Análise da impermeabilização da área urbana de Manaus (1987-2006) com o uso do modelo de mistura espectral MESMA

• Ano de defesa: 2010
• Autor(a) principal: Tahisa Neitzel Kuck
• Orientador(a): Diógenes Salas Alves
• Banca de defesa: Teresa Gallotti Florenzano, Lênio Soares Galvão, Sandra Maria Fonseca da Costa
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Sensoriamento Remoto
• País: BR
• Resumo em Inglês: The accelerated process of urbanization is responsible for significant anthropogenic alterations of natural landscapes. The understanding and monitoring of these changes are fundamental for urban planning which envisions the spatial planning and the contention of environmental impacts resulting from occupation of new areas. One of the significant problems of increasing population densities in large urban areas is the invariable impermeabilization capacity of the soil and the arising of new settlements in inappropriate fragile environments. These processes have brought harsh consequences on the population, of which, the increase in magnitude and frequency of urban flooding. To avoid such problems, the physical domain of planning should be oriented towards the micro watershed level within urban landscapes in which the occupation should be analysed. Remote sensing delivers a series of tools and products suitable for the development of a variety of up-to-date and historical information at a synoptic view to be analysed within this context. The objective of this research is to delimit the fractions of impermeable surfaces within the city of Manaus, Amazonas State, Brazil, between the years 1987 and 2006 based on the application of \textit{Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis} (\textit{MESMA}); ROBERTS et al., 1998, on a series of Landsat Thematic Mapper (TM) imagery. The presented methodology exists of the selection of spectra to compose a unique spectral library for the modeling of vegetation, soil, impermeable surface and shadow fractions for the two analyzed dates. In total, 30 sample spectra were selected for the modeling of 2 and 3 endmembers e 18 sample spectra for the 4 endmembers, of which 97.7\% was correctly modeled for the 2006 image and 99.2\% for the 1987 image with a root mean squared (RMS) error of 2.5 \%. Finally, fraction maps were generated with each of the pixels representing a percentage of the determined endmember present within the pixel. The fraction maps of impermeable surface are discussed in relation to the urban expansion process and the consequences of soil impermeabilization within the city of Manaus and in the context of environmental issues within urban environments. The São Raimundo watershed within Manaus concentrates more than half of the urban population (IBGE, 2007). The watershed and sub watershed boundaries for the São Raimundo watershed were generated on the basis of the digital elevation model (DEM). On the basis of this delineation, average declivity and percentages of soil impermeability were calculated for each of the micro basins. The obtained values for declivity and the rate of impermeabilization were related to categorize the micro watersheds on the basis of their level of surface runoff into the classes very low, low, high and very high. The map of categorized micro basins and its overlay on the political boundaries established within the Urban Master Plan of Manaus originates a discussion on the configuration of occupation in relation to urban micro watersheds. This study demonstrates the potential of satellite images of moderate spatial resolution and the mixture models based on multiple endmembers for the analysis of urban environmental problems related to soil impermeabilization.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19@80/2010/08.03.13.16

O acelerado processo de urbanização é um dos responsáveis por significativas alterações antropogênicas da paisagem natural. A compreensão e o monitoramento de tais alterações são fundamentais para o planejamento urbano, que visa o ordenamento do território e a contenção de impactos ambientais decorrente de novas ocupações. Um dos grandes problemas causados pelo adensamento populacional em grandes áreas urbanas é a impermeabilização indiscriminada do solo e o surgimento de novos assentamentos em áreas ambientalmente impróprias, o que tem trazido graves conseqüências para a população, dentre as quais, o aumento, em magnitude e freqüência, das enchentes urbanas. Para evitar tais problemas, as microbacias hidrográficas urbanas devem constituir o domínio físico de planejamento, e para tal, sua ocupação deve ser estudada. Neste aspecto, os produtos do sensoriamento remoto orbital demonstram-se úteis por subsidiarem a geração de diversas informações históricas e atuais e uma visão sinóptica da área analisada. O objetivo deste trabalho foi delimitar as frações de superfícies impermeáveis da cidade de Manaus, Amazonas, nos anos de 1987 e 2006, através da aplicação da técnica de Modelo de Mistura Espectral com Múltiplas Componentes (\textit{Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis MESMA}; ROBERTS et al., 1998) em imagens \textit{Landsat Thematic Mapper} (TM). Foi apresentada uma metodologia de seleção de espectros para compor uma única biblioteca espectral a ser utilizada para modelar as duas datas analisadas, resultando em frações de vegetação, solo e superfícies impermeáveis. Ao todo, foram selecionados 30 espectros para os modelos de 2 e 3 componentes e 18 para os de 4 componentes, os quais modelaram 97,7\% da imagem de 2006 e 99,2\% dos espectros da imagem de 1987 com 2,5\% de limiar de aceitação de erro (RMS). Ao final, foram gerados os mapas de frações com o valor de cada pixel representando a porcentagem de determinada componente presente neste pixel. A partir do mapa de frações de superfícies impermeáveis, discutiu-se a respeito do processo de expansão urbana e conseqüente impermeabilização do solo em Manaus, no contexto dos problemas ambientais relacionados à ambientes urbanos. A delimitação da bacia hidrográfica do São Raimundo, a qual concentra mais da metade da população urbana de Manaus (IBGE, 2007), e de suas microbacias foi realizada através de um Modelo Digital de Elevação. A partir dessa delimitação, foram calculadas as declividades médias e as porcentagens de superfície impermeável para cada uma das microbacias. Os valores obtidos para declividade e taxa de impermeabilização foram cruzados, e as microbacias categorizadas segundo seu nível de escoamento superficial em muito baixo, baixo, médio, alto e muito alto. O mapa contendo as microbacias categorizadas e sua sobreposição com os limites políticos estabelecidos no Plano Diretor Urbano e Ambiental de Manaus originou uma discussão acerca da configuração da ocupação em relação às microbacias urbanas. Este estudo demonstrou o potencial das imagens de moderada resolução espacial e dos modelos de mistura baseados em múltiplas componentes para a análise da problemática ambiental urbana relacionada à impermeabilização do solo.