Versão online: http://www.lneg.pt/iedt/unidades/16/paginas/26/30/209 Comunicações Geológicas (2016) 103, 1, 99-105 ISSN: 0873-948X; e-ISSN: 1647-581X

Mapeamento do Potencial dos Recursos Hídricos e da

Geodiversidade do Estado do Ceará (Brasil) com base em SIG

Mapping of Water Resources and Geodiversity Potential

of the State of Ceará (Brazil) based on GIS

A. M. Araújo1*, D. I. Pereira1

© 2016 LNEG – Laboratório Nacional de Energia e Geologia IP

Resumo: A avaliação da geodiversidade do Estado do Ceará (Brasil)

baseou-se na contagem de ocorrências da geodiversidade a partir de

dados cartográficos e procedimentos SIG (Sistemas de Informação

Geográfica). Este trabalho faz parte das abordagens metodológicas

aplicadas em territórios de grande dimensão no Brasil e Portugal,

considerando-se a geodiversidade como a diversidade de rochas, fósseis,

relevo, solos, recursos hídricos e minerais e recursos energéticos. O

Índice de Geodiversidade resultou da soma de seis índices parciais: i)

litológico; ii) paleontológico; iii) geomorfológico; iv) pedológico; v)

recursos hídricos; vi) recursos minerais e energéticos. Os valores de

geodiversidade de cada quadrado da grelha correspondem à soma de

todos os índices parciais. O índice de recursos hídricos foi estabelecido

como um novo componente para a contagem de geodiversidade. Esse

índice resulta também da soma de 4 elementos hidrológicos -

precipitação, caudal específico subterrâneo (“vazão específica” em

Português do Brasil), hierarquia de rios e albufeiras). Com base nos

mesmos componentes, propôs-se também uma quantificação dos recursos

hídricos (Potencial do Recusos Hídricos - PRH) a partir do uso de

polígonos irregulares correspondentes aos limites das sub-bacias, em

substituição da grelha regular. De acordo com o tipo de ocorrência, estes

índices podem ter muitas diferentes amplitudes. Assim sendo, esses

valores foram normalizados até um máximo de 5 classes cada. A soma

dos índices parciais resultou num mapa de Índices de Geodiversidade

com amplitude de 3 a 25. No Mapa de PRH os valores variam entre 4 e

14. Posteriormente, esses valores foram interpolados utilizando o método

de Krigagem, gerando-se assim, o Mapa de Avaliação da Geodiversidade

do Estado do Ceará. O Mapa de Avaliação da Geodiversidade foi

definido com pesos qualitativos que vão desde "muito baixo" a "muito

alto". As regiões Noroeste Cearense e Sul Cearense têm a maior

geodiversidade no estado, enquanto a região dos Sertões Cearenses tem a

menor. Os valores mais elevados de PRH estão nas regiões Noroeste,

Norte, Nordeste, Leste e Sul Cearense.

Palavras-chave: Avaliação, Ceará, geodiversidade, índice, Potencial de

Recursos Hídricos.

Abstract: The evaluation of the Ceará State (Brazil) geodiversity was

based on the hit count of geodiversity with cartographic data and GIS

(Geographical Information Systems) procedures. This work is part of the

methodological approaches by the research team in other major territories

in Brazil and Portugal, considering geodiversity as the diversity of rocks,

fossils, relief, soils, water resources and minerals and energy resources.

The Geodiversity Index resulted from the sum of the six partial indexes:

i) lithological; ii) paleontological; iii) geomorphological; iv) pedological;

v) water resources; vi) mineral and energy resources. The values of

geodiversity of each grid square are the sum of all partial indices. The

water resources index was established as a new component to the count of

geodiversity. This index also results from the sum of 4 hydrological

elements (precipitation, groundwater specific flow, river hierarchy, and

reservoirs). Based on the same components, a quantification of water

resources (PRH) is proposed from the use of irregular polygons

corresponding to the limits of the sub-basins, replacing the regular grid.

According to the type of occurrences, these indices may have very

different ranges thus values were normalized to a maximum of 5 points

each. The sum of partial indices resulted in a Map of Geodiversity Indices

with values from 3 to 25. On the Map of PRH the values range from 4 to

14. Afterwards the values were interpolated using the Kriging method

thus generating the Geodiversity Map of the Ceará State. The

Geodiversity Index was defined with qualitative values ranging from

“very low” to “very high”. The regions Noroeste Cearense and Sul

Cearense have the highest geodiversity in the state while the region

Sertões Cearenses has the lowest. The higher values of PRH are in the

Northwest, North, Northeast, East and South Cearense regions.

Keywords: Assessment, Ceará, geodiversity, index, Potential Water

Resources.

1 Instituto de Ciências da Terra, polo da Universidade do Minho, Portugal.

*Autor correspondente/Corresponding author: arangeo@gmail.com

1. Introdução

Este trabalho enquadra-se no âmbito da avaliação e quantificação

do Potencial dos Recursos Hídricos (PRH) e da geodiversidade do Estado do Ceará, Brasil. O objetivo geral desta pesquisa é a avaliação da geodiversidade através da quantificação de vários componentes abióticos, nomeadamente as rochas, o relevo, os solos, os fósseis, os recursos minerais e energéticos e os recursos hídricos através do uso de SIG (Sistema de Informação Geográfica). Nos últimos anos alguns estudos têm contribuído com a elaboração de métodos e técnicas de quantificação da geodiversidade (Bradbury, 2014; Carcavilla et al., 2007; Pereira

et al., 2013; Serrano e Flaño, 2007; Ruban, 2010, 2011; Silva, 2013, 2015; Knight, 2011; Zwolinski, 2009). A consideração dos recursos hídricos (pluviosidade, caudal específico subterrâneo, hierarquias de rios e reservatórios hídricos) como parte integrante do processo de quantificação e avaliação da geodiversidade foi pensada devido à sua importância socioeconómica e à intrínseca relação existente entre os elementos naturais abióticos que compõem a geodiversidade. Os recursos hídricos atuam e

transformam esses elementos que, por sua vez, influenciam fortemente as relações da Humanidade com o território e a paisagem. Devido à importância que os recursos hídricos têm

Artigo original Original article

100 A. M. Araújo, D. I. Pereira / Comunicações Geológicas (2016) 103, 1, 99-105

para a sociedade, propomos uma quantificação independente do PRH a partir do uso de polígonos irregulares correspondentes aos limites das sub-bacias, em substituição da malha regular usada na

quantificação da geodiversidade. Assim sendo, nesta pesquisa, são desenvolvidos dois procedimentos distintos que resultaram no Mapa do Potencial dos Recursos Hídricos e também no Mapa de Avaliação da Geodiversidade (Araujo e Pereira, 2016).

2. Geodiversidade e recursos hídricos

O conceito de geodiversidade, assim como qualquer outro conceito que nasce no cerne do conhecimento científico, passou e ainda tem passado pelo processo de autoafirmação conceitual. As discussões sobre o conceito da geodiversidade ainda são

efervescentes, pois sempre haverá autores que procurarão dar o seu contributo acerca de um tema que ainda é embrionário.

Duas correntes de pensamento dividem-se sobre o conceito

de geodiversidade. A primeira defende um conceito com caráter predominantemente geológico (Sharples 1993, 1995, 1997, 2002, Nieto 2001, 2004, Nieto et al.. 2006, Brilha 2005, 2015, Carcavilla et al., 2007, Carcavilla 2012) e a segunda, faz a correlação entre os elementos bióticos e abióticos como parte indissociável para a formação do conceito (Durán et al., 1998; Durán et al., 2005; Eberhard, 1997; Arribas e Durán, 1998; Erikstad, 1999; Johansson et al., 1999; Stanley, 2002; Australian

Heritage Commission, 2002; Kozlowski, 2004; Santucci, 2005; Parks e Mulligan, 2010; Gray, 2004, 2008, 2011, 2012, 2013, Forte, 2014; Anderson et al., 2015).

Com base nas propostas da Australian Heritage Commission (2002) e de Gray (2004), consideramos que a geodiversidade corresponde à diversidade de rochas, minerais, fósseis, formas de relevo, solos e aspetos hidrológicos, bem como a diversidade de processos geológicos associados. Assim, a geodiversidade pode

ser entendida como a variedade e diversidade de elementos, sistemas e processos geológicos, geomorfológicos e pedológicos. Ela inclui evidências da vida passada, dos ecossistemas e dos ambientes da história do planeta, tendo como referência os processos atmosféricos, hidrológicos e biológicos que agem nas rochas, nos solos e no relevo num contínuo processo de modificação e transformação (Gray, 2004).Atualmente, o

conceito é cada vez mais utilizado na literatura científica, em artigos e comunicações sobre patrimônio geológico e geoconservação (Carcavilla et al., 2007; Brilha, 2015), mas deverá também ser visto como um conceito importante para o ordenamento territorial.

Para além dos valores científico, cultural e estético da geodiversidade, são também importantes os valores funcional e económico. Assim, a avaliação da geodiversidade deve incidir não só nos aspetos da conservação, por exemplo, de fósseis ou de rochas e minerais raros, mas também da gestão dos recursos minerais, energéticos e hídricos, fundamentais para o desenvolvimento das atividades humanas.

Figura 1. Localização e geologia simplificada do Estado do Ceará (Brandão, 2014).

Figure 1. Location and simplified geology of the Ceará State (Brandão, 2014).

Mapeamento do PRH e da Geodiversidade usando SIG 101

3. Caracterização da área de estudo

O Estado do Ceará localiza-se no Nordeste do Brasil, com uma

área de 148 886,308 km², correspondente a 1,74 % da superfície do Brasil (IBGE, 2015). A geologia do Estado do Ceará é constituída por cerca de 74 % (108,000 km2) em rochas ígneas e metamórficas pré-câmbricas (Fig. 1). Este domínio é bordejado por rochas sedimentares em bacias paleozoicas e mesozoicas, das quais se destaca a Bacia do Araripe a sul. A faixa costeira a norte é constituída por sedimentos quaternários. A diversidade litológica e estrutural reflete-se na diversidade das formas de

relevo, na disponibilidade de recursos hídricos superficiais e subterrâneos, na potencialidade de recursos minerais e energéticos, bem como na variedade de solos existente no território cearense (Brandão, 2014).

4. Metodologia

Para a avaliação da geodiversidade do Estado do Ceará, procedemos a um upgrade da metodologia de quantificação da

geodiversidade desenvolvido inicialmente por Pereira et al. (2013) e posteriormente revista por Silva et al. (2013, 2015). A presente pesquisa está dividida em duas etapas, uma para a quantificação e avaliação da geodiversidade e outra para a quantificação e avaliação do Potencial dos Recursos Hídricos (PRH). Todos os procedimentos foram realizados a partir dos programas ArcGIS v10.1 e Qgis v2.6.1. Para a quantificação da geodiversidade foi utilizada uma grelha com células de 12 x12

km e calculados os índices de 6 componentes abióticos nomeadamente de rochas, relevo, fósseis, solos, recursos minerais e energéticos e os recursos hídricos. Para o índice dos recursos hídricos foram quantificados separadamente 4 mapas parciais: médias anuais pluviométricas, caudal específico subterrâneo (designado por “vazão específica” no Brasil), hierarquia de rios e reservatórios hídricos, aqui considerados como 4 ocorrências distintas e que, somadas, geraram o mapa de índices de recursos hídricos. Esse mesmo procedimento foi

também aplicado para a avaliação do PRH tendo, neste caso, como base diferencial os limites naturais das bacias hidrográficas.

Figura 2. Índices parciais para a geração do Mapa de Índice de Geodiversidade do Estado do Ceará. A) litologia; B) geomorfologia; C) pedologia; D) mineralogia; E)

paleontologia; F) recursos hídricos

Figure 2. Partial indices for the generation of the Geodiversity Index Map of the State of Ceará. A) lithology; B) geomorphology; C) pedology; D) mineralogy; E) paleontology;

F) water resources.

102 A. M. Araújo, D. I. Pereira / Comunicações Geológicas (2016) 103, 1, 99-105

Para a quantificação da geodiversidade desenvolveram-se os seguintes passos: 1. Geração de uma grelha regular (células de 12 x12 km) para

quantificação dos mapas parciais da geodiversidade para posterior análise e comparação;

2. Definição dos temas litologia, geomorfologia, paleontologia, recursos minerais e energéticos, pedologia e recursos hídricos

para quantificação dos índices parciais; 3. Para a contagem da litologia considerou-se o número de

domínios litológicos por quadrícula no mapa geológico à escala 1:500 000 (CPRM, 2008);

4. Para a geomorfologia considerou-se o número de unidades geomorfológicas por quadrícula no mapa geomorfológico à escala 1:250 000 (IBGE, 2010); o método foi simplificado relativamente ao método original (Pereira et al., 2013; Silva

et al., 2015). 5. Para os solos considerou-se o número de ocorrências de

diferentes tipos de solos por quadrícula sobre o mapa de solos à escala 1:600 000 (IBGE, 2010);

6. Para os recursos minerais e energéticos considerou-se o número de diferentes ocorrências por quadrícula sobre o mapa litológico à escala 1:500 000 (CPRM, 2008), não contando a repetição de ocorrências (Pereira et al., 2013);

7. Para a paleontologia contabilizou-se o número de ocorrência

de diferentes fósseis referidos na bibliografia disponível, metodologia mais detalhada do que a de Pereira et al. (2013) que conta o número de unidades geológicas com potencial conteúdo fóssil;

8. Geração dos mapas parciais dos recursos hídricos a partir de grelhas de 12 x12 km; Para a quantificação do Potencial dos Recursos Hídricos

desenvolveram-se os seguintes passos: 1. Cálculo da componente Pluviosidade tendo como resultado o

Mapa da Precipitação Média Anual, gerado a partir do

tratamento de dados brutos de pluviosidade e calculada a média anual, para posterior aplicação da interpolação por Krigagem gaussiana e obtenção do mapa de isolinhas. Em seguida, foi feita a reclassificação para cada intervalo de pluviosidade em valores inteiros, os quais passaram a variar de 1 a 14.

2. Cálculo da componente Caudal Específico, sendo identificados os valores que estariam dentro da área que

corresponde a cada uma das subbacias. Para as sub-bacias com mais de um valor de caudal específico, foi necessário calcular a média ponderada. Em seguida, já com todos os respectivos valores de caudal corrigidos, estes foram transferidos para a tabela que corresponde à grelha das subbacias e a posteriori, cada subbacia foi classificada pelo peso do caudal equivalente.

3. Cálculo da componente Hierarquia dos cursos de água que constitui um dos indicadores indiretos da quantidade de água

superficial disponível. No processamento do índice de hierarquias de canais considerou-se como valor a ser computado o da maior hierarquia existente dentro da bacia, sendo desconsideradas as hierarquias inferiores.

Figura 3. Mapa de Índices de Geodiversidade do Estado do Ceará

Figure 3. Map of Geodiversity Indices of the State of Ceará

Figura 4. Mapa de Avaliação da Geodiversidade do Estado of Ceará.

Figure 4. Map of Geodiversity Assessment of the State of Ceará

Mapeamento do PRH e da Geodiversidade usando SIG 103

4. Cálculo da componente Reservatórios superficiais (ou Albufeiras) que se constitui como os espelhos de água represados por meio de barragem do leito dos rios. Os

reservatórios, independentemente do fim para que foram criados (abastecimento doméstico, agrícola ou hidroelétrico, ou controle de cheias), constituem um aumento na disponibilidade de água superficial. Para o processamento do mapa com o índice de reservatórios, foram identificadas e separadas as subbacias com presença de reservatórios de água.

No Mapa de Avaliação da Geodiversidade (Fig. 4), representam-se 5 níveis de geodiversidade, a qual varia desde Muito Baixa até Muito Alta.

Na região Sul do Estado, as classes mais representativas são as de Alta e Muito Alta Geodiversidade, em especial na área doAraripe, a sudeste. Esses altos valores explicam-se pela presença de alta diversidade geológica, hidrológica e em especial paleontológica, associada às ocorrências na Bacia do Araripe. A

região Centro-Oeste (Sertões Cearenses) possui 80 % da área com níveis Muito Baixa e Baixa Geodiversidade, principalmente na parte central; na região Norte são predominantes Muito Baixa e Média Geodiversidade em mais de 70 % da área; a região Noroeste foi a que apresentou maior área com Alta e Muito Alta Geodiversidade, formando um padrão concêntrico. A porção Leste-Nordeste do Jaguaribe apresenta níveis de Média e Alta Geodiversidade concentrados na porção nordeste devido

principalmente à presença de maiores valores de diversidade de recursos hídricos, recursos minerais e energéticos e fósseis.

De modo geral, são as duas regiões do Noroeste e Sul do Estado que apresentam a maior concentração de valores de Alta Geodiversidade. As demais regiões, Centro-Sul, Nordeste-Jaguaribe, Norte e a região Metropolitana de Fortaleza, apresentam pontualmente índices considerados elevados (Muito Alta e Alta), concentrando na maior parte da área valores de baixa a mediana geodiversidade.

O segundo resultado refere-se aos Mapas de Índices de Recursos Hídricos e de Potencial de Recursos Hídricos elaborados com base nos limites naturais das bacias hidrográficas

do Estado. A partir da soma dos índices parciais pluviosidade, caudal específico subterrâneo, hierarquia de cursos de água e reservatórios hídricos (Fig. 5), obteve-se o mapa do PRH por

subbacias do Estado do Ceará com índices que variam de 4 a 14 (Fig. 6).

5. Resultados e Interpretação

A partir da álgebra das seis componentes, litologia, geomorfologia, paleontologia, recursos minerais e energéticos, pedologia e recursos hídricos (Fig. 2), obteve-se o Mapa de Índices de Geodiversidade (Fig. 3) os quais foram quantificados com base no uso de uma grelha de 12 x12 km.

Como subproduto de índices, gerou-se o Mapa de Avaliação da Geodiversidade, a partir da interpolação pelo método de

Krigagem Gaussiana. O principal objetivo foi ponderar os valores pontuais correlacionando-os com os valores das células adjacentes (vizinhos mais próximos), gerando assim, valores intermedios entre os centroides. Foram identificadas 153 sub-bacias que possuem elevados valores de PRH concentrados nas regiões Noroeste, Norte, Nordeste e Sul do Estado e cujos índices variam entre 8 (Médio) e 14 (Muito Alto), o que representa 45 % do total das subbacias. Com índices de PRH de 4 (Muito Baixo) a

7 (Baixo) estão 185 subbacias ou 55 % do total, concentradas na porção centro-oeste do Estado e coincidindo com algumas das áreas dos Sertões Cearenses: sertão de Crateús, sertão dos Inhamuns, sertão Central, sertão de Canindé e sertão de Sobral, de acordo com a nova delimitação de planeamento do Ceará realizado pelo IPECE em 2015.

No Mapa do PRH sobreposto pelas mesorregiões do Estado do Ceará (Fig. 7), destacam-se as regiões com valores entre

Médio a Muito Alto (Noroeste, Norte, Nordeste, Leste e Sul Cearense). Para os menores índices de PRH, os índices variam de Muito Baixo a Baixo. Esses índices foram identificados em sua quase totalidade na porção central do Estado na mesorregião dos grandes Sertões Cearenses e numa pequena área na porção noroeste da mesorregião do Vale do Jaguaribe e no oeste Sul Cearense.

Figura 5. Índices parciais de recursos hídricos gerados a partir da grelha de 12 x12 km. A) pluviosidade; B) caudal específico; C) hierarquia de rios; D) reservatórios hídricos.

Figure 5. Partial indices of water resources generated from the 12 x12 km grid. A) rainfall; B) specific flow; C) river hierarchy; D) water reservoirs.

104 A. M. Araújo, D. I. Pereira / Comunicações Geológicas (2016) 103, 1, 99-105

6. Conclusões

A presente proposta de quantificação da geodiversidade tem como intuito principal servir como instrumento técnico para o ordenamento territorial, incluindo a avaliação e a valorização dos

recursos geológicos e de áreas com potencial de geoconservação do Ceará.Paralelamente é apresentado o procedimento de avaliação independente do Potencial dos Recursos Hídricos, com base nos limites das bacias hidrográficas.

Na etapa do somatório dos índices parciais, foram obtidos dois resultados principais, nomeadamente os mapas quantitativos (índices) e os mapas ordenados (avaliação) tanto para a Geodiversidade, como para o Potencial dos Recursos Hídricos do Estado. Nesta fase, consideramos que a metodologia de

quantificação aqui apresentada e os respectivos resultados para a obtenção dos mapas de Geodiversidade e de PRH, constituem-se como possíveis instrumentos de auxílio na análise e gestão do Estado do Ceará. No Mapa de PRH destacam-se, pelos valores mais elevados, as regiões Noroeste, Norte, Nordeste, Leste e Sul do Estado, resultado das maiores concentrações de altos valores das diferentes componentes avaliadas. Na análise dos Mapas de Geodiversidade (Figs. 3 e 4), as regiões Noroeste e Sul Cearense

apresentaram valores mais elevados. Em função dos resultados gerados, é possível mensurar que o

procedimento metodológico desenvolvido se revela adequado no processo de identificação e ponderação dos índices da geodiversidade num dado território e permitem supor que esta metodologia poderá ser aplicada com sucesso noutras áreas.

Agradecimentos

Os autores expressam seus agradecimentos ao Instituto Brasileiro de Pesquisa: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela concessão da bolsa de

Doutoramento através do Programa Ciências sem Fronteiras (CsF) que permitiu a realização deste trabalho. Este trabalho foi parcialmente co-financiado pela União Europeia através do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional, com base em COMPETE 2020 (Programa Operacional da Competitividade e Internacionalização), projeto ICT (UID / GEO / 04683/2013), com referência POCI-01-0145- FEDER-007690 e os fundos nacionais fornecidos pela Fundação para a Ciência e Tecnologia.

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Figura 6. Mapa dos Índices dos Recursos Hídricos do Estado do Ceará.

Figure 6. Map of Water Resources Indices of the State of Ceará.

Figura 7. Mapa do Potencial de Recursos Hídricos do Estado do Ceará.

Figure 7. Map of Water Resources Potential of the State of Ceará.

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