
4
3- FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 Pluma de sedimentos
As Plumas de sedimentos podem ser classificadas basicamente em dois tipos:
pluma fluvial (onde o fluxo predominante é proveniente de um rio) e pluma estuarina
(mistura de fluxo de água doce e salgada).
A pluma fluvial ocorre devido ao domínio de fluxo do rio sobre os efeitos de
maré, onde o escoamento ocasionado é superficial a plataforma continental
liberando assim um grande fluxo de água doce continental em direção ao mar.
Denomina-se, pluma estuarina quando o fluxo do rio é fortemente influenciado pela
penetração de água salgada para o vale do rio onde ocorre a formação de um
estuário, assim a água doce proveniente da plataforma continental é misturada
gradativamente a uma considerável quantidade de água salgada proveniente do mar
(Mann & Lazier, 1991). Segundo Trochimczuk & Schettini (2003), as variações da
pluma ocorrem de acordo com a geomorfologia do estuário em que se encontra
associada e de acordo com as variações de descargas do rio.
Os sedimentos presentes nas plumas de sedimentos são transportados em
suspensão e são provenientes de diversas fontes, sendo elas: erosão de áreas
agrícolas, intemperismo de terrenos montanhosos, erosão costeira causada por
ondas. As partículas de sedimentos transportadas em suspensão geralmente
apresentam tamanho de grão que podem variar de acordo com seu tamanho, entre
argila fina (3 – 4 µm) e silte ( 5 – 40 µm). Na maioria dos corpos d’águas os
sedimentos em suspensão são compostos por minerais ricos em silício, alumínio e
óxidos de ferro (Bukata et al. apud Jensen, 2009).
Os sedimentos transportados servem como armazenadores de pesticidas,
fósforo, nitrogênio e compostos orgânicos podendo indicar poluição. Esses mesmos
sedimentos podem impedir a difusão de radiação solar, restringindo a fotossíntese
em vegetações aquáticas submersas onde seu papel na cadeia alimentar é
fundamental para o ecossistema aquático (Jensen, 2009).
Os métodos tradicionais de aferição, muitas vezes demorados, são difíceis de
operar para o fornecimento de medições da concentração de sedimentos em
suspensão em longo prazo e de forma contínua. Os registros de medições de
concentração de sedimento em suspensão são muitas vezes escassos,
principalmente quando se referem a rios que atravessam áreas de geomorfologia
complexa e de difíceis condições de transporte (Wang et al., 2007).
5
3.2 Sensoriamento remoto
O sensoriamento remoto se desenvolveu juntamente com o progresso da
astronomia, sendo coligados à aquisição de medidas onde o ser humano não é
parte fundamental do processo de detecção e registros dos dados. Sendo assim
capaz de coletar energia originária do ambiente de estudo e transformá-la em um
sinal passível de ser registrado, apresentando de forma clara as informações
contidas (Novo, 1988).
Segundo Florenzano (2002), o termo sensoriamento refere-se à aquisição dos
dados enquanto que o termo remoto (distante) trata-se da aquisição realizada a
distância, onde não ocorre o contato físico do sensor com a superfície terrestre.
Incluindo assim os sensores que operam com energia acústica (sonares,
sismômetros etc.), sensores que utilizam de energia gravitacional (gravímetros) ou
principalmente os de energia eletromagnética (radiômetros) (Novo, 1992).
3.2.1 Sistema Sensores
Sistemas sensores podem ser explicados através de um equipamento que é
capaz de transformar a energia recebida em um sinal que possa ter sua informação
convertida sobre um ambiente, no caso do sensoriamento remoto a energia utilizada
trata-se da radiação eletromagnética. Sendo então classificados quanto à fonte de
energia, em sensores ativos (produzem sua própria radiação, como exemplo tem-
se os radares) e sensores passivos (eles detectam a radiação solar refletida ou a
radiação enviada pelos elementos presentes na superfície terrestre, dependo assim
de uma fonte de radiação externa para que tenham a capacidade de atuar, como no
caso dos satélites) (Novo, 1988).
Estes sistemas podem ser classificados devido ao tipo de transformação
sofrida pela radiação detectada de duas formas: sistemas sensores não-
imageadores, que não fornecem uma imagem da área sensoriada, como exemplo
radiômetros e sistemas sensores imageadores, onde fornecem uma imagem da
área sensoriada, providenciando assim informações sobre a variação espacial da
resposta espectral da área observada (Novo, 1988).
O presente estudo trata de sistemas de sensores imageadores, dessa forma,
esses sistemas podem ser classificados em função do processo utilizado na
formação das imagens, podendo ser sistemas de quadros (adquirem a imagem total
da cena no momento em que é gerada) ou sistema de varredura (adquirem a
6
imagem de forma seqüencial a partir de imagens elementares do terreno ou por
elementos de resolução também chamados de pixels) (Novo, 1988).
3.2.2 Sistemas Imageadores
Esses sensores são classificados em função do processo de formação da
imagem, podendo ser definidos como sensores fotográficos, sensores de varredura
eletro-ópticas e radares de visada lateral (Novo, 1988).
3.2.2.1 Sistema de imageamento eletro-óptico
Seus dados são armazenados em forma de sinal elétrico possibilitando assim
a transmissão à distância. Contando com dois componentes básicos: o sistema
óptico e o detector, onde a função do sistema óptico é a focalização da energia
proveniente da área sobre o detector. A partir disso o sinal proveniente do detector é
processado de tal forma que cada nível de radiância é reservado em um conjunto de
coordenadas no espaço.
O sistema de imageamento eletro-óptico pode ser classificado em três grupos
distintos quanto ao processo de formação de imagens: sensores de quadro
(composto de um tubo fotossensível que utiliza de varredura por feixe de elétrons),
sensores de varredura eletrônica (composto por um sistema óptico grande-angular
onde a cena é imageada totalmente a partir de um arranjo linear de detectores) ou
sensores de varredura mecânica (subdividido em sistema de varredura quase no
plano da imagem e sistema de varredura no plano do objeto) (Novo, 1988).
No caso da série LANDSAT que utilizam sensores MMS, TM e ETM+ a abordo
de seus satélites o sistema utilizado é o de varredura no plano do objeto. Esse
sistema é constituído por um telescópio com um espelho plano em sua abertura, que
oscila perpendicularmente devido ao deslocamento da plataforma, e então a cena é
imageada linha por linha, como mostra a figura 1 (Novo, 1988).
7
Figura 1: Exemplo de varredura mecânica no plano do objeto da série de satélites LandSat. Fonte: Novo (1989).
Os sistemas de varredura mecânica possuem como vantagem alta resolução
espectral, possibilidade de transmissão e são utilizáveis em sistemas de longa
duração e como desvantagem sua resolução espacial é limitada e sua instabilidade
geométrica possui uma dimensão (Novo, 1988).
3.3 LANDSAT
De acordo com Florenzano (2002), o primeiro LANDSAT a ser lançado foi no
ano de 1972 pela NASA (National Aeronautics and Space Administration), sendo o
primeiro de uma série de 7 satélites, tinham como principal sensor o Multiespectral
Scanner System (MSS), com quatro canais sendo dois no visível e dois no
infravermelho próximo, com resolução espacial de 80 metros e temporal de 18 dias.
Segundo Novo (1988), o sistema LANDSAT inicialmente recebeu o nome de Earth
Resources Technology Satellite – 1 (ERST – 1) e em janeiro de 1975 passou a ser
chamado de LANDSAT.
3.3.1 Componentes do sistema LANDSAT
O sistema LANDSAT é composto por duas partes principais, o subsistema
satélite e o subsistema terrestre (ou segmento solo). O subsistema satélite foi
empregado para que adquirisse os dados, enquanto que o subsistema terrestre é
utilizado para o processamento dos dados onde são transformados por especialistas
em informações de interesse para diferentes áreas como: agricultura, ecologia,
oceanografia etc. (Novo, 1988).
8
3.3.2 Sistema LANDSAT
O LANDSAT-1 foi lançado em julho de 1972 ficando em orbita por cinco
anos, o LANDSAT-2 teve seu lançamento realizado em janeiro de 1975 e esteve em
orbita durante oito anos e o LANDSAT-3 foi lançado em março de 1978
permanecendo em orbita durante cinco anos (Novo, 1988).
O LANDSAT-4 foi lançado no ano de 1982, transportava o sensor MSS
juntamente com um novo sistema de sensor com tecnologia mais avançada
denominado de Thematic Mapper (TM). O sensor TM registra dados em sete bandas
espectrais sendo elas: três no visível, uma no infravermelho próximo, dois no
infravermelho médio e uma no infravermelho termal) com resolução de 30 metros,
exceto no canal termal que é de 200 metros) (Florenzano, 2002).
O LANDSAT-5 quando lançado continha as mesmas características do
LANDSAT-4, sendo enviado no ano de 1984 superando em muitos anos sua vida
útil. No caso do LANDSAT-6 enviado no ano de 1993, composto pelo sensor
Enhanced thematic mapper (ETM), não alcançou sua órbita sendo então declarado
como perdido (Florenzano, 2002).
Ainda segundo Florenzano (op cit), o último satélite a ser lançado foi o
LANDSAT-7, sendo enviado no dia 15 de abril de 1999 e composto pelo sensor
ETM+ (Enhanced thematic mapper, plus) que inclui um canal pancromático com
resolução espacial de 15 metros e para o canal termal uma resolução de 60 metros.
O LANDSAT-7 passa por uma mesma região a cada 16 dias cobrindo uma zona de
185 por 185 km por cena, e seu horário local médio de passagem é as 9:45 horas.
Os satélites LANDSAT possuem uma órbita circular e sincrônica com o sol
(Florenzano, 2002), onde utilizam de uma resolução radiométrica de 8 bits, sendo
assim seu ND (número digital) variando entre 0 a 255, expressando assim a
radiância dos corpos terrestres referente a cada pixel da imagem (Figueiredo, 2005).
De acordo com Figueredo (op cit), o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas
Espaciais) conta com uma estação de coleta de imagens em Cuiabá – MT, onde
qualquer pessoa tem acesso ao banco de imagens do LANDSAT.
9
3.3.2.1 LANDSAT-5
A partir da construção do LANDSAT-4, foi inserida uma nova tecnologia onde
sua capacidade de aquisição de dados orbitais se tornou mais eficiente e o
processamento de informações mais rápido (Novo,1988). Dessa forma o LANDSAT
4 e 5 representaram uma ponte entre a difusão da antiga geração para uma mais
nova, chamada de TM, até o surgimento do LANDSAT 6 e 7 que contavam com um
sensor denominado ETM e posteriormente ETM+ para o LANDSAT 7.
A função do satélite é a de aquisição de imagens da superfície terrestre
através de dois sistemas sensores (MSS e TM), onde fornecem meios de
transmissão das imagens para as estações terrestres através de satélites de
telecomunicações (Traking and Data Relay Satellite System – TDRSS). O
LANDSAT-5 possui um mastro com 3,7 metros de altura com função de sustentação
para a antena de transmissão via TDRSS e contam também com um único painel
solar (Novo, 1989).
A figura 2 apresenta esquematicamente os principais componentes do
módulo de instrumentos presente no LANDSAT-5, onde se pode observar que o
sensor TM localiza-se na base do módulo enquanto que o sensor MSS localiza-se
na porção anterior do satélite. O mastro do TDRSS com função de ampliar o campo
de visada serve de suporte para a antena receptora de informações onde
proporciona o cálculo da posição e a velocidade em que o satélite se encontra. A
antena denominada Global Position System (GPS) controla a altitude através do
computador de bordo, permitindo o controle da direção da antena TDRSS e
transmitindo telemetricamente as estações terrestres onde podem ser utilizadas
para as correções geométricas das imagens MSS (banda s) e TM (banda x). O
painel solar é o responsável pela transformação da energia solar em energia elétrica
essencial para o funcionamento do satélite (Novo, 1988).
10
Figura 2: Principais componentes do módulo de instrumentos do LANDSAT-5. Fonte: Novo (1989).
Segundo Novo (1988), a órbita dos sistemas LANDSAT são semelhantes,
dessa forma são repetitivas, circulares, sol-síncrona e quase polar. O LANDSAT-5
se encontra posicionado a uma altura de 705 km em relação à superfície terrestre no
equador, sua inclinação é de 98,20°, com horário de passagem pelo equador as
9:45h e seu ciclo de cobertura é de 16 dias. Seus sensores presentes a bordo
coletam dados de uma faixa de 185 km, seu sistema de recobrimento da superfície
que ocorre a cada 16 dias determina o padrão que a faixa adjacente a primeira
orbita do dia 1 será recoberta pelo satélite na orbita do oitavo dia.
3.4 Comportamento espectral da água
Os diferentes tipos de água (doce ou salgada) estão associados a complexas
11
misturas de variados materiais dissolvidos ou particulados, onde possuem
propriedades ópticas que interagem de diversas formas com a presença de luz, de
acordo com a concentração presente e sua natureza. A presença desse material na
coluna d’água responde pelas modificações em sua cor, onde podem absorver ou
disseminar seletivamente a luz incidente. Tornando a cor uma fonte vantajosa de
informações sobre as propriedades químicas, físicas e biológicas dos corpos d’água
(Kanpel & Novo, 2009).
3.4.1 Sensoriamento remoto para recursos hídricos
Para os recursos hídricos os estudos podem ser realizados através do ciclo
hidrológico e suas relações, podendo-se avaliar a taxa de movimentação da água, a
quantidade de água e a qualidade da água no interior de cada subsistema, onde a
participação da água em cada ciclo varia no espaço e no tempo permitindo a
geração de informações pontuais (Novo, 1992).
Segundo Oliveira et al (2001) os recursos hídricos eram desprovidos de
maneiras de obtenção de informações abrangentes, com o auxilio do
sensoriamento remoto tornou-se possível progressos quanto ao conhecimento
ambiental, meteorológico e oceanográfico dessas áreas, suprindo assim a carência
de dados.
Dessa forma, os dados obtidos podem ser de grande utilidade, pois através
deles é possível estender informações pontuais para um contexto espacial mais
amplo ou fornecer subsídios para uma distribuição racional de postos de coleta de
dados hidrológicos. Os dados de sensoriamento remoto podem contribuir com os
recursos hídricos de três formas, sendo elas: a análise qualitativa de imagens e
fotografias aéreas, onde é possível a identificação de alterações locais na cor e no
volume de água de rios; o mapeamento de uma superfície líquida, onde se podem
identificar falhas ou fraturas no sistema e a análise quantitativa que permite o
estabelecimento de modelos que relacionam medidas pontuais as propriedades
espectrais da água (Novo, 1992).
Desde o final dos anos 1970 os estudos de sedimentos em suspensão
através do sensoriamento remoto vêm sendo realizados a partir do princípio de que
os sedimentos em suspensão aumentam a radiância emergente das águas
superfíciais no espectro de luz visível e infravermelho próximo da região onde o
espectro eletromagnético se encontra (Reza, 2008).
A reflectância do espectro visível e do infravermelho próximo do espectro
eletromagnético aumenta a superfície de concentração de sedimentos em
12
suspensão nas regiões espectrais da água, tornando possível estimar a reflectância
de concentração dos sedimentos em suspensão através do sensoriamento remoto,
que esta se tornando um método viável, com imagens de satélites cada vez mais
disponíveis em resoluções maiores (Wang et al., 2007).
A concentração de sedimentos em suspensão tem uma relação curvilínea
com a radiância ou reflectância, isto se explica quando a quantidade de radiação
refletida tende a saturar os canais utilizados para a detecção da concentração de
sedimentos em suspensão. Se a concentração de sedimento em suspensão for
inferior a 50mg/L, será significativa a qualquer banda espectral de comprimento de
onda. Se a concentração de sedimento em suspensão for igual ou superior a
200mg/L suas relações curvilíneas tendem a ser desenvolvidas a um comprimento
de onda mais longo. Dessa forma, pode-se relacionar a concentração de sedimentos
em suspensão com a radiância ou reflectância obtidas em satélites e a partir de
combinações de bandas espectrais (Reza, 2008).
3.4.2 Sensoriamento remoto da cor da água
A interpretação de imagens de satélite torna necessária a explicação das
diferentes cores aparentes na superfície dos objetos, procurando o entendimento da
causa de cada cor para que se possam encontrar as propriedades do alvo. Nem
sempre a interpretação das cores em alvos naturais é de fácil identificação, por
serem resultados do comportamento espectral sofrem por decorrência de fatores
externos ao alvo, como por exemplo, a geometria de imageamento ou fatores
inerentes como teor de umidade para solos e vegetações (Novo, 2001).
Para se obter a cor da água a partir do sensoriamento remoto utiliza-se de
sistemas de sensores passivos, onde empregam sensores de campo de visada
estreito, capazes de efetuar o monitoramento do fluxo radiométrico em distintos
comprimentos de onda, na faixa do visível e infravermelho próximo do espectro
eletromagnético. Podem ser instalados em satélites, aeronaves ou em alguma outra
plataforma remota. Os passivos têm a necessidade de operarem durante o dia onde
captam a energia proveniente do sol, onde os fótons podem seguir diferentes
caminhos antes de voltarem ao detector remoto, como mostra a figura 3 (Kampel &
Novo, 2009).
13
Figura 3: Trajetória da luz antes de chegar ao sensor remoto: (A) luz espalhada pela atmosfera; (B) reflexão especular da luz solar direta na superfície da água; (C) luz que sai da água, contendo as informações úteis sobre o corpo d’água. A geometria do sensor, altitude e o ângulo de visada determinam o campo de visada instantâneo (IFOV) e o tamanho do pixel. Fonte: Kampel & Novo (2009).
Avaliando as propriedades ópticas do meio, devem-se apontar os efeitos da
água pura com relação ao campo de luz submerso dos efeitos provenientes da
presença de material dissolvido e de material em suspensão na coluna d’água. O
termo água pura trata-se de um meio hipotético com apenas moléculas de água,
sem a presença de qualquer outro tipo de substâncias. Discernindo entre água pura
doce (ausência de sais dissolvidos) e água pura salgada (presença de sais
dissolvidos, encontrados naturalmente em águas oceânicas). Além disso há
ocorrência de três componentes principais, além da água pura (IOCCG, 2000):
- Fitoplâncton e outros organismos microscópicos: são componentes que
possuem maior influência sobre as propriedades ópticas;
- Material em suspensão (inorgânico): por apresentarem um índice de refração
maior que em partículas orgânicas, dominam o retroespalhado pelo conjunto
de partículas em suspensão;
- Substâncias amarelas (orgânico, dissolvido e colorido): incluindo nessas
substâncias o material detrítico, por possuírem propriedades semelhantes as
da substância amarela (Kampel & Novo, 2009).
Dessa forma, as componentes citadas acima juntamente com as
características do fundo podem influenciar a cor da água.
14
3.4.3 Fluxo de energia que deixa o corpo d’água em direção ao sensor
O sinal recebido é criado de diferentes formas, sendo elas a luz propagada
pela atmosfera, a luz refletida pela superfície do corpo d’água e a luz emergente da
superfície da água, após ser dissipada no interior do corpo de água (IOCCG, 2000).
Porém apenas a luz emergente da superfície da água contém informações
importantes sobre a coluna de água, as demais contribuições devem ser corrigidas.
No decorrer de seu caminho em direção ao sensor, a luz emergente pode ser
enfraquecida pela atmosfera, sendo assim mais de 80% da luz que chegará até o
detector pode ser de origem atmosférica (Morel,1980).
Diversos fatores são de grande importância na avaliação do sinal emergente
de corpos d’água, como a luz solar direta e a dissipada pela atmosfera que
penetram na superfície da água que podem ser absorvidas ou dissipadas através
das moléculas de água, pelo material em suspensão ou pelos dissolvidos presentes
em seu volume. Quando em águas rasas e claras a luz solar pode atingir o fundo e
ser refletida significativamente, onde parte de seus fótons dissipados e refletidos
podem se encontrar na trajetória ao sensor remoto como mostra a figura 4 (Kampel
& Novo, 2009).
Figura 4: fatores que influenciam a luz emergente que deixa o corpo d’água: (A) retroespalhamento pela moléculas d’água; (B) retroespalhamento pelo material inorgânico e suspensão; (C) absorção pela matéria orgânica dissolvida; (D) reflexão do fundo; (E) retroespalhamento pelo fitoplâncton. Fonte: Kampel & Novo (2009).
O fluxo que se encontra imediatamente abaixo da superfície da água é o fluxo
emergente (Lu). O fluxo emergente (Lw) é detectado através do sensor após todas as
15
correções necessárias, sendo a parte possível de atravessar a superfície. Sendo
assim essas duas grandezas se encontram relacionadas. As medidas de radiância
realizadas pelos sensores envolvem aquisição de dados, com ângulos nunca
maiores que 58° com o nadir. Dessa forma os dados obtidos através do
sensoriamento remoto se encontram relacionados com Lu, que se mantém entre 0 e
40°. A reflexão interna pode aumentar de acordo com a rugosidade da superfície
podendo ser irrelevante quando a energia emergente da coluna d’água incidir sobre
a interface água/ar. Quando em ventos calmos ou de baixa velocidade de 2% a 6%
da energia é refletida na interface água/ar (Novo, 2001).
Segundo o mesmo autor a energia proveniente da luz ao atravessar a interface
descrita acima sofre refração, de acordo com a lei de Snell, seu ângulo aumenta
verticalmente. Com isso o fluxo de energia emergente, contido no angulo sólido
(dw), é modificado pelo índice de refração (n) espalhando-se e ocupando um ângulo
sólido mais elevado (dw n2). A partir desse efeito o valor da radiância representará
55% da radiação da subsuperfície. Para que seja possível relacionar a radiância de
superfície extraídas de dados de sensoriamento remoto com a de subsuperficie se
torna necessário a utilização de um fator de correção combinado com o efeito da
refração e da reflexão interna da luz (equação 1).
Lw=0,544*Lu’ Equação 1
Onde:
Lw – radiância medida pelo sensor remoto;
Lu – radiação de subsuperficie.
Com base nos dados retirados da equação 1, a partir do valor de Lw derivado
de dados de sensos remotos juntamente com a correção dos efeitos atmosféricos, é
possível estimar os valores de Lu, de acordo com a equação 2 descrita abaixo.
Lu=1,84*Lw Equação 2
3.4.4 Correções do fluxo emergente detectado pelo sensor
3.4.4.1 Correção dos efeitos atmosféricos
A complexidade na interpretação da água nas imagens é de 90%
aproximadamente, originada de um corpo de água, que é atribuída à radiação
16
atmosférica ou trajetória. A radiância atmosférica é ocasionada pelo espalhamento
da luz solar na presença de gases constituintes da atmosfera e de partículas, como
exemplo, poeiras, sais, gotas de chuva entre outros. Com isso para obtenção do
valor estimado de Lw é necessário que a radiância de trajetória (La) seja retirada da
radiância detectada pelo sensor (L) (Novo, 2001).
Exemplo de métodos mais utilizados com dados de Landsat:
- Pixel escuro: Esse método trata-se da localização em um corpo d’água, do
pixel com valor mais baixo, para que seja subtraído dos demais pixels
presentes na imagem. Isso se dá porque a radiância presente no “pixel
escuro” é uma contribuição da atmosfera, sendo o valor igual a zero. Dessa
forma, quando subtraído o valor do “pixel escuro” dos demais valores da
imagem, remove-se a radiância referente à trajetória. Para que esse método
seja validado é necessário que: 1- a atmosfera deve ser constante sobre a
cena; 2- o pixel mais escuro tem que ser bem próximo de zero, para que não
se subtraia valores provenientes da água juntamente com os da atmosfera
(Novo, 2001).
- Método proposto por Chaves Jr. (1989): O método consiste na obtenção de
um histograma de uma banda do sensor Thematic Mapper anotando assim o
menor valor presente. Para esse método pode utilizar as bandas do espectro
visível, porém o autor recomenda o uso da banda TM1. O valor adquirido
através do histograma é utilizado como entrada em uma tabela, podendo
assim classificar o tipo de atmosfera predominante. Para cada caractere de
atmosfera, encontra-se um “modelo de espalhamento” associado, onde é
utilizado para a determinação do valor que será subtraído da cena, retirando
assim o valor do efeito atmosférico da imagem (Novo, 2001).
3.4.4.2 Correção do fluxo emergente relacionado com a irradiância solar na
superfície da água
A grandeza radiométrica medida através do sensor é a radiância, mais a
propriedade radiométrica da água é a reflectância. Para a obtenção de um resultado
mais adequado para a reflectância, além de corrigir a radiância obtida pelo sensor é
necessário avaliar a irradiância que alcança a superfície da água. A irradiância
incidente na superfície varia de acordo com o ângulo zenital do Sol. Para a apuração
dos efeitos variados do ângulo solar sobre a reflectância, tem-se a equação 3:
Lw=Lw’/cos(Θ) Equação 3
17
Onde:
Lw - radiação da água; Lw
’ - radiância da água medida pelo sensor após a correção atmosférica; Θ - ângulo zenital do Sol.
3.4.5 Cor da água
Segundo (Kampel & Novo, 2009) a cor de um corpo d’água é determinada
pelas modificações espectrais de sua reflectância (R) na superfície. Para qualquer
profundidade (z), R é definida como:
R(λ,z) = Eu (λ,z)/ Ed(λ,z) Equação 4
Onde:
Eu (λ,z) – irradiância ascendente (fluxo por unidade de área superficial), no
comprimento de onda λ e profundidade z;
Ed(λ,z) – irradiância descendente, no mesmo comprimento de onda e profundidade.
No caso da irradiância ascendente utiliza-se de toda a luz liberada pela
superfície do corpo d’água, porém o sensor remoto limitado por um campo de visada
não conseguirá detectar o sinal total que deixa a superfície da água. Dessa forma a
descrição mais completa seria proveniente da medição da radiação, medindo então
o fluxo pela unidade de área e pelo ângulo sólido. Quando se trata da radiância
gerada através do ângulo zenital e ângulo azimutal, diversas irradiâncias poderão
ser adquiridas a partir da integração de L nos devidos ângulos (Kampel & Novo,
2009).
O sensoriamento remoto da cor da água trata-se da obtenção de informações
quantitativas para os diversos tipos de concentrações das substâncias presentes em
um determinado corpo d’água, tendo como base as diversificações na forma
espectral e na intensidade do sinal remoto na faixa do visível (Kampel & Novo,
2009).
3.5 Sistema de Informações Geográficas (SIG)
O Sistema de Informações Geográficas (SIG) envolve diversos termos, siglas
e definições, podendo ser um sistema de Hardware, software, dados, pessoas,
organizações e arranjos institucionais onde realiza a coleta, armazenam, analisam e
disseminam as informações referentes às áreas terrestres. Em suma, o SIG é um
sistema baseado em computador que pode tratar de praticamente qualquer tipo de
18
informação sobre os recursos provenientes de locais terrestres, sendo capazes de
tratar dados de localização e atributos sobre as características (Lillesand & Kiefer,
1994).
As informações contidas em um SIG devem ser georreferenciadas onde sua
localização geográfica é definida a partir de coordenadas, essas coordenadas são
provenientes de um sistema de projeção que representa a superfície curva da Terra
sobre um plano. Há dois principais tipos de projeção para um SIG, podendo ser
geográfica ou plana. Quando as informações temáticas são conectadas ocorre a
formação de novas informações ou mapas derivados das originais (Florenzano,
2002).
3.6 – Trabalhos realizados para o estudo de dispersão de sedimentos
através de sensoriamento remoto
3.6.1 Uso de imagens LANDSAT como subsídio ao estudo da dispersão de
sedimentos na região da foz do rio São Francisco.
Para a realização de seus estudos Lorenzzetti, J. A. et al, (2007), utilizou a
coleta de dados in situ e posteriormente análises das imagens obtidas pelo satélite
Landsat, como forma de caracterização espacial da pluma de sedimentos e visando
também a estimativa da concentração de sedimentos existentes na região da pluma
e zona costeira. Após a análise desses dados, a princípio será possível observar
como a construção das represas interferiu na descarga de sedimentos na foz.
Segundo Lorenzzetti, J. A. (2007), as imagens disponíveis demonstram que
de uma forma geral, as concentrações de sedimento em suspensão mais elevadas
estão localizadas em águas com profundidades menores de 10 metros e em uma
faixa contínua próxima da costa. Os autores identificaram um padrão dos
sedimentos na região, sendo difuso e não em forma de pluma na desembocadura,
sem a presença marcante de frente de sedimentos, exceto da imagem de setembro
de 2001.
A análise das imagens demonstrou que apenas em uma imagem (05 de
setembro de 2001) ocorreu a presença de uma pluma de sedimento em suspensão,
bem marcada na desembocadura do rio São Francisco, sendo que somente nesta
data verificou-se uma forte frente de sedimentos, perfeitamente desenhada. Ao
analisar os dados da maré local, coletados in situ, ficou claro que esta imagem
corresponde a uma situação de maré vazante e de sizígia, onde as correntes de
19
vazante estavam próximas do seu máximo. Após a comparação dos dados o autor
chegou à conclusão de que a imagem tenha sido obtida seguida de uma forte
drenagem dos sedimentos, causada pelo efeito da turbulência gerada pelas fortes
correntes (LORENZZETTI, et al, 2007).
3.6.2 A pluma de sedimentos sazonal através de observações por satélite na
porção central do Mar da China
Shi e Wang (2010) realizaram um estudo no mar da China com a finalidade
de compreender a variação da pluma de sedimento. Para isso foram feitas análises
das imagens obtidas através do satélite MODIS Aqua, dos dados do WOA 98, das
medidas de satélite SST e dados do satélite SSHA.
Após análises da variabilidade sazonal e inter anual da pluma offshore, Shi e
Wang (2010), observaram o pico de maior magnitude no inverno boreal (Dez a fev),
sendo atribuída a forte mistura vertical causada por um perfil uniforme de
temperatura e ventos durante o inverno. Durante a primavera (Mar e Maio) e no
outono (Set e Nov) a pluma é enfraquecida e reduzida consideravelmente. No
verão, a ressuspensão do sedimento causada pela mistura é significativamente
enfraquecida pela estratificação, fazendo com que a pluma de sedimento no mar da
China Oriental desapareça.
De acordo com suas análises Shi e Wang (2010), puderam concluir que a
pluma de sedimento não esta relacionada com a circulação oceânica no caso do
mar da China Oriental. Os autores também sugerem que as observações das cores
do oceano por si só não podem identificar a correta dinâmica dos oceanos devido
serem influenciadas por processos oceânicos geoquímicos, biológicos e físicos, e
que as limitadas medições in situ podem não aproximar padrões de circulação
oceânica sinópticas.
3.6.3 Caracterização das plumas de sedimentos da Baia de Sepetiba como
subsídio ao estabelecimento de planos amostrais em ambientes costeiros.
O estudo realizado por Costa, D.T.M.A. et al (2005), utilizou o processamento
digital com base no sensoriamento remoto, visando caracterizar as plumas de
sedimento na Baía de Sepetiba, esse processamento digital foi realizado através
das imagens obtidas pelo satélite TM- LANDSAT 5 e a classificação das plumas de
sedimento foi efetuada pelo processo de segmentação da imagem, levando apenas
em consideração a parte aquática da Baía.
20
O geoprocessamento relativo à área da Baía de Sepetiba permitiu observar a
presença de dois compartimentos bem definidos em termos de plumas de
sedimentos. As duas porções estão localizadas: uma na entrada da Baía de águas
límpidas praticamente sem plumas de sedimentos e a outra porção inicia-se a partir
da área frontal a foz do canal de São Francisco, onde ocorre a maior concentração
de plumas de sedimento. A distribuição espacial dos sedimentos está diretamente
ligada ás correntes de fundo, que no caso da Baía de Sepetiba caracterizam as
duas correntes que a penetram lateralmente. Analisando estas correntes fica
provado que pelo modo como as plumas de sedimento se comportam, essa
correntes que penetram lateralmente a restinga de Marambaia, contornam todo o
fundo da baía se dissipando na parte frontal a praia de Sepetiba.
Os autores chegaram à conclusão de que a análise das plumas de
sedimento é importante quando se quer levantar subsídio para entender a
distribuição das tendências espaciais representativas da diagnose ambiental da Baía
de Sepetiba. As análises das plumas de sedimento também contribuem de forma a
potencializar a implementação de mecanismos responsáveis pelo monitoramento
ambiental da baía e na obtenção de informações que podem ajudar na formulação
de planos amostrais respaldados em bases ambientais (Costa, D.T.M.A. et al 2005).
21
4 – MATERIAIS E MÉTODOS
Este capítulo descreve a área de estudo e a metodologia aplicada para o
alcance dos objetivos deste trabalho.
4.1 Área de estudo
A área de estudo é dividida em duas áreas, a desembocadura dos rios
Camboriú e Tijucas.
4.1.1 O Rio Camboriú
A Bacia Hidrográfica do rio Camboriú localiza-se nos municípios de Camboriú
e Balneário Camboriú, no litoral centro-norte de Santa Catarina, drenando uma área
de 200km2 aproximadamente. O rio possui uma extensão de cerca de 40 km, sendo
sua desembocadura protegida de ondulações predominantes de sul por um
promontório rochoso localizado na sua margem direita (Ponta das laranjeiras)
(Siegle et al. 1997). Segundo Silva & Schettini (1997) o valor de vazão média para o
rio Camboriú é de 3 m3.s-1 e de acordo com Siegle (1999) este valor é devido a
influência da construção de uma barragem para captação de água no município de
Camboriú.
Segundo Franklin – Silva & Schettini (2003), a cidade de Camboriú tem sua
economia baseada na agricultura e na extração mineral e segundos dados do IBGE
do ano de 2007, o município conta com 57.000 habitantes tendo sua economia
baseada na produção agrícola (Torres et al, 2009). A cidade de Balneário Camboriú
por ser uma cidade turística, segundo IBGE 2007, o município possui com 94.000
habitantes e no verão atinge cerca de 700.000 turistas (Torres et al, 2009), sendo
assim excedendo quase que em 10 vezes a sua população normal. No entanto, as
principais atividades expandidas na bacia de drenagem do rio Camboriú abrangem o
cultivo de arroz e a pecuária (Siegle, 1999).
O rio Camboriú é cercado por diversas marinas e ancoradouros utilizados para
suprir o alto número de embarcações que utilizam suas águas. Em alguns trechos
do rio é possível observar vegetação proveniente de manguezais e a presença de
algumas dragas para a retirada de areia e manutenção da profundidade do rio
(Siegle, 1999). De acordo com Franklin – Silva & Schettini (2003), seu problema
principal relacionado com a qualidade de vida e turismo local é o lançamento
22
demasiado de efluentes domésticos no estuário.
A Bacia hidrográfica do rio Camboriú é formada pelas sub-bacias do rio do
Braço, dos Macacos e do rio Pequeno, sendo assim o responsável pelo
abastecimento de água nos dois municípios citados acima. Devido às ações
degradativas do homem, sua capacidade hídrica esta sendo seriamente
comprometida, podendo evidenciar em períodos mais quentes quando ocorre o
aumento do abastecimento urbano.
O município de Camboriú utiliza parte da água proveniente do rio para realizar
as irrigações das plantações, sendo elas: atividade de pecuária, olericultura (cultura
de hortaliças), monocultura de espécies florestais como eucalipto e pinus e a
rizicultura que é a mais exercida. No entanto as atividades de carvoaria vêm
agravando o desmatamento da mata ciliar, comprometendo assim o ecossistema ali
presente, pois com a extração da mata ciliar diminui a camada protetora das
margens do rio contribuindo para a erosão do solo (Torres et al, 2009).
Por fim, um dos piores problemas ocasionados ao rio Camboriú, é o fato do
município de Camboriú não contar com uma empresa responsável pelo saneamento
básico, sendo assim todo o esgoto gerado no município é despejado diretamente no
rio sem ao menos passar por um tratamento adequado, causando assim a
degradação ao meio ambiente e a mata ciliar (Torres et al, 2009).
4.1.2 O Rio Tijucas
A Bacia Hidrográfica do rio Tijucas deságua na Baia de Tijucas fazendo assim
limite com a foz do rio Tijucas a oeste, com a praia de Zimbos ao norte, com o
Oceano Atlântico a leste e ao sul com a foz do rio Inferninho e a Praia de Ganchos.
A Baía de Tijucas situa-se na região sul do Brasil, no litoral centro-norte do Estado
de Santa Catarina nas coordenadas 27o10’56’’S, 48o30’W e 27o19’12’’S, 48o40’W
(Almeida, 2008).
A Baía de Tijucas limita-se ao norte pela praia de Zimbros, ao sul pela Praia de
Ganchos e a Foz do Rio Inferninho, a oeste com a praia de Tijucas e a leste pelo
Oceano Atlântico, possuindo uma extensão de 17 km aproximadamente com uma
largura de 9 km com área de cerca de 106km2. Ainda segundo este mesmo autor, a
Baía do rio Tijucas drena uma área aproximada de 2807 km2. Com o decorrer dos
anos a Bacia do rio Tijucas vem sendo preenchida de sedimentos e com a
regressão do nível do mar formou-se uma planície costeira (Almeida, 2008).
De acordo com dados geológicos mais atuais sugerem que enquanto houver
23
atividades decorrentes dos seres humanos, como no caso de mineração de areia
maciça, no transcorrer do rio Tijucas pode influenciar no aumento da descarga de
material particulado em suspensão fazendo parte da evolução natural da planície
costeira. O Rio Tijucas se localiza em uma área subtropical pequena, com relevo
moderado e sedimento em média de areia muito grossa (Buynevich, 2005), a região
por possuir um clima subtropical úmido sem estação de seca, e um inverno frio com
verão quente, possui temperaturas médias de 18oC e elevados níveis de
precipitação devido a influencia do relevo (Almeida, 2008).
Figura 5: Localização do sistema estuarino do rio Camboriú (1) e Tijucas (2).
Coordenadas geográficas, datum horizontal SAD69.
4.2 Obtenção dos dados
O trabalho foi realizado a partir da obtenção de imagens multiespectrais
provenientes do satélite LANDSAT-5, disponíveis na página eletrônica do Instituto
Nacional de Pesquisas Espaciais (http://www.dgi.inpe.br/CDSR/).
A escala temporal de aquisição das imagens do satélite LANDSAT-5 foram
armazenadas durantes anos, tornando possível efetuar a comparação das diferentes
plumas de sedimento no decorrer dos anos de acordo com o período de análise e
24
posteriormente realizar uma comparação da pluma presente nos Rios Camboriú e
Tijucas.
Para o presente trabalho as imagens selecionadas detalham toda a área de
extensão das desembocaduras dos Rios Camboriú e Tijucas, apresentados na
tabela abaixo:
Tabela 1: Relação das imagens analisadas no presente estudo.
ANO Data da Imagem 1986 30/09/1986 1992 10/06/1992 1993 15/07/1993 1994 18/07/2004 1997 24/06/1997 1999 30/06/1999 2000 31/05/2000 2004 30/08/2004 2005 01/08/2005 2006 19/07/2006 2007 04/06/2007 2010 04/02/2010
4.3 Pré-processamento digital das imagens O processamento digital das imagens multiespectrais foram realizados a partir
do software ArcGIS em projeção UTM com Datum SAD-69, Brasil. Como pré-
processamento foi realizado o recorte e o georreferenciamento das imagens digitais
do satélite LANDSAT-5, onde seu objetivo é o registro e agregação de informações
como latitude e longitude precisa em cada pixel da imagem, para que dessa forma
ocorresse o processamento digital das imagens através da composição colorida do
sistema de cores aditivas RGB, referentes as cores aditivas vermelho (Red),- Verde
(Green) – azul (Blue) e posteriormente a análise por seus principais componentes.
A correção das imagens torna-se importante devido às interferências
atmosféricas, sendo elas a ocorrência de nuvens, chuvas, vapor d’água entre outros.
As imagens provenientes do satélite foram avaliadas e escolhidas de acordo com os
objetivos do trabalho, facilitando o entendimento da dispersão da pluma de
sedimentos provenientes dos rios estudados.
Posteriormente, baseado na metodologia de Gürtler (2004), foram realizados
os cálculos de transformações dados de ND em reflectância. Como mostra a Figura
6, os dados foram inseridos em uma planilha eletrônica de acordo com a freqüência
existente em cada ND de cada imagem, dia de obtenção da imagem, a banda usada
25
e o ângulo de elevação solar no horário da passagem do satélite. O ângulo de
elevação solar foi obtido através do site http://www.nrel.gov/midc/solpos/solpos.html,
onde foi necessário inserir a data da imagem, o intervalo de tempo desejado, ou
seja, o LANDSAT-5 por registrar a imagem as 9:45h da manhã o intervalo de tempo
inserido foi de 15 em 15 minutos, sendo necessário também inserir a latitude e
longitude da imagem assim como o fuso horário.
Figura 6: Transformação ND em reflectância, onde foi inserido em freqüência o valor equivalente a cada ND de cada imagem, gerando assim um número digital inicial e indicado a banda espectral utilizada. Posteriormente foram inseridos dados como, data e ângulo de elevação. E então gerado a equação utilizada para a transformação para a banda 2 do satélite LANDSAT-5.
Após a inserção dos dados na planilha eletrônica, gerou-se uma equação para
que pudesse ser realizada a transformação de ND em reflectância, sendo essa
equação apresentada a baixo.
Reflectância2= ND * a + b Equação 5
Onde:
Reflectância2 – é a reflectância na banda 2; ND – é a imagem obtida a partir de valores de ND para a banda 2; A e b – São fatores extraídos da curva de ajuste do gráfico de freqüência dos NDs da imagem.
26
O cálculo utilizado no presente estudo para a aquisição dos dados de
concentração de sedimento em suspensão foram baseados em Lorenzzetti (2007),
onde o mesmo obteve resultados válidos com as fórmulas utilizadas para calcular a
concentração de sedimento em suspensão na região da foz do Rio São Francisco.
4.4 Cálculo da concentração da pluma de sedimento
Após a realização do cálculo descrito acima através do Software ArcGis a
partir do Raster Calculator, teve a necessidade de inserir a fórmula descrita por
Tassan (1987) onde foi possível realizar o cálculo do material particulado em
suspensão, sendo ele:
log (S)= (3,08±0,27) + (1,70±0,14) log(R) Equação 6
onde:
Log (S) – logaritmo da concentração de sedimento em suspensão; Log(R) – logaritmo da reflectância da imagem obtida através da Equação 5. Segundo Lorenzzetti (2007), através do algoritmo criado por Tassan (1987)
pode-se estimar a concentração de sedimento particulado em suspensão, como
demonstrou em seu estudo: Uso de imagens LANDSAT como subsídio ao estudo da
dispersão de sedimentos na região da foz do rio São Francisco. A função logaritmo
é um conjunto de números reais positivos sendo assim esse algoritmo mostra o
valor do logaritmo da concentração de sedimento em suspensão, tornando
necessário a utilização do exponencial para que o valor encontrado seja referente
apenas a concentração de material particulado em suspensão.
Com a concentração da pluma de sedimento definida foi realizada uma
mascara na imagem, onde o intuito é diminuir a poluição na mesma, sendo assim
separando o continente do oceano.
4.5 Perfis
Para uma melhor análise da dispersão da pluma de sedimento, foram traçados
três perfis na imagem, sendo dois para o rio Camboriú e um para o rio Tijucas.
Sendo o primeiro perfil traçado para o rio Camboriú de sul – norte e os outros dois
perfis de leste – oeste para os dois rios, para que facilitasse o entendimento do
comportamento da dispersão do MPS presente nos dois ambientes de estudo. O
primeiro perfil trata-se da dispersão da pluma de sedimento por toda a enseada e os
27
demais perfis diz respeito à análise da dispersão horizontalmente em direção ao
oceano aberto.
4.6 vazão
Os dados médios de vazão foram adquiridos a partir do site
http://hidroweb.ana.gov.br , apenas para a região do rio Tijucas, sendo obtido em
duas estações diferentes denominadas de São João Batista e Major Gercino ambas
operadas através da EPAGRI e tendo como responsável pelas estações a Agência
Nacional de Águas (ANA) como mostra a tabela 1. Para o rio Camboriú não foi
obtido dados de vazão, pois não há episódio de coleta dos mesmos.
Tabela 2: Dados médio de vazão para o Rio Tijucas nas estações São João Batista
(próxima a desembocadura) e Major Gercino.
4.7 Precipitação:
Tem-se como uma das mais importantes variáveis meteorológicas nos
estudos climáticos, a precipitação, devido as conseqüências que esta pode causar
quando ocorridas em excesso (precipitação intensa). Podendo acarretar em
enchentes, assoriamento dos rios, quedas de barreiras, interferindo assim nos
setores produtivos da sociedade tanto econômico quanto social (agricultura,
transporte, hidrologia, etc.). Para chuvas intensas pode-se registrar um imenso
volume de água precipitado num curto espaço de tempo, como exemplo, uma chuva
de 20mm, ocorrida em 24 horas é considerada fraca porem quando o mesmo valor
ocorrido em alguns minutos, como no caso das chuvas de verão, torna-se forte.
Podendo ocorrer isoladamente ou associadas a outros sistemas meteorológicos,
28
tornando assim uma precipitação intensa, normalmente acompanhadas de trovoes,
descargas elétricas, granizos e ventos fortes (Calbete, N. O. Et al, 2011).
A precipitação pode ser medida atraves da quantificação de dois
instrumentos meteorológicos, sendo eles, o pluviômetro (recipiente que acumula a
chuvas) e o pluviógrafo (registra continuamente atraves de um gráfico a precipitação
no decorrer de um intervalo de tempo). Tendo como unidade habitual o milímetro de
chuvas, definido como a quantidade de precipitação correspondente ao volume de i
litro por metro quadrado de superfície (Calbete, N. O. Et al, 2011).
Os dados de precipitação foram obtidos através do instrumento
meteorológico pluviômetro retirados da estação mais antiga do município de Itajaí,
cuja estação pertence a Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de
Santa Catarina (EPAGRI), localizada no bairro Itaipava, com coordenadas
26054’50S de latitude sul e 48039’14W de longitude oeste, e a uma altitude de 2
metros operando desde 1980 (Calbete, N. O. Et al, 2011)
Figura 7: Estação meteorológica de Itajaí, do tipo telemétrica automática costeira, modelo CAMPBELL, pertencente ao Centro Integrado e Recursos Hídricos (EPAGRI/CLIMERH).
29
5- RESULTADOS E DISCUSSÃO
Neste capítulo serão apresentados os resultados e a discussão dos mesmos
para os rios Camboriú e Tijucas. Para facilitar a apresentação dos resultados optou-
se por apresentar os resultados para os dois rios separadamente.
As imagens para ambos as desembocaduras foram obtidas para as mesmas
datas, dando-se preferência para as imagens sem cobertura ou com a mínima
cobertura de nuvens possível, para facilitar a obtenção dos resultados da pluma de
sedimentos em suspensão (Veja Tabela 1).
5.1 – Pluma de Sedimentos do Rio Camboriú
A Figura 8 apresenta as imagens da dispersão da pluma de sedimentos para
os anos de 1986, 1992, 1993, 1994, 1997 e 1999. Para os anos de 1986 é possível
notar que os valores dentro da pluma variaram entre 26 g/m3 a 45 g/m3 dentro da
enseada. Há a ocorrência de uma concentração de sedimentos maiores na porção
norte da praia de Balneário Camboriú do que na porção sul, acarretado pela
ressuspensão de sedimentos pela ação das ondas, onde possuem maiores forças
por se tratar de uma área mais exposta da enseada (Menezes, 2008). Nota-se
também a presença de uma dispersão da pluma de sedimento em direção a praia
Brava.
O ano de 1992 mostra valores de concentração de sedimentos variando entre
6 g/m3 a 40 g/m3 dentro da enseada. A concentração de sedimentos próximos a
costa foi baixa, devido a uma influência sofrida pela ação dos ventos, onde os
mesmos foram dispersos com uma maior facilidade para a área mais aberta do
oceano.
O ano de 1993 apresenta valores da pluma variaram entre 5 g/m3 a 15 g/m3
dentro da enseada, sendo o ano com concentração de sedimentos mais baixa. A
concentração de sedimentos próximos a costa foi baixa, verifica-se a concentração
de sedimentos maior próximo a desembocadura do Rio Camboriú.
Para o ano de 1994 têm-se valores variando entre 5 g/m3 a 40 g/m3 dentro da
enseada. A concentração de sedimentos próximos à costa foi baixo, devido a baixa
influência da ação das ondas, diminuindo a dispersão do MPS.
O ano de 1997 demonstra que os valores dentro da pluma variaram entre 5
g/m3 a 46 g/m3 dentro da enseada. A concentração de sedimentos próximos à costa
foi baixa, podem ter sido influenciados pela ação dos ventos e a presença de uma
30
precipitação moderada, facilitando assim dispersão dos mesmos em direção a área
mais exposta.
Os valores de concentração de sedimentos para o ano de 1999 dentro da
pluma variaram entre 11 g/m3 a 30 g/m3 dentro da enseada. Ocorreu uma alta
concentração de MPS próximo à costa no pontal norte da enseada, devido a
influência da ação das ondas, diminuindo sua concentração constantemente em
direção ao pontal sul. Houve uma alta dispersão de sedimentos da desembocadura
ao sentido sul da região chegando esse MPS até a praia Brava.
31
Figura 8: Imagens para a enseada do rio Camboriú para os anos 1986, 1992, 1993, 1994, 1997 e 1999. As figuras da esquerda demonstram a cena em composição RGB e as figuras da direita a concentração de MPS (g/m³) de acordo com a aplicação das equações 5 e 6.
1986 1992
1993 1994
1997 1999
32
A Figura 9 apresenta as imagens da pluma de sedimentos para o rio Camboriú
para os anos de 2000, 2004, 2005, 2006, 2007 e 2010. Verifica-se que após o ano
de 2004, ano de construção do molhe na foz do Rio Camboriú houve uma
diminuição na concentração de sedimentos dentro da enseada.
O ano de 2000 mostra que os valores dentro da pluma variaram entre 5 g/m3 a
25 g/m3 dentro da enseada. A concentração mais alta esteve presente próximo à
costa. Ocorreu uma alta concentração de MPS próximo à costa no pontal norte da
enseada, sendo dispersa homogeneamente em direção a oceano aberto. Isso pode
ter ocorrido devido a ação dos ventos e a baixa precipitação. Se estendendo em
direção a praia brava ao norte e a interpraias ao sul.
Foi no ano de 2004 em que a ocorreu a construção do mole, com o intuito de
minimizar a sedimentação constante da desembocadura minimizando assim a
necessidade de dragagens no local e fazer com que a dispersão da pluma de
sedimento fosse liberada em alto mar (Menezes, 2008).
Na imagem de 2004 se verifica que os valores dentro da pluma variaram entre
5 g/m3 a 15 g/m3 dentro da enseada, com uma pequena porção de alta
concentração de sedimento em suspensão de 45 g/m3 na parte interna próximo ao
mole.
Para o ano de 2005 se verificam valores de concentração de sedimentos
dentro da pluma variaram entre 0 g/m3 a 15 g/m3 dentro da enseada, com presença
de uma porção de elevada concentração de sedimentos de 46 g/m3 na parte interna
próximo ao mole. Isso pode ser explicado devido a uma alimentação de sedimentos
que foi realizada na porção sul da enseada utilizando sedimentos finos, provenientes
da desembocadura do rio Menezes (2008).
O Ano de 2006 apresentou uma alta semelhança com os anos de 2004 e 2005
demonstrando que os valores dentro da pluma variaram entre 6 g/m3 a 46 g/m3
dentro da enseada, com presença de uma porção de elevada concentração de
sedimentos de 46 g/m3 na parte interna na porção norte, provenientes da ação das
ondas serem mais fortes nessa região por se tratar de uma área mais exposta.
A concentração de sedimentos dentro da enseada de Balneário Camboriú para
o ano de 2007 apresentou uma alta semelhança com os anos de 2004, 2005 e 2006,
onde demonstrou que os valores dentro da pluma variaram entre 5 g/m3 a 46 g/m3
dentro da enseada, com presença de uma porção de elevada concentração de
sedimentos de 46 g/m3 na parte interna na porção norte e parte interna da porção
sul, sendo na região norte a alta concentração de sedimentos provenientes da ação
33
das ondas e na porção sul provenientes da alimentação artificial.
O ano de 2010 apresentou uma forte semelhança com os anos anteriores,
com valores dentro da pluma de 6 g/m3 a 45 g/m3 dentro da enseada. A presença de
MPS em suspensão mais próximo à costa não é constante. Na porção norte, em sua
área mais interna ocorreu uma alta concentração de sedimento em suspensão
ocasionado pela ação das ondas.
Figura 9: Imagens para a enseada do rio Camboriú para os anos 2000, 2004, 2005, 2006, 2007 e 2010. As figuras da esquerda demonstram a cena em composição RGB e
2000 2004
2005 2006
2007 2010
34
as figuras da direita a concentração de MPS (g/m³) de acordo com a aplicação das equações 5 e 6.
35
Os perfis de concentração de sedimento para a pluma do rio Camboriú, no
sentido sul-norte, para os anos de 1986, 1992, 1993, 1994, 1997, 1999, 2000, 2004,
2005, 2006, 2007 e 2010 são apresentados na Figura 10.
De maneira geral os perfis apresentaram uma maior concentração de
sedimentos na região norte da praia do que na sua porção sul, isso se deve a
ressuspensão de sedimentos pelas ondas, devido à porção norte ser a parte da
enseada mais exposta às ondulações de alto mar (Menezes, 2008).
O perfil sul–norte (Figura 9) para o ano de 1986 demonstra uma concentração
variada de MPS ocorrendo um aumento do mesmo a partir do quilômetro 1,5 onde o
perfil se aproxima mais da região norte da enseada. A maior concentração ocorre
entre os quilômetros 3,5 e 4, sendo seu máximo passando um pouco mais de
40g/m3 na porção norte da enseada, esse pico corresponde a influência das ondas
sofrida na região por se tratar de uma área mais exposta.
O perfil para o ano de 1992 demonstra uma concentração baixa nos
primeiros quilômetros com um aumento em direção a norte. O aumento ocorre no
quilometro 1,3 se estendendo até o quilometro 4,3. Apresentando um pico no
quilometro 3,7 com concentração de 28g/m3, possivelmente correspondendo a
influência sofrida pela ação das ondas e dos ventos.
O ano de 1993 demonstra uma concentração baixa durante todo o perfil,
porém inconstante. Com presença de alguns valores maiores, sendo o mais efetivo
o pico ocorrido no quilometro 4 com 16 g/m3. Para o ano de 1994 o perfil mostra
uma concentração característica baixa durante todo o perfil. A presença de dois
picos um próximo a costa com 17 g/m3 e o outro no quilometro 4 com 17g/m3. É
Possível notar que entre os quilômetros 1 ao 2 a um declínio significante na
concentração de sedimentos.
O perfil sul – norte para o ano de 1997 demonstrou uma concentração de
MPS extremante baixo durante todo o perfil. Sem a ocorrência de picos
significantes, chegando a se manter constante entre os quilômetros 2,7 ao 4,3 e a
possuir uma concentração mais alta de 27g/m3 próximo a desembocadura do rio.
O perfil sul – norte para o ano de 1999 demonstrou uma concentração de
MPS extremante baixo durante quase todo o espectro, tendo um pico de 24 g/m3 no
quilômetro 4. O perfil do ano 2000 demonstrou uma concentração de MPS baixo durante
quase todo o espectro, sofrendo um aumento do quilômetro 3,6 ao 4,3, localizado na
porção norte da enseada. O aumento da concentração na barra norte ocorreu
devido à ação das ondas serem mais eficácia nessa porção da enseada por se tratar
de uma região mais externa.
36
Verifica-se que os perfis de 2004 em diante apresentaram uma
concentração de sedimentos bem inferior aos outros anos, provavelmente devido à
construção do molhe na desembocadura do rio neste ano. O perfil sul–norte para o
ano de 2004 demonstrou uma concentração de sedimentos em suspensão baixa,
com a presença de um pico máximo de 22 g/m3 a 300 metros. Se mantendo
constante em todo o restante do perfil.
O perfil para o ano de 2005 demonstrou uma concentração de
sedimentos em suspensão baixa, porém constante, com a presença de um pico
máximo de 22 g/m3 a 600 metros. Se mantendo no restante do perfil com uma
constancia média de aproximadamente 10 g/m3.
No ano de 2006 se verificou uma concentração de sedimentos em
suspensão baixa, com a presença de um pico máximo de 19 g/m3 no quilometro 4,2.
Com uma constância entre os 1,5 até o 3,6.
O perfil para o ano de 2007 demonstrou uma concentração de
sedimentos em suspensão baixa, tendo seu máximo MPS de 19 g/m3.
Apresentando-se invariante dos 500 metros até aproximadamente 2,3 quilômetros,
sofrendo um aumento da concentração em direção a alto mar.
O perfil do ano de 2010 demonstrou uma concentração de sedimentos
em suspensão baixa, tendo seu máximo MPS de 20 g/m3 em apenas um pico em
todo o perfil. Se manteve praticamente constante dos 500 metros até o quilômetro 3,
com uma média de concentração de 13 g/m3. Sofrendo uma elevação da
concentração entre os quilômetros 3,3 ao quilometro 4,3.
Figura 10: Perfis de concentração de sedimentos na enseada de Balneário Camboriú, Perfil Sul–Norte, traçado a partir da desembocadura do rio Camboriú se estendendo até a margem oposta da enseada (Barra Norte), para os anos de 1986, 1992, 1993, 1994, 1997, 1999, 2000, 2004, 2005, 2006, 2007 e 2010.
0 5
10 15 20 25 30 35 40 45
0
370
740
1110
1480
1850
2219
2589
2959
3329
3699
4069
Perfil Sul - Norte (Rio Camboriú)
1986
1992
1993
1994
1997
1999
2000
2004
2005
37
A Figura 11 apresenta os perfis de concentração de sedimentos no sentido
Oeste–Leste para a enseada de Balneário Camboriú para os anos de 1986, 1992,
1993, 1994, 1997, 1999, 2000, 2004, 2005, 2006, 2007 e 2010. De maneira geral
todos os perfis apresentaram uma diminuição na concentração de sedimentos no
sentido Oeste-Leste.
Para o ano de 1986 o perfil apresentou um decaimento acentuado
característico, podendo-se notar que à medida que se afasta da costa o MPS
presente diminui, devido à dispersão nos primeiros quilômetros do perfil a partir do
quilometro 1,7.
O perfil Oeste-Leste para o ano de 1992 apresentou um decaimento
instável, podendo-se notar um pico no começo do perfil de um pouco mais de 26
g/m3, local mais próximo a costa. Houve a ocorrência também de um pico no
quilometro 1,4 de 24 g/m3. Entre os quilômetros 3 a 4,3 do perfil o decaimento da
concentração de MPS se manteve mais constante, devido a influencia da ação dos
ventos no local.
O perfil do ano de 1993 apresentou um pico no começo do perfil de 17
g/m3, local mais próximo à costa. Entre os quilômetros 1 a 4,3 do perfil a
concentração de MPS se manteve inconstante, devido a influência da ação dos
ventos no local.
Para o ano de 1994 o perfil apresentou um pico no começo do perfil e há 200
metros de 20 g/m3. A partir disso o perfil sofreu um declínio demasiado. Sendo esse
declínio iniciado a 500 metros se mantendo até os 4 quilômetros do perfil, porém
esse declínio se mantém constante entre os quilômetros 1,6 a 3 do espectro, com
uma concentração media de 14g/m3.
O ano de 1997 apresentou um pico próximo à desembocadura de
aproximadamente 30 g/m3. Apos o quilômetro onde ocorreu um pico o perfil sofreu
um declínio constante, onde começou a se manter constante próximo ao quilometro
2,5 até ao 4. Com uma concentração média de 13 g/m3.
O perfil oeste–leste apresentou um pico próximo a desembocadura de
aproximadamente 25 g/m3 e então teve início o declínio da concentração de
sedimentos. Os quilômetros 1 a 4,3 se mantiveram constante com uma media de
MPS de aproximadamente 18 g/m3.
O perfil para o ano 2000 se manteve constante nos primeiros quilômetros do
perfil, tendo uma elevação no quilometro 1,6, sofrendo dois picos maiores com
concentrações 24 g/m3 nos quilômetros 2,3 e 2,6 aproximadamente. Sofrendo um
decaimento novamente a partir do quilometro 3.
O perfil oeste - leste para o ano 2004 apresentou um perfil bastante variado
38
durante os 4 quilômetros, sem a presença de picos elevados e com uma
concentração média de sedimento em suspensão de 12 g/m3.
Para o ano 2005 o perfil apresentou uma concentração de MPS elevada nos
primeiros quilômetros do perfil, onde sofreu um decaimento a partir do quilômetro
1,7 e então se mantendo constante no restante do perfil.
A concentração de sedimento em suspensão para o ano de 2006 apresentou-
se alta nos primeiros metros do perfil, possuindo um pico máximo de 20 g/m3, entre
os 100 metros aos 300 metros. O perfil apresentou-se constante do quilômetro 2 ao
4, com concentração média de aproximadamente 5 g/m3.
Para o ano de 2007 o perfil apresentou uma concentração de sedimento em
suspensão baixa em todo o perfil, possuindo um pico máximo de 20 g/m3 próximo à
área costeira.
O perfil para o ano de 2010 apresentou uma concentração de sedimento em
suspensão baixa, possuindo um pico máximo de 19 g/m3 próximo à área costeira.
Se mantendo constantes em todos os outros pontos do perfil.
Figura 11: Perfis de concentração de sedimentos na enseada de Balneário Camboriú, Perfil Oeste-Leste, traçado a partir da praia se estendendo até o oceano profundo, para os anos de 1986, 1992, 1993, 1994, 1997, 1999, 2000, 2004, 2005, 2006, 2007 e 2010.
0
20
40
60
80
100
120
0
414
827
1241
1655
2068
2482
2896
3309
3723
4136
Perfil Oeste ‐ Leste (Rio Camboriú)
1986
1992
1993
1994
1997
1999
2000
2004
2005
2006
2007
39
5.2 – Pluma de Sedimentos do Rio Tijucas
A Figura 12 apresenta as imagens da dispersão da pluma de sedimentos para
o rio Tijucas nos anos de 1986, 1992, 1993, 1994, 1997 e 1999. Para o ano de 1986
a pluma de sedimentos apresentou uma variação característica, variando de 16 g/m3
a 45 g/m3, distribuída ao longo da praia. Essa área por se tratar de um ambiente
protegido, sofre menos com a ação das ondas do que na praia de Balneário
Camboriú. A concentração de sedimento em suspensão está localizada mais
próxima à costa se dispersando em pequenas quantidades em direção a mar aberto.
Comparando a imagem de 1986 com a tabela 2, onde os dados de vazão
médios para este ano foram de 16,92 m3/s (São João Batista – estação mais
próxima a desembocadura) e 19,40 m3/s (Major Gercino), nota-se que se trata de
uma vazão moderada, onde diminui assim a dispersão do MPS.
O ano de 1992 apresentou uma variação da pluma de sedimentos entre 5 g/m3
a 45 g/m3, distribuída ao longo da praia. Por ser uma área protegida a interferência
da ação dos ventos e chuvas presentes nesse ano não teve forte influência sobre
essa região. Dessa forma, a concentração de MPS proveniente da descarga fluvial
se manteve próximo à costa, com uma baixa dispersão em direção a oceano aberto,
e totalmente dispersa próximo à costa devido a ação das ondas.
A Comparação da concentração de sedimentos com os dados médios de
vazão para este ano foi de 31,08 m3/s (São João Batista) e 59,42 m3/s (Major
Gercino), é possível notar que se trata de uma vazão alta para o rio Tijucas, fazendo
com que a dispersão de MPS seja mais efetiva.
A variação da pluma de sedimentos para o ano de 1993 ficou entre 5 g/m3 e 35
g/m3, distribuída ao longo da praia. Tratando-se de uma área protegida a influência
do El niño não se torna tanto significante quanto para a região de Balneário
Camboriú. Porém a dispersão da pluma ocorreu de uma forma mais acentuada tanto
na costa quanto em direção a mar aberto.
Comparando as imagens de 1993 com os dados médios de vazão para este
ano de 25,92 m3/s (São João Batista) e 55,13 m3/s (Major Gercino), tem-se uma
vazão relativamente alta para a região efetivando assim a dispersão do MPS.
A imagem para o ano de 1994 apresentou uma variação da pluma de
sedimentos entre 5 g/m3 a 30 g/m3, distribuída ao longo da praia. Essa região por
possuir uma área protegida o tempo em que a pluma demora a se dispersar é maior
do que em áreas mais expostas, dessa forma a presença de MPS com
concentração de 30 g/m3 se dispersa mais dificilmente.
Comparando esta imagem com os dados médios de vazão para este ano de
40
27,64 m3/s (São João Batista) e 44,67 m3/s (Major Gercino), tem-se uma vazão
moderada para a região diminuindo assim a dispersão do MPS.
A imagem para o ano de 1997 apresentou uma variação da pluma de
sedimentos entre 6 g/m3 a 30 g/m3, distribuída ao longo da praia. Como já citado
anteriormente, a bacia de tijucas se encontra em uma área protegida, onde a ação
das ondas os forçantes físicos não possuem uma alta contribuição para a dispersão
da pluma de sedimento.
Comparando estes dados com os valores de vazão para este ano foram de
11,72 g/m3 (São João Batista) e 25,58 g/m3 (Major Gercino), dessa forma foi uma
vazão baixa com precipitação moderada.
Para o ano de 1999 verifica-se uma variação da pluma de sedimentos entre 11
g/m3 a 46 g/m3, distribuída ao longo da praia. Para essa enseada o transporte da
pluma de sedimento ocorreu para ambos os lados (norte e sul), sendo mais
intensificado na porção sul da área. Sua dispersão em direção a oceano aberto foi
minimizada devido à enseada ser abrigada.
Comparando a imagem com dados médio de vazão para este ano foram de
21,10 g/m3 (São João Batista), considerada uma vazão baixa para a região com
precipitação moderada.
41
Figura 12: Imagens para a enseada do rio Camboriú para os anos 1986, 1992, 1993, 1994, 1997 e 1999. As figuras da esquerda demonstram a cena em composição RGB e as figuras da direita a concentração de MPS (g/m³) de acordo com a aplicação das equações 5 e 6.
1986 1992
1993 1994
1997 1999
42
A Figura 13 apresenta as imagens de concentração de sedimentos em
suspensão para a pluma do rio Tijucas para os anos de 2000, 2004, 2005, 2006,
2007 e 2010. Para o ano de 2000 se verifica uma variação da pluma de sedimentos
entre 21 g/m3 a 45 g/m3, distribuída ao longo da praia. Para essa enseada abrigada
o transporte da pluma de sedimento ocorreu na porção sul e norte. Sendo mais
intenso na porção sul onde a área se encontra mais abrigada das ações dos efeitos
físicos. Porém sua dispersão em direção a oceano aberto ocorreu constantemente
se estendendo as praias mais ao norte com as praias de Canto Grande, Mariscal,
Bombinhas e Bombas e ao sul com a praia de Governador Celso Ramos.
Comparando a imagem com os dados médios de vazão para este ano foram
de 11,72 g/m3 (São João Batista – estação mais próxima a desembocadura),
considerada uma vazão extremamente baixa para a região.
Para o ano de 2004 ocorreu uma variação da pluma de sedimentos entre 5
g/m3 a 45 g/m3. A bacia de Tijucas não sofreu altas concentrações de MPS, tendo
sua distribuição mais intensificada na enseada diminuindo em direção ao oceano
aberto. Essa enseada abrigada o transporte da pluma de sedimento ocorreu na
porção sul e norte. Não ocorreu influência na dispersão de sua pluma em direção as
praias mais próximas da região.
Comparando a imagem com dados médios de vazão para este ano foram de
22,34 g/m3 (São João Batista), sendo assim uma vazão baixa, devido a falta de
interferências físicas.
O ano de 2005 apresentou uma variação da pluma de sedimentos entre 0 g/m3
a 30 g/m3. A região apresentou uma alta concentração de sedimentos em
suspensão nas áreas mais costeira diminuindo em direção ao oceano aberto. Seu
MPS foi transportado para ao sul próximo a praia de Governador Celso Ramos. Não
houve dados de vazão para essa data.
Para o ano de 2006 a variação da pluma de sedimentos ficou entre 0 g/m3 e 45
g/m3. A região apresentou uma alta concentração de sedimentos em suspensão nas
áreas mais costeira diminuindo em direção ao oceano aberto. Onde a matéria em
suspensão se dirigiu ao sul se aproximando da área costeira na praia de
Governador Celso Ramos.
A imagem do ano de 2007 apresentou uma variação da pluma de sedimentos
entre 0 g/m3 a 35 g/m3. A região apresentou uma alta concentração de sedimentos
em suspensão nas áreas mais costeiras diminuindo em direção ao oceano aberto,
com uma alta concentração de MPS de 35 g/m3 presente na parte mais interna da
43
porção no extremo norte da enseada. Sem grande influência da dispersão dessa
pluma para áreas adjacentes.
Para o ano 2010 a variação da pluma de sedimentos ficou entre 6 g/m3 a 45
g/m3. Apresentando assim uma maior concentração de MPS mais próximo à costa,
se dispersando ao longo da plataforma continental em direção ao oceano aberto.
44
Figura 13: Imagens para a enseada do rio Tijucas para os anos 2000, 2004, 2005, 2006, 2007 e 2010. As figuras da esquerda demonstram a cena em composição RGB e as figuras da direita a concentração de MPS (g/m³) de acordo com a aplicação das equações 5 e 6.
2000 2004
2005 2006
2007 2010
45
A Figura 14 apresenta os perfis de concentração de sedimentos em
suspensão obtidos para a enseada de Tijucas para os anos de 1986, 1992, 1993,
1994, 1997, 1999, 2000, 2004, 2005, 2006, 2007 e 2010. Os perfis foram obtidos no
sentido Oeste - Leste e todos apresentaram uma diminuição da linha de costa em
direção ao oceano.
O ano de 1986 possui uma vazão média relativamente moderada para o rio
Tijucas, com isso ocorre uma dispersão do MPS menor do que em anos que vazão
média e alta causando uma diminuição da dispersão da concentração da pluma de
sedimentos. A concentração de sedimento inicia seu decaimento a partir do
quilometro 0,5 diminuindo gradativamente até ficar constante nos quilômetros 6 a 12
do perfil.
Para o ano de 1992 o perfil representa uma vazão média alta para o local,
onde acarretou em uma dispersão da pluma mais efetiva. A concentração de MPS
tem seu declínio no quilometro 2,1 e a partir desse ponto torna-se constante a
concentração de sedimento presente em direção ao mar.
O ano de 1993 apresentou uma vazão média alta, acarretando assim em uma
dispersão mais concentrada. A concentração da pluma de sedimentos diminuiu em
direção ao oceano, se tornando constante entre os quilômetros 10 a 12 do perfil.
Para o ano de 1994 o rio Tijucas apresentou uma vazão média moderada. Os
primeiros espectros do perfil tiveram elevadas concentrações de sedimentos, tendo
alguns picos de 25 g/m3. Tendo um declínio no quilometro 2,5 aproximadamente, se
estendendo pelo restante do perfil, onde permanece uma constância entre os
quilômetros 7 ao 10,5.
Para o ano de 1997 o perfil oeste - leste para o rio Tijucas com presença de
uma vazão baixa. Os primeiros espectros do perfil se mantiverem elevados em suas
concentrações de sedimentos. Se manteve praticamente constante entre os
quilômetros 2 ao 5, tendo um declínio e voltando a ser constante novamente entre
os quilômetros 10 ao 12 porem com concentrações de sedimentos mais baixas com
uma média de 10 g/m3.
O perfil oeste - leste, para o ano de 1999, apresentou um pico próximo a
desembocadura de aproximadamente 25 g/m3 e então teve inicio o declínio da
concentração de sedimentos. Os quilômetros 1 a 4,3 se mantiveram constante com
uma media de MPS de aproximadamente 18 g/m3.
Para o ano de 2000 o perfil para o rio Tijucas apresentou uma concentração
constante, com picos variados próximo a desembocadura do rio.
O perfil para o ano de 2004 para o rio Tijucas apresentou uma alta
concentração nos primeiros quilômetros chegando até o quilometro 3,7. Se
46
mantendo constante do quilômetro 6,5 ao 12.
Para o ano de 2005 o perfil para o rio Tijucas apresentou uma alta
concentração nos primeiros quilômetros chegando até o quilometro 4 em alta
concentração, com alguns picos máximos de 27 g/m3. Se mantendo constante a
partir do quilômetro 6,5 ao 12.
O ano de 2006 apresentou para o perfil oeste - leste para o rio Tijucas uma
baixa concentração no perfil inteiro e constante do quilômetro 2 ao 12, com uma
média de concentração aproximada de 15 g/m3. Apresentando apenas um pico de
65 g/m3, próximo à costa.
Para o ano de 2007 o perfil oeste - leste para o rio Tijucas apresentou uma
baixa concentração no perfil inteiro e constante dos 100 metros aos 12 quilômetros
de extensão, com uma média de concentração aproximada de 15 g/m3.
Apresentando apenas um pico de 63 g/m3, próximo a costa.
Para o ano de 2010 o perfil oeste - leste para o rio Tijucas apresentou uma
concentração muito baixa e constante em praticamente todo o perfil. Possuindo um
único pico próximo a costa de 55 g/m3.
Figura 14: Perfis de concentração de sedimentos na enseada de Tijucas, Perfil Leste–Oeste, traçado a partir da praia se estendendo até o oceano profundo, para os anos de 1986, 1992, 1993, 1994, 1997, 1999, 2000. 2004, 2005, 2006, 2007 e 2010.
47
5.3- Precipitação
A precipitação é considerada um dos principais fatores nos processos
hidrológicos da superfície terrestre, tornando então necessário o conhecimento de
sua distribuição temporal e espacial essencial por diversos motivos, como o
gerenciamento das águas para o consumo e geração de energia, o planejamento e
acompanhamento de cultivos agrícolas, a previsão e o controle de enchentes e o
monitoramento de secas e estiagens (CIRAM, 2011).
A distribuição anual das chuvas sobre a região sul do Brasil ocorre de forma
uniforme, com uma média anual de precipitação variando de 1.250 a 2.000mm, onde
apenas algumas áreas se encontram fora dessa média pluviométrica. Os valores a
baixo de 1.250mm restringem-se aos litoral sul de Santa Catarina (Quadro, M. F. L.
Et al, 2011).
A tabela 3 demonstra dados de precipitação para a região do Vale do Itajaí,
quinze dias antes da aquisição das imagens, para facilitar o entendimento da
dispersão da pluma de sedimento nos rios Camboriú e Tijucas. Posteriormente
sendo somados cada ano, com quinze dias antes mais o dia da aquisição da
imagem (tabela 4), para que pudesse ser comparados com a concentração de
material particulado em suspensão adquiridos a partir dos cálculos realizados em
cada imagem.
48
Tabela 3: Dados de precipitação em milímetros, obtidos através da estação meteorológica do município de Itajaí, localizada no bairro de Itaipava.
49
Tabela 4: Somatória da precipitação para cada ano das imagens utilizadas no presente estudo.
Ano Precipitação 1992 267,2 1993 49,8 1994 55,6 1997 31,7 1999 38,2 2000 14,1 2004 33,7 2005 106,8 2006 14,2 2007 93,2 2010 79,9
Os anos em que a precipitação foi mais elevada foram em 1992, 2005, 2007
e 2010, nos anos de 2000 e 2006 a precipitação ocorrida foi demasiadamente baixa
e nos demais anos houve a presença de uma precipitação moderada. Para a
imagem do ano de 1986 os dados de precipitação não puderam ser obtidos.
Para os anos em que a precipitação se apresentou elevada quando
comparadas com a concentração de sedimento em suspensão adquiridas
posteriormente nas imagens, nota-se uma concentração mais significativas com
máximas entre 40g/m3 a 46g/m3, podendo assim concluir que quanto maior a
precipitação maior será a dispersão de material particulado em suspensão mais
próximo a costa e menor em direção a oceano aberto. Com exceção do ano de
2005, que apresentou uma concentração máxima de 15g/m3, que pode ter sido
ocasionada por efeitos físicos presente na enseada de Camboriú.
No caso dos anos 2000 e 2006, onde a ocorrência de precipitação foi
considerada baixa, a concentração de MPS teve sua máxima em 45g/m3. Podendo
concluir que mesmo com valores de precipitação baixo a concentração de MPS se
manteve alta, se mantendo pouco presente a costa se dispersando melhor em
direção a oceano aberto.
Para os demais anos (1993, 19994, 1997, 1999 e 2004), onde a precipitação
foi moderada a concentração da pluma de sedimento teve sua média em
aproximadamente 35g/m3. Para a região de Balneário Camboriú os anos em que a
concentração de MPS foram mais elevados foram os anos de 1994 e 1999, podendo
ter sido ocasionado pela ação das ondas e para o ano de 2004 onde ocorreu a
construção do mole sua concentração apresentou-se extremamente baixa (15g/m3),
devido a diminuição da dispersão da pluma dentro da enseada. Na bacia de Tijucas
os anos em que a concentração se apresentou mais elevada foram em 1999 e 2004
podendo ter sido ocasionada pela ação dos ventos.
50
6. CONCLUSÃO
Para a pluma presente na enseada de Balneário Camboriú a influência da
pluma de sedimento foi basicamente ocasionada pela precipitação e ação das ondas
presentes mais a porção norte da enseada por se tratar de um ambiente mais
exposto e pela ação dos ventos em toda a enseada. Porem após a construção do
molhe no ano de 2004, a porção sul apresentou em sua parte mais interna uma alta
concentração de MPS devido a dificuldade na dispersão do mesmo.
No caso da pluma de sedimento presente no rio Tijucas teve influência
principal da vazão, precipitação e ação dos ventos. Pois em anos onde a vazão foi
mais alta, a dispersão da pluma se apresentou com uma formação mais acentuada
em toda a enseada, incluindo em direção ao oceano aberto. Quando em anos com
baixa vazão ou ausência de dados de vazão a pluma se apresentou menor, com
maiores concentrações de MPS mais próximos a área costeira.
No presente trabalho não se fez possível a validação do MPS, devido a
ausência de imagens de alguns anos, ou imagens onde a área de estudo continha a
presença de nuvens ou ainda pela ausência de dados in situ. Dessa forma foi
possível apenas estimar a concentração do MPS. Outro fator importante é a
interferência que a atmosfera exerce sobre a superfície marinha, apresentando
discrepâncias dos dados analisados e comparados.
Para o rio Camboriú, foi possível verificar que a área influenciada pela
pluma de sedimento foi em todo o ambiente costeiro se estendendo até o
quilômetro 4,3 aproximadamente. Já no caso do rio Tijucas, a área influenciada
além da parte costeira foi de aproximadamente 12 km em direção ao oceano
aberto. No último rio, por se tratar de uma região com baixa profundidade não
ocorreu valores de vazão maiores que 60 m³/s, dessa forma dificultando a
percepção clara da pluma de sedimento chegando a essa região.
51
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