DEGEO - Departamento de Geologia

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    Assessing gully erosion susceptibility and its conditioning factors in southeastern Brazil using machine learning algorithms and bivariate statistical methods : a regional approach.
    (2022) Lana, Júlio Cesar; Castro, Paulo de Tarso Amorim; Lana, Cláudio Eduardo
    Despite being a very common phenomenon worldwide, in Brazil, the factors and mechanisms that control gully erosion on a regional scale are still little known, which leads to the neglect of this environmental hazard by territorial and environmental management policies. In order to reducing this gap, we explored the potential of four common supervised machine learning algorithms, named random forest (RF), logistic regression (LR), naïve Bayes (NB) and artificial neural network (ANN) to produce gully erosion susceptibility models for two gullied watersheds, located in the state of Minas Gerais, southeastern Brazil. The modeling was based on the construction of a solid gully inventory and a database consisting of fifteen geo-environmental factors (GEF), whose influence was determined from the information gain ratio (IGR) and two bivariate statistical methods, named frequency ratio (FR) and modified information value (MIV). The predictive performance of the models was evaluated by the area under the receiver operating characteristic curve (AUC), overall accuracy (ACC) and sufficiency analysis. The results revealed that random forest achieved the highest overall performance in correct prediction of gullies and produced the most realistic gully susceptibility maps. The IGR data indicated that all GEF considered in the analysis contributed to the predictive model, although lithology, elevation and rainfall are the most influential variables. From an integrated analysis between the gully inventory, field observations, FR and MIV values, we found that gullies seem to be triggered by high annual average rainfall, but only develop where a set of specific geo-environmental conditions occur simultaneously. Finally, despite the limited land use data available, anthropogenic activities do not seem to affect the regional distribution pattern of gullies, although we have not excluded their local influence in triggering some erosive features.
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    Análise multiescalar dos condicionantes da gênese e evolução de voçorocas nas bacias do Rio das Velhas e do Rio Paraopeba, MG.
    (2022) Lana, Júlio Cesar; Castro, Paulo de Tarso Amorim; Lana, Cláudio Eduardo; Castro, Paulo de Tarso Amorim; Morais, Fernando de; Parisi, Maria Giovana
    As voçorocas são mundialmente reconhecidas como uma das principais formas de expressão da erosão hídrica e estão frequentemente associadas a danos ambientiais e sócio-econômicos. Por este motivo, diversos pesquisadores têm centrado esforços para compreender os fatores e mecanismos que atuam na sua deflagração e desenvolvimento. No entanto, a maior parte dos estudos sobre o tema adotam uma abordagem estritamente local, a qual contrasta com a ampla distribuição destas feições no território. Assim, na busca de contribuir para a redução desta lacuna, este trabalho apresenta uma análise multiescalar dos fatores e mecanismos envolvidos na gênese e evolução de voçorocas. Para tanto, as investigações em escala regional se embasaram em técnicas de aprendizado de máquina e estatística bivariada para construir modelos preditivos e avaliar a influência de quinze fatores geo-ambientais na suscetibilidade ao voçorocamento nas bacias do Rio das Velhas e do Rio Paraopeba. As análises locais foram realizadas no alto Rio das Velhas e no alto Rio Paraopeba e compreenderam o monitoramento da evolução de duas voçorocas com emprego de veículo aéreo não tripulado, além da investigação da erodibilidade, composição química e distribuição granulométrica de solos derivados de gnaisses e granitoides, utilizando, respectivamente, as técnicas de peneiramento a úmido, fluorescência de raios-X e difração de raios laser. Sob a ótica regional, os resultados obtidos mostram que as atividades antrópicas apresentam baixa influência na distribuição das voçorocas, as quais se desenvolvem naturalmente sob condições ambientais específicas, condicionadas principalmente pelas características litoestruturais, elevação, pluviosidade e declividade da região. Em adição, as áreas mais suscetíveis ao voçorocamento estão localizadas em regiões que experimentaram eventos de soerguimento epirogenético durante o Cenozoico, os quais podem ter provocado a intensificação dos processos de incisão e erosão remontante, a partir do rebaixamento relativo do nível de base regional. A evolução inicial das voçorocas parece ocorrer predominantemente por processos de incisão, até que o exutório da feição se conecte ao nível de base local. A partir desta etapa, passam a dominar os mecanismos de alargamento e retração das bordas, que provocam o preenchimento gradativo da forma erosiva. Além disso, mesmo durante a fase de incisão, as voçorocas podem experimentar pulsos de preenchimento provocados pelo excesso de solo erodido durante eventos pluviométricos intensos. Foi constatado que a erodibilidade dos solos analisados aumenta em profundidade e apresenta forte correlação positiva com a presença de silte e de minerais primários, o que corrobora informações disponíveis na literatura. Assim, o horizonte C do solo é mais vulnerável à desagregação que os horizontes superficiais, especialmente quando exposto ao impacto das gotas de chuva e à ação dos fluxos superficiais turbulentos. Por fim, os solos investigados apresentam índices similares de estabilidade dos agregados, o que mostra que a grande diferença de concentração de voçorocas entre os terrenos que constituem o embasamento cristalino da região de estudo não tem relação com o grau de erodibilidade.