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MAPEAMENTO DE FORMAS DE VERTENTES COM USO DE

MODELAGEM DIGITAL DE TERRENO NA SERRA DO

IBITIRAQUIRE, ESTADO DO PARANÁ

Victor Pierobom de Almeida (a), Willian Bortolini (b) Ricardo Michael Pinheiro Silveira(c)

Claudinei Taborda da Silveira (d)

(a) Departamento de Geografia, Universidade Federal do Paraná, pierobomvictor@gmail.com

(b) PPG Geografia, Universidade Federal do Paraná, willianbortolini@gmail.com

(c) PPG Geografia, Universidade Federal do Paraná, ricardomichaelps@gmail.com

(a) Departamento de Geografia, Universidade Federal do Paraná, claudineits@ufpr.br

Eixo: Geotecnologias e modelagem aplicada aos estudos ambientais

Resumo

No âmbito da análise digital do relevo foram desenvolvidos diversos métodos, automatizados ou semi

automatizados, para o mapeamento de formas e processos do relevo, como morfografia ou

morfodinâmica. Neste contexto, esse trabalho objetivou desenvolver uma proposta metodológica para o

mapeamento semi automatizado de formas de vertente, na escala 1:50.000, com o uso de atributos

topográficos derivados de Modelos Digitais de Terreno. Para isto, foram gerados os atributos topográficos

Perfil de Curvatura (Curvatura Horizontal) e Plano de Curvatura (Curvatura Vertical), que foram

discretizados em três classes e posteriormente combinados, resultando em nove classes de formas de

vertentes descritas por aspectos de perfil e plano de curvatura. A validação do produto final foi realizada a

partir de pontos de controle em campo, demonstrando a fidedignidade dos resultados comparado à

realidade de campo. Deste modo, o produto final demonstrou potencial de emprego em futuros trabalhos

de mapeamento de formas de vertente.

Palavras chave: Geomorfometria; Morfografia; Serra do Mar Paranaense; Mapeamento Geomorfológico.

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1. Introdução

A modelagem digital de terreno ganhou destaque nas geociências a partir da década de

1970, sobretudo a partir do avanço na capacidade de processamento dos computadores, que

permitiu a profusão dos modelos digitais de terreno (MDT). Desde então, os MDTs passaram

a ser utilizados na modelagem e mapeamento do relevo, devido à riqueza de mensurações e

objetos que podem ser derivados pela análise númerica dos dados de elevação (HENGL e

MACMILLAN, 2009). Eles fornecem a possibilidade de cálculo de uma série de parâmetros

derivados, tais como declividade, curvaturas da superfície, amplitude altimétrica e demais

atributos de cálculo local ou regional a partir dos valores de elevação (WILSON e

GALLANT, 2000; ZHOU, 2008; HENGL E REUTER, 2009).

Essa análise quantitativa do relevo terrestre é definida como Geomorfometria (PIKE,

2000) e pode ser dividida em duas: geomorfometria geral e geomorfometria específica. A

geral se caracteriza pela extração de medidas do relevo e a específica pela identificação de

objetos (EVANS, 1972), tendo a segunda diversas aplicações em trabalhos de mapeamento

geomorfológico, análises de processos morfodinâmicos e identificação de formas do relevo

(EVANS, 1972. EVANS E MINAR, 2011. SILVEIRA e SILVEIRA, 2016).

Dentre as publicações de destaque que se debruçaram especificamente na modelagem

de formas de vertente, evidencia-se o trabalho de Dikau (1989), no qual o autor descreveu 9

formas teóricas de vertente, considerando a combinação de perfil e plano de curvatura. A

partir disso, desenvolveu uma metodologia de identificação de formas de vertente, que pode

ser aplicada em análises digitais do relevo. Destaca-se, também, a publicação de Wood

(1996), que propôs a classificação de seis feições elementares de relevo (picos, cumes,

depressões, canais, desfiladeiros e planos), mensuradas a partir de uma janela móvel 3 x 3

pixels, evidenciando a capacidade da identificação de segmentos e formas de vertente.

Posteriormente, Dragut e Blaschke (2006) apresentaram uma outra proposta para o

mapeamento de vertentes, que se vale de uma generalização da concepção do Dikau (1989) e

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o implemento e combinação de outros dois atributos morfométricos: variação de altitude e

declividade.

A partir desse contexto, esse trabalho propõe o desenvolvimento de um método

semiautomatizado para o mapeamento de formas de vertente, considerando o emprego de

variáveis morfométricas extraídas de um MDT, para a área das cartas topográficas SG-22-X-

D-II-3 (Morretes) e SG-22-X-D-II-1(Capivari), do Instituto Brasileiro de Geografia e

Estatística (IBGE) , de escala 1:50.000, que compreendem a Serra do Ibitiraquire, na porção

leste do estado do Paraná.

A área do estudo é caracterizada pela variedade de formas de relevo, englobando três

unidades morfoesculturais geomorfologicamente distintas (figura 1): Primeiro Planalto

Paranaense, com relevos dissecados do Planalto de Tunas do Paraná, os blocos soerguidos do

Primeiro Planalto e os relevos menos dissecados do Planalto de Curitiba; Serra do Mar

Paranaense; e a Planície Litorânea (SANTOS et al. 2006).

Figura 1 – Localização e contexto geomorfológico da área de estudo

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2. Materiais e métodos

A interpolação do Modelo Digital de Terreno (MDT) foi feita a partir de arquivos

vetoriais de curvas de nível, pontos cotados e hidrografia, extraídos de cartas topográficas na

escala 1:25.000, desenvolvidas pelo DSG através do Programa de Proteção da Floresta

Atlântica (PRÓ-ATLÂNTICA). O algoritmo usado para a interpolação foi o Topogrid

(HUTCHISON, 1989). A definição da resolução espacial, condizente ao tamanho do pixel, foi

feita tendo por base a proposta de Hengl (2006), que leva em conta a densidade das curvas de

nível em relação a área de estudo. O tamanho do pixel do MDT foi definido em 20 metros.

Após a interpolação do MDT foram calculados dois atributos topográficos: o perfil

de curvatura (também conceituado na literatura como curvatura horizontal ou curvatura

longitudinal) e o plano de curvatura (curvatura vertical). O perfil de curvatura é calculado

considerando uma linha paralela a encosta e o plano de curvatura é calculado considerando

uma linha perpendicular a vertente, conforme exemplificado na Figura 1.

Figura 1 – Perfil e Plano de Curvatura

Fonte: Adaptado de ESRI (2019).

O cálculo do plano e do perfil de curvatura seguiu a proposta das variáveis

direcionais de Zevenbergen e Thorne (1987), implementadas no software ArcGIS 10.1, a

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partir de uma janela móvel 3x3 pixels. Devido à escala adotada na formulação da proposta

metodológica de mapeamento, com resultados representados na escala 1:25.000, foi aplicado

um filtro de média (Ferramenta Focal Statistic) aos dois atributos topográficos gerados, de

janela 3x3, para a suavização dos valores e, consequentemente, de píxels individualizados.

Após a aquisição dos atributos topográficos foram definidas as classes de relevo,

conforme a proposta de Dikau (1989), que categorizou 9 novas de vertente a partir da

combinação da curvatura em plano e perfil, representado na Figura 2. Assim, o perfil de

curvatura foi dividido em três classes: Convexo, Retilínio e Côncavo; o plano de curvatura,

por sua vez, em: Divergente, Planar e Convergente.

Figura 2 – Combinação de Perfil e Plano de Curvatura Fonte: Adaptado de ESRI (2019).

A definição dos valores de discretização dos atributos para representar cada classe de

forma de vertente ocorreu em dois momentos: a) trabalhos de campo ao longo da área de

estudo, com 14 pontos de análise e 80 km percorridos com acompanhamento em tempo real

com um GPS Garmin (modelo GPSmap 76CSx) acoplado a um netbook para a visualização

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dos resultados pelo software ArcGIS 10.1; b) interpretação visual a partir das curvas de nível.

Posteriormente, as campanhas de campo auxiliaram na verificação das classificações

resultantes da modelagem — e, quando necessário, isso implicou na alteração dos parâmetros,

seguido de novos produtos que passaram por nova conferência de campo. Nessa perspectiva,

os valores de discretização das classes constam na Tabela 1.

Tabela 1 – Discretização dos Atributos Topográficos

Após a discretização foi realizada a combinação dos dois atributos topográficos,

através da técnica de álgebra de mapas (Ferramenta Raster Calculator). Com essa operação

foram mapeadas as nove formas de vertente proposta por Dikau (1989). Por fim, foi aplicado

um filtro de remoção de ruídos com agrupamentos de até 10 pixels, seguindo a proposta

taxonômica de Dikau (1989), para generalizar agrupamentos pequenos que se tornam ruídos

na escala proposta para esse trabalho.

3. Resultados e discussões

Foram mapeadas nove formas de vertente no recorte do estudo, apresentadas na figura

3, sendo em valor de área crescente: Retilínea-Convergente (1,4 % da área total); Convexa-

Planar (1,8 % da área total); Retilínea-Divergente (2,7 % da área total); Convexa-Convergente

(3,8 % da área total); Côncava Planar (5,5 % da área total); Retilínea-Planar (8,8 % da área

total); Côncava-Divergente (11 % da área total); Côncava-Convergente (30 % da área total); E

Convexa-Divergente (35 % da área total).

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Figura 3 – Mapa resultante de formas de vertente

A área do estudo possui formas de relevo com alta dissecação, como as feições

denudacionais da Serra do Mar Paranaense. O ponto mais alto do sul do Brasil (Pico Paraná,

com 1877m de altitude), por exemplo, é destacado num recorte da figura 3 (em 2D) e na

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figura 4 (3D). Nota-se, pela representação na paisagem, o correto mapeamento das formas de

vertente. As formas de vertente Convexa-Divergente se apresentam de forma expressiva nas

áreas elevadas da Serra do Mar, compreendendo majoritariamente as cristas dos morros. Os

vales encaixados da Serra do Mar foram bem representados pela classe de vertente Côncava-

Convergente, conforme Figura 4.

Em contraste, a área de estudo também compreende áreas da planície litorânea, que

apresenta baixa dissecação, caracterizada como uma área de deposição de sedimentos e

devidamente representada pela classe de vertente retilínea / planar em toda sua extensão.

Nas porções de transição, nos sopés da Serra, predominaram feições côncavas, reforçando o

aspecto deposicional (muitas vezes associadas a depósitos coluvionares). Da mesma forma,

as planícies fluviais do Primeiro Planalto Paranaense foram representadas de maneira correta

pela forma de vertente Retilínea-Planar.

Figura 4 – Formas de Vertente: Serra do Ibitiraquire

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As classes mapeadas apresentaram relação com muitos aspectos morfodinâmicos,

tendo relação com os processos geomorfológicos que ocorrem nas vertentes e nas relações de

energia entre os divisores de água e talvegues de cada feição. Os terços superiores das

vertentes, por exemplo, foram mapeados com predominância de feições convexas, nas quais

predomina a degradação. Na Serra do Mar, há a resistência erosiva dos topos pelas intrusões

graníticas; no norte do Primeiro Planalto, pelos corpos quartzíticos e diques de diabásio. Já

nos terços inferiores das vertentes, inversamente, a concavidade das formas denota um

ambiente agradacional.

Quanto à curvatura em perfil, a dispersão e convergência dos fluxos hídricos também

foi representada de modo correto, evidenciando feições fluviais relacionadas. Tais

características são exemplificadas pela Figura 5, com um recorte que ilustra as curvas de nível

em relação aos resultados obtidos pela modelagem.

Figura 5 – Base cartográfica e formas de vertente.

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No que tange a modelagem digital, é importante ressaltar a correspondência da

representação do relevo que a proposta alcançou em relação às observações in loco ao longo

de toda a área de estudo. Formas bem pronunciadas da paisagem foram representadas de

maneira fidedigna, como é possível visualizar nos exemplos da Figura 4 (comparativamente à

paisagem) e Figura 5 (comparativamente à base planialtimétrica, utilizada como base da

proposta metodológica). Mesmo formas de área pequena, como é o caso das formas

Convexas-Convergentes, que no relevo são regiões de nascentes e cabeceiras de drenagem,

foram mapeadas de maneira correta.

Como já citado, a área de estudo apresenta um relevo com morfogênse e

morfoestruturas distintas, além de grande variedade de tipos de formas de relevo. Nesse

trabalho foi empregado apenas um parâmetro de discretização dos atributos para todo o

recorte e, ainda assim, alcançou-se uma representação fidedigna das formas de vertente,

mesmo em ambientes de contextos geomorfológicos distintos.

Entretanto, existem pixels que aparecem “isolados” no produto final, podendo ser

considerados erros. Isso se deve à escala adotada no trabalho, pois o tamanho máximo do

filtro de ruídos foi definido em 10 pixels. Caso o valor de área do parâmetro fosse maior, a

generalização excluiria formas de vertentes mapeadas de maneira correta, que apresentam,

porém, áreas pequenas — como é o caso de segmentos Convexos-Convergentes, que

aparecem nos terços superiores e tem tamanhos menores que de outras formas.

4. Considerações finais

A modelagem empregada nesse trabalho, a partir dos dois atributos topográficos,

evidenciou a potencialidade da proposta metodológica para o mapeamento de formas de

vertente, combinando a curvatura em plano e perfil, de modo semiautomatizado e com

representatividade na paisagem. A principal vantagem do uso da modelagem digital do

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terreno é a parametrização, que assegura a possibilidade de reprodutibilidade do método e

diminui as subjetividades intrínsecas às delimitações manuais.

Nesse contexto, reforça-se que a aplicação da metodologia desse trabalho necessita de

rigor metodológico para ser implementada. A geração de um modelo digital de terreno

consistente, a geração e discretização dos atributos de forma rígida e uma boa análise de

campo são necessárias para um fidedigno mapeamento de formas de vertente. As

classificações resultantes podem conter a existência de alguns ruídos que não correspondem

às feições analisadas em campo. O aumento da área do filtro de média ou do filtro de ruídos

acabaria fazendo com que formas de vertentes, de área pequena, mapeadas de forma correta,

fossem omitidas.

Ressalta-se ainda que essa proposta é uma primeira etapa na formulação de uma

metodologia mais robusta. Para implementações futuras, as discussões teóricas sobre as

concepções de formas de vertente (definição dos objetos), o acréscimo de atributos

topográficos adicionais e a escolha de diferentes parâmetros de discretização emergem como

possibilidades para o refinamento da proposta.

Agradecimentos

Ao CNPq pela concessão de bolsa de iniciação científica, Pibic / UFPR; à CAPES pela

concessão das bolsas de mestrado e doutorado, por meio do Programa de Pós-Graduação em

Geografia UFPR; ao CNPq, pelo financiamento do Projeto "Mapeamento Geomorfológico do

Estado do Paraná apoiado em análise digital do relevo", Processo 456244/2014-0; e ao

Laboratório de Pesquisas Aplicadas em Geomorfologia e Geotecnologias (LAGEO/UFPR).

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