Relação entre padrões e processos em pequenas bacias hidrográficas : a interface entre ecologia de paisagem e hidrologia através do geoprocessamento e da geometria fractal

Abstract

Este trabalho investiga a relação entre padrões e processos em 4 pequenas bacias hidrográficas de encostas situadas nos municípios de Sapiranga e Santa Maria, RS, Brasil. Foram medidas as vazões de estiagem das bacias hidrográficas durante aproximadamente 850 dias, entre agosto de 1992 e janeiro de 1995. As séries temporais foram interpoladas e analisadas através do software MTRCHAOS, que permite o cálculo da dimensão de correlação e do maior expoente de Lyapunov, quando este existir. Foram obtidos modelos digitais de terreno a partir de cartas topográficas. Cenas do satélite Landsat TM5 foram classificadas por máxima verossimilhança para caracterizar a estrutura da paisagem. Foi empregado o sistema de informações geográficas IDRISI v. 4.1 para obterem-se índices da heterogeneidade da paisagem, adaptando-se procedimentos para medir a geometria fractal. A inter-relação entre índices da estrutura morfológica e da heterogeneidade das bacias e a complexidade das vazões de estiagem foi avaliada com análise de agrupamentos e de componentes principais, sendo discutidas as possíveis relações funcionais entre os índices com a complexidade das vazões. Os índices que melhor guardaram relação com a complexidade das vazões foram a declividade média das bacias, o índice de diversidade calculado sobre a bacia, a média dos valores do índice de diversidade calculado para janelas móveis de 3 x 3 células e a dimensão fractal da relação área-perímetro. São discutidas as implicações destas relações para definição da vazão mínima de proteção ambiental, sendo proposta uma abordagem alternativa aos métodos arbitrários atualmente utilizados para definí-la, o que envolve um compromisso entre exploração e preservação da complexidade.

This work searching the relationship between patterns and process at four little hill watersheds located at Sapiranga and Santa Maria townships, RS, Brasil. It was measured the drought discharges of watersheds during, approximately, 850 days, between august of 1992 and january of 1995. The temporal series was interpolated and analysed through MTRCHAOS software, which it calculate the correlation dimension and the largest Lyapunov exponent, when it to exist. It was obtained digital elevation models from topographic maps. Scenes from satellite Landsat TM5 was classified by maximum likelihood to characterize the landscape structure. It was utilized the geographic information system IDRISI v. 4.1 to obtain indices of landscape heterogeneity, it was adapted proceedings to measure the fractal geometry. The interrelationship between indices of morphological structure and heterogeneity of watersheds and drought discharges complexity was evaluated by cluster and principal components analysis, it was discussed the possible functional relationships between the indices and discharge complexity. The indices that was better correlated with discharge complexity was average slope, diversity, average diversity of 3 x 3 pixels moving windows and fractal dimension of area-perimeter relation. It was discussed the implications of this relationships towards a definition of minimum discharge for environment protection, it was proposed a alternative approach to arbitrary methods really used, it envolving a compromise between multiple uses and complexity preservation.