11. Sammenlikning av nøkkeltall
11.1 Quantitative Impact Studies – QIS
A análise dos dados de vento consistiu em:
a) estimar a direção com maior frequência de ocorrência; e
b) estimar a intensidade do vento com uma frequência de ocorrência que fora igualada ou superada em 75% do tempo da série histórica de dados considerada.
Não foi considerada a velocidade máxima do vento, partindo da hipótese que são mais representativas as ondas produzidas por ventos com intensidades com maior frequência de ocorrência do que as produzidas por ventos máximos, que poderiam não ser muito frequentes. A probabilidade de ocorrência considerada foi a frequência observada.
Para estimar a direção com maior frequência de ocorrência da série histórica de dados considerada, foram realizadas duas análises. A primeira análise consistiu em calcular as médias mensais da direção predominante do vento diário de toda a série de dados, agrupando os valores médios dos meses iguais e tirando a média destes valores (média de longo termo); para depois calcular a média trimestral, a fim de analisar o comportamento sazonal. A segunda análise tratou-se em calcular a média para cada uma das direções, através dos valores médios mensais de toda a série de dados, com o propósito de avaliar a distribuição percentual de ocorrência do vento de toda a campanha de medição.
Para estimar a intensidade do vento com uma frequência de ocorrência igualada ou superada em 75% do tempo, foram arranjados os dados das intensidades médias diárias de cada uma das direções em distribuições de frequência, e foram elaborados histogramas e curvas de permanência para cada uma das direções. Estas curvas representam no eixo X a frequência de excedência em (%) e no eixo Y a velocidade ou intensidade do vento em (m/s). Assim, destas curvas foram extraídos os valores das intensidades do vento que são igualados ou superados em 75% do tempo. Ou seja, estes valores representam uma intensidade do vento que acontece pelo menos em três quartos de tempo da série de dados considerada.
Com os valores das intensidades do vento em cada uma das direções, se procedeu em fazer as correções destas devido aos efeitos de elevação, localização, estabilidade térmica, velocidade média e coeficiente de arraste.
Na correção das intensidades do vento devido à elevação, a bibliografia diz que se os ventos são medidos a uma elevação diferente de 10m, as velocidades devem ser ajustadas para a altura de medição padrão. Como neste caso os valores de velocidade do vento foram medidos a uma elevação de 6m, de acordo com as características da estação meteorológica, se procedeu ao desenvolvimento da equação (1).
𝑈 = 𝑈𝑧
⁄
(1)
Onde:
𝑧 =
𝑈 = É a intensidade do vento igualada ou superada em 75% do tempo de cada uma
das direções (m/s).
Através do procedimento anterior foi obtida a correção das intensidades devido à elevação para cada uma das direções do vento.
Na correção das intensidades do vento devido à localização, é considerada a localização do equipamento de medição. Se ele for localizado próximo à costa, os ventos que sopram da água em direção a terra não necessitam de ajuste, ou seja, adota-se RL= 1. Como a
estação meteorológica se encontra aproximadamente 3 km a jusante da barragem do lago, todas as direções sofrem correção. Assim, de acordo com o diagrama da Figura 1 da pagina 19, foram estimados os coeficientes RL, que posteriormente foram multiplicados pelas
intensidades do vento anteriormente calculadas, conseguindo assim a correção devido à localização.
Com relação à correção de estabilidade térmica, como não se dispõe de dados para esta estimativa, se considerou a recomendação do método para este caso e se adotou RT = 1,1.
Portanto a correção devido à estabilidade térmica resultou em multiplicar o coeficiente de correção RT = 1,1 pelos valores das intensidades de cada uma das direções previamente
calculadas.
A correção por velocidade média no tempo não se fez necessária, já que os dados de vento considerados são os valores médios e não os máximos. Portanto, o coeficiente RU possui
valor unitário.
Já para a correção do coeficiente de arraste foi desenvolvida a equação (5), onde U é a intensidade do vento igualada ou superada em 75% do tempo de cada uma das direções (m/s).
Por último, para achar a intensidade do vento corrigida em cada uma das direções, foi calculada a média entre as cinco correções estimadas. É oportuno salientar que estes valores corrigidos foram os utilizados para a geração dos mapas de altura de ondas no lago de Ilha Solteira.
5.2.2 Mapa de Declividade
Na elaboração do mapa de declividade das margens do reservatório de Ilha Solteira, a variável condicionante foi o tamanho da grade das imagens fornecidas pelo banco de dados geomorfométricos do Brasil, uma vez que ela apresenta um tamanho de aproximadamente 30 m. Mesmo assim, levando em consideração o tamanho da área de estudo e o fato de ser a primeira experiência conhecida no tema, o mapa é elaborado e considerado válido para levar a cabo o desenvolvimento do trabalho.
Deste modo, trabalhou-se com uma faixa de imagem de 1 km de largura ao redor do reservatório, na procura de se poder visualizar o intervalo de valores da declividade nas margens do reservatório e garantir bons resultados no momento da álgebra de mapas.
Assim, foram visualizadas as imagens junto com o arquivo do contorno do lago na tela do ArcGis. Com ajuda das ferramentas de geoprocessamento, foram cortadas as imagens com uma largura de 1 km ao redor do reservatório (Figura 15).
Pela condição estabelecida anteriormente, os mapas de cobertura do solo, tipo de solo e de altura de ondas também foram elaborados considerando uma faixa de 1 km de largura ao redor do reservatório, garantindo, assim, a ausência de falhas relacionadas com a superposição das cartas no momento da álgebra de mapas.
Figura 15 - Faixa das imagens com 1 km de largura ao redor do reservatório para elaboração do mapa de declividade
Fonte: Elaboração do próprio autor
De acordo com as imagens fornecidas, os valores de declividade variam entre 0% e 59%.
Para classificar a declividade segundo à sua influência no processo erosivo, foi utilizada a classificação proposta por (Zuquette, 1987), por ser uma metodologia amplamente utilizada para o estudo do relevo do terreno. Esta discretiza a declividade em classes: baixa suscetibilidade para declividades menores do que 5%; média suscetibilidade para valores de declividades entre 5 e 10%; e alta suscetibilidade para declividades maiores do que 10%.
Desta forma, foram arranjados os valores da declividade utilizando como ferramenta o Arcgis. Para cada tipo de suscetibilidade foi atribuído o índice respectivo necessário à álgebra de mapas.
Deste modo, foi definido o valor de 1,0 para baixa; 2,0 para média e 3,0 para alta suscetibilidade.
Assim foi elaborado o mapa de declividade segundo sua influência no processo erosivo nas margens do reservatório de Ilha Solteira (ver capítulo de resultados).
5.2.3 Mapa de Cobertura do Solo
Como mencionado na obtenção dos dados, a condição determinante para a escolha da imagem necessária para a elaboração do mapa de cobertura do solo, foi o nível de detalhe oferecido pelas imagens utilizadas para a elaboração do mapa de declividade das margens. Não é nenhuma vantagem utilizar uma imagem com melhor resolução, uma vez que o
resultado da álgebra de mapas estará governado pelo mapa da declividade, que apresenta um tamanho da grade de (~30m).
Portanto foi escolhida a imagem fornecida pelo satélite Landsat-5, com as bandas 3, 4 e 5 que oferecem uma resolução de tamanho de pixel de 30 metros. Estas bandas são recomendadas segundo o INPE (2004), para a classificação de imagens quando é preciso a identificação de tipos de vegetação, corpos de água e área urbana.
Após a identificação da imagem com as bandas correspondentes foi realizada a composição delas com ajuda do Arcgis. Elas foram organizadas na ordem 5, 4 e 3 para obter uma melhor assinatura espectral das cores, e assim identificar melhor o tipo de cobertura do solo.
Com a nova imagem, resultado da composição das bandas, foi realizada a classificação supervisionada com ajuda do Arcgis. De acordo com uma revisão preliminar realizada na imagem, foram consideradas cinco classes para a classificação da cobertura do solo das margens do reservatório. Portanto, foram definidas as classes de vegetação rasteira, vegetação arbórea, solo exposto, área construída e água.
A vegetação rasteira foi considerada para identificar os cultivos de baixo porte como pastagens e aqueles na etapa inicial de crescimento. A vegetação arbórea foi definida para distinguir tipos de vegetação com porte maior como a vegetação arbustiva, vegetação de formações florestais e as espécies frutíferas. A classe de solo exposto foi considerada para identificar áreas sem nenhum tipo de cobertura. A classe de área construída foi definida para distinguir as construções nas margens do reservatório. E por último a classe água, para diferenciar no processo de classificação supervisionada, o reservatório de Ilha Solteira e os demais corpos de água de pequeno porte, das outras classes.
No processo de classificação supervisionada se observou uma similaridade na assinatura espectral entre as classes área construída e solo exposto. Uma explicação para este fato seria que na maior parte dos casos, os telhados destas áreas foram construídos com telhas de argila, apresentando uma cor similar ao solo exposto. Por tal motivo, na reclassificação das classes, se decidiu unir a classe área construída à classe solo exposto, considerando que a área construída nas margens do reservatório não é muito representativa na área de estudo.
As 5 classes anteriormente definidas passaram a ser 4 classes que definem a cobertura do solo das margens do reservatório de Ilha Solteira.
Salienta-se mencionar que a classe água não foi considerada como tipo de cobertura do solo na influência do processo erosivo, uma vez que ela é considerada no mapa de ondas geradas pelo vento.
Portanto, foram consideradas as classes vegetação rasteira, vegetação arbórea e solo exposto segundo sua influência no processo erosivo.
O critério utilizado foi a resposta que poderia resultar do tipo de cobertura, ao embate das ondas geradas pelo vento nas margens do reservatório. Deste modo foi assumido para baixa suscetibilidade quando há presença de vegetação arbórea, por haver uma melhor aderência do solo nas raízes das árvores presentes nas margens; média suscetibilidade à vegetação rasteira, considerando que este tipo de vegetação em alguns casos apresentam pouca profundidade radicular oferecendo poça aderência do solo nas raízes e alta suscetibilidade para solo exposto, por não apresentar nenhum tipo de suporte ao solo.
Deste modo, foi atribuído para cada tipo de suscetibilidade o índice respectivo necessário na álgebra de mapas, pelo qual foi definido o valor de 1,0 para baixa; 2,0 para média e 3,0 para alta suscetibilidade.
Por último foi cortada a imagem previamente classificada com uma largura de 1 km ao redor do reservatório, como foi definido na elaboração do mapa de declividade das margens.
Desta forma foi elaborado o mapa de cobertura do solo segundo sua influência no processo erosivo nas margens do reservatório de Ilha Solteira (ver capítulo de resultados).
É importante assinalar que a imagem aqui utilizada para a classificação da cobertura do solo, apesar de oferecer boas condições para a elaboração do mapa, apresenta uma limitação no canto inferior esquerdo do reservatório, como se pode notar na Figura 16.
Os círculos pretos na figura assinalam a término da imagem, que deixa de cobrir uma pequena parte do reservatório, gerando no processo de classificação uma definição errada da classe solo exposto, representada pela cor vermelha, devido à similaridade da assinatura espectral. Esta condição foi considerada nos resultados da álgebra de mapas e é mencionado no capitulo de resultados obtidos e discussões.
Figura 16 - Imagem landsat-5 do reservatório de Ilha Solteira
Fonte: Elaboração do próprio autor
5.2.4 Mapa de Tipos de Solos
O mapa das classes de solos das margens do reservatório de Ilha Solteira foi elaborado com base nas informações fornecidas por cada um dos mapas mencionados na obtenção dos dados.
Para extrair as informações necessárias de cada mapa, primeiramente foram importados ao Arcgis, os atributos e polígonos que representam as classes de solos do mapa pedológico do Estado de São Paulo.
Com a informação de solos da parte do Estado de São Paulo, se procedeu a georreferenciar e escalar no AutoCAD as imagens em formato (.pdf) dos mapas de solos de Mato Grosso do Sul e do Brasil.
Deste modo, pôde ser digitalizadas as classes de solos próximos às margens do reservatório, como é mostrado na Figura 17. Por último, estes arquivos foram importados ao Arcgis.
Figura 17 - Processo de digitalização de polígonos – solos no estado de Mato Grosso do Sul, reservatório de Ilha Solteira.
Fonte: Elaboração do próprio autor
Com os tipos de solos em formato (.shp) de toda a margem do reservatório de Ilha Solteira, definiu-se, de acordo com o determinado por Ross (1990), as classes de suscetibilidade à erosão e seus índices. Para isso foi elaborada a Tabela 2 que apresenta os tipos de solos encontrados e a classe de suscetibilidade a que pertencem.
Tabela 2 - Tipos de solos e sua suscetibilidade presentes nas margens do reservatório de Ilha Solteira.
Suscetibilidade /
Índice Tipos de solos
Nomenclatura dos solos para
(SP)
Nomenclatura dos solos para
(MS-MG)
Baixa / 1,0
Latossolos (Roxo, Vermelho escuro, Vermelho Amarelo Argiloso);
Latossolo Amarelo e Vermelho amarelo textura média/argilosa
PV1, PV2,
LV4, LV6 LE
Média / 2,0 Terra Roxa, Terra Bruna, Latossolos e Podzólicos de textura média/argilosa
LV39 LV 45
Alta / 3,0
Podzólicos de textura média/arenosa, Cambissolos; Podzolizados com cascalho, Litólicos e Areias Quartzosas.
PVA10,
PVA105 PV
Logo, para manter o definido na elaboração do mapa de declividade das margens, foi cortada a imagem dos solos com uma largura de 1 km ao redor do reservatório, como é apresentado na Figura 18.
Figura 18 - Mapa de solos das margens do reservatório de Ilha Solteira – SP.
Fonte: Elaboração do próprio autor
Por último, com a informação anterior, foi elaborado o mapa de suscetibilidade dos solos segundo sua influência no processo erosivo nas margens do reservatório de Ilha Solteira (ver capítulo de resultados).
5.2.5 Mapa de Pistas de Ventos
Como mencionado no capítulo da revisão bibliográfica, os mapas de pista de vento são elaborados a partir da direção do vento e do contorno do corpo de água.
No desenvolvimento deste trabalho foi utilizado o software OndisaCAD para a elaboração dos mapas de pistas de ventos. Para isso foi fornecido ao software o arquivo do contorno do reservatório em formato (.dwg), como também foi definido nele um tamanho de malha de 100 m, procurando um equilíbrio nos resultados esperados e no tempo de processamento.
O software foi executado para cada uma das oito principais direções do vento, obtendo para cada direção seu respectivo mapa de pistas de ventos. A Figura 19 apresenta o resultado da geração do mapa de pistas de vento do lago de Ilha Solteira na direção NE.
Figura 19 - Mapa de pistas de vento – Lago de Ilha Solteira direção NE
Fonte: Elaboração do próprio autor
5.2.6 Mapa de Altura de Ondas
Para a elaboração dos mapas de altura de ondas no reservatório de Ilha Solteira foi utilizado o software OndisaCAD. Para sua execução foi preciso a definição do método a ser utilizado para o cálculo das alturas de ondas. Foi escolhido o método JONSWAP para vento constante, por ter sido o utilizado por Lima (2003), Marques (2005) e Morais (2009) em seus respectivos estudos de estimativa de altura de ondas, obtendo resultados confiáveis nas suas pesquisas.
Após a definição do método foi preciso fornecer ao software os arquivos de comprimentos de pistas para cada direção com suas intensidades do vento.
Deste modo, foram elaborados os oito mapas de altura de ondas geradas pelo vento no reservatório de Ilha Solteira. A Figura 20 apresenta o resultado da geração do mapa de altura de onda do lago de Ilha Solteira na direção NE.
Figura 20 - Mapa de altura de onda – Lago de Ilha Solteira direção NE
Fonte: Elaboração do próprio autor
Dos resultados das alturas de ondas para as direções consideradas do vento, se apresentam valores de até 20 cm nas direções E, NE e N. Para as outras cinco direções se apresentam valores de altura de ondas até os 15 centímetros.
Para classificar as alturas de ondas segundo sua influência no processo erosivo, foram definidos três intervalos de alturas de ondas, considerando os valores encontrados. Portanto, para alturas de onda menores ou iguais a 5 cm, foi definida a suscetibilidade baixa; para valores maiores a 5 e menores ou iguais a 10 cm, foi definida a suscetibilidade média; e para os valores de altura de ondas maiores a 10 cm, foram enquadrados em suscetibilidade alta.
Para continuar com a mecânica dos mapas anteriores, a cada tipo de suscetibilidade foi atribuído o índice respectivo necessário na álgebra de mapas. Deste modo foi definido o valor de 1,0 para baixa; 2,0 para média e 3,0 para alta suscetibilidade.
Tal como é conhecido, a geração das ondas se dão no interior do corpo de água até chegar à margem. Portanto, para garantir a realização da álgebra de mapas, foi necessário deslocar o resultado das alturas de ondas nas margens do reservatório até 1 km fora do lago, para garantir a correta superposição de todos os mapas.
Deste modo foram elaborados os mapas de altura de ondas nas margens do reservatório de Ilha Solteira (ver capítulo de resultados).
5.2.7 Mapas de Fragilidade à Erosão das Margens
Para a elaboração dos mapas foi utilizado o software Arcgis como ferramenta de análise. Com ele foi realizada a álgebra entre os mapas de declividade, tipo de solos, altura de ondas geradas pelo vento, e cobertura do solo das margens do reservatório.
Como foram elaborados oito mapas de altura de ondas (um para cada direção do vento), foram realizadas oito operações, uma para cada direção do vento, obtendo oito mapas de fragilidade à erosão. A Figura 21 explica o definido anteriormente.
Figura 21 - Esquema da álgebra de mapas – fragilidade à erosão das margens reservatório de Ilha Solteira
Fonte: Elaboração do próprio autor
A definição dos intervalos e seus limites, necessários para discretizar a fragilidade à erosão das margens do reservatório em alta, média e baixa. Foi realizada como se explica a continuação:
a) para o desenvolvimento do trabalho foram consideradas 4 variáveis, representadas em tipo de solo, cobertura de solo, declividade da margem e altura de onda. Cada uma valorada segundo seu grau de suscetibilidade no processo erosivo, em baixa com índice 1,0; média com índice 2,0 e alta com índice 3,0;
b) pelo definido anteriormente e considerando as combinações, o valor mínimo alcançado é 4,0 e o maior é 12,0. Portanto a série de números esta composta assim: 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 e 12;
c) como são três tipos de fragilidade, a série de números foi dividida por 3, ficando os intervalos como se mostra na Tabela 3.
• Mapa de declividade • Mapa de cobertura
vegetal
• Mapa de tipo de solos
Mapa altura de onda - NE Mapa altura de onda - E
Mapa altura de onda - NO Mapa altura de onda - N
Mapa altura de onda - SO Mapa altura de onda - O
Mapa altura de onda - SE Mapa altura de onda - S
Mapa fragilidade à erosão - E Mapa fragilidade à erosão - NE
Mapa fragilidade à erosão - N
Mapa fragilidade à erosão - NO
Mapa fragilidade à erosão - O
Mapa fragilidade à erosão - SO
Mapa fragilidade à erosão - S
Tabela 3 - Intervalos de valores de suscetibilidade para cada tipo de fragilidade Tipo de fragilidade Intervalos de valores
Baixa 4 ≤ X ≤ 6
Media 6 < X ≤ 9
Alta 9 < X ≤ 12
Fonte: Elaboração do próprio autor
Deste modo foram elaborados os mapas de fragilidade à erosão das margens do reservatório de Ilha Solteira (ver capítulo de resultados).
Por último, por ser esta a primeira analise relacionada ao tema de pesquisa, na álgebra de mapas foram considerados pesos iguais para cada mapa devido ao desconhecimento do grau de influência de cada variável no processo erosivo.