Análise espacial e conceitual de diferentes produtos cartográficos aplicados ao mapeamento de inundação

Abstract

A inundação em áreas urbanas é um problema histórico com o qual a sociedade atual vem sofrendo de forma intensa principalmente nos últimos 20 anos. Cidades sofrem processos de urbanização que tem como principal resultado o aumento das áreas de inundação, principalmente nos centros urbanos. Isso traz como consequências, modificações na rede de drenagem existente que geralmente acaba sobrecarregando o sistema de drenagem como um todo. Inundações são eventos naturais, porém seus efeitos são potencializados pela ação antrópica. Ao enfrentar a ocorrência desse evento, a sociedade deve utilizar de ferramentas sustentáveis, como a utilização de cartas de inundação, no sentido de diminuir perdas humanas e econômicas. Uma das medidas preventivas de planejamento, é o mapeamento das áreas suscetíveis à inundação em um determinado local, pois assim é possível estimar a população que será afetada, as perdas econômicas e as áreas mais vulneráveis. Na região sul do Brasil, por exemplo, devido a fatores históricos, populações fixaram-se nas áreas mais planas, especialmente na região do Vale do Itajaí, local de estudo deste trabalho. Por isso, os municípios de Brusque, Itajaí e Rio do Sul possuem uma série de produtos relacionados à inundação, direcionadas a esse tipo de evento. No entanto, cada produto tem sua qualidade relacionada ao tipo de dado cartográfico. A motivação para este estudo surgiu da análise técnica sobre os produtos cartográficos existentes, no qual foi percebido que a maior parte deles tem como principal tema a ser melhorado, a prevenção de inundações, através da identificação das manchas de inundação conhecidas. O objetivo desse trabalho foi comparar a análise conceitual de desastres para inundação e a acurácia espacial dos dados cartográficos disponíveis para esta área de estudo. Os modelos comparados auxiliam na construção de um novo tipo de análise, o qual identifica os mapas com maior probabilidade de ocorrência a inundação. O resultado obtido é um banco de dados geográficos, no qual foi possível fazer uma análise comparativa entre eles e, posteriormente, gerar com o método da matriz de confusão a indicação das áreas como verdadeiro positivo, verdadeiro negativo, falso positivo e falso negativo, logo, com a aplicação da métrica de precisão e sensibilidade, identificar se os produtos elaborados de fato possuem informações dos locais reais que acontecem as inundações. Além do cruzamento e comparativo das manchas de suscetibilidade, também foi analisado as manchas da setorização de risco das áreas urbanas, como metodologia alternativa, utilizando dados reais de eventos críticos, coletados em agências de Defesa Civil. Como resultado, constatou-se que o produto 1 cartas de suscetibilidade, elaborado pela CPRM obteve uma melhor taxa de acerto, totalizando uma média de 92.46% e de erro em 7.53%. Para o produto 2 elaborado pela CPRM, setorização de risco, foi encontrado valor referente a taxa de acerto médio de 88.8% e de 11.2% de erro. Para o produto 3 do banco mundial, foi identificado uma taxa de acerto de 92.22% e 7.72% de erro. Já para o produto 4, elaborado pela Defesa Civil Estadual, obteve-se uma taxa de acerto médio de 92.04% e de erro 7.95%. O município de Itajaí é o município com as melhores compatibilidades de acerto entre as manchas comparadas, para os produtos analisados, isto se justifica por apresentar sua planície aluvionar interligada com o Rio Itajaí-açu, ocupando assim maior parte da planície costeira, e ainda, ter grande parte de sua mancha urbana nas áreas de planície, já os municípios de Brusque e Rio do Sul, apesar de terem apresentado uma menor taxa de acerto entre os verdadeiros positivos, apresentaram as maiores taxas de verdadeiro negativo, isto ocorre por apresentarem vales mais encaixados em vários trechos de desníveis entre as partes interfluviais e o fundo do vale. Os valores demonstrados pela métrica aplicada sobre a precisão e sensibilidade indicaram que os resultados 1, 5, 7, 8 e 10 apresentaram os valores de sensibilidade acima dos valores de precisão, assim, caracterizando uma baixa taxa de precisão entre os cruzamentos. Já os resultados 2, 3, 4, 6 e 9 apresentaram os valores de precisão maiores que o de sensibilidade, indicando desta forma, um acerto maior para os produtos utilizados. O município de Itajaí apresentou para todos os produtos uma sensibilidade maior do que a precisão, com uma média de 0.80 de precisão e 0.87 para sensibilidade, indicando que os produtos elaborados pelas instituições superestimaram áreas não inundáveis.

Abstract: Flooding in urban areas is a historical problem with which society has been suffering intensely, especially in the last 20 years. Cities undergo urbanization processes that have as main result the increase of flood areas, mainly in urban centers. This results in modifications to the existing drainage network, which generally ends up overloading the drainage system as a whole. Floods are natural events, but their effects are enhanced by human action. When facing the occurrence of this event, society must use sustainable tools, such as the use of flood charts, in order to reduce human and economic losses. One of the preventive planning measures is the mapping of areas susceptible to flooding in a given location, as this makes it possible to estimate the population that will be affected, the economic losses and the most vulnerable areas. In the southern region of Brazil, for example, due to historical factors, populations settled in the flatter areas, especially in the region of Vale do Itajaí, the study site of this work. Therefore, the municipalities of Brusque, Itajaí and Rio do Sul have a series of products related to flooding, aimed at this type of event. However, each product has its quality related to the type of cartographic data. The motivation for this study arose from the technical analysis of existing cartographic products, in which it was noticed that most of them have flood prevention as their main theme to be improved, through the identification of known flood spots. The objective of this work was to compare the conceptual analysis of disasters for flooding and the spatial accuracy of the cartographic data available for this study area. The compared models help in the construction of a new type of analysis, which identifies the maps with the highest probability of occurrence of the flood. The result obtained is a geographic database, in which it was possible to make a comparative analysis between them and, later, generate with the confusion matrix method the indication of the areas as true positive, true negative, false positive and false negative, then , with the application of precision and sensitivity metrics, to identify whether the manufactured products actually have information on the actual locations where floods occur. In addition to crossing and comparing the susceptibility patches, the patches of risk sectorization in urban areas were also analyzed, as an alternative methodology, using real data from critical events, collected from Civil Defense agencies. As a result, it was found that product 1 susceptibility charts, prepared by CPRM, had a better hit rate, totaling an average of 92.46% and an error of 7.53%. For product 2 elaborated by CPRM, risk sectorization, values were found referring to an average success rate of 88.8% and 11.2% of error. For product 3 of the world bank, a hit rate of 92.22% and 7.72% of error was identified. As for product 4, prepared by the State Civil Defense, an average success rate of 92.04% and an error rate of 7.95% was obtained. The municipality of Itajaí is the municipality with the best match compatibility between the compared spots, for the analyzed products, this is justified by presenting its alluvial plain interconnected with the Itajaí-açu River, thus occupying most of the coastal plain, and also, having a large part of its urban area in the plain areas, the municipalities of Brusque and Rio do Sul, despite having presented a lower rate of success among the true positives, presented the highest rates of true negatives, this occurs because they present valleys more embedded in various stretches of unevenness between the interfluvial parts and the bottom of the valley. The values demonstrated by the applied metric on precision and sensitivity indicated that results 1, 5, 7, 8 and 10 presented sensitivity values above precision values, thus characterizing a low accuracy rate between crossings. Results 2, 3, 4, 6 and 9 presented precision values greater than sensitivity, thus indicating a greater accuracy for the products used. The municipality of Itajaí presented sensitivity greater than precision for all products, with an average of 0.80 for precision and 0.87 for sensitivity, indicating that the products elaborated by the institutions overestimated non-flooding areas.