Proposta metodológica para mapeamento geomorfológico com uso da análise digital do relevo no estado do Paraná

Orientador: Prof. Dr. Claudinei Taborda da SilveiraTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Geografia. Defesa : Curitiba, 19/02/2019Inclui referências: p.193-215Resumo: Mapas geomorfológicos constituem complexos documentos temáticos multiescalares (têmporo-espaciais), que devem representar, conjuntamente, as dimensões (morfometria), o aspecto (morfografia), a origem (morfogênese), os processos atuantes (morfodinâmica) e a idade (morfocronologia) do relevo. Recentemente, com o desenvolvimento da análise digital do relevo, muitas técnicas geomorfométricas em ambiente informatizado têm favorecido a extração de parâmetros (atributos geomorfométricos) e objetos (feições ou processos) geomorfológicos com o uso de Modelos Digitais do Terreno (MDTs). Nesse contexto, a presente tese propõe uma metodologia para mapeamento geomorfológico semiautomatizado, integrando elementos morfométricos, morfográficos, morfogenéticos, morfodinâmicos e morfocronológicos, utilizando somente variáveis quantitativas mensuradas a partir de uma base planialtimétrica, com a obtenção de um MDT e dos atributos geomorfométricos derivados. As regras classificatórias orientadas a objeto foram aplicadas no estado do Paraná, Brasil. A elaboração da proposta metodológica contemplou cinco etapas principais: i) aquisição, análise e interpretação de 57 mapas geomorfológicos de distintas escalas, datas e países, sob a perspectiva temática e geomorfológica; ii) aquisição e correção da base de dados para a interpolação do MDT (método Topogrid) e cálculo de oito atributos geomorfométricos (altimetria, declividade, relevo sombreado, perfil de curvatura, área de contribuição, Índice de Posição Topográfica, Black Top Hat, White Top Hat, Índice Topográfico de Umidade e Índice de Potência do Escoamento); iii) criação das regras de classificação parametrizada, para cada objeto de cada aspecto geomorfológico; iv) etapas de controle de campo, validação e interpretação dos resultados obtidos; v) composição da legenda. Foram modelados os seguintes objetos: i) Morfografia: vales (fechados, abertos e planos), topos (aguçados e convexos), cristas, planície de inundação (fluvial e fluviomarinha), terraços e cones de dejeção; ii) Morfogênese: fluviomarinha, fluvial e denudacional; iii) Morfodinâmica: suscetibilidade à corrida de detritos e erosão potencial; iv) Morfocronologia: reconstituição de cinco paleosuperfícies (50, 15, 5, 0,5 e 0,25 milhões de anos); v) Morfometria: nível de base local e cartogramas de atributos geomorfométricos. Na etapa de análise temática dos distintos mapas geomorfológicos publicados a nível mundial, concluiuse que há uma diversidade de propostas, com variações conceituais e/ou de simbolização, dificuldade de padronização da legenda e ênfase morfográfica e morfogenética. Referente aos resultados da modelagem, os trabalhos de campo, com observações in loco distribuídas em toda a área de estudo, e as publicações prévias, com descrições ou datações geocronológicas, confirmaram a hipótese da criação de um mapa geomorfológico, com todos seus aspectos essenciais, utilizando-se apenas procedimentos vinculados à análise digital do relevo - reforçando seu potencial como principal ferramenta metodológica para a cartografia geomorfológica. A criação de regras de classificação unificadas para uma área extensa e com contextos geomorfológicos muito distintos, como o estado do Paraná, demonstrou que a metodologia pode ser replicada para outras localidades. A qualidade do MDT e o rigor metodológico durante a etapa de classificação orientada a objeto foram os fatores preponderantes para a eficácia da proposta, na qual o componente escalar deve ser compatibilizado com os objetivos do mapeamento. Palavras-chave: Geomorfometria; Cartografia Geomorfológica; Modelo Digital do Terreno; Atributos geomorfométricos; Relevo do Paraná.Abstract: Geomorphological maps are complex multiscalar (temporo-spatial) documents, which should represent, together, the dimensions (morphometry), the aspect (morphography), the origin (morphogenesis), the active processes (morphodynamics) and the age (morphology) of the landforms. Recently, with the development of digital terrain analysis, many geomorphometric techniques in a computerized environment have favored the extraction of parameters (geomorphometric attributes) and objects (features or processes) with the use of Digital Terrain Models (DTMs). In this context, the present thesis proposes a methodology for semiautomated geomorphological mapping, integrating morphometric, morphographic, morphogenetic, morphodynamic and morphochronological elements, using only quantitative variables measured from a planialtimetric basis, obtaining MDT and derived geomorphometric attributes. The object-oriented classificatory rules were applied in the state of Paraná, Brazil. The elaboration of the methodological proposal contemplated five main stages: i) acquisition, analysis and interpretation of 57 geomorphological maps of different scales, dates and countries, under the thematic and geomorphological perspective; ii) acquisition and correction of the database for the interpolation of the MDT (Topogrid method) and calculation of eight geomorphometric attributes (altimetry, slope, hillshade, profile curvature, contribution area, Topographic Position Index, Black Top Hat, White Top Hat, Topographic Wetness Index and Stream Power Index); iii) creation of the parametrized classification rules, for each object of each geomorphological aspect; iv) stages of field control, validation and interpretation of results; v) composition of the legend. The following objects were modeled: i) Morphography: valleys (closed, open and flat), tops (sharp and convex), ridges, flood plain (fluvial and fluvio-marine), terraces and alluvial fans; ii) Morphogenesis: fluviomarine, fluvial and denudacional; iii) Morphodynamics: susceptibility to the debris flow and potential erosion; iv) Morphochronology: reconstitution of five paleosurfaces (50, 15, 5, 0.5 and 0,25 million years); v) Morphometry: local base level and geomorphometric attributes cartograms. In the thematic analysis stage of the different geomorphological maps published worldwide, it was concluded that there is a diversity of proposals, with conceptual variations and/or symbolization, difficulty of standardization of the legend and morphographic and morphogenetic emphasis. Regarding the results of the modeling, the fieldwork, with observations in situ distributed throughout the study area, and the previous publications, with descriptions or geochronological dates, confirmed the hypothesis of the creation of a geomorphological map, with all its essential aspects, using only procedures related to digital terrain analysis - increasing its potential as the main methodological tool for geomorphological cartography. The creation of unified classification rules for a wide area and with very distinct geomorphological contexts, such as the state of Paraná, has demonstrated that the methodology can be replicated to other locations. The quality of the DTM and the methodological rigor during the object-oriented classification stage were the preponderant factors for the effectiveness of the proposal, in which the scalar component must be compatible with the mapping objectives. Key-words: Geomorphometry; Geomorphological cartography; Digital Terrain Model; Geomorphometric attributes; Paraná landforms

Proposta metodológica para mapeamento geomorfológico com uso da análise digital do relevo no estado do Paraná

Orientador: Prof. Dr. Claudinei Taborda da SilveiraTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Geografia. Defesa : Curitiba, 19/02/2019Inclui referências: p.193-215Resumo: Mapas geomorfológicos constituem complexos documentos temáticos multiescalares (têmporo-espaciais), que devem representar, conjuntamente, as dimensões (morfometria), o aspecto (morfografia), a origem (morfogênese), os processos atuantes (morfodinâmica) e a idade (morfocronologia) do relevo. Recentemente, com o desenvolvimento da análise digital do relevo, muitas técnicas geomorfométricas em ambiente informatizado têm favorecido a extração de parâmetros (atributos geomorfométricos) e objetos (feições ou processos) geomorfológicos com o uso de Modelos Digitais do Terreno (MDTs). Nesse contexto, a presente tese propõe uma metodologia para mapeamento geomorfológico semiautomatizado, integrando elementos morfométricos, morfográficos, morfogenéticos, morfodinâmicos e morfocronológicos, utilizando somente variáveis quantitativas mensuradas a partir de uma base planialtimétrica, com a obtenção de um MDT e dos atributos geomorfométricos derivados. As regras classificatórias orientadas a objeto foram aplicadas no estado do Paraná, Brasil. A elaboração da proposta metodológica contemplou cinco etapas principais: i) aquisição, análise e interpretação de 57 mapas geomorfológicos de distintas escalas, datas e países, sob a perspectiva temática e geomorfológica; ii) aquisição e correção da base de dados para a interpolação do MDT (método Topogrid) e cálculo de oito atributos geomorfométricos (altimetria, declividade, relevo sombreado, perfil de curvatura, área de contribuição, Índice de Posição Topográfica, Black Top Hat, White Top Hat, Índice Topográfico de Umidade e Índice de Potência do Escoamento); iii) criação das regras de classificação parametrizada, para cada objeto de cada aspecto geomorfológico; iv) etapas de controle de campo, validação e interpretação dos resultados obtidos; v) composição da legenda. Foram modelados os seguintes objetos: i) Morfografia: vales (fechados, abertos e planos), topos (aguçados e convexos), cristas, planície de inundação (fluvial e fluviomarinha), terraços e cones de dejeção; ii) Morfogênese: fluviomarinha, fluvial e denudacional; iii) Morfodinâmica: suscetibilidade à corrida de detritos e erosão potencial; iv) Morfocronologia: reconstituição de cinco paleosuperfícies (50, 15, 5, 0,5 e 0,25 milhões de anos); v) Morfometria: nível de base local e cartogramas de atributos geomorfométricos. Na etapa de análise temática dos distintos mapas geomorfológicos publicados a nível mundial, concluiuse que há uma diversidade de propostas, com variações conceituais e/ou de simbolização, dificuldade de padronização da legenda e ênfase morfográfica e morfogenética. Referente aos resultados da modelagem, os trabalhos de campo, com observações in loco distribuídas em toda a área de estudo, e as publicações prévias, com descrições ou datações geocronológicas, confirmaram a hipótese da criação de um mapa geomorfológico, com todos seus aspectos essenciais, utilizando-se apenas procedimentos vinculados à análise digital do relevo - reforçando seu potencial como principal ferramenta metodológica para a cartografia geomorfológica. A criação de regras de classificação unificadas para uma área extensa e com contextos geomorfológicos muito distintos, como o estado do Paraná, demonstrou que a metodologia pode ser replicada para outras localidades. A qualidade do MDT e o rigor metodológico durante a etapa de classificação orientada a objeto foram os fatores preponderantes para a eficácia da proposta, na qual o componente escalar deve ser compatibilizado com os objetivos do mapeamento. Palavras-chave: Geomorfometria; Cartografia Geomorfológica; Modelo Digital do Terreno; Atributos geomorfométricos; Relevo do Paraná.Abstract: Geomorphological maps are complex multiscalar (temporo-spatial) documents, which should represent, together, the dimensions (morphometry), the aspect (morphography), the origin (morphogenesis), the active processes (morphodynamics) and the age (morphology) of the landforms. Recently, with the development of digital terrain analysis, many geomorphometric techniques in a computerized environment have favored the extraction of parameters (geomorphometric attributes) and objects (features or processes) with the use of Digital Terrain Models (DTMs). In this context, the present thesis proposes a methodology for semiautomated geomorphological mapping, integrating morphometric, morphographic, morphogenetic, morphodynamic and morphochronological elements, using only quantitative variables measured from a planialtimetric basis, obtaining MDT and derived geomorphometric attributes. The object-oriented classificatory rules were applied in the state of Paraná, Brazil. The elaboration of the methodological proposal contemplated five main stages: i) acquisition, analysis and interpretation of 57 geomorphological maps of different scales, dates and countries, under the thematic and geomorphological perspective; ii) acquisition and correction of the database for the interpolation of the MDT (Topogrid method) and calculation of eight geomorphometric attributes (altimetry, slope, hillshade, profile curvature, contribution area, Topographic Position Index, Black Top Hat, White Top Hat, Topographic Wetness Index and Stream Power Index); iii) creation of the parametrized classification rules, for each object of each geomorphological aspect; iv) stages of field control, validation and interpretation of results; v) composition of the legend. The following objects were modeled: i) Morphography: valleys (closed, open and flat), tops (sharp and convex), ridges, flood plain (fluvial and fluvio-marine), terraces and alluvial fans; ii) Morphogenesis: fluviomarine, fluvial and denudacional; iii) Morphodynamics: susceptibility to the debris flow and potential erosion; iv) Morphochronology: reconstitution of five paleosurfaces (50, 15, 5, 0.5 and 0,25 million years); v) Morphometry: local base level and geomorphometric attributes cartograms. In the thematic analysis stage of the different geomorphological maps published worldwide, it was concluded that there is a diversity of proposals, with conceptual variations and/or symbolization, difficulty of standardization of the legend and morphographic and morphogenetic emphasis. Regarding the results of the modeling, the fieldwork, with observations in situ distributed throughout the study area, and the previous publications, with descriptions or geochronological dates, confirmed the hypothesis of the creation of a geomorphological map, with all its essential aspects, using only procedures related to digital terrain analysis - increasing its potential as the main methodological tool for geomorphological cartography. The creation of unified classification rules for a wide area and with very distinct geomorphological contexts, such as the state of Paraná, has demonstrated that the methodology can be replicated to other locations. The quality of the DTM and the methodological rigor during the object-oriented classification stage were the preponderant factors for the effectiveness of the proposal, in which the scalar component must be compatible with the mapping objectives. Key-words: Geomorphometry; Geomorphological cartography; Digital Terrain Model; Geomorphometric attributes; Paraná landforms