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Análise Espacial e Impactos Ambientais

Noções acerca de métodos de análise espacial em SIG e seu uso sobre impactos ambientais
by

Helio Beiroz

on 1 September 2015

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Transcript of Análise Espacial e Impactos Ambientais

E o que são impactos ambientais?
Análise Espacial e Impactos Ambientais
Msc. Hélio Beiroz
hbeiroz@labgis.uerj.br

www.labgis.uerj.br/extensao

Análise Espacial
Identificar e compreender o comportamento espacial de objetos e fenômenos, em relação à superfície terrestre
Logo, trata da distribuição espacial dos dados geográficos
As possibilidades de objetos e situações alvo de análises são inúmeras:
Distribuição dos locais de ocorrência de uma espécie invasora no interior de uma unidade de conservação;

Número de internações por contaminação por poluente atmosférico nos diferentes hospitais de um município

Variação do nível de salinidade da água ao longo de um mangue

Número de furtos à estabelecimentos comerciais por bairros de um município

Área de cobertura vegetal natural remanescente por lotes rurais

Etc.
E o nível de complexidade das análises também!
Das mais simples, como comparar o valor médio de renda por residência de uma bairro, para estimar a variação espacial da mesma
Até algumas bastante complexas, como estimar o valor médio de temperatura para toda a superfície de um município litorâneo tropical, a partir de amostras pontuais, excluindo a tendência global de diminuição da temperatura nas áreas mais próximas à costa.
Quanto mais complexo é o comportamento do objeto, e/ou maior é o número de variáveis envolvidas, mais complexa é a análise!
Fatores que influenciam nos tipos de análise
Comportamento espacial esperado do objeto
Estrutura na qual o dado acerca do objeto se encontra no ambiente computacional
- Diversos objetos têm sua intensidade diretamente influenciada pela distância
- Objetos podem se apresentar de maneira discreta, contínua, ou abstrata, no mundo real
- Diversos objetos possuem correlação com outros objetos, necessitando de análises integradas, comparativas, ou de isolamento de tendências padrão
- Etc.
- Eventos ou padrões pontuais : os fenômenos são expressos por coordenadas no espaço (conceito de amostra)
- Superfícies contínuas: estimadas com base em levantamentos de campo, como relevo, taxa de minerais, pluviometria e temperatura (conceitos de tesselação e isolinha, geralmente)
- Áreas de contagem e Taxas Agregadas: geralmente referem-se a dados populacionais, onde as contagens estão agrupados em áreas como, por exemplo, setores censitários, ou fragmentos florestais (conceito de polígonos sem topologia)
O conhecimento desses padrões, em geral, envolve levantamento de resultados de estudos de casos semelhantes, ou análises exploratórias
Parte das análises espaciais necessita da conversão dos dados de uma estrutura para outra. Um dos tipos mais comuns de conversão é entre o modelo conceitual de amostras e o de tesselação, por exemplo
Métodos de Análise
Em função da variedade de comportamentos espaciais e técnicas de mensuração dos fenômenos/objetos do mundo real, há, também, uma grande variedade de métodos de análise espacial.
A grande maioria dos métodos foi elaborada com o intuito de obedecer a premissas de aleatoriedade, correlação entre variáveis, amostras aleatórias, pesos de ponderação, entre outros.
Vejamos alguns exemplos de métodos de análise
Geoprocessamento "básico" e análises sobre dados espaciais vetoriais
Em geral os softwares de SIG oferecem um conjunto de ferramentas básicas de análise vetorial que permitem analisar o comportamento dos dados e relações simples entre eles, como:

- Dissolução/simplificação de feições;
- Extração de áreas de interseção;
- Extração de áreas de disjunção;
- "Cortar" feições de dados em função do formato de outros;
- Cálculos de geometria de linhas e polígonos;
- Análises de distâncias entre objetos;
- Contagem de números de pontos no interior de polígonos;
- Estabelecimento de áreas de influência simples (buffer);
- Etc.
Subdivisão Espacial
Bastante utilizado quando a ocorrência de um objeto, ou a mensuração de um fenômeno se dá de maneira pontual
Pode-se utilizar para cálculos de densidade de ocorrência simples, através do estabelecimento de uma grade vetorial

Que também pode servir como uma estrutura de reorganização da amostragem de maneira a selecionar subconjuntos aleatórios de amostras
Amostras Pontuais
Espaço subdividido
Seleção aleatória de quadrantes para análises estatísticas
Outra maneira de estabelecer áreas de influência, um pouco mais elaboradas, é através do Diagrama de Voronoi, ou Polígonos de Thiessen
O método consiste em gerar polígonos, ao redor dos pontos amostrados, onde toda a área do polígono está mais próxima ao ponto em seu interior do que qualquer outro ponto ao redor
O método foi bastante utilizado antes da possibilidade de interpolação oriunda da computação e ainda é muito utilizado em diversas análises
Interpoladores
Estimadores de densidade
Classificação de imagens
O processo de interpolação tem como objetivo estimar os valores de uma variável para toda a extensão da área de estudo, com base em amostras pontuais
Existe uma grande quantidade de interpoladores. Alguns baseados em "regras" simples (como estabelecer valor semelhante à amostra mais próxima). Outros com base em conceitos estatísticos bem mais elaborados (como a cokrigagem, que trata diversas variáveis ao mesmo tempo, com base na correlação espacial de seus valores)
Exemplo: Triangulação de Delaunay
Por meio de um algoritmo, geram-se faces triangulares de acordo com pontos amostrais e isolinhas da superfície contínua – muito usado para relevo
Inverse Distance Weighting - IDW
u(x) é uma média ponderada
w(x) é a função de ponderação, que está em função da distância da amostra (xk) ao ponto interpolado (x)
p é o expoente que determina o “ritmo” de queda do peso de uma amostra conforme a distância aumenta – por exemplo, p = 2. O peso da amostra decai em função do inverso do quadrado da distância, ou seja, a distância dobra, o peso cai quatro vezes.
Parte do princípio de que o valor das amostras mais próximas deve ter maior influência sobre o valor a ser estimado do que o valor de amostras mais distantes.
O resulado pode ser representado de maneira vetorial, com base no conceito de TIN facilmente aplicável em análises tridimensionais
O resultado é representado de maneira matricial, a partir do conceito e tesselação.
O objetivo é estimar a variação da quantidade de ocorrênias de um objeto/fenômeno, ao longo de uma superfície a partir de um conjunto limitado de ocorrências (amostras)
De maneira geral, estabelece-se um raio de busca que irá estipular, ao redor de cada célula, a área na qual serão contadas as ocorrências para estabelecer o valor de densidade
É possível trabalhar com dados nos quais tenhamos mais de uma ocorrência no mesmo ponto de amostra, usando um campo na tabela de atributos anexada ao dado espacial
Opções de Inferência
Há estimadores que, além do número de ocorrências na área, consideram a proximidade entre as ocorrências e o centro da área analisada (agrupamento das amostras), como é o caso da densidade de Kernel
O resultado geralmente é representado de maneira matricial, com base no conceito de tesselação, porém, pode ser representado de maneira vetorial, com base no conceito de isolinhas
Consiste em agrupar os objetos em classes, em geral, a partir da análise do comportamento deles em relação à REM
Utiliza-se métodos matemáticos (destaque aos estatísticos) e computacionais para identificação de padrões e/ou características que permitam a distinção dos alvos
Compara-se o comportamento do objeto em diferentes faixas de comprimento do espectro eletromagnético
Os métodos são divididos segundo duas características principais
Supervisionados x não Supervisionados
Por Pixel x por Região
Requer amostras e parâmetros
Define-se apenas parâmetros
Pixels analisados de maneira isolada
Analisa-se os pixels em relação a seus "vizinhos"
O resultado da classificação pode ser representado de maneira matricial, ou vetorial, contudo, em ambos os casos, baseia-se no conceito de polígonos adjacentes
"Qualquer alteração das propriedades físicas, químicas, biológicas do meio ambiente, causada por qualquer forma de matéria ou energia resultante das atividades humanas que afetem diretamente ou indiretamente:

- A saúde, a segurança, e o bem estar da população

- As atividades sociais e econômicas

- A biota

- As condições estéticas e sanitárias ambientais

- A qualidade dos recursos ambientais"
(CONAMA - Artigo 1º da Resolução n.º 001/86)
É muito comum que, devido ao uso corriqueiro do termo, impacto ambiental passe a ser interpretado como sinônimo de degradação ambiental
Contudo, ele trata de QUALQUER alteração, causada pela ação HUMANA que venha a afetar os "objetos" listados anteriormente
Há atividades humanas cujos impactos trazem benefícios aos ecossistemas, como o manejo de espécies invasores, a criação de corais artificiais e o reflorestamento, por exemplo
Alguns outros conceitos relacionados
DISTÚRBIO AMBIENTAL – Qualquer alteração ambiental,seja provocada por ações antrópicas, seja por causas naturais (muito próximo ao conceito de impacto, porém contempla alterações não causadas pelas ações humanas, logo; é mais abrangente)
DANO AMBIENTAL – Qualquer alteração ambiental adversa provocada por ações antrópicas (ou seja, causado por impactos ambientais de consequências "negativas"; é mais restritivo)
POLUIÇÃO – qualquer alteração das propriedades físicas, químicas ou biológicas do meio ambiente, causada por qualquer forma de matéria ou energia resultante das atividades humanas, que direta ou indiretamente:
- seja nociva ou ofensiva à saúde, à segurança e ao bem-estar das populações
- crie condições inadequadas de uso do meio ambiente, para fins domésticos, agropecuários, industriais, públicos, comerciais, recreativos e estéticos
- ocasione danos à fauna, à flora ou ao equilíbrio ecológico e às propriedades
- não esteja em harmonia com os arredores naturais.
(também próxima aos impactos ambientais "negativos", porém restrita a inserção de matéria ou energia nos ecossistemas; é mais restritivo)
Pertinência de analisar a "espacialidade" dos impactos ambientais
De maneira geral, podemos classificar os impactos ambientais, em relação a sua interação com a área afetada por eles como:
Diretos ou indiretos

Imediatos, de média ou longa duração

Temporários ou permanentes

Reversíveis ou irreversíveis

Benéficos ou adversos

Locais ou regionais (nacionais, globais...)
Informação chave!
Obtida a partir da análise espacial do impacto!
Msc. Hélio Beiroz
hbeiroz@labgis.uerj.br

www.labgis.uerj.br/extensao
Perguntas?
Poderíamos, ainda, citar análises espaciais complementares, direcionadas à carcaterização das áreas e "objetos" afetados
- As que visam analisar o distribuição espacial de áreas protegidas

- As relacionadas à análise espacial de bacias hidrográficas com base em modelos numéricos de terreno

- As realizadas sobre modelos de redes de migração de espécies e fluxos populacionais
Enfim, as possibilidades são amplas e, muitas vezes as limitações se dão em função da definição do método mais adequado e das variáveis envolvidas de maneira relevante!
Assim, a análise espacial dos impactos ambientais é pertinente, de maneira ampla, aos procedimentos de Avaliação de Impacto Ambiental (AIA)
E, de maneira mais específica, aos estudos ambientais relacionados ao:
- Estudo prévio de impacto ambiental (EPIA, antigo EIA)
- Plano de recuperação de áreas degradadas (PRAD)
- Avaliação ambiental estratégica (AAE)
- Estudo de viabilidade ambiental (EVA)
- Projeto de controle ambiental (PCA)
Consequentemente, seus resultados oferecerem informações muitas vezes indispensáveis ao:
- Relatório ambiental preliminar (RAP)
- Relatório de controle ambiental (RCA)
- Relatório de avaliação ambiental (RAA)
Todos relacionados diretamente ao processo de licenciamento ambiental de empreendimentos potencialmente causadores de impactos ambientais
Cabem, no entanto, algumas observações
Toda análise de dados depende da organização, volume, consistência e densidade da amostragem dos dados!
Como todo modelo, as análises espaciais que resultam em modelos numéricos são estimativas, com grau de acertividade limitado. É importante a validação dos modelos!
O ambiente de SIG é uma ferramenta poderosa, capaz de agilizar o processamento e análise dos dados, porém é necessário que a equipe esteja qualificada, compreenda os conceitos e possua o conhecimento teórico acerca do fenômeno a ser analisado!
Análise Espacial de Bacias Hidrográficas
Tem uma pertinência à parte, devido ao uso da mesma como recorte espacial para diversas análises ambientais
Diversas análises podem ser realizadas sobre elas, com base em um modelo digital de terreno, ou de elevação, gerando variados modelos numéricos, como:
- Mapas de direção do escoamento superficial
- Mapas de acúmulo de fluxos
- Extração de canais de drenagem perene e intermitente
- Extração de áreas de APP de margens de corpos d'água
- Mapas de declividade
- Valores de circularidade, compacidade, rugosidade, densidade de drenagem
- Etc.
O cálculo da compensação ambiental, realizado pelo órgão licenciador com base no EPIA do empreendimento possui variáveis inerentes ao comportamento espacial dos impactos ambientais do empreendimento
CA = VR x
GI
, onde:
CA = Valor da Compensação Ambiental
VR = somatório dos investimentos necessários para implantação do empreendimento
GI

= Grau de Impacto nos ecossistemas, podendo atingir valores de 0 a 0,5%
GI =
ISB

+

CAP

+

IUC
, onde:
ISB

= Impacto sobre a Biodiversidade
CAP

= Comprometimento de Área Prioritária
IUC

= Influência em Unidades de Conservação
Fórmula Principal
ISB

= IM x IB (IA+IT), onde:
IM = Índice Magnitude
IB = Índice Biodiversidade
IA = Índice Abrangência
(ESPACIAL)
IT = Índice Temporalidade

O ISB terá seu valor variando entre 0 e 0,25%, tendo como objetivo contabilizar os impactos do empreendimento diretamente sobre a biodiversidade na sua área de influência direta e indireta. Os impactos diretos sobre a biodiversidade que não se propagarem para além da área de influência direta e indireta não serão contabilizados para as áreas prioritárias
CAP

= IM x ICAP x IT, onde:
IM = Índice Magnitude
ICAP = Índice Comprometimento de Área Prioritária
(ESPACIAL)
IT = Índice Temporalidade

O CAP terá seu valor variando entre 0 e 0,25%, Tendo por objetivo contabilizar efeitos do empreendimento sobre a área prioritária em que se insere. Isto é observado fazendo a relação entre a significância dos impactos frente às áreas prioritárias afetadas. Empreendimentos que tenham impactos insignificantes para a biodiversidade local podem, no entanto, ter suas intervenções mudando a dinâmica de processos ecológicos, afetando ou comprometendo as áreas prioritárias
IUC

é mensurado segundo tipo de UC afetada
(ESPACIAL)
:

G1:parque (nacional, estadual e municipal), reserva biológica, estação ecológica, refúgio de vida silvestre e monumento natural = 0,15%
G2:florestas (nacionais e estaduais) e reserva de fauna = 0,10%
G3:reserva extrativista e reserva de desenvolvimento sustentável = 0,10%
G4:área de proteção ambiental, área de relevante interesse ecológico e reservas particulares do patrimônio natural = 0,10%
G5:zonas de amortecimento de unidades de conservação = 0,05%
(DECRETO Nº 6.848, DE 14 DE MAIO DE 2009 - Casa Civil da Presidência da República)
Para maiores informações acerca da quantificação dos valores dos índices de Magnitude, Biodiversidade, Abrangência, Temporalidade e Comprometimento de Áreas Prioritárias, consultar:
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