Análise de índices de vegetação para diferenciar a drenagem de primeira ordem perene da intermitente utilizando imagens do satélite Rapideye e índices de vegetação

Orientador: Prof. Dr. Tony Vinícius Moreira SampaioCoorientador: Prof. Dr. Fábio Marcelo BreunigTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Geografia. Defesa : Curitiba, 15/09/2021Inclui referências: p. 110-122Resumo: O mapeamento da rede de drenagem frequentemente apresenta problemas na localização e classificação de seu regime de fluxo, sobretudo em áreas florestadas. Entretanto, a vegetação associada à drenagem, ao mesmo tempo que dificulta a identificação do canal fluvial, pode dar indícios da presença da drenagem perene em períodos de estiagem. A pesquisa assume que, pela análise da diferença dos índices de vegetação (delta-IVs), é possível discriminar áreas com cobertura vegetal associada à existência de drenagem de primeira ordem perene das áreas associadas à drenagem intermitente. Para diferenciá-las, avaliou-se a aplicação dos índices: NDVI (normalized difference vegetation Index), RENDVI (red edge normalized difference vegetation index) e EVI (enhanced vegetation index), em dois períodos (T1 e T2). A área de estudo apresenta floresta estacional semidecidual (FES) e abrange parte dos municípios de Francisco Beltrão, Marmeleiro e Renascença, no Sudoeste do estado do Paraná. Na etapa de campo, entre os locais visitados com vegetação nativa arbórea associada, foram selecionados 40 com drenagem de primeira ordem perene e 40 intermitente. Na pré-análise dos dados, selecionaram-se duas dentre seis imagens RapidEye nível 3A disponíveis para o ano de 2018: uma com os maiores (T1) e a outra com os menores (T2) valores de IVs da vegetação. Entre T1 e T2, foram analisadas as variações dos IVs por orientação de vertentes. Para analisar a influência do regime de fluxo, foram elaborados os polígonos 1 (5-15 m) e polígonos 2 (20-30 m) a partir do canal de drenagem, e obtidos os valores de IVs para T1 e T2. Para obter a diferença (delta-IV), foram subtraídos os valores entre os polígonos 1 e 2, em cada período. Para verificar se os delta-IVs da vegetação associada à drenagem perene são significativamente diferentes da intermitente, os grupos foram comparados ao nível de 5% de significância, em T1 e T2. Esse procedimento foi repetido para T2, com polígonos dentro da área funcional da vegetação associada à drenagem de primeira ordem (5-25 m) e com polígonos fora dessa área (35-60 m). Na pré-análise, os maiores valores médios foram encontrados na imagem de 08/01/2018 - T1 (0,885, 0,581 e 0,707) e os menores, na imagem de 10/09/2018 - T2 (0,756, 0,497 e 0,392), respectivamente para NDVI, RENDVI e EVI. A variação temporal se mostrou maior para o EVI, seguido pelo NDVI e pelo RENDVI, respectivamente, nas vertentes Oeste, Norte e Noroeste, porém, as variações entre as vertentes não demonstraram ser significativas para os IVs analisados. Os resultados apontaram maiores delta-IVs entre os polígonos junto à drenagem perene e no período de estiagem (T2) reforçando o pressuposto inicial. Contudo, a análise inferencial apontou que as diferenças não foram significativas, em ambos os períodos, mesmo aumentando a largura dos polígonos para além da área funcional da vegetação. Dessa forma, na área estudada, os IVs não demonstraram ser úteis para diferenciar a drenagem de primeira ordem perene da intermitente, o que denota a limitação do uso desses IVs para a referida finalidade.Abstract: The drainage network mapping often presents problems in identifying, locating and classifying its flow regime, especially in forested areas. However, the vegetation associated with drainage, while making it difficult to identify the river channel, may indicate the presence of perennial drainage in dry periods. This research assumes that, by analyzing the difference in vegetation indexes (delta-VIs), it is possible to discriminate areas with vegetation cover associated with the existence of perennial first-order drainage from areas associated with intermittent drainage. To differentiate these two areas, the application of the following indexes was evaluated: NDVI (normalized difference vegetation index), RENDVI (red edge normalized difference vegetation index) and EVI (enhanced vegetation index), in two periods (T1 and T2). The area studied presents seasonal semideciduous forest (SSF) and covers part of the municipalities of Francisco Beltrão, Marmeleiro and Renascença, in the southwest of Paraná state. On the fieldwork stage, among the sites visited with associated native arboreal vegetation, 40 were selected with first-order perennial drainage and 40 intermittent. In the pre-analysis of the data, two out of six RapidEye level 3A images available for the year 2018 were selected: one with the highest (T1) and the other with the lowest (T2) vegetation VIs values. Between T1 and T2, the variations of the VIs by relief aspect were analyzed. To analyze the influence of the flow regime, polygons 1 (5-15 m) and polygons 2 (20-30 m) were elaborated from the drainage channel and obtained the VIs values for T1 and T2. To obtain the difference (delta-VI), the values between polygons 1 and 2 in each period were subtracted. To verify whether the delta-VIs of vegetation associated with perennial drainage are significantly different from the intermittent ones, the groups were compared at the 5% level of significance, at T1 and T2. This procedure was repeated for T2, with polygons within the functional area of vegetation associated with first-order drainage (5-25 m) and with polygons outside this area (35-60 m). In pre-analysis, the highest values were found on the image from January 8th, 2018 - T1 (0.885, 0.581 and 0.707) and the smallest on the image from September 10th, 2018 - T2 (0.756, 0.497 and 0.392), respectively for NDVI, RENDVI and EVI. The temporal variation was greater for the EVI, followed by NDVI and RENDVI, respectively, by aspect in the West, North and Northwest, however, the variations between the slopes did not show to be significant for any of the analyzed VIs. The results showed higher delta-VIs between the polygons near the perennial drainage and in the dry period (T2) reinforcing the initial assumption. However, the inferential analysis showed that the differences found were not significant, in both periods, even when increasing the width of the polygons beyond the functional area of the vegetation. Thus, in the studied area, the VIs did not prove themselves to be useful to differentiate perennial from intermittent first-order drainage, which denotes a limitation in the use of these VIs for this purpose

EVOLUÇÃO DOS ÍNDICES DE VEGETAÇÃO E SUA RELAÇÃO COM O ESTRESSE HÍDRICO: UMA REVISÃO

Os índices de vegetação (IVs) são calculados por meio de razão simples ou normalizada, diferenciação, diferenças de proporções e somas e formação de combinações de dados de bandas espectrais. Os IVs possuem como função realçar o sinal da vegetação e minimizar as variações na irradiância solar e os efeitos do substrato do dossel vegetal. As condições de estresse por déficit hídrico são passíveis de mensuração por meio de IVs, o qual causa redução nas taxas fotossintéticas e de transpiração da planta, resultando na queda substancial do IV. Nesse sentido, o objetivo deste artigo é fornecer uma visão geral da evolução dos IVs, de forma breve e em ordem cronológica, e sua relação com o estresse hídrico. Para isso, foram expostas as principais alterações fisiológicas decorrentes do estresse hídrico, seus efeitos na resposta espectral da vegetação e apresentados os 12 índices criados entre 1973 e 2015 mais recorrentes na literatura científica. O aperfeiçoamento de índices mais antigos ocorre de maneira concomitante ao surgimento de IVs que exploram novas faixas espectrais, ampliando as possibilidades de criação de IVs mais focados nas necessidades de cada usuário. Com os avanços tecnológicos, as maiores possibilidades de surgimentos de novos IVs estão no uso de VANT (veículo aéreo não tripulado), possibilitando a coleta de dados com alta resolução, e nos dados hiperespectrais, que apresentam centenas de estreitas faixas espectrais, podendo adaptar a coleta de informações de acordo com os tipos e alterações fisiológicas na vegetação a serem pesquisadas

Avaliação da Qualidade da Água Subterrânea em Poço no Campus da UFSM, Santa Maria - RS*

The article results of a research of scientific initiation whichobjective is to monitorate the punctual quality of the groundwater in theCampus of Universidade Federal de Santa Maria - RS, through theevaluation of physiochemical parameters, analyzed in 37 samples collectedweekly in the "well top" PB 20, one of the 20 wells that at that time were in activity for the provisioning of the Campus. Although the results havesuffered oscillations, they are inside of the hidro-sanitary conditions andof the limits and norms demanded for the human consumption in agreementwith the Entrance 518/2005 of Brazilian Health Ministery.O artigo é resultado de uma pesquisa de iniciação científica queteve por objetivo monitorar a qualidade pontual da água subterrânea noCampus da Universidade Federal de Santa Maria - RS, através da avaliaçãode parâmetros físico-químicos, analisados em 37 amostras coletadas semanalmentena "boca do poço" PB 20, um dos 20 poços responsáveis peloabastecimento do Campus Universitário durante a realização da pesquisa.Embora os resultados tenham sofrido oscilações, encontram-se dentro dascondições hidro-sanitárias e dos limites e normas exigidas para o consumohumano de acordo com a Portaria 518/2005 do Ministério da Saúde

ANÁLISE DE MODELOS DIGITAIS DE ELEVAÇÃO PARA MODELAGEM DO RELEVO NO MUNICÍPIO DE FRANCISCO BELTRÃO – PR

Modelos Digitais de Elevação (MDEs) consistem atualmente em uma das principais formas de representação do relevo, no entanto, seus resultados dependem em grande escala dos dados primários utilizados. O presente trabalho busca avaliar algumas fontes de dados altimétricos pela comparação entre perfis topográficos, levando em consideração a morfologia do terreno no município de Francisco Beltrão, Estado do Paraná. Foram analisados MDEs oriundos da fotogrametria, gerados a partir das curvas de nível e pontos cotados vetorizados de duas cartas topográficas nas escalas 1: 25.000 e 1: 50.000, e também de MDEs oriundos de interferometria, gerados pela SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission) com resolução espacial de 90 m e 30 m e pelo refinamento destes dados (Projeto Topodata). Utilizou-se para a comparação, dados oriundos de um levantamento aerofotogramétrico de detalhe, em escala 1: 2.000 e com curvas de nível com equidistância de 1 m. Apresentaram melhor semelhança com a morfologia do terreno para a área estudada, os modelos derivados de interferometria, Topodata e SRTM de 30 m, superando inclusive, o modelo derivado da carta topográfica 1: 25.000

ANÁLISE DE MODELOS DIGITAIS DE ELEVAÇÃO PARA MODELAGEM DO RELEVO NO MUNICÍPIO DE FRANCISCO BELTRÃO – PR

Modelos Digitais de Elevação (MDEs) consistem atualmente em uma das principais formas de representação do relevo, no entanto, seus resultados dependem em grande escala dos dados primários utilizados. O presente trabalho busca avaliar algumas fontes de dados altimétricos pela comparação entre perfis topográficos, levando em consideração a morfologia do terreno no município de Francisco Beltrão, Estado do Paraná. Foram analisados MDEs oriundos da fotogrametria, gerados a partir das curvas de nível e pontos cotados vetorizados de duas cartas topográficas nas escalas 1: 25.000 e 1: 50.000, e também de MDEs oriundos de interferometria, gerados pela SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission) com resolução espacial de 90 m e 30 m e pelo refinamento destes dados (Projeto Topodata). Utilizou-se para a comparação, dados oriundos de um levantamento aerofotogramétrico de detalhe, em escala 1: 2.000 e com curvas de nível com equidistância de 1 m. Apresentaram melhor semelhança com a morfologia do terreno para a área estudada, os modelos derivados de interferometria, Topodata e SRTM de 30 m, superando inclusive, o modelo derivado da carta topográfica 1: 25.000

Avaliação da acurácia do mapeamento de rios de primeira ordem em cartas topográficas no Sudoeste do Paraná

The drainage network mapping presents methodological limitations that restrict its use in environmental studies, compromising the work based on it. In this way, the work sought to assessment the mapping accuracy of the first-order rivers on topographic maps of Francisco Beltrão, of the Santana River, of Marmeleiro and of Renascença, both in the scale 1:25.000 and located in the southwest state of Paraná (SO/PR). For this, the presence and type of flow of 80 first-order rivers were verified in the field during the dry season and compared with the records on topographic maps. For completeness accuracy, only errors of omission were verified: of the 40 permanent rivers evaluated, only 2 (5%) that had an extension greater than 250 meters were not mapped and of the 40 temporary rivers, the omission of rivers greater than 250 meters rose to 6 (15%). In this case, it demonstrates that the techniques used in mapping first-order rivers were more effective for permanent rivers. Regarding the thematic accuracy, all 21 rivers mapped as temporary (52.5%) were correctly assigned the flow typology and, of the 36 rivers mapped and identified in the field as permanent (90%), only 1 river had its own correctly identified flow. An overall accuracy of 46.25% was verified and that the problems reported in the cartographic bases used by several authors also occurred in the topographic maps studied. The research results serve as a warning for future work to carry out their validation before use, regardless of the work scale.O mapeamento da rede de drenagem apresenta limitações metodológicas que restringem o seu uso em estudos ambientais, comprometendo os trabalhos nele alicerçados. Dessa forma, o trabalho buscou avaliar a acurácia do mapeamento dos rios de primeira ordem nas cartas topográficas de Francisco Beltrão, do Rio Santana, de Marmeleiro e de Renascença, ambas na escala 1:25.000 e localizadas no sudoeste estado do Paraná (SO/PR). Para isso, foram verificadas em campo, durante o período de estiagem, a presença e a tipologia de fluxo de 80 rios de primeira ordem e comparados com os registros nas cartas topográficas. Para a acurácia de completude, verificou-se apenas erros de omissão: dos 40 rios permanentes avaliados, apenas 2 (5%) que apresentaram extensão acima de 250 metros não estavam mapeados e dos 40 rios temporários, a omissão de rios acima de 250 metros subiu para 6 (15%). Nesse caso, demonstra que as técnicas utilizadas no mapeamento de rios de primeira ordem foram mais eficazes para os permanentes. Em relação à acurácia temática, todos os 21 rios mapeados como temporários (52,5%), foram atribuídos corretamente a tipologia de fluxo e, dos 36 rios mapeados e identificados em campo como permanentes (90%), apenas 1 rio tinha o seu fluxo identificado corretamente. Foi verificada uma acurácia global de 46,25% e que os problemas relatados nas bases cartográficas utilizadas por diversos autores, também ocorreram nas cartas topográficas estudadas. Os resultados da pesquisa servem de alerta para que trabalhos futuros realizem a sua validação antes da sua utilização, independentemente da escala de trabalho

MAPEAMENTO AMBIENTAL DAS ZONAS VULNERÁVEIS À CONTAMINAÇÃO DO AQUÍFERO GUARANI NO MUNICÍPIO DE FAXINAL DO SOTURNO - RS, BRASIL

The increasing demand for natural resources, for agricultural use and urban development, could advance towards areas with possible risk of groundwater contamination, because they are not well planned and/or inadequate environmental studies appropriate to a particular condition of use. This situation is related to the natural vulnerability that evaluates soil type, geology, slope and permanent preservation area; identified as environmental conflicts, due to inappropriate activities, in areas with potential risk of groundwater contamination. Thus, the objectives of this study were to conduct a survey of potentially contaminating activities and to relate their areas of influence with the map of natural vulnerability, which defines the interrelationship among soil maps, geology, slope the municipality of Faxinal do Soturno – RS, Brazil to check possible improper soil use. For this purpose, data were collected from wells and a potentiometric surface map was generated from the static level of wells, which allowed the estimation of groundwater flow. In the municipality, potential activities, including cemeteries, hospitals, fuel station, brick kilns and sawmills with potential risk of contamination were identified. With available technical procedures, potentially contaminating activities were identified in areas of medium and high vulnerability, which characterizes the possible risk of contaminating the groundwater.http://dx.doi.org/10.5902/2179460X17176A demanda crescente dos recursos naturais, para o uso agropecuário e para o próprio desenvolvimento urbano, pode estar avançando para áreas de possível contaminação das águas subterrâneas, por não serem planejados e/ou realizados estudos ambientais prévios adequados à determinada condição de uso. Esta situação, relacionada com a vulnerabilidade natural que avalia: tipos de solo, geologia, declividade e área de preservação permanente; identificam-se como conflitos ambientais, devido à realização de atividades inadequadas, em zonas de potencial risco à contaminação das águas subterrâneas. Assim, o presente estudo tem como objetivo, realizar um levantamento das atividades potencialmente contaminantes e, interagir suas áreas de influência com o mapa de vulnerabilidade natural, este definido pela inter-relação de mapas de solo, geologia e pela declividade do município de Faxinal do Soturno – RS, a fim de verificar os possíveis usos inadequados do solo. Para esse propósito, realizou-se o levantamento dos dados dos poços tubulares da localidade, resultando no Mapa de sua superfície potenciométrica, a partir do nível estático dos poços, o que possibilitou estimar o fluxo das águas subterrâneas. Em campo, identificaram-se atividades de potencial risco de contaminação, como: cemitérios, olarias, serrarias, um hospital e um posto de combustível. Após a avaliação de todos os procedimentos técnicos, foram identificadas atividades potencialmente contaminantes em áreas de média e alta vulnerabilidade, o que caracteriza o possível risco de contaminação das águas subterrâneas no município em questão

Conflitos no Uso e Cobertura da Terra no Município de Nova Palma, RS

This work has as main objective, to check if the subjects of use ofland in areas of permanent preservation, over the rivers and the slopes arein accordance with the Forest Code (Law number 4771 of September 15,1965), in the city of Nova Palma-RS. The methodology adopted is guidedin the implementation of a database in a GIS (Geographic InformationSystems) using the software SPRING 4.2.3. The layers, kinds of use ofland and the areas recommended for permanent preservation, wereoverlapping using is the language LEGAL (Language Space for AlgebricGeoprocessing). Identified in the areas of permanent preservation alongthe drainage, 7.73 km² area with crops and 3.36 km² of field. Already on slopes above 45 degrees were a total area of 2.74 km² with agricultural crops.O presente trabalho tem como objetivo principal verificar se ostemas de uso da terra, nas áreas de preservação permanente, ao longo doscursos d’água e nas encostas, estão de acordo com o Código Florestal (Leinº 4.771 de 15/09/1965) no município de Nova Palma - RS. A metodologiaadotada pautou-se na implementação de um banco de dados num SIG (Sistemasde Informações Geográficas) no aplicativo computacional SPRING4.2.3. Os planos de informações, classes de uso da terra e as áreas recomendadasà preservação permanente, foram sobrepostos, utilizando-se da linguagemLEGAL (Linguagem Espacial para Geoprocessamento Algébrico).Identificou-se nas áreas de preservação permanente ao longo da drenagem,7,73 Km² de área com culturas agrícolas e 3,36 Km² de campo. Já nas encostasacima de 45°, constatou-se uma área total de 2,74 Km² com culturasagrícolas

Utilização de Sistema de Informação Geográfica para identificação de áreas potenciais à implantação de aterro sanitário consorciadoUsing Geographical Information System for identifying potential areas to sanitary landfill deployment consortium

Os resíduos gerados nas atividades domiciliares, juntamente com os de limpeza urbana, são caracterizados como resíduos sólidos urbanos. Estes devem ser encaminhados para uma destinação final ambientalmente adequada, sendo a disposição em aterros sanitários a técnica mais utilizada. Entretanto, o elevado custo de implantação, operação e a complexidade de análise na tomada de decisão quanto à localização dos aterros sanitários, acaba dificultando sua aplicação para pequenos municípios, sendo o consórcio intermunicipal, uma boa alternativa. Assim, o artigo teve como objetivo aplicar técnicas de geoprocessamento para a seleção de áreas potenciais à implantação de aterro sanitário entre os municípios de Enéas Marques e Nova Esperança do Sudoeste, Estado do Paraná. Portanto, foram levantados dados e gerados planos de informação para os cursos de água, núcleos urbanos, área de manancial, classe de solo e declividade, apresentando, também, as áreas consideradas restritas para cada critério utilizado. Por meio da aplicação da análise de multicritério, foi possível obter a localização de áreas superiores a 3,04 ha, para a implantação de aterro sanitário intermunicipal com vida útil mínima de 15 anos, sendo considerada a metodologia adequada para tal finalidade. AbstractWaste generated in household activities, along with the urban cleaning, are characterized as municipal solid waste. These should be referred to a environmentally appropriate disposal being the disposal in landfills most used technique. However, the high cost of implementation, operation and the complexity of analysis in decision making regarding the location of landfills, just making your application for small municipalities, intermunicipal Consortium, being a good alternative. Thus article aimed to apply GIS techniques for the selection of potential areas to landfill between the towns of Enéas Marques and Nova Esperança do Sudoeste, Paraná State. Therefore, data were collected and generated plans for watercourses, urban cores, source area, soil and slope class, showing also the areas considered restricted to each criterion used. Through the application of multi-criteria analysis, it was possible to obtain the location of areas exceeding 3.04 ha to roll out life-intermunicipal landfill at least 15 years, and is considered the appropriate methodology for such a purpose

AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE ALVOS URBANOS COM A UTILIZAÇÃO DE ESPECTROR RADIÔMETRO E SUA RELAÇÃO COM AS BANDAS ESPECTRAIS DO SENSOR ASTER

Este trabalho tem como propósito identificar o comportamento espectral de alvos urbanos (asfalto, concreto, basalto, granito e estrada sem pavimentação), utilizando um espectrorradiômetro e estabelecer sua relação com as bandas espectrais do sensor ASTER. Os sensores de média resolução espacial, como o ASTER, não permitem a diferenciação adequada de alvos urbanos, sendo que, o estudo do comportamento espectral destes alvos pode ajudar a minimizar esta limitação. O estudo foi realizado no campus da Universidade Federal de Santa Maria e na Base Aérea de Santa Maria. Palavras-chave: Espectroradiômetro. Sensoriamento remoto. Alvos urbanos. Reflectância. ASTER. Evaluation of the spectral behavior of urban targets with the use of the spectroradiometer and its relation with the spectral bands of ASTER sensor The purpose of this work is to identify the spectral behavior of the urban targets (asphalt, concrete, basalt, granite and road without pavement), using a spectroradiometer and to establish its relation to the spectral bands of the ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) sensor. The sensors of medium space resolution as the ASTER, do not allow the adequate differentiation of urban targets, however, the study of the spectral behavior of these targets may help to minimize this limitation. The study has been realized at the Federal University of Santa Maria and Air Base of Santa Maria. Key-words: Spectroradiometer. Remote sensing. Urban targets. Reflectance. ASTER