Orientador: Fábio Augusto Gomes Vieira Reis / Resumo: As corridas de detritos são fenômenos naturais que podem ser vistos no mundo todo. Tratam-se de processos de movimentos de massa onde ocorre o escoamento rápido do material e comumente está associado aos altos índices pluviométricos e/ou variáveis do meio físico. A Serra do Mar possui características geomorfológicas e climáticas que torna a região potencialmente favorável a esse tipo de evento. A catástrofe ocorrida em fevereiro de 1994 em Cubatão (SP) trouxe diversos danos, tanto econômicos como sociais. Embora sejam processos que atingem muitas regiões, a previsão ainda é bastante complicada. Assim, este trabalho tem como objetivo a análise da potencialidade a corridas de detritos em sub-bacias, focando-se nos resultados dos cálculos dos índices e parâmetros morfométricos e, também, associados aos níveis de precipitação. Para tal, selecionou-se 13 sub-bacias que foram afetadas na região de Cubatão (SP) em fevereiro de 1994. Os dados foram obtidos em escala 1:50.000, salvo pelas feições que foram mapeadas na fotografia aérea em escala 1:25.000 que foram realizadas após o evento. O estudo das feições foi baseado em sua distribuição espacial, ou seja, em sua área em relação a área de cada sub-bacia, de modo a possibilitar a comparação com os resultados dos índices e parâmetros morfométricos. A sub-bacia número 04 (que engloba a RPBC, atingida pelo evento) mostrou-se a de maior potencialidade em toda a área de estudo. Posto isto, através dos resultados obtidos, conclui-se que o... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Debris flows are natural phenomenal that can be seen all over the world. This are about mass movement processes where the material quickly flows, commonly associated to high rainfall levels and/or another environmental variables. The geomorphological and climatic features of Serra do Mar makes the region potentiality favorable to this kind of events. The catastrophe that occurred in Cubatão (SP) in February/1994 resulted in several economic and social loss. Although these processes smite many regions, it is extremely difficult to predict them. Thus, this dissertation aims to analyze the debris flow potentiality into sub-basins, focusing on morphometric indexes and parameters calculations combined with precipitation levels. For this study 13 sub-basins were selected, and all of them were affected by the 1994 event. The data were obtained in a 1:50.000 scale, and the features was mapped using aerial photography, 1:25.000 scale, shot after the landslides in 1994. The features study was based in its spatial distribution, relating the scarring and the sub-basin areas, and then comparing them with the calculated indexes abd morphometric parameters. After studying all 13 areas the sub-basin number 04 (that includes RPBC that was smote by the event) was the one that showed grater potentiality. Therefore, throught the results obtained, it is concluded that indexes and morphometric parameters are an important tool to identify and evaluate potentiality in debris-flows areas. / Mestre

Submitted by Leonardo Cavalcante (leo.ocavalcante@gmail.com) on 2018-05-09T15:45:40Z No. of bitstreams: 1 Arquivototal.pdf: 8117597 bytes, checksum: dfb60064170ee4464c2dd5510689ed3e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-09T15:45:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arquivototal.pdf: 8117597 bytes, checksum: dfb60064170ee4464c2dd5510689ed3e (MD5) Previous issue date: 2016-05-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This study aimed to analyze the interrelation ships between geology, relief and hydrography of the area of Itapororoca sheet (SB.25-YAV-4-NO), at scale 1:25,000, with equidistance between the contour lines of 10m, in the state of Paraiba, demonstrating how there lief of the are a shows clear influence of structural control on the configuration of relief and drainage network. From this perspective, it is emphasized that the know ledge of geomorphological features is an in dispensable way for the elaboration of plans geared to various purposes, such as: engineering works, environmental issues, agricultural development, mineral exploration, among others. The integrated analysis of morphostructural peculiarities present in relief and river drainage systems, allowed to infer about the role of tectonic deformations that occur through structural efforts, revealing numerous morphostructural features in the sedimentary covers and the grounds of the Precambrian crystalline basement. The research was conspicuous by analyzing the qualitative and quantitative aspects of geomorphology and drainage network, with the aid of cartographic products and the application of morphometric indices. The development of cartographic material, essential for qualitative analysis, consisted in the confection of hypsometric, slope and geomorphology thematic maps, Digital Elevation Model (DEM) and topographic profiles. The quantitative evaluation and neotectonics consisted of application of morphometric parameters of Slope/Length (SL), Valley Floor Width/Valley Height (VF) Ratio and Asymmetrical Factor (AF).The thematic maps and MDE were generated by specific software, based on data extracted from Itapororoca sheet 1:25,000 by manual vectorization, which allowed unprecedented detail of the geomorphological and hydrographic pattern present in the area. The results exposed several anomalies in the study area, for example, altimetric discrepancies present in the area of geological unit Itapororoca Felsic Volcanic Rock (northwestern) and Trays (northeast portion), indicating that the region was affected by faulting and compressive efforts that defined several anomalies, such as: anomalous rectilinear drainage patterns, lattice and associated subtypes; abrupt channels inflections forming orthogonal angles; isolated and compressed meanders; and morphostructural faulting with guidance compatible with regional tectonic structures in northeastern Brazil. Substantiating the evidence, the values obtained with the application of morphometric parameters showed that neotectonic events affected the drainage network of the study area. Thus, it is concluded that the combined analysis of the studied elements made blunt results about neotectonics performance that configures morphotectonic environments and drainage anomalies in the area of Itapororoca sheet 1:25,000. / Esta pesquisa objetivou analisar as inter-relações existentes entre a geologia, o relevo e a hidrografia da área da folha Itapororoca (SB.25-Y-A-V-4-NO), na escala de 1:25.000, com equidistância entre as curvas de nível de 10m, no estado da Paraíba, demonstrando como o relevo da área apresenta nítida influência de controle estrutural na configuração do relevo e da rede de drenagem. Nessa perspectiva, ressalta-se que o conhecimento das feições geomorfológicas representa um meio indispensável para elaboração de planejamentos voltados aos mais diversos fins, como: obras de engenharia, questões ambientais, desenvolvimento agrícola, exploração mineral, entre outros. A análise integrada das particularidades morfoestruturais presentes no relevo e nos sistemas de drenagem fluvial, permitiu inferir acerca do papel das deformações tectônicas ocorridas mediante esforços estruturais, revelando inúmeras feições morfoestruturais nas coberturas sedimentares e nos terrenos do embasamento cristalino pré-cambriano.A pesquisa primou por analisar os aspectos qualitativos e quantitativos da geomorfologia e da rede de drenagem, com o auxílio de produtos cartográficos e da aplicação de índices morfométricos. A elaboração do material cartográfico, fundamental para análise qualitativa, consistiu na confecção das cartas temáticas hipsométrica, clinográfica e geomorfológica, do Modelo Digital de Elevação (MDE) e dos perfis topográficos. Já a avaliação quantitativa e a neotectônica consistiram em aplicaçãode parâmetros morfométricos de Relação Declividade/Extensão (RDE), Razão Fundo/Altura de Vale (RFAV) e Fator Assimétrico (FA). Geraram-se as cartas temáticas e o MDE mediante softwaresespecíficos, com base em dados extraídos da folha Itapororoca 1:25.000 por meio de vetorização manual, o que permitiu detalhamento inédito do padrão geomorfológico e hidrográfico presente na área. Os resultados obtidos expuseram diversas anomalias na área de estudo, como, por exemplo, as discrepâncias altimétricas presentes na área da unidade geológica da Rocha Vulcânica Félsica Itapororoca (porção noroeste) e nos Tabuleiros (porção nordeste), indicando que afetaram a região falhamentos e esforços compressivos que definiram diversas anomalias, como: padrões de drenagem anômalos retilíneos, em treliça e subtipos associados; inflexões abruptas de canais formando ângulos ortogonais; meandros isolados e comprimidos; e falhamentos morfoestruturais com orientação compatível com estruturas tectônicas regionais do nordeste brasileiro. Fundamentando essas evidências, os valores obtidos com a aplicação dos parâmetros morfométricos mostraram que eventos neotectônicos afetaram a rede de drenagem da área de estudo. Dessa forma, conclui-se que a análise combinada dos elementos estudados apresentouresultados contundentes acerca da atuação neotectônica que configura os ambientes morfotectônicos e as anomalias da drenagem na área da folha Itapororoca 1:25.000.

As corridas de detritos são processos caracterizados por escoamentos rápidos associados a precipitações intensas e/ou acumuladas. A ocorrência destes processos está associada a diversas variáveis do meio físico e quando associadas a eventos extremos de precipitação podem gerar grande volume de sedimentos como aqueles observados em 1967 no município de Caraguatatuba (SP). Neste contexto, o objetivo desta pesquisa foi avaliar o potencial de geração de corridas de detritos a partir do emprego de parâmetros morfométricos para as bacias hidrográficas dos rios Santo Antônio, Guaxinduba e Mococa. Metodologicamente, o trabalho dividiu-se, em um primeiro momento, na identificação dos escorregamentos e das zonas de arraste e deposição das corridas de detritos. Posteriormente, foram extraídos os parâmetros e os índices morfométricos das bacias (área, amplitude, comprimento do canal, ângulo da encosta, índice de circularidade, densidade de drenagem e declividade média do canal), e analisados de forma qualitativa e quantitativa. A partir do reconhecimento dos processos foram selecionadas as sub-bacias para a aplicação de dois modelos empíricos considerando os valores de concentração de sólidos e de precipitação. Assim, por meio dos cenários propostos de 60 mm/h e 100 mm/h e concentração de sólidos de 50% foram obtidos os valores de vazão e de volume de sedimentos das corridas de detritos para cada sub-bacia selecionada. Os resultados obtidos na análise qualitativa mostraram similaridades entre as bacias dos rios Santo Antônio e Mococa, fato este não observado para a bacia do Guaxinduba. No entanto, a bacia do Guaxinduba apresentou maior potencial para a geração de corridas de detritos. Em 40 sub-bacias, observou-se que houve diferença de aproximadamente 60% da vazão e volume em relação aos cenários de 60 mm/h e 100 mm/h. Além disso, observou-se nas formulações empregadas que a inserção de variáveis geram valores distintos de vazão de pico e volume de sedimentos. Identificou-se que a bacia do Guaxinduba apresentou maior potência, porém com volumes inferiores aos observados nas bacias do Santo Antônio e Mococa. Acredita-se que a combinação destes métodos pode auxiliar na identificação de áreas suscetíveis à ocorrência das corridas de detritos em regiões serranas, como o Litoral Norte de São Paulo. / Debris flow processes are characterized by rapid runoff associated with heavy and/or accumulated rainfall. The occurrence of these processes is associated with several variables of the physical environment and when associated with extreme precipitation events can generate large amounts of sediment as those observed in 1967 in the city of Caraguatatuba (SP). In this context, the objective of this research was to evaluate the potential of generating debris flow from the use of morphometric parameters for the river basins of the Santo Antonio, Guaxinduba and Mococa. Methodologically, the work was divided, at first, the identification of landslides and areas of deposition of debris flow. Subsequently, the parameters and morphometric indices of the basins were extracted (area, basin relief, channel length, slope angle, circularity ratio, drainage density and average channel slope), and analyzed qualitatively and quantitatively. Based the recognition of the processes the sub-basins to the application of two empirical models considering the solid concentration values and precipitation were selected. Thus by the proposed scenarios of 60 mm / h and 100 mm/h solids concentration of 50% were obtained the values of peak discharges and magnitude of debris flow for each selected sub-basin. The results of the qualitative analysis showed similitarities between the rivers basins of the Santo Antônio and Mococa, which is not observed for the basin Guaxinduba. However, the basin Guaxinduba showed greater potential for the generation of debris flow. In sub-basin 40, it was observed that there was a difference of approximately 60% of peak discharges and magnitude in relation to the scenarios of 60 mm/h and 100 mm/h. Furthermore, it was observed that the formulations employed in the insertion variables generate different peak and magnitude values of sediment. It was identified that the Guaxinduba basin showed a higher power, but with magnitude lower than those observed in the basins of Santo Antônio and Mococa. It is believed that the combination of these methods can help identify areas susceptible to the occurrence of debris flow in mountainous regions such as the North Coast of São Paulo.

As corridas de detritos são processos caracterizados por escoamentos rápidos associados a precipitações intensas e/ou acumuladas. A ocorrência destes processos está associada a diversas variáveis do meio físico e quando associadas a eventos extremos de precipitação podem gerar grande volume de sedimentos como aqueles observados em 1967 no município de Caraguatatuba (SP). Neste contexto, o objetivo desta pesquisa foi avaliar o potencial de geração de corridas de detritos a partir do emprego de parâmetros morfométricos para as bacias hidrográficas dos rios Santo Antônio, Guaxinduba e Mococa. Metodologicamente, o trabalho dividiu-se, em um primeiro momento, na identificação dos escorregamentos e das zonas de arraste e deposição das corridas de detritos. Posteriormente, foram extraídos os parâmetros e os índices morfométricos das bacias (área, amplitude, comprimento do canal, ângulo da encosta, índice de circularidade, densidade de drenagem e declividade média do canal), e analisados de forma qualitativa e quantitativa. A partir do reconhecimento dos processos foram selecionadas as sub-bacias para a aplicação de dois modelos empíricos considerando os valores de concentração de sólidos e de precipitação. Assim, por meio dos cenários propostos de 60 mm/h e 100 mm/h e concentração de sólidos de 50% foram obtidos os valores de vazão e de volume de sedimentos das corridas de detritos para cada sub-bacia selecionada. Os resultados obtidos na análise qualitativa mostraram similaridades entre as bacias dos rios Santo Antônio e Mococa, fato este não observado para a bacia do Guaxinduba. No entanto, a bacia do Guaxinduba apresentou maior potencial para a geração de corridas de detritos. Em 40 sub-bacias, observou-se que houve diferença de aproximadamente 60% da vazão e volume em relação aos cenários de 60 mm/h e 100 mm/h. Além disso, observou-se nas formulações empregadas que a inserção de variáveis geram valores distintos de vazão de pico e volume de sedimentos. Identificou-se que a bacia do Guaxinduba apresentou maior potência, porém com volumes inferiores aos observados nas bacias do Santo Antônio e Mococa. Acredita-se que a combinação destes métodos pode auxiliar na identificação de áreas suscetíveis à ocorrência das corridas de detritos em regiões serranas, como o Litoral Norte de São Paulo. / Debris flow processes are characterized by rapid runoff associated with heavy and/or accumulated rainfall. The occurrence of these processes is associated with several variables of the physical environment and when associated with extreme precipitation events can generate large amounts of sediment as those observed in 1967 in the city of Caraguatatuba (SP). In this context, the objective of this research was to evaluate the potential of generating debris flow from the use of morphometric parameters for the river basins of the Santo Antonio, Guaxinduba and Mococa. Methodologically, the work was divided, at first, the identification of landslides and areas of deposition of debris flow. Subsequently, the parameters and morphometric indices of the basins were extracted (area, basin relief, channel length, slope angle, circularity ratio, drainage density and average channel slope), and analyzed qualitatively and quantitatively. Based the recognition of the processes the sub-basins to the application of two empirical models considering the solid concentration values and precipitation were selected. Thus by the proposed scenarios of 60 mm / h and 100 mm/h solids concentration of 50% were obtained the values of peak discharges and magnitude of debris flow for each selected sub-basin. The results of the qualitative analysis showed similitarities between the rivers basins of the Santo Antônio and Mococa, which is not observed for the basin Guaxinduba. However, the basin Guaxinduba showed greater potential for the generation of debris flow. In sub-basin 40, it was observed that there was a difference of approximately 60% of peak discharges and magnitude in relation to the scenarios of 60 mm/h and 100 mm/h. Furthermore, it was observed that the formulations employed in the insertion variables generate different peak and magnitude values of sediment. It was identified that the Guaxinduba basin showed a higher power, but with magnitude lower than those observed in the basins of Santo Antônio and Mococa. It is believed that the combination of these methods can help identify areas susceptible to the occurrence of debris flow in mountainous regions such as the North Coast of São Paulo.

This thesis presents a semi-automatic method to analyze morphometric features and landscape elements based on Self Organizing Map (SOM) as an unsupervised Artificial Neural Network algorithm in two completely different environments: 1) the Man and Biosphere Reserve “Eastern Carpathians” (Central Europe) as a complex mountainous humid area and 2) Lut Desert, Iran, a hyper arid region characterized by repetition of wind-eroded features. In 2003, the National Aeronautics and Space Administration (NASA) released the SRTM/ SIR-C band data with 3 arc seconds (approx. 90 m resolution) grid for approximately 80 % of Earth’s land surface. The X-band SRTM data were processed with a 1 arc second (approx. 30 m resolution) grid by the German space agency, DLR and the Italian space agency ASI, but due to the smaller X-SAR ground swath, large areas are not covered. The latest version 3.0 SRTM/C DEM and SRTM/X band DEM were re-projected to 90 and 30 m UTM grid and used to generate morphometric parameters of first order (slope) and second order (cross-sectional curvature, maximum curvatures and minimum curvature) by using a bivariate quadratic surface. The morphometric parameters are then used in a SOM to identify morphometric features (or landform elements) e.g. planar, channel, ridge in mountainous areas or yardangs (ridge) and corridors (valley) in hyper-arid areas. Geomorphic phenomena and features are scale-dependent and the characteristics of features vary when measured over different spatial extents or different spatial resolution. Morphometric parameters were derived for nine window sizes of the 90 m DEM ranging from 5 × 5 to 55 ×55. Analysis of the SOM output represents landform entities with ground areas from 450 m to 4950 m that is local to regional scale features. Effect of two SRTM resolutions, C and X bands is studied on morphometric feature identification. The difference change analysis revealed the quantity of resolution dependency of morphometric features. Increasing the DEM spatial resolution from 90 to 30 m (corresponding to X band) by interpolation resulted in a significant improvement of terrain derivatives and morphometric feature identification. Integration of morphometric parameters with climate data (e.g. Sum of active temperature above 10 ° C) in SOM resulted in delineation of morphologically homogenous discrete geo-ecological units. These units were reclassified to produce a Potential Natural Vegetation map. Finally, we combined morphometric parameters and remotely sensed spectral data from Landsat ETM+ to identify and characterize landscape elements. The single integrated data set of geo-ecosystems shows the spatial distribution of geomorphic, climatic and biotic/cultural properties in the Eastern Carpathians. The results demonstrate that a SOM is a very efficient tool to analyze geo-morphometric features under diverse environmental conditions and at different scales and resolution. Finer resolution and decreasing window size reveals information that is more detailed while increasing window size and coarser resolution emphasizes more regional patterns. It was also successfully applied to integrate climatic, morphometric parameters and Landsat ETM+ data for landscape analysis. Despite the stochastic nature of SOM, the results are not sensitive to randomization of initial weight vectors if many iterations are used. This procedure is reproducible with consistent results. / Avhandlingen presenterar en halvautomatisk metod för att analysera morfometriska kännetecken och landskapselement som bygger på Self Organizing Map (SOM), en oövervakad Artificiell Neural Nätverk algoritm, i två helt skilda miljöer: 1) Man and Biosphere Reserve "Eastern Carpathians" (Centraleuropa) som är ett komplext, bergigt och humid område och 2) Lut öken, Iran, en extrem torr region som kännetecknas av återkommande vinderoderade objekt. Basen för undersökningen är det C-band SRTM digital höjd modell (DEM) med 3 bågsekunder rutnät som National Aeronautics and Space Administration släppte 2003 för ungefär 80 % av jordens yta. Dessutom används i ett mindre område X-band SRTM DEM med 1 bågsekund rutnät av den tyska rymdagenturen DLR. DEM transformerades till 90 och 30 m UTM nätet och därav genererades morfometriska parametrar av första (lutning) och andra ordning (tvärsnittböjning, största och minsta böjning). De morfometriska parametrar används sedan i en SOM för att identifiera morfometriska objekt (eller landform element) t.ex. plan yta, kanal, kam i bergsområden eller yardangs (kam) och korridorer (dalgångar) i extrem torra områden. Geomorfiska fenomen och objekt är skalberoende och kännetecken varierar med geografiska områden och upplösning. Morfometriska parametrar har härletts från 90 m DEM för nio fönsterstorlekar från 5 × 5 till 55 × 55. Resultaten representerar landform enheter för områden från 450 m till 4950 m på marken dvs. lokal till regional skala. Inflytande av två SRTM upplösningar i C och X-banden har studerats för identifikation av morfometriska objekt. Förändringsanalys visade storleken av upplösningsberoende av morfometriska objekt. Ökning av DEM upplösningen från 90 till 30 m (motsvarande X-bandet) genom interpolation resulterade i en betydande förbättring av terräng parametrar och identifiering av morfometriska objekt. Integration av morfometriska parametrar med klimatdata (t.ex. summan av aktiv temperatur över 10° C) i SOM resulterade i avgränsningen av homogena geoekologiska enheter. Dessa enheter ha används för att producera en karta av potentiell naturlig vegetation. Slutligen har vi kombinerat morfometriska parametrar och multispektrala fjärranalysdata från Landsat ETM för att identifiera och karaktärisera landskapselement. Dessa integrerade ekosystem data visar den geografiska fördelningen av morfometriska, klimatologiska och biotiska/kulturella egenskaper i östra Karpaterna. Resultaten visar att SOM är ett mycket effektivt verktyg för att analysera geomorfometriska egenskaper under skilda miljöförhållanden, i olika skalor och upplösningar. Finare upplösning och minskad fönsterstorlek visar information som är mer detaljerad. Ökad fönsterstorlek och grövre upplösning betonar mer regionala mönster. Det var också mycket framgångsrikt att integrera klimatiska och morfometriska parametrar med Landsat ETM data för landskapsanalys. Trots den stokastiska natur av SOM, är resultaten inte känsliga för slumpvisa värden i de ursprungliga viktvektorerna när många iterationer används. Detta förfarande är reproducerbart med bestående resultat. / QC 20100924