Resumo: As dunas desempenham um papel crucial nos ecossistemas da costa, fornecendo o serviço ecossistêmico de proteção costeira. Este artigo investiga a relevância das dunas na oferta do serviço ecossistêmico de proteção costeira no Litoral Norte do Rio Grande do Sul - RS. A análise empregou o modelo Coastal Vulnerability do Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs - InVEST para quantificar a suscetibilidade à erosão e inundação. Os resultados refletem o valor relativo do nível de exposição a esses riscos costeiros considerando a presença de dunas. Posteriormente, o modelo foi usado novamente, desta vez excluindo a presença das dunas. Assim, foi possível identificar onde a presença das dunas contribui para reduzir a exposição costeira e, indiretamente atribuir no papel das dunas em prover o serviço de proteção costeira. A análise comparativa dos resultados entre as duas simulações mostrou maiores diferenças no setor sul da área de estudo. Os dois principais campos de dunas na área de estudo estão localizados em Cidreira e Torres. No município de Torres, a simulação sem a presença de dunas não apresentou diferenças expressivas de exposição costeira. Já em Cidreira, os valores de exposição costeira aumentaram, indicando que neste local a presença das dunas desempenham um papel relevante no serviço ecossistêmico de proteção costeira. Com isto, as dunas são uma barreira natural contra eventos como de erosão e inundação na linha de costa, porém no processo de mapeamento do serviço ecossistêmico de proteção costeira não é a única variável que é identificada. Isto ficou evidente na porção norte, em Torres, a topografia local, associada com a dinâmica dos ventos influência na barreira natural contra estes eventos. A maior ameaça nesta região está ligada ao processo de expansão da zona urbana. Já na porção sul as dunas contribuem para promover o serviço ecossistêmico de proteção.
Palavras-chave: Serviço Ecossistêmico, Dunas, Proteção Costeira, Erosão.
Abstract: Coastal dunes have a crucial role in offering the ecosystem service of natural coastal protection. This paper investigates the importance of dunes in providing the ecosystem service of natural coastal protection on the North Coast of the State of Rio Grande do Sul (RS) in southern Brazil. The Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs (InVEST®) Coastal Vulnerability Model was used to quantify the relative susceptibility to coastal erosion and flooding within the study area. First, the model was run to assess the susceptibility to coastal hazards considering the presence of dunes. Then, the model was run again without the presence of dunes. By comparing the results of the two model simulations, it was possible to identify where dunes contribute to reducing coastal exposure, which indirectly reflects their role in providing the ecosystem service of natural coastal protection. There are two main dune fields in the study area, one in the northern coastal sector and one in the southern sector, respectively in the municipalities of Torres and Cidreira. The index of exposure values produced by the two model simulations were very similar for locations along the Torres coastline. In contrast, along the coast of Cidreira, results from the model simulation without dunes produced higher exposure values than the simulation with the presence of dunes, suggesting that the dunes have an important role in offering natural coastal protection. Dunes are a natural barrier against coastal erosion and flooding, but they are not the only factor influencing the ecosystem service of coastal protection. In Torres, for instance, the local topography and the wind patterns contribute to reducing local exposure. The greatest threat in this sector is the urban sprawl.
Keywords: Ecosystem Services, Dunes, Coastal Protection, Erosion.
Artigos
A Contribuição das Dunas para o Serviço Ecossistêmico de Proteção Costeira no Litoral Norte do RS
The Dunes Contribution to the Ecosystem Service of Coastal Protection on the Northern Coast of RS
Daniela Forgiarini da Silva daniforgi@gmail.com
Tatiana Silva da Silva tatiana.silva@ufrgs.br
Luciana Slomp Esteves lesteves@bournemouth.ac.uk
Giuliana Andréia Sfreddo giulianasfredo@gmail.com
Received: 15 August 2023
Accepted: 01 November 2023
Published: 15 January 2024
A erosão costeira é um problema mundial (Nguyen et al., 2016), que vem sendo intensificado pelo aumento do nível do mar, mudanças climáticas e o aumento da densidade demográfica costeira (Luijendijk et al., 2018; Prates et al., 2012).
Os ambientes costeiros, incluindo dunas e praias, oferecem importantes serviços ecossistêmicos, como de proteção costeira, atuando como barreiras naturais contra tempestades, minimizando os danos causados por erosão e inundações. Além disso, esses ambientes também oferecem outros serviços ecossistêmicos, (Alexandrakis et al., 2015; Gopalakrishnan et al., 2011; Landry et al., 2020).
Desta maneira, quando as dunas são removidas ou substituídas por processos antrópicos, em áreas de baixa elevação, os ambientes ficam mais suscetíveis a processo de inundações durante as tempestades, desencadeando danos à infraestrutura, perdas econômicas em empreendimentos à beira-mar, e potencialmente, afetando outros serviços ecossistêmicos (Alexandrakis et al., 2015; Gopalakrishnan et al., 2011; Landry et al., 2020; Martinho et al., 2010; Tomazelli et al., 2008).
Práticas de substituição de dunas por processos antrópicos, como os de engenharia costeira, envolvem a construção de muros de contenção e espigões (Gopalakrishnan et al., 2011; Landry; Hindsley, 2011), podem afetar a qualidade estética da costa e interferir na dinâmica costeira, além de acelerar a erosão nas praias adjacentes (Esteves; Santos, 2002; Huang et al., 2007).
A ausência das dunas, que constitui uma variável no controle da exposição costeira, pode aumentar o risco físico de vulnerabilidade costeira em determinada localidade, (Nguyen et al., 2016; Romieu et al., 2010). Além disso, o índice vulnerabilidade costeira é, geralmente, maior em países com menor recurso financeiro, devido às populações mais vulneráveis estarem situadas em áreas de maior risco físico (Bonetti et al., 2013; Cutter et al., 2003; Kleinosky et al., 2007; Masozera et al., 2007).
Além disso, a constituição de um índice de vulnerabilidade costeira é complexa, constituída de três variáveis do sistema, conforme BID (2010): exposição, sensibilidade e capacidade adaptativa. Há vários indicadores ou modelos na constituição da vulnerabilidade costeira (Nguyen et al., 2016).
Nesse sentido, um dos modelos mais utilizados a nível global e que desempenha um papel importante na construção de índices de vulnerabilidade costeira (Ballesteros; Esteves, 2021; Ruheili; Boluwade, 2023; Zhang et al., 2020) é o modelo Coastal Vulnerability do Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs - InVEST, que permite obter a variável de exposição - risco físico, e dessa forma, avaliar o potencial de erosão e inundação ao longo da linha costeira (Invest, 2023).
Este estudo de caso tem como área de estudo o Litoral Norte do Rio Grande do Sul (RS), e tem como objetivo analisar a importância das dunas na oferta do serviço ecossistêmico de proteção costeira no Litoral Norte do RS. Para tornar a análise possível, foi utilizado o modelo Coastal Vulnerability do InVEST, com a presença da variável dunas e com a sua ausência.
O Litoral Norte do RS é composto pelos municípios costeiros de Balneário Pinhal, Cidreira, Tramandaí, Imbé, Osório, Xangri-Lá, Capão da Canoa, Terra de Areia, Arroio do Sal e Torres. Está situado entre as coordenadas geográficas 29º 17’ a 30º 18’ de latitude Sul e 49º 44’ a 50º 24’ de longitude Oeste. Possui uma área de 3.700 km² e uma extensão de 120 km de costa (FEPAM, 2021b).
É delimitado, ao sul, pelo município de Balneário Pinhal, ao norte, pelo rio Mampituba, a leste pelo oceano e, a oeste em função de sua formação geológica, pelo relevo, bacia de drenagem e limites políticos (Figura 1) (FEPAM, 2000).
A formação geológica é recente, no litoral gaúcho, cerca de 5.000 a.C., com aproximadamente 618 km de costa retilínea (FEPAM, 2000; FEPAM, 2021a). O Litoral Norte RS está inserido no sistema deposicional Barreira-Laguna IV, formado durante o estágio final da transgressão marinha pós-glacial (Dillenburg et al., 2000).
Quanto aos aspectos demográficos, a região do Litoral Norte do RS apresenta-se como predominantemente urbanizada, com uma população fixa aproximada de 198.235 habitantes. Durante o período de veraneio, essa população aumenta consideravelmente, atingindo cerca de 340.436 habitantes, devido ao fluxo de pessoas em busca do turismo de sol e mar (Germani et al., 2020; Rio Grande do Sul, 2021).
Com um aumento estimado atual da população fixa de 25.38% (IBGE, 2022). Em 2021, observou-se um aumento significativo nas vendas de imóveis em alguns municípios, como Torres que apresentou acréscimo de 65%, Tramandaí com 34% e Imbé com 50% (Rodrigues, 2020), esse processo é observado na malha urbana dos municípios (IBGE, 2023). Tais processos de expansão urbana e crescimento populacional resultaram em uma urbanização da linha de costa superior a 77%, sendo que 55% das construções estão localizadas em áreas de dunas (Esteves et al., 2003; Esteves 2004).
Fatores como a urbanização, associada à infiltração e compactação do solo, concentração de sangradouros em torna da linha de costa e ocorrência crescente de tempestades e inundações vêm contribuindo para a erosão costeira no Litoral Norte do RS. Esses processos também afetam as dunas frontais e ocasionam o afloramento do lençol freático (Calliari et al., 2010; Vianna et al., 2015).
O Coastal Vulnerability Model - InVEST, versão 3.12.1, produz um índice qualitativo de exposição costeira à erosão e à inundação, bem como um resumo da densidade populacional humana nas proximidades da linha de costa. Pode ser usado para identificar, de forma relativa, os setores da linha de costa, que são mais ou menos suscetíveis à erosão e inundação (Invest, 2023).
O modelo mapeia de forma indireta o serviço ecossistêmico de proteção costeira, ou seja, quanto maior for o risco de erosão e inundação, menor será a oferta do serviço ecossistêmico de proteção costeira.
O modelo segue os métodos propostos por Gornitz (1990); Hammar-Klose e Thieler (2001). O índice de exposição incorpora sete variáveis biogeofísicas: relevo (no caso modelo digital de elevação), habitats naturais, exposição ao vento, exposição de ondas, potencial de maré meteorológica, geomorfologia (baseado na geomorfologia semelhante ao proposto por Hammar-Klose e Thieler, (2001) e mudança do nível do mar (as duas últimas variáveis são de uso opcional no modelo).
Os resultados do modelo são apresentados por meio de valores atribuídos a pontos ao longo da linha de costa, variando de 1 (muito baixo) a 5 (muito alto).
Os dados de entrada do modelo Coastal Vulnerability do InVEST, bem como as variáveis utilizadas para os dados de entrada e suas origens estão ilustrados abaixo (Tabela 1). A classificação das variáveis de entrada, ou seja, o ranqueamento com seus respectivos valores estão disponíveis abaixo (Tabela 2). O ranqueamento e classificação dos dados de entrada das variáveis foram baseados no guia do modelo Coastal Vulnerability do InVEST (Invest, 2023).
A variável de mudança do nível do mar não foi utilizada no modelo, devido os dados disponíveis não serem consistentes para esta área. A variável de exposição do vento é calculada tomando as velocidades de vento de 10% mais altas de um longo registro de velocidades de vento medidas, dividindo em 16 setores equiangulares, combinando as características de vento, e busca nesses setores (Invest, 2023).
As variáveis de entrada habitat e geomorfologia são as únicas que o modelador pode ranquear (Tabela 2), as demais variáveis são ranqueadas automaticamente pelo modelo.
A construção dos dados de entrada e o ranqueamento da variável habitat ocorreram da seguinte forma: os habitats sistema de matas e sistema de áreas úmidas foram disponibilizados pelo Zoneamento Ecológico Econômico do Estado do Rio Grande do Sul - ZEE-RS. O sistema de matas é composto pelas camadas de sistema de mata ciliar, sistema florestal e sistema de silvicultura, e foi atribuído o valor de 1.
Já o sistema de áreas úmidas com valor de 2. Os habitats de duna baixa, com valor de 3, e sem habitat, com valor de 5, as duas camadas respectivas foram descritas pelos próprios autores com base no ZEE-RS.
A variável geomorfologia foi classificada como falésia média, com o valor de 2, planícies - 3, lagoas - 4, praia - 5. Os dados utilizados foram obtidos do ZEE-RS, com exceção das falésias médias que foram descritas pelos próprios autores, com base no ZEE-RS.
As correções e adaptações para os dados de entradas foram feitas utilizando o software ArcGIS - ArcMap, versão 10.5.1. Para a análise estatística dos resultados utilizado nos gráficos, foi utilizado o software RStudio, versão 4.1.0.
Para avaliar o risco de erosão e inundação na presença/ ausência de dunas foi utilizado o modelo Coastal Vulnerability, excetuando-se duas simulações distintas. Uma simulação considerou nos dados a presença das dunas, enquanto a outra simulação foi gerado sem considerar as dunas. Dessa forma, uma das simulações avaliou o risco relativo de exposição à erosão e à inundação considerando a presença das dunas, enquanto a outra simulação analisou o risco sem levar em conta a influência das dunas. Essa abordagem permitiu quantificar a importância das dunas na redução da suscetibilidade à erosão e inundação ao longo da linha de costa.
Através do modelo Coastal Vulnerability foram plotados 3736 pontos, com espaçamento de 30 metros entre eles, ao longo da linha de costa do Litoral Norte do RS. Os resultados dos valores de risco de exposição costeira à erosão e à inundação, considerando como variável de entrada a presença de dunas, estão ilustrados abaixo (Tabela 3, Figura 2, Figura 3 e Figura 4).
Já os resultados da simulação sem a presença das dunas (Tabela 4, Figura 5, Figura 6 e Figura 7), mostraram uma diferença de aumento de exposição costeira em relação a simulação com dunas. Na categoria de exposição costeira alta, observou-se um aumento de 198 pontos, representando uma porcentagem de 5,3%. Já na categoria de exposição costeira moderada, houve um aumento de 64 pontos, o que corresponde a 1,71%. Em contrapartida, houve uma redução de 262 pontos na categoria de exposição costeira baixa, resultando em uma diminuição de 7,01% nessa categoria.
As simulações com e sem a presença de dunas mostraram que as dunas têm um papel importante na redução da exposição à erosão e inundação costeira, principalmente na porção sul, entre Imbé e Balneário Pinhal, no Litoral Norte do RS.
O mapeamento das dunas evidenciou a existência de descontinuidades na distribuição das dunas ao longo da linha costeira da área de estudo. Nos municípios de Terra de Areia e Arroio do Sal está melhor conservada a continuidade das dunas na linha de costa. Anteriormente, essas áreas eram caracterizadas por extensas faixas contínuas de dunas (Martinho et al., 2010; Tomazelli et al., 2008). Essa modificação pode ser resultado do processo de urbanização em andamento na região, como apontado nos dados de malha urbana do IBGE/2022 (IBGE, 2023), bem como, da possível interrupção ou redução da fonte de sedimentos que contribuía para a formação e manutenção desses ambientes ao longo da costa (Martinho et al., 2010; Tomazelli et al., 2008), e também o aumento da sangradouros nestas regiões, ocasionando ocasionam o afloramento do lençol freático (Calliari et al., 2010; Vianna et al., 2015).
Os resultados do modelo sem a presença das dunas em Osório estão associados, principalmente, aos fatores de expansão urbana, conforme os dados observados da malha urbana, de 2022 (IBGE, 2023), e o aumento da especulação imobiliária desde 2021, no Litoral Norte do RS (Rodrigues, 2020). Além disso, esse município é um dos mais populosos do Litoral Norte do RS (Rio Grande do Sul, 2021).
No que tange a Xangri-lá, houve aumento dos valores moderados de exposição costeira, na simulação sem as dunas, o município possui uma região urbanizada com condomínios luxuosos (IBGE 2023; Martinho et al., 2010; Tomazelli et al., 2008), sendo um indicador de influência sobre a região. É importante destacar, atualmente, que esses dois municípios não apresentam campos de dunas bem desenvolvidos na linha de costa, mas, anteriormente, sua costa era constituída por extensas faixas contínuas de dunas (Martinho et al., 2010; Tomazelli et al., 2008). Atualmente, Balneário Pinhal, Cidreira, Tramandaí e Torres são constituídas por esta dinâmica.
Em registros históricos, principalmente por fotografias aéreas, mostram os campos de dunas transgressivo estendiam-se de forma contínua na linha de costa do Litoral Norte do RS, sendo uma planície costeira extensa (Martinho et al., 2010; Tomazelli et al., 2008).
Os dois municípios no Litoral Norte do RS que têm campos de dunas são Cidreira e Torres, com características diferentes. O primeiro com campos de dunas transgressivas, e o outro com reversos. Como qual, apresentando resultados diferentes em relação à simulação sem dunas.
Os campos dunas transgressivas tem características de praia adjacente com uma faixa arenosa, e alongada com ventos no sentido dominante NE-SW, altamente dependente da preservação dos corredores de alimento, caso haja avanço na urbanização local, ocasiona cancelamento destes corredores (Tomazelli et al., 2008). Isto, já ocorre na porção sul do município de Cidreira (Esteves, 2004), e conforme os resultados da simulação sem dunas aumenta a exposição costeira nesta região, valores de moderado para alto.
Já os campos de dunas reversos apresentam baixa taxa de migração, com ventos predominantes de NE, e de S-SW. Além, da sua topografia local influenciar na diminuição dos ventos, devido a proximidade com a escarpa da Serra, o que influência desde o município de Torres até a porção norte do Imbé.
Com isto, a maior ameaça nesta região é o processo de expansão da zona urbana (Martinho et. al., 2010; Tomazelli et al., 2008), associando com um aumento nos dados da malha urbana (IBGE, 2023), e a especulação imobiliária crescente (Rodrigues, 2020) a barreira natural de proteção costeira, no caso as dunas, neste município, não houve aumento de valores altos de exposição costeira, conforme observado nos resultados da simulação sem dunas no município, houve um aumento de quase 4% nos valores moderados de exposição costeira em Torres.
Observa-se que os valores de exposição alta na simulação sem a presença de dunas estão concentrados mais na porção sul do Litoral Norte do RS, de Imbé a Balneário Pinhal. Essa região sofre maior influência dos ventos, e sem a dinâmica de proteção das escarpas da Serra (Martinho et al., 2010; Tomazelli et al., 2008).
Apesar disso, os municípios de Capão da Canoa e Terra de Areia tem seus valores de exposição costeira aumentados nos resultados da simulação sem a presença de dunas. Com dados observados de malha urbana (IBGE, 2023), e a especulação imobiliária que ocorre neste município, em Capão da Canoa (Rodrigues, 2020). Já em Terra de Areia estes processos não ocorrem (IBGE, 2023; Rodrigues, 2020).
No município de Arroio do Sal há um aumento de 2% nos valores moderados de exposição costeira. Em trabalhos anteriores, estes três municípios apresentaram acréscimo em sua linha de costa: 29.1% - Arroio do Sal, 56.6% - Terra de Areia e 86.5% - Capão da Canoa (Esteves, 2004).
Como pode-se notar nos resultados da simulação sem dunas, o Litoral Norte do RS tem duas dinâmicas diferentes. Uma na porção norte, entre Torres a norte de Imbé, cuja topografia local, proximidade com a escarpa da Serra, influência na dinâmica da diminuição dos ventos, fazem com que os resultados da simulação não tenham valores altos de exposição costeira. E outra, na porção sul, de Imbé a Balneário Pinhal, no qual não há influência da topografia local, devido não haver proximidade com a escarpa da Serra, o que provoca o aumento da velocidade dos ventos, consequentemente os resultados da simulação foram aumentados os valores altos de exposição costeira.
Esta porção sul do Litoral Norte do RS, de Imbé a Balneário Pinhal, sofre influência direta sobre a barreira de proteção natural, no caso dunas, como é demonstrado na comparação dos resultados entre as duas simulações com e sem dunas. Seus valores altos de exposição costeira aumentaram 13,49%, enquanto na porção norte aumentou a exposição costeira em valores moderados de 10,80%.
Fatores como o aumento da malha urbana (IBGE, 2023), e a especulação imobiliária (Rodrigues, 2020) em áreas costeiras ocasionam sérios impactos nos serviços ecossistêmicos, como o de proteção costeira, prejudicando as barreiras naturais de proteção costeira, como dunas (Ruheili; Boluwade, 2023).
Estudos utilizados de simulações com e sem barreiras naturais, no modelo Coastal Vulnerability do InVEST, demonstraram um aumento de exposição costeira na linha de costa (Ballesteros; Esteves, 2021; Ruheili; Boluwade, 2023). Esta simulação contribui para verificar as futuras ameaças globais sobre os serviços ecossistêmicos costeiros, e auxiliar na busca de ações que prevêem, ou mitiguem estas ameaças (Ruheili; Boluwade, 2023).
Este estudo teve por objetivo a importância das dunas para a composição do serviço ecossistêmico de proteção costeira no Litoral Norte do RS. A presença de dunas funciona como uma barreira natural, protegendo contra a erosão, a inundação e a elevada exposição a perigos costeiros. Pode-se notar que na simulação sem a presença de campos dunares a exposição costeira teve seus valores aumentados.
Porém, não é a única variável que contribui no mapeamento do serviço ecossistêmico de proteção costeira. Isto ficou evidente na porção norte do Litoral Norte do RS, principalmente no município de Torres, onde a topografia local, associada com a dinâmica dos ventos influência na barreira natural contra eventos que causem erosão, a inundação. Sendo, nesta região, a maior ameaça está relacionada ao processo de expansão da zona urbana. Fatores como aumento da malha urbana, e especulação imobiliária estão contribuindo consideravelmente neste processo.
Já na porção sul do Litoral Norte do RS as dunas contribuem para promover o serviço ecossistêmico de proteção, no qual ficou evidente nos campos de dunas do município de Cidreira.
Sugere-se para trabalhos futuros na identificação da constituição do serviço ecossistêmico de proteção costeira, sejam incluídas outras variáveis, além das dunas no processo de mapeamento do serviço ecossistêmico de proteção costeira.
