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Quantificação de Serviços Ambientais Prestados pela Floresta Atlântica na Zona da
Mata Pernambucana
M.Sc. Felipe Alcântara de Albuquerque
Powerpoint TemplatesPage 2
Objetivo Geral:
Com base em imagens de satélite gerar um banco de dados
ambiental que permita, através do geoprocessamento, interpretar
quantitativamente alguns dos serviços ambientais hidroclimáticos
na Zona da Mata Pernambucana.
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Objetivo Específicos:
- Gerar um mapa de uso do solo de alta resolução, a partir de imagens Rapideye, para as bacias hidrográficas de interesse.
- Construir os mapas de temperatura de superfície com base em imagens LandSat 5 TM , através do algoritmo SEBAL.
- Realizar modelo comparativo de geração de escoamento superficial a partir dos mapas de uso do solo de alta resolução.
- Identificar e comparar quantitativamente alguns dos serviços ambientais hidrológicos e climáticos nas bacias de interesse.
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Oque são Serviços Ambientais?
Os Serviços ambientais foram descritos inicialmente na década de 90 do século XX e podem ser definidos como aqueles capazes de sustentar e satisfazer as condições de vida humana (DE GROOT, 1992). O conceito de Serviços Ambientais (SA) surgiu com a necessidade de demonstrar que as áreas naturais são responsáveis por cumprir funções essenciais nos processos de manutenção da vida
Cavalcanti (2002) indica a existência básica de três tipos de serviços ambientais: manutenção da biodiversidade, manutenção dos estoques de carbono e do ciclo da água.
Mas, existem incontáveis sub-serviços:
- Regulação climática- Controle de erosão e sedimentação- Mitigação das enchentes e da seca- Controle de doenças e pragas- Fonte de material genético
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Serviços Ambientais Hidrológicos
Estão associados à quantidade (perenidade) e qualidade da água (pureza), como: a proteção à suscetibilidade do solo, infiltração, interceptação vertical, redução dos riscos de cheias, deslizamentos, regulação da vazão, ou seja, todas variáveis que interferem no ciclo hidrológico.
Neste contexto, os ecossistemas florestais desempenham a função de administração hidrológica da água precipitada, isto é, captando, armazenando e disponibilizando-a lenta e gradualmente, em quantidade e qualidade, ainda que no período de estiagem (VALCARCEL, 1998; deALBUQUERQUE, 2010).
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Materiais e MétodosÁrea de Estudo
1 – Bacia do Sirigi2 – Sub-bacia do GL1 – UP 143 – Bacia do Pirapama (anulado)4 – Sub-bacia do Sirinhaêm5 – Sub-bacia do Una
Total aproximado de 4200 Km²
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Materiais e Métodos
Uso do Solo:
Foram gerados mosaicos de uso do solo através do programa Erdas IMAGINE 9.1, a partir de classificação supervisionada. As imagens utilizadas foram do satélite RAPIDEYE 4 CHOROS, com as bandas; azul, verde, vermelho, Red-Edge e vermelho próximo. A resolução é 5 x 5 metros.
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Materiais e Métodos
Temperatura de Superfície:
A partir de imagens do satélite Landsat 5 TM, precisamente da orbita 214 pontos 65 e 66, na datas 29/08/2007, foram realizados procedimentos de modelagem digital utilizando a ferramenta Model Maker do programa ERDAS IMAGINE 9.1.
Foram usadas etapas parciais do modelo algoritmo SEBAL, desenvolvido por Bastiaanssen (1995).
Etapa 1
Radiância Espectral
Etapa 2
Reflectância
Etapa 3
NDVI, SAVI, LAI
Etapa 5
Temperatura da Superficie
Etapa 4
Emissividades da Superficie
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Dentro de cada sub-bacia, foi disposto um grid de quadrículas com tamanhos de 3 x 3 km (9 km² de área), e em cada quadrícula foi calculada a temperatura média (estimada pela média da soma das temperaturas totais dos pixels da quadrícula), e a cobertura vegetal total, usando como base o mapeamento de remanescentes da Mata Atlântica do LERBIO-UFPE.
As quadrículas que sobrepuseram grandes quantidades de nuvens na imagem de satélite foram removidas, para evitar erros na análise provocados pela redução de temperatura das sombras e vapor d’água existentes nas áreas nebulosas.
Os dados de temperatura média e área florestal total por quadrícula foram postas em um regressão linear simples.
Materiais e Métodos
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Materiais e Métodos
Precipitação Efetiva ou Lâmina de Escoamento Superficial:
Método da Curva Número, que foi desenvolvido pelo Serviço de Conservação de Solos (Soil Conservation Service – SCS) do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (United States Departament of Agriculture – USDA), segundo Wilken (1971), através dos estudos prévios de Ven Te Chow, elaborados na década de 60 do século XX.
Características do Solo:
Solo Infiltração
A Ótimo
B Bom
C Regular
D Ruim
Umidade Antecedente Retenção Máxima Saturação do Solo
Condição I S1 Baixa
Condição II S2 Intermediária
Condição III S3 Alta
As condições de umidade antecedente são assim definidas: (Genovez et al, 2001)
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Materiais e Métodos
Para determinar a retenção máxima da camada superior do solo S, os autores relacionaram esse parâmetro da bacia com um fator “Curva Número” CN pela seguinte expressão:
254CN
25400S
A equação do SCS para o escoamento superficial é :
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Os valores de CN apresentados anteriormente referem-se sempre à condição II. Para converter o valor de CN para as condições I e III existem as seguintes expressões:
Materiais e Métodos
4,2CN IICN I
10 0,058CN II
23CN II
CN III10 0,13CN II
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CN CN CN
Florestas Densas Zonas Cultivadas e Pastagem Urbanização Densa Solo Infiltração
26 70 98 A Otimo
52 80 98 B Bom
62 87 98 C Regular
69 90 98 D Ruim
Floresta Densa Cultivo/Pasto Superfície Urbana
S1 558.2417582 151.1904762 12.34207969
S2 234.4615385 63.5 5.183673469
S3 101.9397993 27.60869565 2.253771074
Exemplo da entrada de dados para o modelo de cobertura (Uso do Solo Controle)
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Materiais e Métodos
A precipitação utilizada na fórmula do SCS foi extraída a partir da equação I-D-F do FIDEN – CONDEPE. Sendo que, i = máximo entre i1 e i2, onde:
A Duração da Chuva foi igualada ao Tempo de Concentração
sendo:
TC = tempo de concentração, em horas;
L = comprimento do curso d'água, em km; e
H = desnível máximo, em m.
T: o período de retorno, em anos t: duração da chuva, em minutos, i: intensidade da chuva em mm/hora.
O Tempo de Retorno utilizado foi de 2 a 200 anos.
Fórmula de KIRPICH MODIFICADA
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Resultados
Fisiografia: Sub-bacia GL1
Características Valor / unidade
Área da microbacia 595 km²
Comprimento do curso principal 28,2 km
Comprimento total dos canais 547 km
Densidade de drenagem 0,92 km/km2
Altitude máxima na bacia 255 m
Altitude média da bacia 83 m
Altitude no exutório 2 m
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Resultados
Fisiografia: Bacia Sirigi
Características Valor / unidade
Área da microbacia 1399 km²
Comprimento do curso principal 90 km
Comprimento total dos canais 442 km
Densidade de drenagem 0,32 km/km2
Altitude máxima na bacia 696 m
Altitude média da bacia 205 m
Altitude no exutório 2 m
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Resultados
Fisiografia: Sub-Bacia Sirinhaêm
Características Valor / unidade
Área da microbacia 643,3 km²
Comprimento do curso principal 45 km
Comprimento total dos canais 273 km
Densidade de drenagem 0,43 km/km2
Altitude máxima na bacia 280 m
Altitude média da bacia 95 m
Altitude no exutório 2 m
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Resultados
Fisiografia: Sub-Bacia Una
Características Valor / unidade
Área da microbacia 646 km²
Comprimento do curso principal 55 km
Comprimento total dos canais 310 km
Densidade de drenagem 0,50 km/km2
Altitude máxima na bacia 826 m
Altitude média da bacia 378 m
Altitude no exutório 96 m
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Resultados
Uso do Solo:
GL1 Sirinhaêm Sirigi Una0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
30,90%
16,76% 14,97% 17,57%
26,83%
4,84%14,00%
23,31%
40,77%
78,10%70,29%
58,24%
Agua Mangue Floresta
Solo Exposto/Urbano Agricultura
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Resultados
Temperatura de Superfície Sub-GL1SUB-BACIA DO BEBERIBE
15,492269,573
393,831517,709
621,257719,686
818,824
Área Vegetal T otal nas Q uadrícolas (ha)
23,2990
24,0573
25,0630
25,7264
26,3254
26,9197
28,4338
30,0793
Tem
pera
tura
Méd
ia d
as Q
uadr
ícul
as (
ºC)
R2 = 0,7868; R = -0,8870; p = 0,0000002
Explicabilidade 78%
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Resultados
Temperatura de Superfície Bacia SirigiSUB-BACIA DO S M ASCARENHAS
0,00062,231
129,458190,549
292,532364,213
442,435528,850
701,795
Área Vegetal T otal nas Q uadrícolas (ha)
21,0655
21,8163
22,4374
23,0200
23,6391
24,1736
24,7126
25,3186
26,0643
26,9391
Tem
pera
tura
Méd
ia d
as Q
uadr
ícul
as (
ºC)
R2 = 0,5389; R = -0,7341; p = 0,0000
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Resultados
Temperatura de Superfície Sub-Bacia Sirinhaêm SUB-BACIA DE SIRINHAÉM
5,63551,823
117,611163,381
218,166279,608
314,832
Área Vegetal T otal nas Q uadrícolas (ha)
23,0163
23,1292
23,2651
23,6751
23,8802
24,0052
24,3081
Tem
pera
tura
Méd
ia d
as Q
uadr
ícul
as (
ºC)
R2 = 0,7986; R = -0,8937; p = 0,0000006
Powerpoint TemplatesPage 29
Resultados
Temperatura de Superfície Sub-Bacia UnaSUB-BACIA DE BO NIT O
0,000 10,804 27,056 106,349
Área Vegetal T otal nas Q uadrícolas (ha)
22,7619
22,9130
23,3206
23,4844
23,6199
23,8371
24,1800
Tem
pera
tura
Méd
ia d
as Q
uadr
ícula
s (º
C)
R2 = 0,5485; R = -0,7406; p = 0,0356
Explicabilidade 55%
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Resultados
Precipitação Efetiva Sub-GL1
2 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000.00%
5.00%
10.00%
15.00%
20.00%
25.00%
30.00%
35.00%
40.00%
45.00%
50.00%
55.00%
60.00%
0.2%
6.4%8.9%
10.5%11.7% 12.6% 13.4% 14.1% 14.7% 15.3% 15.8%
8%
28%
32%35%
36%38%
39% 40% 40% 41% 42%
0.2% 0.3% 0.4% 0.6% 0.7% 0.8% 0.9% 1.0% 1.5%
PEF S1 PEF S2 PEF S3
Tempo de Retorno (Anos)
Pre
cip
itaç
ção
Efe
tiva
(%
)
2 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
100.00%
0.2%6.4%
8.9% 10.5% 11.7% 12.6% 13.4% 14.1% 14.7% 15.3% 15.8%
0.4%
11%15%
17% 18% 19% 20% 21% 22% 23% 23%
65%
81%83% 84% 85% 85% 86% 86% 86% 87% 87%
0.01% 0.01% 0.02% 0.04%
PEF S2 Cobertura Florestal PEF S2 Cobertura Atual PEF S2 Cobertura Agricola PEF S2 Cobertura Urbana
Tempo de Retorno (Anos)
Pre
cip
itaç
ção
Efe
tiva
(%
)
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Resultados
Precipitação Efetiva Bacia Sirigi
2 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000.00%
5.00%
10.00%
15.00%
20.00%
25.00%
30.00%
35.00%
40.00%
45.00%
50.00%
55.00%
60.00%
1%
10%
13%15%
16%17% 18% 19% 19% 20% 21%
12%
34%
38%
40%42%
43%44% 45% 46% 46% 47%
0.1% 0.4% 0.7% 1.0% 1.3% 1.6% 1.8% 2.0% 2.2% 2.4%
PEF S1 PEF S2 PEF S3
Tempo de Retorno (Anos)
Pre
cip
itaç
ção
Efe
tiva
%
2 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
100.00%
1%
10%13%
15% 16% 17% 18% 19% 19% 20% 21%
1%
12%15%
17% 19% 20% 21% 21% 22% 23% 23%
65%
81%83% 84% 84% 85% 85% 86% 86% 86% 87%
0.02% 0.03% 0.05% 0.08% 0.11%
PEF S2 Cobertura Florestal PEF S2 Cobertura Atual PEF S2 Cobertura Agricola PEF S2 Cobertura Urbana
Tempo de Retorno (Anos)
Pre
cip
itaç
ção
Efe
tiva
%
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Resultados
Precipitação Efetiva Sub-Bacia Sirinhaêm
2 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000.00%
5.00%
10.00%
15.00%
20.00%
25.00%
30.00%
35.00%
40.00%
45.00%
50.00%
55.00%
60.00%
0%
3%5%
6% 6% 7% 7% 8% 8% 9% 9%
5%
18%
22%24%
25%26% 27% 28% 28% 29% 30%
21%
42%
46%48%
50%51% 52% 53% 53% 54% 54%
PEF S1 PEF S2 PEF S3
Tempo de Retorno (Anos)
Pre
cip
itaç
ção
Efe
tiva
%
2 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
100.00%
5%
18%22%
24% 25% 26% 27% 28% 28% 29% 30%
6%
22%26%
28% 29% 30% 31% 32% 33% 33% 34%
72%
84%86% 87% 88% 88% 88% 89% 89% 89% 89%
1% 2% 2% 3% 3% 3% 4% 4% 4% 4%
PEF S2 Cobertura Florestal PEF S2 Cobertura Atual PEF S2 Cobertura Agricola PEF S2 Cobertura Urbana
Tempo de Retorno (Anos)
Pre
cip
itaç
ção
Efe
tiva
%
Powerpoint TemplatesPage 33
Resultados
Precipitação Efetiva Sub-Bacia Una
2 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000.00%
5.00%
10.00%
15.00%
20.00%
25.00%
30.00%
35.00%
40.00%
45.00%
50.00%
55.00%
60.00%
65.00%
0%2%
4%5% 6% 7% 7% 8% 8% 9% 9%
4%
21%
25%27%
29%30%
31% 32% 33% 33% 34%
24%
48%
52%54%
55%57% 58% 58% 59% 60% 60%
PEF S1 PEF S2 PEF S3
Tempo de Retorno (Anos)
Pre
cip
itaç
ão E
feti
va %
2 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
100.00%
4%
21%25%
27%29% 30% 31% 32% 33% 33% 34%
6%
25%
29%32%
33% 35% 36% 36% 37% 38% 38%
76%
87% 89% 89% 90% 90% 91% 91% 91% 91% 91%
0.5% 1.2% 1.8% 2.2% 2.6% 2.9% 3.2% 3.5% 3.8% 4.0%
PEF S2 Cobertura Florestal PEF S2 Cobertura Atual PEF S2 Cobertura Agricola PEF S2 Cobertura Urbana
Tempo de Retorno (Anos)
Pre
cip
itaç
ção
Efe
tiva
%
Powerpoint TemplatesPage 34
O Estado de Pernambuco, é considerado pelo IPCC (Intergovernamental Panel on Climate Change) um hotspot mundial em termos de mudanças climáticas, ou seja, poderá sofrer mudanças mais intensas do que a média global (IPCC 2007).
Alguns estudos demonstram que os microclimas das florestas possuem temperaturas mais baixas, em especial devido ao sombreamento da superfície e da absorção de energia solar (FETCHER et al. 1985; DIDHAM e LAWTON, 2006; PINTO et al. 2010).
Discussão
A Temperatura de Superfície e o Uso do Solo:
Powerpoint TemplatesPage 35
A presença de florestas provocou uma redução na temperatura média regional, apesar de outros fatores como a altitude poderem estar envolvidos. A presença de grandes áreas urbanas torna esta diferença bastante clara, como no caso da bacia do GL1, inserida na região metropolitana de Recife, enquanto que próximo a áreas agrícolas esta diferença é suavizada. A temperatura média das quadrícolas variou para menos, de 0,4 - 0,8 graus a cada 100 hetares de cobertura florestal, dependendo da quantidade de solo exposto da sub-bacia em questão.
Discussão
Powerpoint TemplatesPage 36
A fisiografia e o escoamento superficial (PEF)
Discussão
A fisiografia é um dos principais fatores influenciadores do escoamento superficial (VILLELA & MATTOS, 1975; TUCCI & CLARKE, 1997; TUCCI, 1997 e TUCCI, 2007).
Na bacias com menores declividades e elevações médias, foram observadas menores variações proporcionais de precipitação efetiva, sendo que a sub-bacia GL1 apresentou menor influencia física no escoameto, ao contrário da sub-bacia do Una. A PEF a partir do modelo de cobertura natural da GL1 variou de 0 a 10% entre os estádios de saturação do solo e no intervalo de 2 a 200 anos de Tr. A sub-bacia Una, nessas mesmas condições apresentou uma PEF com razão de 0 a 24%.
Ratifica, que a fisiografia ainda é uma das principais variáveis condicionadoras à geração de escoamento superficial.
Powerpoint TemplatesPage 37
Com 31% de cobertura florestal, a sub-bacia GL1 gerou uma lâmina de 1 mm a cada 67 segundos, para a condição de saturação intermediária do solo (S2) e o Tr máximo.
Com 17,5% de cobertura florestal, a sub-bacia Uma gerou uma lâmina de 1 mm a cada 19 segundos, para a condição S2 de saturação e Tr máximo.
Comparativamente foi observado que existem diferenças entre os serviços ambientais hidrológicos prestados entre bacias com distinções de complexidade estrutural da cobertura florestal, ratificando a literatura (deALBUQUERQUE, 2010).
Dessa forma, verificou-se que a área parcial de afluência não é fixa, mas, variou com a duração, a intensidade da chuva, com as condições de umidade antecedente e o tipo de cobertura vegetal, (CHORLEY, 1978).
Discussão
O uso do solo e o escoamento superficial (PEF)
Powerpoint TemplatesPage 38
O serviço ambiental hidrológico
Discussão
O potencial hídrico de Pernambuco é inferior a o de todos os outros estados brasileiros, isso apesar da grande demanda de recurso SRH PE, (2008). Assim, os serviços ambientais se prestam, como alternativa suplementar estratégica para a resolução dos problemas ligados aos recursos hídricos.
Observou-se que as sub-bacias de Sirinhaêm e Una, são bacias em que os serviços ambientais hidrológicos quantitativos não são observados tão intensamente quanto nas outras bacias, por causa das próprias características destas paisagens em gerar escoamento e pelo fato de não apresentarem maiores coberturas naturais, principalmente matas ciliares. É exatamente por isso que essas bacias se tornam áreas de hot spot como prioritárias para regularização dos serviços ambientais, potencialmente prestados pela cobertura natural / florestal.
Powerpoint TemplatesPage 39
Por fim, entende-se que a cobertura natural pode efetivamente ser utilizada como instrumento de prestação de serviços ecossistêmicos no estado de Pernambuco e em posse das informações adquiridas no desenvolvimento desta pesquisa, que seja possível subsidiar a formulação de novas políticas públicas, tanto para o Comitê de Bacia Hidrográfica dos rios abordados, quanto para todo o estado.
É necessário investir em tecnologia e estudos que possam gerar um banco de dados dos serviços ambientais ecossistêmicos, identificando os aspectos específicos de cada bacia hidrografia do estado de Pernambuco, tanto com base nos dados pluviométricos atuais disponíveis, quanto nos modelos futuros de mudança climática.
Discussão
Conclusão e recomendações:
Powerpoint TemplatesPage 40
Obrigado
felipealcan@gmail.com
WWW.CEPAN.ORG.BR
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