Modelo de geoprocessamento no QGIS para simplificar o primeiro nível de análise de microzoneamento sísmico¶
O Instituto de Geologia Ambiental e Geologia de Engenharia (IGAG) do Conselho Nacional de Pesquisa (CNR) está localizado em Roma, na Área de Pesquisa “Roma 1”. Foi fundado em 2002 pelo reagrupamento de cinco antigos Institutos e Centros de pesquisa que estiveram ativos por mais de 40 anos nos seus campos de conhecimento. O IGAG abrange uma grande variedade de tópicos científicos no campo das ciências da Terra, focando principalmente no estudo de:
Geoquímica ambiental e remediação de solos e águas contaminadas.
Depósitos minerais e processamento mineral, incluindo o tratamento de águas residuais.
Geologia de engenharia e segurança na escavação de rochas.
Evolução geológica recente;
Mitigação de riscos naturais
Geoarqueologia e arqueometria
Geologia Marinha
Geomática, análise SIG e desenvolvimento.
O estudo de microzoneamento sísmico de nível 1 da área de Pietramontecorvino (Apúlia, sul da Itália, localizada ao longo da cordilheira dos Apeninos Centro-Sul) faz parte de um projeto, em colaboração com a Basin Authority of Apulia (Puglia AdB) e o Departamento de Geologia e Geofísica (DGG) da Universidade de Bari, visando o microzoneamento sísmico de 63 municípios da região de Foggia. A atividade foi promovida pelo Departamento de Proteção Civil da Itália (DPC) e financiada pelo Comitê Interministerial do Planejamento Econômico (CIPE nº 20/2004).
Ferramenta de geoprocessamento no QGIS para primeiro nível de estudos de microzoneamento sísmico.¶
O microzoneamento sísmico avalia o risco sísmico na escala local e tem o propósito de identificar áreas do território caracterizadas pelo comportamento sísmico homogêneo. O primeiro nível de microzoneamento sísmico tem como objetivo definir as propriedades litológicas e a geometria das unidades geológicas que caracterizam essas porções do território (microzonas).
A observação dos danos causados por um terremoto geralmente apresentam variações em escala local, causadas não apenas pelas estruturas geológicas, mas também pela diferente qualidade e tipos nas estruturas de construções, resultando em diferentes riscos sísmicos.
O microzoneamento sísmico avalia o risco sísmico local, através da identificação de áreas caracterizadas por um comportamento sísmico homogêneo.
As Diretrizes e os Critérios para o Microzoneamento Sísmico 2008 (http://www.protezionecivile.gov.it/jcms/it/view_pub.wp?contentId=PUB1137) fornecem padrões para estudos de microzoneamento sísmico no território italiano; eles distinguem três níveis de profundidade crescente (de 1 a 3).
O primeiro nível do microzoneamento sísmico consiste na criação de 3 mapas temáticos:
Mapa de pesquisa contendo as pesquisas para estudos de microzonação sísmica;
Mapa geolitológico, obtido por meio de mapas geológicos e geomorfológicos de escala detalhada integrando dados existentes de litologia, estratigrafia e geotecnia relacionados aos estudos;
Mapa de microzoneamento sísmico de nível 1 (o produto principal do microzoneamento de nível 1), identificando as microzonas em três categorias de riscos locais:
Zonas estáveis;
Zonas estáveis propensas à amplificação do solo;
Zonas instáveis.
O objetivo deste trabalho é contribuir para a criação de uma metodologia para o processamento de dados topográficos, geológicos, geofísicos e geotécnicos visando a elaboração de mapas de microzoneamento sísmico de nível 1, através do uso de ferramentas de código aberto.
A ferramenta Graphical Modeler integrada na última versão do QGIS (2.8.1) foi usada para a criação de um modelo de geoprocessamento simples. Esta ferramenta é útil para automatizar uma das análises frequentemente realizadas para a criação de mapas de microzoneamento sísmico de nível 1, em particular para identificar zonas instáveis como feições de polígonos.
O modelo faz uso de diferentes softwares de código aberto e bibliotecas (GRASS, GDAL, QGIS), demonstrando a utilidade do QGIS como uma interface simplificada e unificada para ferramentas GFOSS (Geospatial Free e Open Source Software) heterogêneas (Fig. 1).
(Fig. 1) Captura de tela do modelo de geoprocessamento.¶
O modelo recebe como entrada (Fig. 2):
Um shapefile de curvas de nível que contenha um campo com valores de elevação;
O nome do campo que contém os valores de elevação
A resolução do raster desejado em metros para o MDE e Declividade (padrão 10);
Um shapefile de polígono do qual serão extraídas feições intersectando áreas com declividade maior que 15 graus;
O nome da camada de polígono resultante.
(Fig. 2) Formulário de entrada do modelo (esquerda) e dados de execução (direita).¶
Quando iniciado, o modelo executa as seguintes operações:
A ferramenta GRASS v.to.rast.attribute converte as linhas de contorno de elevação para raster, tomando o shapefile do contorno, o nome do campo z e a resolução do raster como entrada;
A ferramenta GRASS r.surf.contour gera o modelo de elevação tomando como entrada o arquivo de saída raster temporário do passo anterior e a resolução do raster;
A ferramenta GDAL “gdaldem” gera a declividade expressa em graus a partir do modelo de elevação;
A ferramenta GRASS r.mapcalculator é usada para gerar um raster de 1 bit identificando áreas com declividade maior que 15 graus (este valor está codificado nas diretrizes de microzoneamento, e por isso é fixo), usando a expressão:
if(A>15,1,null())
onde A é o raster temporário de declividade gerado pelo gdaldem;
A ferramenta GDAL “gdal_polygonize” converte o raster de 1 bit em polígonos;
A ferramenta de “Intersecção” do QGIS é usada para sobrepor as áreas com declividade superior a 15 graus com a camada de intersecção escolhida.
O resultado é uma camada de polígono com áreas propensas à instabilidade devido a um valor de declividade superior a 15 graus, extraído automaticamente de um mapa temático, como uma camada de polígono de deslizamento de terra (Fig. 3) ou um mapa litológico.
(Fig. 3) A saída do modelo (em vermelho) apresenta áreas altamente instáveis, extraídas de uma camada de deslizamentos de terra (laranja).¶
Conclusões¶
Este trabalho demonstra claramente que ferramentas SIG de código aberto como QGIS, GRASS, GDAL/OGR, podem ser utilizadas com sucesso na análise espacial e no processamento de dados direcionados para estudos de micronozação sísmica de primeiro nível. Neste exemplo de trabalho, o QGIS foi usado como uma interface simples e única para diferentes ferramentas GFOSS de alta qualidade; o Modelador Gráfico permite, intuitivamente, construir modelos de geoprocessamento possíveis de serem facilmente compartilhados como ferramentas portáteis e multi-plataformas que não requerem softwares com licenças caras. A ferramenta aproveita das capacidades de modelagem do QGIS para encadear graficamente diferentes algoritmos, definindo os parâmetros de entrada e saída e deixando ao software a tarefa de gerenciar a saída de dados intermediária. O uso de algoritmos do GRASS não requer a definição e utilização de um banco de dados e de definições de mapa do GRASS, simplificando muito o design do modelo. Futuros desenvolvimentos incluem a criação de um pacote de ferramentas e modelos, baseados em um software de código aberto, que poderá ser usado para simplificar e agilizar as tarefas de análise espacial necessárias para estudos de microzonação sísmica.
Referências¶
G. Baldassarre; Gallicchio, S.; Giannandrea, P. & Tropeano, M.: “Relazione Finale Geolitologica per la microzonazione sismica di livello 1dei Comuni della Provincia di Foggia Dipartimento di Geologia e Geofisica dell’Università di Bari, 2011”
Cavinato,G.P.; Cavuoto, G.; Coltella, M.; Cosentino, G.; Paolucci, E.; Peronace, E. & Simionato, M.: “Studio di fattibilità per il monitoraggio e la messa in sicurezza delle aree urbane a rischio di stabilità statica e vulnerabilità strutturale del Comune e della Provincia di Foggia - CIPE 20/2004 Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria, 2013, 526”
Contributi per l’aggiornamento degli “Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica “ 2008. Ingegneria sismica, Pàtron Editore Bologna, 2011 (http://www.protezionecivile.gov.it/jcms/it/view_pub.wp?contentId=PUB28083)
Gruppo di lavoro MS, 2008. Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica. Conferenza delle Regioni e delle Province autonome - Dipartimento della protezione civile, Roma, 3 vol. e Dvd, Presidenza del Consiglio dei Ministri, Dipartimento di Protezione Civile, 2008, 424. (http://www.protezionecivile.gov.it/jcms/it/view_pub.wp?contentId=PUB1137)
Autores¶
Este artigo foi uma contribuição de março de 2015 entre Giusseppe Consentino e Francesco Pennica (www.igag.cnr.it).
Giuseppe Cosentino¶
Giuseppe Cosentino <g.cosentino@igag.cnr.it> é geólogo e tecnólogo especializado em Sistemas de Informação Geográficos no gerenciamento de riscos geológicos e de engenharia. Atualmente trabalha no campo da microzonação sísmica e caracterização ambiental de terras em áreas contaminadas. Áreas de interesse: riscos geológicos e de engenharia, cartografia, geologia estrutural, furos de sondagem exploratórios.
Francesco Pennica¶
Francesco Penninca provém o desenvolvimento e gerenciamento de dados de softwares de SIG e de WebGIS, serviços de webgis baseados em padrões de GeoServer, MapServer, ArcGIS Server e GeoNetwork OGC, linguagens e frameworks Java, HTML, CSS, Javascript, Python e PHP, desenvolvimento front-end de WebGIS com OpenLayers, ExtJS, GeoExt, JQuery, GWT, Ext-GWT, Google Maps API SQL, gerenciamento de base de dados geográficos, PostgreSQL, PostGIS, análise e scripting de softwares baseados em SIG de área de trabalho (ArcGIS, GRASS, ferramentas GFOSS), configuração e gerenciamento de softwares em serves e áreas de trabalho baseados em Linux e Windows.