8/18/2019 AVALIAÇÃO DO USO DE SIG PARA DELIMITAÇÃO AUTOMÁTICA DE BACIAS HIDROGRÁFICAS

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 AVALIAÇÃO DO USO DE SIG PARA A DELIMITAÇÃO AUTOMÁTICA DEBACIAS HIDROGRÁFICAS 

Matheus Zaguini Francisco(1) 

Graduando em Engenharia Sanitária e Ambiental na Universidade Federal de SantaCatarina (UFSC). Bolsista de Iniciação Científica PIBIC/CNPq do Laboratório de pesquisa em Resíduos Sólidos – LARESO/ENS/CTC/UFSC.

Allan Saddi ArnesenGraduando em Engenharia Sanitária e Ambiental na Universidade Federal de SantaCatarina (UFSC). Estagiário Geoenvi – Geologia e Meio Ambiente, Florianópolis - SC.

Endereço(1):  Rua Maestro Aldo Krieger nº 108, , apto. 702 – Córrego Grande –Florianópolis – SC – CEP: 88037-500 – Brasil – Tel. (47) 9967-3909 – email:mzaguini.fco@gmail.com 

Florianópolis, 10 de julho de 2009

mailto:mzaguini.fco@gmail.commailto:mzaguini.fco@gmail.com

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  AVALIAÇÃO DO USO DE SIG PARA A DELIMITAÇÃO AUTOMÁTICA DE

BACIAS HIDROGRÁFICAS 

INTRODUÇÃOA caracterização da bacia hidrográfica é condição básica para um manejo sustentável dos recursoshídricos. A Política Nacional dos Recursos Hídricos, Lei 9.433 instituída em 8 de janeiro de 1997, sefundamenta na escolha da bacia hidrográfica como unidade de estudo.

A bacia hidrográfica, fisicamente, é uma área compreendida pelos divisores de água e sua rede dedrenagem, formada pelos cursos de água. A bacia é delimitada a partir de sua exutória, ponto que recebetoda a água drenada.

Segundo Dias et al. (2004), a SHR, Superintendência de Recursos Hídricos, utiliza métodos manuais paradelimitação de bacias hidrográficas e áreas de contribuição pontuais e, então, realiza a análise dos pleitosde outorga de uso da água.

O presente estudo visa a análise comparativa entre uma bacia delimita manualmente e uma bacia gerada

 pelo Sistema de Informações Geográficas (SIG) ArcGIS 9.2. Para tal análise foram observados parâmetros geométricos da bacia como área, perímetro, índice de circularidade, fator de forma e ocoeficiente de compacidade. O estudo será realizado através das bases cartográficas digitais, em escala1:50.000, disponibilizadas pela Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina(EPAGRI). 

MATERIAIS E MÉTODOS

Área de Estudo

As áreas selecionadas para estudo ficam inseridas na Bacia Hidrográfica do Rio Tijucas, que tem

aproximadamente 3027km² de área. Dentro desta bacia foram escolhidas duas microbacias para estudo,na escolha das microbacias, foi prestada atenção a um aspecto primordial, a localização das bacias emrelação ao relevo. A primeira bacia, litorânea, está localizada em um terreno relativamente plano, poucoacidentado e a área circundante a exutória tem cota próxima a zero. Enquanto a outra bacia fica situadaem uma região mais acidentada, com curvas de nível melhor definidas. A figura 1, abaixo, ilustra a áreade estudo.

Figura 1. Mapa de Localização da Bacia Hidrográfica do Rio Tijucas.

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MATERIAISPara a realização do trabalho foi utilizado um microcomputador com o software de geoprocessamentoArcGIS versão 9.2. Foi necessário a utilização, principalmente, das extensões  Hidrology, 3D Analyst   eSpatial Analyst,  disponibilizadas pelo Grupo Transdisciplinar de Governança da Água e do Território(GT-HIDRO) do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de SantaCatarina (UFSC).

MÉTODOSPara serem alcançados, os objetivos propostos nesse estudo, o trabalho foi dividido em duas etapas. A primeira delas é a delimitação da área da bacia hidrográfica de dois métodos, manualmente e a partir doArcGIS. A outra é a confrontação dos parâmetros das bacias. Os parâmetros analisados serão: Área,Perímetro, Coeficiente de Compacidade, Índice de Circularidade e Fator de Forma.

Aquisição de Dados 

As bases cartográficas deste trabalho foram as Cartas Digitais em Escala 1:50.000, disponibilizadas pelaEPAGRI/CIRAM através da Mapoteca Topográfica Digital do Estado de Santa Catarina na Internet.Foram utilizadas as informações de altimetria (curvas de nível) e hidrografia (cursos da água). Para obterum melhor resultado de interpolação dos dados de altimetria, foram utilizadas todas as Cartas que a Bacia

do Rio Tijucas está abrange, e elas estão apresentadas na Tabela 1.Tabela 1. Cartas Topográficas Digitais de Santa Catarina (EPAGRI/CIRAM).

Cartas em escala 1:50.000 (formato .shp)

Aguti, Biguaçu, Camboriú, Rancho Queimado,Alfredo Wagner, Botuverá, Florianópolis, SantoAmaro da Imperatriz, Vidal Ramos, Anitápolis,Brusque e São João Batista

•  Vetorizada manualmenteA bacia foi vetorizada manualmente utilizando a ferramenta  Edit , após ter sido criado uma feição poligonal para as duas micro-bacias estudadas. Foram inseridos os temas Curva de nível e Cursos da águade todas as Cartas apresentadas na Tabela 1.O traçado das bacias foi realizado a partir das suas exutórias, seguindo pelos divisores de águas (topos de

morros) identificados nas curvas de nível, sendo o traçado sempre perpendicular às curvas de nível. Outroaspecto fundamental do traçado foi que este não cortou nenhum rio.

•  Bacia Hidrográfica gerada pelo SIG Com base nos dados retirados das cartas topográficas digitais, fornecidas pela EPAGRI, foi feita ainterpolação das curvas de nível e gerado um Modelo Numérico do Terreno (MNT). O MNT é umamatriz de  pixels (menor elemento de uma imagem) que contém valores, nesse caso de altimetria, paracada célula. A partir do MNT foi seguido o seguinte procedimento para a obtenção da bacia hidrográficagerada pelo software. 

- Fill Sinks para a correção do MNT;- Flow Direction que avalia a direção do fluxo de cada pixel.- Flow Acumulation realiza o cálculo do fluxo acumulado.- Watershed traça automaticamente a bacia hidrográfica a partir de uma exutória selecionada

com o cursor.

PARÂMETROS PARA ANÁLISEPara a análise entre as bacias foram calculados parâmetros de características geográficas, listados aseguir. (VILLELA E MATTOS, 1975)

Área e Perímetro Os limites das subbacias foram definidos através dos métodos descritos anteriormente. Para calcular aárea de drenagem e o perímetro da bacia foi utilizado o módulo Tools através da ferramente Measure.

Comprimento do RioPara a determinação do comprimento do rio, foi necessário isolar o rio principal em um shapefile paradepois utilizar a ferramenta de cálculo Geometry Calculator  e calculado o campo Lenght criado na Tabela

de Atributos ( Atribute table).

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Fator de FormaRelaciona a forma da bacia com a de um retângulo, correspondendo à razão entre a área de drenagem e ocomprimento axial da bacia, determinado pelo comprimento do rio principal. O fator de forma foicalculado pela equação 1, abaixo.

 

  (1)

Onde: F é o fator de forma, A a área de drenagem e L o comprimento do eixo da bacia.

Coeficiente de CompacidadeEsse coeficiente é um número adimensional que varia com a forma da bacia, independente do seutamanho. Quanto mais irregular maior será o coeficiente de compacidade, sendo que o mínimo é aunidade e corresponde a uma bacia circular. O coeficiente de compacidade foi determinado pela equação2, a seguir.

0,28 

√   (2)

Onde: Kc é o coeficiente de compacidade, P é o perímetro (m) e A é a área de drenagem (m²).

Índice de Circularidade

O índice de circularidade relaciona a forma da bacia com a de um circulo e tende para a unidade quantomais circular for a bacia. O índice de circularidade foi calculado pela seguinte equação (3).

 ,

  (3)

Onde: IC é o coeficiente de circularidade, A a área da bacia e P o perímetro.

Cálculo do Erro

Para a confrontação das informações foi utilizado o cálculo do erro em porcentagem. Este cálculoexplicitará a variação em porcentagem dos parâmetros analisados. A equação 4, abaixo, foi utilizada parao cálculo.

%  ââ

â  100  (4)

RESULTADOSOs resultados estão apresentados nas tabelas 2 e 3, abaixo, e podem ser visualizados na figura 2 a seguir.

Tabela 2. Resultados obtidos da bacia Continental

Bacia Continental 

Manual  SIG  Erro (%) 

Área  317.56 km² Área  318.60 km²  0.32 

Perímetro 

95.32 

km 

Perímetro 

95.66 

km 

0.35 

Comprimento Axial  38.71 km  Comprimento Axial  38.71 km  0 

Coef. Compacidade  1.5  Coef. Compacidade  1.49  0.66 

Ind. 

Circularidade 

0.44 

Ind. 

Circularidade 

0.43 

2.27 

Fator 

de 

Forma 

0.21 

Fator 

de 

Forma 

0.21 

0 

Tabela 3. Resultados obtidos da bacia Litorânea

Bacia 

Litorânea 

Manual  SIG  Erro (%) 

Área 

108.95km² Área 

102.68 

km² 

5.75 

Perímetro  53.72 km  Perímetro  61.82 km  15.07 

Comprimento Axial  27.65 km  Comprimento Axial  24.56 km  11.17 

Coef. 

Compacidade 

1.44 

Coef. 

Compacidade 

1.7 

18.05 

Ind. Circularidade  0.47  Ind. Circularidade  0.33  29.78 

Fator 

de 

Forma 

0.14 

Fator 

de 

Forma 

0.17 

21.42 

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 Figura 2: a) Traçado manual bacia continental; b) Traçado automático bacia continental; c) Traçado

manual bacia litorânea; d) Traçado automático bacia litorânea.

CONCLUSÕESApós a realização deste estudo, foi possível observar que a falta de cotas topográficas, curvas de nível, naregião litorânea acarretou em variações significativas quando comparadas as duas formas de traçado de bacia. Os erros das características morfométricas da bacia litorânea foi muito superior aos apresentados

 pela bacia continental, situada em uma região acidentada e curvas de nível bem definidas.

Foram observados, também, alguns erros devido a junção das curvas de nível das diversas cartastopográficas utilizadas no trabalho. Este problema pode ser corrigido utilizando as ferramentas  Edit eTopology do SIG ArcGIS v.9.2.

Apesar das divergências apresentadas entre as bacias traçadas manualmente e pela extensão Hydrology,esta apresentou-se como uma boa ferramenta para análises hidrológicas. Uma vez que segue os conceitoshidrológicos de delimitação de bacias, é uma ferramenta rápida e prática para este fim. Entretanto, sempreé necessária a verificação do limite da bacia hidrográfica obtida.

REFERÊNCIAS BIBL IOGRÁFICAS

1. 

BRASIL. Lei 9.433, de 08 de janeiro de 1997 - que instituiu a Política Nacional de RecursosHídricos, cria o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos, regulamenta o inciso XIX doart. 21 da Constituição Federal, e altera o art. 1º da Lei nº 8.001, de 13 de março de 1990, que modificou aLei nº 7.990, de 28 de dezembro de 1989.

2.  DIAS, L. S. O. (2004); Rocha, G. A.; Barros, U. A. B.; Maia, P. H. P.; Utilização do radarinterferiométrico para delimitação automática de bacias hidrográficas. BAHIA ANÁLISE &DADOS, Salvador – BA. V.14, n. 2, p. 265-271, set. 2004.

3.  VILLELA, S. M., MATTOS, A. (1975). Hidrologia Aplicada. São Paulo: McGraw – Hill doBrasil, 245p.