Nas áreas serranas intensamente ocupadas ocorrem simultaneamente dois processos: um deles natural, como conseqüência do fenômeno geológico da denudação (intemperismo + erosão), que se traduz na forma de movimentos do regolito ou movimentos de massa; e o processo de ocupação humana, manifestado na forma de diferentes graus de alteração da paisagem. A ocorrência destes dois processos pode dar-se de forma harmoniosa ou pode causar a aceleração catastrófica do processo natural, dependendo principalmente da posição geográfica do encontro dos dois processos. Eventos extremos de precipitações pluviométricas de alta intensidade em curto período de tempo ou de baixa intensidade por longos períodos podem deflagrar os movimentos de massa.
Os movimentos de massa causam anualmente milhares de mortes em todo o mundo, situando-se abaixo apenas dos terremotos e inundações no elenco de desastres naturais que afetam a humanidade. Diversos projetos de pesquisa em diversos países se desenvolvem atualmente abordando as causas e mecanismos dos movimentos de massa nas encostas. O resultado visado é a promoção de políticas públicas que utilizem o conhecimento disponível na mitigação dos desastres, inclusive buscando desmistificar a percepção popular fatalista em relação aos desastres naturais.
Como já mencionado, eventos extremos de precipitações pluviométricas de alta intensidade em curto período de tempo ou de baixa intensidade por longos períodos podem causar grandes inundações e deslizamentos de terra. Houve desastres ambientais de grandes proporções ligados a deslizamentos de terra em situações de chuvas intensas em várias regiões do país: Caraguatatuba, SP, março de 1967, com 200 mortos; Petrópolis, RJ, fevereiro de 1971, com 171 mortos, e dezembro de 2001, com cerca de 70 mortos; Salvador, BA, julho de 1989, com cerca de 100 mortos; e, Recife, PE, abril de 1996, com 66 mortos, Angra dos Reis, em 2003, com 40 mortos, entre muitos outros. Nota-se que muitos destes desastres ocorreram na Serra do Mar (Caraguatatuba, Petrópolis, Angra dos Reis, etc.), o que justifica um foco de pesquisa desta proposta na Serra do Mar.
No Brasil, particularmente no Estado de São Paulo, importantes avanços têm sido obtidos no conhecimento de aspectos diversos relacionados aos fenômenos hidrometeorológicos e geológico-geotécnicos. Especificamente no tocante ao aspecto da previsibilidade de ocorrência de acidentes, podem ser citados os trabalhos do IPT e do Instituto Geológico, na previsão espacial (onde ocorrem) de áreas sujeitas a acidentes de escorregamentos na região da Serra do Mar, identificando e mapeando as áreas de risco de escorregamentos associadas às diversas formas de uso e ocupação do solo, tais como áreas urbanas, instalações industriais, rodovias, ferrovias, dutovias e linhas de transmissão de energia elétrica (Relatório Instabilidade da Serra do Mar no Estado de São Paulo – Situações de Risco, Secretaria da Ciência e Tecnologia e Secretaria do Meio Ambiente, 1988). Igualmente, ferramentas de sensoriamento remoto têm sido desenvolvidas para identificar e mapear áreas de risco na Serra do Mar (Crepani e Medeiros, 2000). Em relação à previsibilidade temporal (quando ocorrem) de acidentes de escorregamentos, podem ser citados os trabalhos de correlação de chuvas e escorregamentos realizados por técnicos do IPT, para a definição de patamares críticos de chuva a partir dos quais aumenta a possibilidade de ocorrência de eventos de escorregamentos (Tatizana et al., 1987-a; Tatizana et al., 1987-b).
A determinação de valores críticos de chuva para a deflagração de escorregamentos foi fator fundamental para a elaboração de Planos de Alerta de Escorregamentos no Estado de São Paulo (Macedo et al., 1998; Macedo et al, 1999). Os Planos Preventivos de Defesa Civil - PPDC específico para escorregamentos na região da Serra do Mar no Estado de São Paulo, adotam como limiares críticos, valores de acumulado de chuvas de 72 horas superiores a 100 mm e 120 mm. Quando esses valores são atingidos ações de caráter preventivo previamente definidas são acionadas pelas Defesas Civis Municipais participantes do PPDC.
O CPTEC-INPE desenvolveu como parte de sua rotina operacional, nas situações de previsão de algum fenômeno meteorológico extremo no tocante a chuvas intensas e/ou prolongadas, um sistema de informações de apoio à Defesa Civil. Boas previsões de tempo de fenômenos meteorológicos extremos podem municiar ações eficazes de prevenção e mitigação dos efeitos adversos destes extremos, com palpáveis resultados na diminuição de perdas de vidas humanas e materiais e proteção ambiental. Como parceiro institucional do IPT na área de prevenção de desastres naturais, o CPTEC fornece diariamente ao Núcleo de Monitoramento de Riscos Geológicos – NURG da Divisão de Geologia, previsões meteorológicas dirigidas aos Planos de Alerta específicos para escorregamentos operados pelo IPT em diferentes regiões do Estado, informando condições meteorológicas passíveis de produzir eventos pluviométricos extremos. Diante da evolução dos estudos de deslizamentos de encostas decorrentes de chuvas intensas e/ou excessivas realizados por institutos especializados (e. g., Instituto de Pesquisas Tecnológicas – IPT, de São Paulo - IPT, 1991) e dos resultantes levantamentos de áreas de risco de deslizamento de encostas de processos de corrida de lama (debris flow), e levando ainda em consideração a rápida evolução dos sistemas de informações geográficas e do alto grau de acerto das previsões de chuva com até 3 dias de antecedência a partir dos modelos numéricos de previsão de tempo do CPTEC (Chou e Justi da Silva, 1999), torna-se factível pela primeira vez projetar um novo sistema semi-automático de previsões e informações hidrometeorológicas relevantes para apoiar o gerenciamento de desastres naturais na Serra do Mar.
6.1 Objetivos
• Identificar a condição atual das áreas naturalmente vulneráveis à ocorrência de movimentos de massa, bem como localizar e caracterizar os principais cenários de risco de escorregamentos na região da Serra do Mar;
• Refinar índices de intensidades e acumulado pluviométrico que deflagram movimentos de massa em encostas da Serra do Mar.
• Desenvolver um sistema semi-automático de informações hidrometeorológicas e ambientais georreferenciadas para o gerenciamento de desastres naturais na Serra do Mar que permita a integração de informações meteorológicas e hidrológicas em tempo real (análises observacionais, incluído as de radar meteorológico + previsões) com bases de dados espaciais que indiquem terrenos suscetíveis a processos de escorregamento, além de outras informações importantes principalmente para a análise dos diversos cenários de risco de movimentos de massa (dados do censo demográfico do IBGE de 1999 e fotografias aéreas, onde disponíveis, e imagens de satélites, base de dados de fisiografia, rios, lagos, represas, municípios, áreas urbanas, estradas, rede de drenagem, linhas de transmissão, oleodutos, gasodutos, aquedutos, etc).
6.2 Metodologia
Para a organização dos dados existentes e análise dos diferentes cenários de risco de escorregamentos, será montado um banco de dados em ambiente SPRING (Sistema para Processamento de Informações Georreferenciadas), banco de dados geográfico de 2ª geração desenvolvido pelo INPE (http://www.dpi.inpe.br/spring/) para ambientes UNIX e Windows que tem entre seus objetivos integrar as tecnologias de Sensoriamento Remoto e Sistemas de Informação Geográfica.
Este banco de dados conterá, além das informações de localização espacial em diferentes escalas e de caracterização geológico-geotécnica já disponíveis sobre as áreas de risco de escorregamentos previamente reconhecidas, informações relativas à Vegetação e Uso da Terra, Geologia, Geotecnia, Geomorfologia e Pedologia. A associação desses dados com informações de natureza hidrometeorológica, especialmente dados de previsão com alguns dias de antecedência de eventos pluviométricos extremos com potencial de chuva superior a 150 ou 200 mm de acumulação total, permitirá identificar de forma antecipada condições meteorológicas adversas e potencialmente perigosas para a ocorrência de acidentes de escorregamentos nas áreas de risco situadas na região de domínio da Serra do Mar no Estado de São Paulo. Esses dados permitirão à Defesa Civil e demais parceiros atuar preventivamente na identificação imediata das áreas que necessitem de uma atenção maior de modo a prevenir desastres e mitigá-los antes de sua ocorrência.
Este sistema será aplicado de forma piloto aos municípios de São Sebastião, Ilha Bela, Caraguatatuba e Ubatuba, dominados pela Serra do Mar, visando seu desenvolvimento, testes e validação. Uma vez validado, planeja-se, posteriormente, sua expansão para a totalidade da Serra do Mar e para a Serra da Mantiqueira.
A maior parte dos cenários de risco de escorregamentos na Serra do Mar está reconhecida e mapeada pelo IPT numa escala com alta resolução espacial. Este fato torna esta área ideal para o desenvolvimento e teste de metodologias baseadas na inferência de informações geológicas, geomorfológicas, pedológicas, fitogeográficas e de usos do solo a partir de sensoriamento remoto, como as técnicas desenvolvidas no INPE. Por um lado, o sistema semi-automático irá utilizar os cenários já previamente reconhecidos e com risco a alguma das intervenções existentes na Serra do Mar, quais sejam áreas de risco associada a núcleos habitacionais, trechos críticos de dutovias, bacias com captações da Sabesp em risco de processos de corrida de blocos, trechos críticos de rodovias. A metodologia utilizada pelo IPT leva em conta as diferentes tipologias de movimentos de massa, condicionantes naturais e retroanálise de processos, apoiada em intensivo trabalho de campo.
Por outro lado, como descrito em detalhes abaixo, a metodologia de compartimentalização de terrenos mais ou menos vulneráveis segundo unidades de paisagem produzirá um mapa de suscetibilidade dos terrenos a movimentos de massa e os levantamentos detalhados in situ das áreas de risco na Serra do Mar serão utilizados para validação desta metodologia, que poderá, então, ser estendida para outras regiões com carência de levantamentos in situ de áreas de risco de escorregamento.
Para Crepani et al. (2001) as unidades de paisagem, enquanto unidades territoriais básicas passíveis de georreferenciamento, contêm uma porção do terreno onde se inscreve uma combinação de eventos e interações, visíveis e invisíveis, cujo resultado é registrado e pode ser visto na forma de imagem fotográfica de um determinado momento, representando um elo de ligação entre a Geografia e a Ecologia.
A análise das unidades de paisagem é importante porque a atuação do homem sobre o meio ambiente, sem o prévio conhecimento do equilíbrio dinâmico existente entre os diversos componentes que permitiram a “construção” da paisagem, pode levar a situações desastrosas do ponto de vista ecológico e econômico. A maioria dos ambientes naturais mostra-se em equilíbrio dinâmico até ser submetida à ocupação humana, momento em que os eventos deixam de ocorrer na escala de tempo geológico e passam a ocorrer na escala de tempo humano.
A metodologia de mapeamento da vulnerabilidade de paisagens a movimentos de massa foi desenvolvida por Crepani & Medeiros. (2000) a partir do conceito de Ecodinâmica (Tricart, 1977) e da potencialidade para estudos integrados das imagens de Sensoriamento Remoto que permitem visão sinótica, repetitiva e holística da paisagem.
A delimitação das unidades de paisagem sobre uma imagem de satélite, ou fotografia aérea, permite o acesso às relações de causa e efeito entre os elementos que a compõem, oferecido pelas diferentes resoluções (espacial, espectral, temporal e radiométrica) das imagens. Do contrário, a simples justaposição de informações em SIG gerada a partir de dados de diferentes escalas, épocas, e metodologias de trabalho, nem sempre apresentam relações coerentes entre si.
A adoção das imagens de Sensoriamento Remoto como “âncora” para o estudo da vulnerabilidade das paisagens a movimentos de massa traz consigo a possibilidade de se utilizar todo o potencial disponível no Sensoriamento Remoto e nos Sistemas de Informações Geográficas, além de desenvolver uma metodologia perfeitamente aplicável a novos produtos orbitais que estarão disponíveis no futuro.
Para se analisar uma unidade de paisagem faz-se necessário conhecer sua gênese, constituição física, forma e estágio de evolução, bem como o tipo da cobertura vegetal que sobre ela se desenvolve. Estas informações são fornecidas pela Geologia, Geomorfologia, Pedologia e Fitogeografia e precisam estar integradas para que se tenha um retrato fiel do comportamento de cada unidade frente à sua ocupação. Finalmente, é necessário o auxílio da Meteorologia para que se conheçam algumas características climáticas da região onde se localiza a unidade de paisagem, a fim de que se anteveja o seu comportamento frente às alterações impostas pela ocupação.
A Tabela 1 mostra as características observadas para avaliar a vulnerabilidade a movimentos de massa e atribuir valores para cada classe de cada tema que compõe as unidades de paisagem.
|
TEMAS |
CARACTERÍSTICAS |
| Geologia | História
da evolução Geológica. Grau de coesão da rocha. |
| Geomorfologia | Amplitude
altimétrica. Grau de dissecação. Declividade. |
| Pedologia | Maturidade do solo. |
| Fitogeografia | Densidade da cobertura vegetal. |
Para avaliar a vulnerabilidade a movimentos de massa das unidades de paisagem resultantes da reinterpretação dos dados temáticos sobre as imagens de Sensoriamento Remoto cada tema é transformado em um Plano de Informação no banco de dados, contendo um mapa no formato vetorial ou matricial. A cada classe de cada tema são associados valores, que indicam o seu grau de vulnerabilidade a movimentos de massa.
Uma vez atribuídos valores para todas as classes, de todos mapas temáticos reinterpretados sobre as imagens de satélite, é feita a integração destes mapas via Álgebra de Mapas (Barbosa, 1997) em SIG, para que seja gerado o mapa de vulnerabilidade a movimentos de massa das unidades de paisagem. Esta integração é feita percorrendo-se 3 etapas:
» Para que as classes referentes aos mapas temáticos possam conter os valores de vulnerabilidade a movimentos de massa procede-se a uma operação pontual de Ponderação, que gera uma grade com os valores de vulnerabilidade para cada classe, de cada tema.
» A partir das grades geradas para cada tema é realizada uma operação pontual de Média Aritmética a fim de gerar uma outra grade que contenha os valores de vulnerabilidade final para cada unidade de paisagem (média da vulnerabilidade das classes dos temas que compõem a unidade de paisagem).
» Em seguida é executada uma operação pontual de “Fatiamento”, para a grade com os valores de vulnerabilidade final, gerando o mapa temático de vulnerabilidade a movimentos de massa das unidades de paisagem.
6.2.1 Estratégia de Desenvolvimento
e Implantação do Sistema
O sistema a ser desenvolvido neste projeto (ilustrado
na Figura 3) automaticamente cruzará informações
de previsão de chuvas (chuvas que poderão
acontecer) e informações de chuvas observadas
(observações baseadas: (i) na rede automática
de observações meteorológicas a
ser implantada pelo subprojeto “Impacto das Informações
de Estações Telemétricas de coleta
de dados hidrometeorológicos na previsão
numérica para a Serra do Mar”; e, (ii)
na rede de radares meteorológicos e no acompanhamento
de imagens de satélites meteorológicos)
com informações sobre áreas de
risco de deslizamento em encostas. A análise
será inicialmente centrada em cenários
previamente reconhecidos e com risco a alguma das intervenções
existentes na Serra do Mar, quais sejam áreas
de risco associado a núcleos habitacionais, trechos
críticos de dutovias, bacias com captações
da Sabesp em risco de processos de corrida de blocos,
trechos críticos de rodovias. Estes cenários
são provenientes da grande experiência
do IPT com acidentes nessa região. Gradativamente,
o sistema agregará os mapeamentos de áreas
de risco provenientes da análise de paisagens
a partir de sensoriamento remoto.
Este cruzamento de informações identificará
automaticamente potenciais áreas em risco. O
sistema conterá várias outras camadas
de informação: rede de estradas, bacia
hidrográfica (rios, lagos, represas), municípios
e áreas urbanas, mapa de vegetação
e de usos da terra, mapa geomorfológico, imagens
de satélites Landsat e, para algumas áreas
críticas, imagens de satélites de altíssima
resolução (e.g., Ikonos) e/ou fotografias
aéreas, linhas de transmissão, oleodutos,
gasodutos e aquedutos. Este sistema também permitirá
inferências sobre riscos de interrupção
de tráfego em rodovias por inundações.
O monitoramento hidrológico diário realizado
pela ANA para os rios será importante para a
inferência das cotas dos rios e para avaliar os
riscos de inundações. As bases de dados
municipais do IBGE permitirão imediatamente se
dispor de estatísticas básicas sobre os
municípios sob risco potencial (população
urbana e rural, índices econômicos e sociais,
etc.) de modo a poder atribuir, ainda que de modo subjetivo,
os riscos potenciais às populações.
Dados TM do Landsat permitirão identificar precisamente
as feições relacionadas a riscos (cicatrizes,
alguma forma de relevo ou de cobertura, etc.).
A implementação operacional de tal sistema
poderá ocorrer tanto em órgãos
operacionais de meteorologia, como também em
órgãos de Defesa civil ou de proteção
ambiental. Antes que alertas finais e confiáveis
sejam emitidos e sirvam de apoio a sistemas de decisão
em órgãos de Defesa Civil ou Proteção
Ambiental, técnicos bem treinados farão
uma análise final das áreas indicadas
como sob potencial risco, corrigindo informações
hidrometeorológicas inverossímeis. O sistema
estará sendo alimentado continuamente pelo fluxo
de informações hidrometeorológicas.
Previsões numéricas de tempo alimentarão
o sistema duas vezes ao dia. Porém, há
observações com freqüência
temporal muito maior. Por exemplo, informações
de chuvas estimadas a partir de satélites meteorológicos
(http://sigma.cptec.inpe.br/prec_sat/)
a cada 30 minutos ou por radar meteorológico
a cada 15 ou 30 minutos, produto este em desenvolvimento.
Hoje, a região de estudo encontra-se dentro da
região de cobertura de três radares meteorológicos:
Salesopólis, no topo da Serra do Mar (operado
pelo CTH-USP), São Roque (operado pelo Comando
da Aeronáutica, Ministério da Defesa)
e São José dos Campos (operado pela Univap
e Tectelcom). O CPTEC-INPE desenvolve, juntamente com
Ministério da Defesa, SIPAM, INMET, UNESP e USP
um sistema para integrar as informações
de radares meteorológicos em escala nacional,
o que garantirá, no mínimo, acesso às
informações do radar meteorológico
de São Roque. Deve-se levar em conta que a posição
dos radares meteorológico existentes provavelmente
não permitirá a detecção
de sistemas precipitantes de pequena dimensão
vertical ocorrendo nas vertentes da Serra do Mar (por
exemplo, chuvas provocadas pela elevação
mecânica de umidade). Este tipo de precipitação
igualmente não é bem detectada por sensores
a bordo de satélites. Ainda que, por si só,
não causem escorregamentos, elas são importantes
para se estimar a quantidade de água no solo.
Portanto, torna-se imprescindível, em alguma
medida, dispor-se de um sistema in situ para medições
pluviométricas, como previsto no Subprojeto 6.
O sistema identificará automaticamente quando
um certo limiar de risco é excedido (por exemplo,
quanto a risco de deslizamento de encostas, com base
em estudos do IPT, os seguintes valores de precipitação
acumulada em 72 horas são correntemente utilizados:
normal, até 79 mm; atenção, entre
80 e 119 mm; e, alerta, acima de 120 mm) e disponibilizado
diretamente para os órgãos de Defesa Civil
ou Proteção Ambiental Nacional, Estaduais
e Municipais e comunidade científica. De posse
das previsões meteorológicas e com o mapeamento
das áreas de risco será possível
identificar as sob maior risco de escorregamento em
encostas e rolamento de rochas e os órgãos
responsáveis poderão atuar preventivamente.
O INPE já dispõe de toda a base de dados
de municípios brasileiros do IBGE no sistema
de informações geográficas “Spring”,
o qual será utilizado neste projeto. Todas as
informações hidrometeorológicas
serão georreferenciadas e colocadas na mesma
base de dados. Este subprojeto irá aprofundar
metodologias em várias áreas. Em primeiro
lugar, haverá um refinamento de indicadores de
risco para áreas previamente identificadas como
críticas quanto a deslizamentos em encostas.
Além de identificá-las no SIG Spring,
buscar-se-á refinar os indicadores de totais
de chuvas causadores potenciais de deslizamentos para
tais áreas através de uma análise
detalhada da geomorfologia e geodinâmica. Com
isso, estarão sendo construídas as bases
para uma posterior modelagem geodinâmica de deslizamento
em encostas. Por último, os mapeamentos in situ
de áreas de risco de escorregamento realizado
pelo IPT serão utilizados para validar as metodologias
de inferência de tais áreas de risco a
partir de informações de sensoriamento
remoto. Uma vez que tais métodos estejam devidamente
validados, podem ser amplamente utilizados em áreas
que carecem de levantamentos in situ.
A implantação do sistema deste sub-projeto
seguirá a seguinte estratégia: o primeiro
ano será dedicado a coletar e organizar todas
as bases de dados necessárias ao desenvolvimento
do sistema e também ao desenvolvimento da ferramenta
de software básica com base no SIG Spring, do
INPE. No primeiro semestre do segundo ano, as bases
de dados serão integradas ao software. Já
no segundo semestre do segundo ano, o sistema integrado
será implementado operacionalmente no CPTEC-INPE
e no IPT. O terceiro ano será dedicado a validar
o sistema através de testes de sua funcionalidade,
eficácia e eficiência e aperfeiçoamentos
que se fizerem necessários.
Uma vez implementado, este Subprojeto poderá
fornecer informações relevantes ao de
estudo de outros temas principalmente os “Processos
Geodinâmicos” e “Gerenciamento de
Riscos”.
Figura 3. Diagrama esquemático do sistema de informações hidrometeorológicas e ambientais em apoio ao gerenciamento de risco de desastres naturais na Serra do Mar