O uso de geotecnologias para mapeamento de ventos causadores de desastres naturais: associados a dinâmica fluvial em áreas de risco

http://dx.doi.org/10.5821/SIIU.9751 XIISIIU2020 O USO DE GEOTECNOLOGIAS PARA MAPEAMENTO DE VENTOS CAUSADORES DE DESASTRES NATURAIS Associados a dinâmica fluvial em áreas de risco THE USE OF GEOTECHNOLOGIES FOR MAPPING WINDS CAUSING NATURAL DISASTERS Associated with river dynamics in risk areas A. Cezar Clemente Pires Dos Santos & C. Alex Reis & D. Eduardo Giacobbo Garcia & E. Jeane Aparecida Rombi de Godoy Rosin UNIVAG - Centro Universitário, Brasil [email protected] [email protected] giacobbogarc[email protected] urbanista.jea[email protected] B. Manoel Lemes da Silva Neto PUC - Pontifícia Universidade Católica de Campinas, Brasil [email protected] RESUMO Eventos naturais são processos ou fenômenos potencialmente prejudiciais que ocorrem na biosfera, e podem causar sérios danos socioeconômicos nas comunidades expostas. O cenário urbano atual da Capital Matogrossense, Cuiabá, assim como na maioria dos municípios brasileiros, revela a forma desordenada de apropriação desse espaço urbano, tornando o mesmo susceptível a ações de eventos naturais, ocasionado prejuízos e prejudicando o cotidiano da população. Para isso o mapeamento de áreas de risco de inundação, enchentes e alagamentos utilizando sistema de informação geográfica (SIG) é um importante instrumento na prevenção, controle e gestão de eventos naturais. A aplicação da ferramenta permitiu a identificação de áreas com alto risco inundação, enchentes e alagamentos, mostrando que a técnica tem grande potencial para ser utilizada no planejamento urbano por meio do zoneamento destas áreas de risco. Palavras-chave: SIG, Planejamento urbano, Áreas de Risco, Inundação. Linha de Investigação: Cidade e Ambiente Tópico: Risco, vulnerabilidade e resiliência http://dx.doi.org/10.5821/SIIU.9751 XIISIIU2020 ABSTRACT Natural events are potentially harmful processes or phenomena that occur in the biosphere, and can cause serious socioeconomic damage to exposed communities. The current urban scenario in the capital of Mato Grosso, Cuiabá, as well as in most Brazilian municipalities, reveals the disordered form of appropriation of this urban space, making it susceptible to actions of natural events, causing losses and harming the daily lives of the population. For this, the mapping of areas at risk of flooding, flooding and flooding using a geographic information system (GIS) is an important tool in the prevention, control and management of natural events. The application of the tool allowed the identification of areas with high risk of flooding, flooding and flooding, showing that the technique has great potential to be used in urban planning through the zoning of these risk areas. Keywords: GIS, Urban Planning, Risk Areas, Flood. Research line: City and Environment Topic: Risk, vulnerability and resilience 1. Introdução O cenário urbano dos municípios brasileiros, em sua maioria, revela a forma desordenada de apropriação do espaço urbano, norteado pela ausência de planejamento. Esse desarranjo traz, como sequela, níveis abusivos de deterioração ambiental, tornando esse espaço urbano susceptível a ações de eventos naturais, gerando prejuízos e se tornando comum e evidente no cotidiano urbano (OLIVEIRA, 2004). Segundo o método de análise de McHarg (1968) os fenômenos naturais são processos interativos e dinâmicos, que podem ser avaliados por obedecerem a princípios físicos, além de oferecerem tanto oportunidade quanto restrições ao uso humano. A Estratégia Internacional das Nações Unidas para Redução de Desastres (UNISDR) conceitua que os eventos naturais são processos ou fenômenos de origem natural potencialmente prejudiciais que ocorrem na biosfera, podendo causar sérios danos socioeconômicos às comunidades expostas. Esses eventos podem estar associados a dinâmica atmosférica, podendo causar tempestades, vendavais, precipitação de granizo, estiagens e secas, ou associados a dinâmica fluvial, podendo causar enchentes, enxurradas e alagamentos (UNISDR, 2002). Tucci (1997) destaca que as enchentes em áreas urbanas ocorrem mediante o aumento da frequência das enchentes, devido ao uso e ocupação do solo, por meios construtivos de superfícies impermeáveis ou pela deficiência dos condutos de escoamentos. Já os alagamentos ocorrem, geralmente, em áreas planas ou com depressões em fundos de vale, devido ao comprometimento do escoamento superficial em direcionar a água para regiões com altitudes inferiores, seja pela insuficiência da drenagem do sistema pluvial, ou pelo perfil topográfico elevado da cota do rio. Diferente do alagamento as enxurradas ocorrem por meio do escoamento superficial de alta velocidade e energia, provocado por chuvas intensas e concentradas, normalmente em pequenas bacias de relevo acidentado, gerando danos materiais para população que ocupa geralmente as áreas consideradas de risco. Estas áreas são passíveis de serem atingidas por fenômenos ou processos naturais ou induzidos, causando efeito adverso às pessoas que ali habitam, à integridade física e perdas materiais e patrimoniais. Normalmente, no contexto das cidades brasileiras, as áreas de risco estão ocupadas http://dx.doi.org/10.5821/SIIU.9751 XIISIIU2020 espacialmente pelos núcleos habitacionais de baixa renda como assentamentos precários ou favelas, estando susceptíveis a ação destes fenômenos pelas características naturais e antrópicas. Desenvolvida pela Organização das Nações Unidas (ONU), a agenda 2030 recomenda que os governos locais devem adotar e implementar estratégias locais para redução de risco de desastres naturais (ODS BRASIL, 2017). Em 2017, o Brasil alcançou 33,8% da cobertura dos municípios que implementaram medidas de redução de riscos, tendo como destaques positivos o Distrito Federal, com cobertura de 100%, seguido pelo estado do Espírito Santo, com cobertura de 93,6%. Em relação aos destaques negativos, o estado do Piauí ocupa a última colocação, com cobertura de apenas 4%, e o e Rio Grande do Norte a penúltima, com 7,8%. Na região Centro-Oeste, o estado de Mato Grosso possui apenas 16,3% de cobertura, atrás do estado de Mato Grosso do Sul, onde a cobertura atinge 49,4% (ODS BRASIL - IBGE, 2017). Na perspectiva de identificação de áreas sujeitas a inundação, a cartografia das áreas de risco surge como ciência essencial, por propiciar a avaliação do risco utilizando de diversas fontes de dados. Para isso os Sistemas de Informações Geográfica (SIG) vêm ganhando muita importância, pois essa ferramenta garante introduzir, discutir, analisar e apresentar os dados cartográficos em formato 2D e 3D, gerando, assim, resultados de baixo custo para análise de desastres naturais, com diferentes níveis de desenvolvimento. (RAMÍREZ et al, 2005, p.260). Campana e Tucci (2001) abordam que um dos desafios de maior dificuldade enfrentados pelo poder público é prevenir quais são as consequências na população devido o processo de ocupação desordenada, visto que, na maioria das vezes, estas áreas não foram analisadas antes da ocorrência do processo de ocupação. Eles apontam que o mapeamento dessas áreas de risco antes da ocupação com o auxílio de geotecnologias tornase uma etapa inicial para as ações de mapeamento e prevenção de riscos de enchentes e alagamentos, tornando essa metodologia um fator de suma importância para garantir o bem-estar da população e evitar impactos e desastres. Nos dias atuais o gerenciamento e análise de risco com o auxílio do SIG, tendo sido muito utilizado pelos gestores de políticas públicas, pois a ferramenta demonstra maior agilidade e acurácia como se pode observar nos trabalhos de BARTELS (1998), FEDRA (1998) e PRUPPERS (1998). Os SIG’s possuem uma gama de atributos e funções capazes de realizar a integração dos dados e gerar cálculos cumulativos para mapeamento de risco (PRUPPERS, 1998; COZZANI, 2006). A maioria dos autores abordam para o mapeamento de áreas de risco apenas os parâmetros físicos, sem levar em consideração os parâmetros sociais. Para Wiersma et al. (2005), a interação de dados sociais é de suma importância para mapeamentos de áreas de risco, visto que muitas vezes estás áreas já estão ocupadas. O mesmo autor expressa que os métodos de integração dos dados de risco social são primordiais para realização destas análises, inclusive através da definição de áreas de cálculo como por exemplo a densidade urbana, segregação socioespacial e zoneamentos. Sccoti e Menezes (2014) apresentam que a utilização dos SIG’s pode auxiliar na identificação e definição das áreas de risco e de seu mapeamento, sendo estes alinhados com os avanços tecnológicos pela facilidade de acesso e gratuidade, pela disposição de bases de dados, os quais representam ferramentas indispensáveis e essenciais para mapeamentos e identificação das áreas com risco de alagamentos e enchentes. http://dx.doi.org/10.5821/SIIU.9751 XIISIIU2020 Neste sentido, o presente trabalho desenvolve uma proposta metodologia de mapeamento de áreas de risco relacionados a dinâmica fluvial, utilizando parâmetros físicos e antrópicos com auxílio de SIG, na área urbana do município de Cuiabá, MT. 2. Material e métodos 2.1. Área de estudo Cuiabá está situada na mesorregião centro-sul mato-grossense, especificamente, na microrregião Cuiabana, composta pelos municípios da Chapada dos Guimarães, Cuiabá, Nossa Senhora do Livramento, Santo Antônio do Leverger e Várzea Grande. A sede do município está situada junto às coordenadas geográficas 15°35‟56” de latitude sul e 56°06‟01” de longitude oeste (IPDU, 2009). A cidade faz limite à Norte com os municípios de Acorizal, Rosário Oeste e Chapada dos Guimarães, à Leste com o município de Chapada dos Guimarães, à Sul com o município de Santo Antônio do Leverger e à Oeste com os municípios de Várzea Grande e Acorizal. Conforme a legislação municipal vigente, Cuiabá e seus distritos têm uma área correspondente a 3.538,17 km², dos quais 254,57 km² correspondem à Macrozona Urbana (Lei nº 4.719/2004) e 3.283,60 km² correspondem à Área Rural (IPDU, 2010). Sua população estimada é de 612.547 habitantes, com densidade demográfica de 157,66 hab/km² e crescimento populacional de 2,77% ao ano. Seu perímetro urbano atual é de 254,57 Km2 e aproximadamente 540.814 habitantes residem 115 bairros conforme apresentado na figura 1 (IBGE, 2019). Relacionado aos recursos hídricos, Cuiabá está inserida na bacia hidrográfica do rio Paraguai, sendo margeada e abastecida pelo rio que originou seu nome, fazendo limite com o município de Várzea Grande. Seu clima é essencialmente tropical continental, apresentando dois períodos distintos, sendo eles chuvoso, com duração de oito meses, e seco, com duração de quatro. A cidade localiza-se na Depressão Cuiabana, com predominância de relevos de baixas amplitudes, com altitudes que variam de 146 a 250 metros no perímetro urbano. http://dx.doi.org/10.5821/SIIU.9751 XIISIIU2020 Fig. 1 Mapa do perímetro urbano do Município de Cuiabá com base na Lei Complementar n.º 150/2007. Fonte: Elaboração própria. 2.2. Procedimentos operacionais Para compor a base de dados e geração do modelo estrutural, utilizou-se a base de dados de relevo, altimetria, declividade, referente ao meio físico disponíveis gratuitamente no site do Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE - TOPODATA). Já os dados pedológicos foram adquiridos por meio da base cartográfica do Serviço Geológico do Brasil – CPRM Folha SD.21, que representa Cuiabá na escala 1:1.000.000 em formato shapefile. Todas as classes dos parâmetros físicos analisados foram classificadas com base nos estudos de Magalhães et al. (2011), EMBRAPA (1979) e Ross (1994) conforme apresentado na tabela 1. Classes de altitude (m) Magalhães et al. 2011 Classes Declividade (%) EMBRAPA 1979 Classes Pedológicas Ross 1994 Grau de fragilidade Peso 150 –180 0 – 2,5 Neossolos com cascalho Muito elevada 5 180 – 210 2,5 – 5 Plintossolo com cascalho Elevada 4 210 – 240 5 – 7,5 Latossolo Vermelho amarelo, Nitossolos, Aluvissolos, neossolos textura média/argilosa. Moderada 3 http://dx.doi.org/10.5821/SIIU.9751 XIISIIU2020 240 – 270 7,5 – 15 Latossolo Amarelo e Vermelho amarelo, textura média/argilosa Baixa 2 > 270 >15 Latossolo Roxo, Latossolo Vermelho escuro e Vermelho amarelo, textura argilosa. Muito baixa 1 Tabela 1. Grau de fragilidade e pesos atribuídos aos parâmetros físicos por classes. Fonte: Elaboração própria Também foram utilizados arquivos no formato matricial dos modelos de curvatura vertical e horizontal do terreno disponíveis no site do projeto TOPODATA (http://www.webmapit.com.br/inpe/topodata/). Para interpretação dos modelos de curvatura do terreno de maneira equivalente, foi utilizada a combinação dos dois arquivos distintos através do somatório dos mesmos utilizando a ferramenta Raster Calculator do QGIS 2.18. O produto gerado pelo somatório dos dois modelos representa a caracterização das formas de terreno associadas diretamente às propriedades hidrológicas e de transporte de sólidos com base nos estudos de Evans (1972). Foram atribuídos pesos a cada forma do terreno e dinâmica hidrológica: aproximando-se de cinco, representando a forma côncavo-convergente, haverá a máxima concentração e acúmulo do escoamento; aproximando-se de um, pela forma convexa-divergente, haverá a máxima dispersão do escoamento para as outras formas de terreno conforme apresentado na tabela 2. Curvatura do terreno Grau de fragilidade Peso Côncavo convergente Muito baixa 5 Côncavo planar Alta 4.5 Côncavo divergente 4 Retilíneo convergente Média 3.5 Retilíneo planar 3 Retilíneo convergente Baixa 2.5 Convexo convergente 2 Convexo planar Muito baixa 1.5 Convexo divergente Nula 1 Tabela 2. Grau de fragilidade e pesos atribuídos aos parâmetros físicos de curvatura do terreno. Fonte: Elaboração própria Já os dados referentes a densidade urbana e segregação espacial foram adquiridos por meio da base digital dos setores censitários do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), que fornece variáveis socioespaciais referente ao censo de 2010. A densidade populacional foi calculada pela quantidade de habitantes por hectares nas áreas de ponderação dos dados censitários conforme apresentado na tabela 3, já a variável para mensurar a desigualdade socioespacial foi o número de pessoas responsáveis com rendimento nominal de mais de ½ até 1 salário mínimo, com base no estudo desenvolvido por Vieira et al (2018), conforme apresentado na tabela 3. http://dx.doi.org/10.5821/SIIU.9751 XIISIIU2020 Densidade populacional (habitante/ha) Grau de vulnerabilidade Peso Renda (Número de pessoas responsáveis) Classes Classes Acima de 88 Muito alta 5 > a 101 47 a 88 Alta 4 100 a 51 26 a 47 Médio Alta 3 50 a 21 12 a 26 Médio baixo 2 20 a 11 0 a 12 Baixa 1 10 a 0 Tabela 3. Grau de fragilidade e pesos atribuídos aos parâmetros sociais. Fonte: Elaboração própria Desenvolvido por Saaty (1977), o método de Análise Hierárquica (AHP) consiste em construir uma escala de importância entre os elementos analisados visando, posteriormente, inseri-los em uma matriz de relacionamento que possibilita uma comparação pareada e a análise hierárquica da importância entre os mesmos (MAGALHÃES et al., 2011). Para o mapeamento da suscetibilidade de inundação e alagamentos, foi utilizado o método AHP considerando-se os condicionantes de hipsometria, declividade, formas de curvatura do terreno, pedologia, densidade urbana e segregação socioespacial. Para cada elemento do meio físico e socioeconômico foram estabelecidos valores em escala de importância para geração de uma matriz de comparação e decisão seguindo a seguinte hierarquia: igual importância (peso 1); importância moderada de um sobre o outro fator (peso 3); essencial ou forte importância (peso 5); importância muito forte (peso 7); e importância extrema (peso 9) (Tabela 4). Fatores Hipsometria Declividade Curvatura Litologia Densidade populacional Desigualdade socioespacial Hipsometria 1 0,33 0,2 0,11 0,11 0,11 Declividade 0,33 1 1 5 9 5 Curvatura 5 1 1 5 9 3 Litologia 3 5 5 1 0,11 0,11 Densidade populacional 0,11 0,2 0,11 0,2 1 5 Desigualdade socioespacial 9 7 5 5 3 1 Somatória 21.44 17.53 17.31 19.31 31.22 21.22 Tabela 4. Matriz de comparação pareada utilizada no estudo. Fonte: Elaboração própria. Posteriormente, confeccionou-se uma nova matriz (decisão), onde o peso WI de cada fator foi calculado pela média de cada linha (Tabela 5). http://dx.doi.org/10.5821/SIIU.9751 XIISIIU2020 Fatores Hipsometria Declividade Curvatura Litologia Densidade populacional Desigualdade socioespacial Peso WI Hipsometria 0,050 0,019 0,012 0,007 0,004 0,005 0,101 Declividade 0,149 0,057 0,289 0,155 0,096 0,236 4,333 Curvatura 0,348 0,171 0,058 0,259 0,096 0,141 4,714 Pedologia 0,149 0,171 0,012 0,052 0,011 0,016 2,060 Densidade populacional 0,007 0,011 0,012 0,010 0,032 0,236 1,660 Desigualdade socioespacial 0,149 0,285 0,173 0,155 0,160 0,047 4,333 Tabela 5. Matriz de decisão utilizada no estudo. Fonte: Elaboração própria. Após a extração dos pesos de cada parâmetro a ser analisado foi utilizada a Equação 1, para representar em níveis hierárquicos das áreas suscetíveis à inundação alagamentos. Desta forma, multiplicou-se os pesos estatísticos encontrados pelo seu respectivo fator (tabela 5), utilizando a ferramenta Raster Calculator do QGIS 2.18. Equação 1 R = P1* Hipsometria + P2*Declividade + P3*Curvatura + P4* Pedologia + P5*Densidade populacional + P6*Segregação socioespacial Onde: R = Risco de inundação e alagamentos; WiP1 (0,101) WiP2 (4.333) WiP3 (4.714) WiP4 (2.060) WiP5 (1.660) WiP6 (4.333) = Pesos estatísticos determinados para os fatores. Feitas as ponderações das variáveis, as mesmas foram hierarquizadas de acordo com o grau de suscetibilidade à inundação e alagamentos, em faixas de suscetibilidade variando entre os valores máximo e mínimo dos pesos encontrados pelo modelo gerado na Equação 1. Assim sendo, foram adotadas cinco faixas de suscetibilidade (muito baixa, baixa, média, alta e muito alta) com base em Ouma e Tateish (2014) especializadas em mapas digitais. 3. Resultados e discussão Associada a dinâmica dos eventos de origem fluvial, a declividade está relacionada à velocidade do escoamento superficial e ao tempo de concentração que a água ficará na região. O aumento da fragilidade está relacionado à ocorrência de cheias e alagamentos em áreas com declividades entre 2,5 a 5%, e que são classificadas como de relevo plano (fig. 2). Em contrapartida, as áreas com relevo superior a 15% de inclinação (fig. 2), as de relevo ondulado, podem desencadear o carreamento de sedimentos e o transporte de alta velocidade da água proveniente dos eventos de origem fluvial para as regiões de relevo plano. Com relação à declividade no perímetro urbano de Cuiabá (fig. 2), a classe de declividade que obteve a maior distribuição espacial foi a de relevo ondulado (7,5 a 15%), representando 42,15% da área total, seguido pela http://dx.doi.org/10.5821/SIIU.9751 XIISIIU2020 classe de declividade de 5 a 7,5%, correspondendo ao relevo suavemente ondulado de acordo com a EMBRAPA (1979). A hipsometria do perímetro urbano de Cuiabá variou entre 180 m (AltMin) a 270 m (AltMax) em relação ao nível do mar, sendo representado por 38,41% de altitudes variando entre 210 a 240 metros (fig. 3), seguido por 38,21% de altitudes entre 180 a 210 metros (fig. 3). Associados aos eventos de origem fluvial, as áreas com altitudes entre 180 a 210 metros são consideradas de fragilidade elevada devido a dinâmica de deslocamento da água que tende a escoar das áreas coma altitudes elevadas para as áreas com menores altitudes, isto é, as áreas de fundo de vale. Fig. 2. Mapa de declividade do perímetro urbano de Cuiabá. Fonte: Elaboração própria. http://dx.doi.org/10.5821/SIIU.9751 XIISIIU2020 4. Conclusão Os fatores que apresentaram maior influência na suscetibilidade à inundação e alagamentos foram a curvatura do terreno, a declividade e o solo. Eles diminuem de forma significativa a taxa de infiltração da água no solo o que, por consequência, aumenta o escoamento superficial e o tempo de duração do evento. O mapeamento de risco possibilitou quantificar e verificar que a população inserida nas zonas de interesse social e de proteção ambiental estão vulneráveis a esses eventos, principalmente por estarem dispostas nas margens dos cursos d’água ou em fundos de vale. A metodologia empregada utilizando SIG mostrou-se eficaz para o planejamento urbano, no intuito de tentar prever ou mapear a evolução de um fenômeno através de medias não estruturais como o zoneamento das áreas de risco de inundação e alagamentos, que pode ser entendido como um conjunto de regras para determinar a ocupação da área suscetível ou de risco de inundação. Um zoneamento possível de ser extraído a partir dos níveis de risco pode subsidiar os planos diretores municipais à medida em que identifica zonas de risco que não devem ser ocupadas assim como fundamenta a elaboração de programas de macrodrenagem. No caso das áreas já ocupadas, um zoneamento com esta natureza poderá contribuir com a defesa civil dos municípios no que concerne a elaboração de um plano de transferência da população e/ou convivência com os eventos mais frequentes. 5. BIBLIOGRAFIA ARAÚJO, E. P. (2006). Aplicação de dados SRTM à modelagem da erosão em microbacias por geoprocessamento. 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