Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/11595
Title: AN INFORMATION SYSTEM TO ANALYZE AND MONITORING COASTAL AREAS FOR PLANNING SUSTAINABLE DEVELOPMENT. APPLICATIONS FOR SANTOS ESTUARY (BRAZIL) AND BAHIA BLANCA (ARGENTINA)
Authors: ALMEIDA GUERRA, PAOLA BRUNELA
Issue Date: 18-Apr-2007
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: Questa tesi di dottorato è stata realizzata nell'ambito del progetto ECOManage (Jntegrated Ecological Coastal Zone Management System ), un progetto internazionale che ha come obiettivi comprendere e descrivere come gli ecosistemi estuarini rispondano agli impatti antropici, allo scopo di promuovere l'uso sostenibile, la protezione e la gestione della risorsa idrica; e fornire un supporto scientifico agli enti ambientali locali riguardo alle migliori pratiche politiche da attuare. I siti di interesse del progetto sono tre diverse aree costiere: un estuario con mangrovie (Santos, in Brasile), un grande estuario con estese aree intertidali (Bahia Bianca, in Argentina) e un fiordo (Puerto Aysen, in Cile). Le fasce costiere sono oggigiorno una delle zone più minacciate del mondo a causa della loro attrattiva e della disponibilità di risorse per lo sviluppo urbano e industriale. Per questo motivo molte di queste aree hanno raggiunto condizioni ambientali critiche come risultato della forte pressione antropica e del sovrasfruttamento delle risorse. Le aree costiere sono tra le più vulnerabili della Terra, quindi qualsiasi attività messa in pratica, dovrebbe essere accuratamente pianificata. Inoltre ciò che accade sulle coste ha effetti che vanno molto al di là delle comunità acquatiche e umane locali, causando conseguenze a lungo termine o irreparabili. In questa tesi ci si è occupati di due delle aree di studio costiere del progetto ECOManage: Santos e Bahia Bianca. Le due aree di studio sono sottoposte ad un notevole stress, causato specialmente da una mediocre pianificazione del territorio e dalle attività umane. La baia di Santos è contraddistinta dalla presenza di ecosistemi unici e di grande valore come la Mata Atlantica (foresta atlantica) e le foreste di mangrovie che sono costantemente sotto forte pressione provocata da un enorme sviluppo urbano nell'area che influenza anche la qualità dell'estuario stesso. Per questa ragione e per avere un'idea chiara delle condizioni di inquinamento dell'acqua dell'estuario di Santos, è stato calcolato un indice di qualità, applicando i principi dell'analisi Fuzzy, sulla base di campionamenti di acqua, sedimenti e organismi effettuati dal CETESB nel 1999 e nel 2000. L'indice di qualità evidenzia quelle aree dell'estuario in cui è presente un grado elevato, moderato e accettabile di inquinamento. Bahia Bianca è caratterizzata da estesi campi agricoli e da pascoli che la rendono una delle principali province argentine per l'esportazione di grano e di lana. Quest'area, pur essendo meno disturbata dal punto di vista ambientale rispetto alla baia di Santos, subisce un rilevante stress a causa delle attività agricole intensive che provocano erosione del suolo e degradazione del terreno. Lo scopo generale di questa ricerca è di creare un sistema di informazione completo e integrato usando le tecniche di telerilevamento e GIS, come fonte di dati per l'analisi dei problemi locali di Santos e Bahia Bianca, come ad esempio la perdita di suolo e l 'urbanizzazione. Inoltre stimare e comparare i risultati ottenuti da due modelli di erosione per evidenziare l'importanza della copertura vegetale come prevenzione dei processi di perdita del suolo che affliggono queste due aree. Nell'area di Santos è stata inclusa anche, come importante fonte di informazioni per gli studi attuali e futuri, un'analisi multitemporale della copertura del suolo, per determinare i cambiamenti di uso del suolo lungo un periodo di sette anni e la predizione dei cambiamenti nel futuro, applicando specifici software e tecniche di modellizzazione. Un sistema di supporto alle decisioni spaziale (SDSS) è stato elaborato per l'area di studio brasiliana per analizzare uno dei più importanti problemi di Santos: l'urbanizzazione, fornendo alle autorità locali uno strumento affidabile per i processi decisionali. L'analisi dei cambiamenti di copertura del suolo ha evidenziato le aree più vulnerabili alle pressioni antropiche (principalmente a causa della deforestazione e dell'urbanizzazione). I risultati ottenuti enfatizzano come le aree soggette maggiormente alle attività umane siano localizzate in zone di bassa e media elevazione, mentre le aree con maggior altitudine e forte pendenza ne sono meno influenzate. La maggior parte delle classi nelle due mappe di copertura del suolo (derivate dalla classificazione di due immagini satellitari Landsat del 1993 e del 2000) sono rimaste le stesse. Ciò è molto significativo in termini di impatto ambientale. La predizione della copertura del suolo per il 20 l O è stata ottenuta attraverso un'interpolazione basata sulle mappe di copertura del 1993 e del 2000. L'andamento di copertura del suolo per il 2010 rileva un apparente diminuzione degli effetti antropici e una copertura più uniforme. Ciò può essere giustificato dal miglioramento dell'applicazione delle leggi ambientali vigenti nell'area (CONAMA, 2002). La possibilità di predire la copertura del suolo del futuro è molto importante per effettuare valutazioni ambientali e per prevenire attività umane incontrollate, prevedendo possibili scenari riguardanti l'uso e la copertura del suolo dopo un numero specifico di anni. Per lo studio della degradazione del terreno e degli impatti dell'uomo sull'ambiente nelle due aree di studio, sono state elaborate delle mappe di rischio di erosione usando due diversi modelli, il RUSLE e l'USPED. Quest'ultimo permette di quantificare non solo la perdita di suolo ma anche i processi di deposizione che hanno luogo in una determinata regione. Il tasso di erosione è piuttosto basso sia per Santos che per Bahia Bianca, dove sembra che i processi di erosione siano determinati principalmente dalle caratteristiche topografiche delle due aree. Più bassi livelli di erosione sono stati trovati in terreni pianeggianti: in Santos le mangrovie hanno un tasso molto basso di erosione, mentre la vegetazione bassa ha un tasso più elevato; in Bahia Bianca le pianure intertidali hanno un tasso molto basso di erosione, mentre il suolo nudo a maggiori altitudini presenta un incremento dell'erosione. Ciò nonostante nell'area di Santos, la Mata Atlantica delle zone montane (che si trova prevalentemente ad altitudini maggiori a 570 m) presenta un'erosione molto bassa, evidenziando l 'importanza di una buona copertura vegetale nelle aree altrimenti soggette ad un elevato rischio di erosione. Comunque i livelli di erosione riscontrati nelle due aree di studio sono inferiori a quanto ci si aspettava: un'erosione molto elevata è stata rilevata solo nei terreni a maggior pendenza. Sfortunatamente la validazione dei risultati di erosione/sedimentazione non è possibile dal momento che non sono disponili misure in campo, ad ogni modo i risultati appaiono affidabili se confrontati con studi precedenti effettuati in località vicine con peculiarità simili. Inoltre i modelli di erosione sono un importante strumento per la valutazione dei processi di perdita di suolo e per l'elaborazione di mappe di rischio di erosione che possono essere utilizzate come utile riferimento per la pianificazione delle attività future, allo scopo di diminuire gli effetti erosivi attuali e di prevenire future degradazioni del suolo. Infine, l'elaborazione di un sistema di supporto decisionale spaziale per l'analisi dei problemi di urbanizzazione di Santos è stato possibile utilizzando i GIS. L'SDSS è stato progettato per valutare i problemi urbani di Santos, poiché c'è un numero considerevole di persone che vivono in aree protette come le riserve ecologiche delle mangrovie, comportando una forte pressione su questo fragile ed unico ecosistema, rendendo la loro sistemazione un importante problema da risolvere. Nella maggior parte dei casi queste persone appartengono alle classi sociali più basse, con stipendi miseri e uno stile di vita molto povero, aumentando la difficoltà della loro risistemazione. Essi dovrebbero venire al più presto spostati in zone più adeguate e più salubri. L'SDSS indica i posti più appropriate per realizzare questo progetto, tenendo in considerazione una serie di criteri. I fattori e le limitazioni considerate sono la topografia, la presenza di corpi d'acqua, la localizzazione di insediamenti urbani già esistenti, il tasso di erosione, il tipo di copertura del suolo, l'esistenza di aree protette. Tale strumento è un elemento prezioso che facilita la proposta di possibili soluzioni e gestioni del territorio attuabili per migliorare il problema dell'urbanizzazione a Santos e nei dintorni. Per questa ragione la realizzazione di un SDSS in questa tesi viene considerata come un metodo utile e affidabile per aiutare le autorità locali con i processi decisionali riguardanti le politiche da attuare per risolvere questo ed altri problemi critici che minacciano la città di Santos al momento attuale. È molto importante, quindi, fornire ai responsabili regionali e locali dei mezzi utili come i GIS, il telerilevamento, e strumenti di pianificazione attendibili come l'SDSS, come quelli realizzati in questa tesi, per aiutarli nel prendere decisioni, nel gestire il territorio e nell'affrontare i problemi odierni evitando un peggioramento dello scenario attuale.
This thesis is developed within the ECOManage Project which have the strategic objectives to understand and quantify similarities and differences of estuarine system function in response to anthropogenic impacts in order to recommend restoration and/or sustainable development measures and to provide scientific support to local environmental managers on best-practice policies on 3 different coastal zones, including an estuary with mangroves (Santos-Brazil), a large estuary with wide intertidai areas (Bahia Bianca-Argentina) and a fiord (Aysen-Chile). This thesis focus mainly on two of Ecomanage study areas: Santos (Brazil) and Bahia Bianca (Argentina). Coastal areas, broadiy defined as near-coast waters and the adjacent land area, are nowadays one of the most threatened zones all over the world, due to their attractiveness, convenience and availability of resources for urban and industrial development. Therefore, many of these areas worldwide have reached critical environmental conditions as a result of great anthropologic pressure and overexploitation of their resources. Coastal areas are among the most vulnerable of Earth's ecosystems, any activity carried out in these areas should be carefully planned since what happens to the coasts has effects that reach far beyond their local aquatic and human communities, thus, causing irreparable or long term consequences. The two study areas that this thesis approach are characterized for being under significant environmental stress specially caused by poor urban planning and other anthropogenic activities like intensive agriculture. Santos is characterized by the presence of valuable and unique ecosystems as Mata Atlantica (Atlantic forest) and mangrove forests that are currently under great stress due to strong urban development in the area, which is also affecting the quality of its estuary. For this reason and so to have an appreciative idea of water quality conditions of Santos Estuary a quality index was also calculated applying Fuzzy set principles and based on water, sediment and organism samples collected by CETESB in 1999 and 2000. The quality index highlighted those areas with bad, moderate and acceptable pollution in the estuary. Bahia Bianca it is characterized by its extensive crop fields and pastures for grazing which make of i t one of the most important provinces in Argentina for grain and wool exportation. These area is under stress due to the intense agricultural activities which cause soil erosion and land degradation, however it is less environmentally affected than Santos Estuary. The general aim of this research is to create a complete information system using GIS and remote sensing techniques as data sources for the analysis of local problems of Santos and Bahia Bianca i.e. soil loss, urbanization. Furthermore, to estimate and compare rates of soil erosion obtained by two different erosion models stressing the importance of vegetation coverage as prevention of soil loss processes affecting these two study areas. The integration of landcover analysis making emphasis on multitemporal studies in the area of Santos to detect landcover change over a seven year period and the prediction of landcover change using specific software and modeling techniques was also included as an important source of information for the present and future studies. A Spatial Decision Support System (SDSS) was elaborated for Santos study area to tackle one of its most important problems, urbanization, therefore providing local authorities with a reliable tool for decision making processes. Santos landcover change analysis highlighted the most vulnerable areas regarding anthropogenic pressures, mainly deforestation and urbanization. Results obtained emphasize that areas mostly affected by anthropogenic activities are located on low and medium elevations, while those areas characterized by high elevations and steep slopes are less influenced by human activities. Most of the classes in both cases seem to remain as themselves, between 70% and 90% of the area represented by each class does not suffer any impact or transformation into other class, which is quite significant in terms of environmental impact. Landcover prediction of 2010 was obtained through interpolation of surfaces based on the input landcover maps of 1993 and 2000. Landcover trend map of 20 l O highlight an apparent decrease of anthropogenic effects and a more uniform landcover. This could be justified by the improvement in application of environmental laws in the area (CONAMA, 2002). The possibility to predict future landcover is quite significant for performing environmental assessment and preventing uncontrolled anthropogenic activities in this way foreseeing possible scenarios regarding landuse and lancover after a specified number of years. Another important factor that was taken into consideration for Iand degradation and environmental impacts of human activities in these two areas, was the calculation of erosion risk maps using two different models, the RUSLE and USPED, the latest one also gives a quantification of deposition processes taking place. Erosion rates tend to be quite low for both study areas. In Santos and Bahia Bianca it seems that erosion processes are mainly determined by topographic characteristics of each area. Lower erosion rates are found on plain terrains: in Santos mangroves have very low erosion rates, while low vegetation have higher erosion rates; for Bahia Bianca intertidal flats have very low erosion rates, while bare soil at higher elevation increase its erosion rates. Nevertheless, in Santos Mata Atlantica of highlands is mainly found at elevations of more than 570 m, but erosion rates are still very low, this fact highlight the importance of a good vegetation cover in those areas at high risk of erosion. However, erosion rates obtained for Santos and Bahia Bianca, are quite lower than expected, very high erosion values were found only on steep slopes. Unfortunately, validation of erosion-sedimentation results was not possible since in-situ field measurements were not available, nevertheless, results tend to be quite reliable if compared to previous studies performed in nearby areas with similar characteristics. Nevertheless erosion modeling is an important tool for assessment of soil loss processes and elaboration of soil erosion risk maps which are useful references for planning future activities, decreasing current erosion effects as well as preventing future soil degradation. Finally, the elaboration of a Spatial Decision Support System for analyzing urbanization problems in Santos was also possible by the application of GIS. The SDSS was designed to evaluate urban problems in Santos, as there is a considerable number of people living in protected areas as mangrove ecological reserves, which put significant pressure on this fragile and unique ecosystem, so making their relocation an important issue to be solved. In most of the cases these people belong to the lowest social class, characterized by very low incomes and living in extreme poor conditions, which make the difficult task of relocation even more difficult. These people must be conveniently moved as soon as possible to adequate and safe areas. The SDSS indicates the most appropriate places for doing so, taking into consideration a series of local factors and constraints such as, topography, water bodies, existing urban settlements, erosion and landuse, that are the basis of the analysis performed to determine "suitable" locations. The SDSS was an important asset that facilitated the proposal of feasible solutions and viable recommendations to improve urbanization problems in the area of Santos and surroundings. For this reason the elaboration of a SDSS within this thesis, was intended to be a useful and reliable tool to help local authorities with the decision making process for solving Santos most critical threats affecting the city at the present time. It is important to provide regional responsible authorities with the right tools as remote sensing and GIS and reliable planning sources like SDSS thus, helping them in the decision making process for efficiently face current problems avoiding a worsening of the present scenarios.
Description: 2005/2006
URI: http://thesis2.sba.units.it/store/handle/item/12326
http://hdl.handle.net/10077/11595
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