Universidade Federal de Campina Grande - UFCG

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

EDITORES

Jógerson Pinto Gomes Pereira

José Geraldo de Vasconcelos Baracuhy

Campina Grande - PB, 2008

a1 EDIÇÃO

Coordenador Geral

Prof. Dr. José Geraldo de Vasconcelos Baracuhy (UFCG)

Vice-coordenador

Prof. Dr. Dermeval Araújo Furtado (UFCG)

Projeto Gráfico (capa e miolo)

Luiz Felipe de Almeida Lucena - Projetos e Consultoria em Design

a a 1 edição / 1 impressão (2008): 250 exemplares

Direitos Reservados: A reprodução não-autorizada desta publicação, no todo ouem parte, constitui violação dos direitos autorais (Lei no 9.610). É permitida a

reprodução parcial do conteúdo desta publicação desde que citada a fonte.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCGAvenida Aprígio Veloso 882, Bodocongó - CEP: 58109-970

Campina Grande - PARAÍBA

LICTA - Laboratório Interdisciplinar de Ciências e Tecnologias AgroambientaisBLOCO CP - Fone: (83) 3310-1491 / 3310-1486

www.deag.ufcg.edu.br/lictae-mail: licta@deag.ufcg.edu.br

Livro confeccionado com recursos oriundos do CNPq, referente ao

edital MCT/CNPq/CTHIDRO: 37/2006

P436e Pereira, Jógerson Pinto Gomes

Ecobatimetria - Teoria e Prática / Jógerson Pinto Gomes

Pereira, José Geraldo de Vasconcelos Baracuhy. - Campina

Grande: Gráfica Agenda, 2008. 84p. il.

ISBN: 978-85-60592-06-7

1. Ecobatimetria 2. Ecobatímentro 3. Posicionamento Global

I. Baracuhy, José Geraldo de vasconcelos II. Título

CDU 556

Editores

Jógerson Pinto Gomes Pereira

Possui doutorado em Agronomia (Energia na Agricultura) pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (2000). Tem experiência na área de Engenharia Agrícola. Atuando

principalmente nos seguintes temas: Plantio direto, força de tração, mecanização, resistência à penetração.

Graduado em Agronomia pela Universidade Federal da Paraíba (1978), possui também graduação em Direito pela Universidade Estadual da Paraíba (1993), especialização em

Agronegócio pela Universidade Federal da Paraíba (1998), especialização em Agente de Difusão e Inovação Tecnológica pela Universidade Federal do Espírito Santo (1996), especialização em Gestor de Parque de Maquinaria Agrícola pelo Instituto Cori (1989), mestrado em Ciência do Solo pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1982) e doutorado em Recursos Naturais [Campina Grande] pela Universidade Federal da Paraíba (2001). Atualmente é professor da Universidade Federal de Campina Grande. Tem experiência na área de Recursos Florestais e Engenharia Florestal, com ênfase em Conservação da Natureza, atuando principalmente nos seguintes temas: Deterioração ambiental, recursos hídricos, diagnóstico sócio-econômico, diagnóstico físico-conservacionista e modelos estatísticos.

José Geraldo de V. Baracuhy

APRESENTAÇÃO

SUMÁRIO

Capítulo 1

Capítulo 2

Capítulo 3

Capítulo 4

Capítulo 5

13

35

53

69

77

CONCEITOS DE ECOBATIMETRIA, GPS, NAVEGAÇÃO E PRECISÃO

1. INTRODUÇÃO

O que é Batimetria?

Batimetria é a ciência para determinação e representação gráfica do relevo de fundo de áreas submersas (mares, lagos, rios). É expressa cartograficamente por curvas batimétricas que unem pontos da mesma profundidade, à semelhança das topográficas.

A Etimologia da palavra Batimetria origina-se da língua inglesa Bathmeter (batho + meter) que significa medida de profundidade.

O que é Ecobatimetria?

Ecobatimetria é a medição das profundidades submersas com um aparelho denominado de ecobatímetro.

O que são ecobatímetros?

Os ecobatímetros são os equipamentos utilizados pela Batimetria para medir a profundidade que utilizam ondas de radar. O equipamento consiste em uma fonte emissora de sinais acústicos e um relógio interno que mede o intervalo entre o momento da emissão do sinal e o instante em que o eco retorna ao sensor, Figura 1.1. O som é captado pelo transdutor que consiste basicamente de um material piezoelétrico que converte as ondas de retorno do eco em sinais elétricos. Os ecobatimetros fornecem informações pontuais de profundidade no local imediatamente abaixo do transdutor, ou seja, indica a distância vertical entre o casco do barco, aonde está instalado o sensor, e o piso aquático.

Figura 1- Ecobatímetro utilizado nos levantamentos de profundidade dos rios e mares.

O que é levantamento ecobatimétrico?

Os levantamentos ecobatimétricos consistem na determinação da variação da profundidade do leito do rio em determinadas seções. O material necessário para essa determinação é composto de rastreadores de satélite NAVSTAR, denominado GPS, dupla freqüência (L1 e L2), rádios para correções de coordenadas em tempo real, ecobatímetro

curvas de nível

13

digital e analógico de registro contínuo, com transdutor instalado em um dos bordos da embarcação, Figura 2.

Figura 2 - Composição logística para operação ecobatimétrica.

A atividade consiste na obtenção das coordenadas de um ponto fornecido pelo GPS, em tempo real, e a profundidade desse ponto fornecida pelo ecobatímetro. Esse sistema é gerenciado por programas computacionais específicos que permitem posterior análise dos dados e geração de perfis longitudinais, mapas temáticos, visualizações em três dimensões, entre outros recursos de trabalho, úteis para tomada de decisão, Figura 3.

Figura 3 - Imagem de profundidade a partir de dados batimétricos.

O que é geoprocessamento?

É um sistema complexo que permite a representação de uma área geográfica por meio da captura, armazenamento, processamento e modelagem de dados referenciados a um sistema de coordenadas geográficas ou planas em meio digital, preservando-lhe suas características reais: construções civis, áreas de matas, hidrografia, acidentes geográficos, a exemplo do Universal Transverso Mercator (UTM).

As principais técnicas de aquisição de dados são o sensoriamento remoto e o

14

posicionamento por satélites. Os softwares são ferramentas de trabalho valiosos nesse processo, e são denominados de Sistema de Informações Geográficas (SIG) responsável pela automatização da produção de documentos cartográficos.

A expansão das técnicas de geotecnologia tem abrangido diversas áreas do conhecimento científico como cartografia, transporte, mineração, saúde, telecomunicações, saneamento, e, principalmente, no estudo da preservação ambiental.

Histórico e batiscafo

A Hidrografia é uma das ciências mais antigas no mundo, e o batiscafo foi o aparelho destinado à medição das profundezas dos oceanos. Analogamente, é como um balão livre, cujo interior contém um líquido mais leve que a água, desempenhando o mesmo papel do gás em um balão, enquanto uma provisão de granalha, que se desprende, substitui o lastro de areia. Na Figura 4 se tem uma representação primitiva da determinação de perfil submerso.

Figura 4 - Determinação primitiva de profundidade.

Hidrografia no Brasil

A Hidrografia e a navegação no Brasil estão ligadas à tradição, a ciência e a arte. Iniciou-se com a defesa do território e com a formação da própria nação nos 7.367km de linha da costa atlântica brasileira. No ano de 1500, parcela da costa norte do país era representada a partir da carta de marear de Mestre João.

15

2. Investigação de áreas submersas: fundamentos e métodos geofísicos

Ultimamente, tem se ampliado o interesse ambiental no estudo de impacto de áreas submersas, particularmente de áreas costeiras, onde é notável o crescimento da ocupação. São inúmeros os projetos em andamento para implantação de dutos submarinos, portos, plataformas de extração de material de construção, barragens, túneis, pontes, ilhas artificiais, etc. Os métodos de observação direta, muito comum e preciso na investigação geológica da superfície, não são aplicáveis na exploração de áreas submersas como fundos de rios, de lagos ou do mar, tendo em vista as dificuldades de acesso ao local de interesse e imprecisão das ferramentas convencionais no ambiente aquático. Neste caso, recorre-se aos métodos geofísicos, pois que, permitem a obtenção de dados detalhados sobre a morfologia da superfície de fundo, como também da subsuperfície, possibilitando a identificação da espessura das camadas geológicas rasas e da profundidade do embasamento cristalino, fatores fundamentais de obras de engenharia.

A morfologia da superfície de fundo é estabelecida em detalhes pela Ecobatimetria, e, também pela Sonografia. A espessura dos estratos rasos de sedimentos inconsolidados e a conformação do embasamento acústico (limite de penetração do sinal acústico) podem ser obtidas através do método de Perfilagem Sísmica Contínua.

Os métodos Perfilagem Sísmica Contínua, Ecobatimetria e a Sonografia, têm vasta aplicação na geologia de engenharia já que possibilitam a obtenção de dados que irão subsidiar a implantação de obras civis em áreas submersas. Tem também grande aplicação no mapeamento geológico básico e na mineração, além de permitir o estudo de processos sedimentares atuais em áreas submersas subsidiando estudos sobre assoreamento.

Em situações especiais, pode-se recorrer a outros métodos geofísicos também úteis no levantamentos de áreas submersas, como a Magnetometria, utilizada no mapeamento de ocorrências de intrusões ígneas e falhas e em operações de localização de tubulações metálicas soterradas e a Refração Sísmica, empregada no mapeamento da distribuição da velocidade de propagação das ondas sísmicas nos sedimentos inconsolidados.

É escopo deste livro o estudo pedagógico da Ecobatimetria, suas características, vantagens, limitações e aplicações. Este método tem vasta aplicação na confecção de cartas náuticas, nos estudos para implantação de rotas de navegação e monitoramento de processos de erosão e assoreamento de reservatórios. Os equipamentos utilizados são bastante portáteis o que propicia ao método grande versatilidade operacional.

a) Equipamentos

Os equipamentos geofísicos utilizados na investigação de áreas submersas compõem-se de uma fonte de sinais sísmicos, de um receptor (transdutor eletromecânico ou piezoelétrico) e um sistema de gravação e impressão do sinal sísmico. Dentre os fabricantes de equipamentos de sísmica para investigação rasa de áreas submersas no mundo, destaca-se: Canadá (Huntec), EUA (EG&G, Klein) ou Inglaterra (Geoacustics).

O Brasil ainda não fabrica equipamentos desta natureza. Mas, os utiliza, a exemplo do IPT nos ensaios de Perfilagem Sísmica Contínua, com o equipamento Hidrosonde M2A, de fabricação canadense. Para os ensaios de Sonografia, utiliza o equipamento Hydroscan Klein Side Scan Sonar, modelo 530, de fabricação norte-americana. A Figura 1.5 ilustra embarcação com equipamentos geofísicos em operação.

16

Figura 5 – Ilustração de embarcação no levantamento sísmico.

b) Aplicações

A utilização dos métodos geofísicos na investigação de áreas submersas permite a definição da espessura da cobertura sedimentar rasa e o mapeamento das principais características geológicas e topográficas da superfície de fundo: formatos litológicos, estruturas e topografia. Estes dados subsidiam estudos no planejamento da ocupação e na implantação de obras civis como pontes, portos, barragens, mineração, sondagens, dragagens, escavações em geral, controle de rotas de navegação. Contribui ainda, no conhecimento geológico regional e no controle ambiental.

O levantamento geofísico efetuado na fase inicial da investigação permite, ainda, otimizar o planejamento da execução das demais técnicas de investigação (sondagens mecânicas, coletas de amostras da superfície de fundo, etc.).

Na implantação de dutos submarinos, por exemplo, a caracterização da superfície de fundo (topografia e feições geológicas - estruturas, contatos geológicos) e dos estratos sedimentares rasos, torna-se fator fundamental já que irá condicionar a distribuição dos dutos na superfície de fundo e o tipo de operação de escavação a ser executada.

A presença de ondas de areia de grande porte, por exemplo, pode inviabilizar a implantação de uma determinada obra, já que estão intimamente relacionadas a fundos bastante dinâmicos resultantes da atuação de fortes correntes. Um exemplo de aplicação dos métodos geofísicos de investigação de áreas submersas está ilustrado na Figura 6. Esses estudos subsidiam rota de navegação em portos e barragens. A identificação de ondas de areias de grande porte (3-4m) na superfície de fundo do rio indica que a cobertura sedimentar rasa é bastante dinâmica, conseqüência de grande mobilidade sazonal em alguns trechos do rio. A partir dos resultados obtidos neste estudo, concluiu-se que a implantação de qualquer obra civil no trecho estudado, deve ser necessariamente precedida de estudos detalhados dos processos de sedimentação e de constituição do perfil da topografia de fundo, visando garantir segurança à navegação e durabilidade da obra.

17

Figura 6 - Esquema da Perfilagem Sísmica Contínua.

Além de importante ferramenta na investigação geológica de superfícies submersas, estes métodos geofísicos são também aplicados em operações de busca e salvamento, seja de embarcações ou equipamentos naufragados, seja na localização de pontos de rompimento de dutos submarinos. A Figura 7 mostra o esquema da técnica de Sonografia, em que se podem localizar embarcações naufragadas.

Figura 7 - Esquema da Sonografia mostrando embarcação naufragada.

c) Apresentação dos resultados

A apresentação dos resultados da investigação sísmica de áreas submersas pode ocorrer nas mais variadas formas: mapa de localização dos perfis executados, mapa batimétrico, mapa de embarcações naufragadas, mapa de contorno estrutural. A Figura 8 ilustra uma das formas de apresentação de resultados de um levantamento geofísico em ambiente aquático.

18

Figura 8 - Zoneamento de profundidade de pequeno lago.

Radar de penetração no solo

O Radar de Penetração ou GPR (Ground Penetrating Radar) é a técnica de se usar ondas de rádio, com freqüências entre 1 e 1.000 MHz, para mapear estruturas e feições em subsolo ou em construções de concreto. Esse método base-se nos princípios de propagação de campos eletromagnéticos no solo, através de antena(s) transmissora(s) que emite para o interior do solo, pulsos eletromagnéticos. Analogamente, parte da energia emitida à propagação de ondas sísmicas, retorna à superfície ao atingir o ponto observado, Figura 9.

Figura 9 - Perfil a partir de dados com GPR.

O campo eletromagnético se espalha ou é atenuado pelos materiais naturais a que está submetido. As variações nas propriedades elétricas do meio (condutividade/resistividade) limitam a aplicabilidade desse método de investigação, em que,.os meios de alta condutividade

19

inviabilizam a aplicação do método GPR. Na maioria das situações geológicas, as propriedades elétricas tendem a ser o fator dominante que controla as respostas do radar. Em geral, as variações magnéticas são desprezíveis.

Esse sistema foi criado originalmente para utilização em terra, todavia, recentes adaptações têm mostrado a viabilidade de aplicação do GPR no estudo de áreas submersas rasas, visando a detecção da espessura de camadas de assoreamento em reservatórios e em rios, da espessura de depósitos arenosos de interesse para construção civil e no controle ambiental.

Esse método pode vir a substituir a perfilagem sísmica contínua, que utiliza boomers e sparkers, e em condições de coluna d'água menor que 5m de profundidade não oferece resultados satisfatórios. O IPT projetou catamarãs especiais para transporte das antenas do GPR de até 50MHz, viabilizando a aquisição de dados sobre lâmina d'água, Figura 10.

Figura 10 - Catamarã é utilizado na investigação de áreas submersas.

3. Aspectos gerais e práticos do trabalho de campo

Para a execução de ensaios geofísicos sobre lâmina d'água em lagos, canais e rios, 2utilizam-se normalmente duas embarcações. A maior delas com dimensões de até 20m

(10mx2m) devendo possuir área livre para instalação dos equipamentos e cobertura, para garantir proteção de intempéries como sol e chuva.

A embarcação deve possuir motor com potência em torno de 40 CV, pois além de transportar os equipamentos geofísicos (cerca de 600Kg) e um mínimo dois tripulantes,

20

rebocará a fonte de sinais (comumente boomer ou sparker) e o sensor (hidrofone) que juntos podem ultrapassar 100Kg. No caso do GPR, reboca-se um catamarã contendo o par de antenas, que irão emitir e receber os sinais eletromagnéticos. A outra embarcação, de menor, será utilizada como apoio ao levantamento, de pessoal e equipamentos.

Os métodos utilizados para o posicionamento da embarcação, e, portanto dos perfis geofísicos podem ser aqueles convencionais (triangulação topográfica) ou métodos mais modernos de posicionamento por satélite. No primeiro, três teodolitos são instalados nas margens do local de interesse, em pontos com coordenadas conhecidas. A posição da embarcação é tomada a intervalos de tempo fixos e predeterminados (geralmente 30 segundos ou 1 minuto) o que é feito através de comunicação por rádio entre os topógrafos e a embarcação. Nesse levantamento é importante a visita prévia à área de interesse para as instalação dos marcos de referência necessários à triangulação dos teodolitos.

No sistema mais moderno, uma antena deve ser instalada na embarcação para recepção de sinais de satélites, obtendo-se, também a intervalos de tempo predeterminados, a posição da embarcação.

Em ambos os sistemas, é importante a confecção preliminar de plantas dos perfis a serem estudados, para verificar a área de estudo. Evidentemente, que o posicionamento por satélite é o mais indicado, pois, além da maior precisão, possibilita a confecção imediata da planta de navegação. Outras vantagens desse sistema em relação ao convencional é que dispensa o conhecimento antecipado das coordenadas do local, tem maior agilidade no levantamento, apresenta maior precisão e menor custo final.

Resumo de projetos desenvolvidos pelo IPT na investigação de áreas submersas

a) Levantamento de Sísmica (refração e reflexão) batimetria, e topografia na região dos reservatórios Edgard de Souza e Pirapora em áreas da implantação do canal de retificação do Rio Tietê e zonas de influência. Local: Santana do Parnaíba, SP. Cliente: ELETROPAULO, 1994. Área de aplicação: barragens, retificação de canais.

b) Aplicação do Sonar de Varredura Lateral na Investigação do assoalho marinho para fixação de plataforma exploratória de petróleo. Ilhéus (BA). Cliente: Estudos e Projetos de Engenharia (ENGEVIX S.A) 1985. Área de aplicação: prospecção de petróleo.

c) Ensaios de Perfilagem Sísmica Contínua e Sonografia na Costa da Ilha Comprida, litoral sul do estado de São Paulo. Cananéia. Cliente: SICT/Pró-Minério, 1985. Área de aplicação: prospecção de minerais pesados.

d) Levantamento de Sísmica (refração, up-hole e reflexão) e topografia na área do canal superior e inferior do Rio Pinheiros, trecho Usina Elevatória de Pedreira - estrutura do Retiro. São Paulo. Cliente: ELETROPAULO, 1986. Área de aplicação: barragens, retificação de canais.

e) Ensaios Sísmicos (refração e reflexão) na área de implantação do aproveitamento hidráulico do Rio São Francisco. Ibó-Orocó. Cliente: CHESF, 1986. Área de atuação: barragens, portos.

21

f) Ensaios sísmicos em lâmina d'água na área do Canal de Santos. Santos. Cliente: Figueiredo Ferraz/Sondotécnica, 1988. Área de aplicação: túneis.

g) Perfilagem sísmica, batimetria e sonar de varredura lateral no local de implantação da UHE de Ilha Grande no Rio Paraná. Guairá. Cliente: ELETROSUL, 1986. Área de aplicação:implantação de portos, barragens e rotas de navegação.

h) Ensaios de Sísmica de Reflexão no Rio Ji-Paraná na área de interesse do sítio JP-14. Rio Ji-Paraná (RO) Cliente: CNEC, 1986. Área de aplicação: implantação de portos e barragens.

i) Ensaios geofísicos na área de interesse à implantação do aproveitamento múltiplo no Rio Paranapanema. Ourinhos (PR). Cliente: CESP, 1994. Área de aplicação: navegação.j) Investigação geofísica na Barragem de Castanhão: refração, perfilagem sísmica contínua e sonografia. Castanhão: Cliente: Andrade Gutierrez, 1997. Área de aplicação: barragens, geotecnia

Resumo da investigação geofísica em áreas submersas na solução de problemas geológicos e geotécnicos

EXEMPLO 1 - Local: Canal da Ilha Anchieta - Continente (Ubatuba, SP). Equipamento geofísico: Hidrosonde M2A, Huntec. Objetivos: geologia básica (estudo da evolução costeira do Estado de São Paulo). Características definidas no registro: topografia de fundo plana, topografia irregular do embasamento, espessura dos estratos sedimentares intermediários.

EXEMPLO 2 - Local: Canal de Santos (SP). Equipamento geofísico: Hidrosonde M2A, Huntec. Objetivos: geologia de engenharia (construção de túnel subaquático). Características definidas no registro: topografia de fundo plana, espessura dos estratos sedimentares, topografia do embasamento acústico e plotado registro de campo; mapa de localização dos perfis executados; mapa batimétrico; mapa de isoespessura de sedimentos e mapa de profundidade do embasamento.

EXEMPLO 3 - Local: Tanegashima, Sul do Japão. Métodos utilizados: Perfilagem Sísmica Contínua; Sonografia e Ecobatimetria de precisão. Equipamento geofísico: EG&G Boomer System; EG&G Side Scan Sonar SMS 960; Ecobatímetros de Precisão (PDR). Objetivos: geologia de engenharia (construção de uma estação subaquática para criação de peixes). Características definidas no registro: topografia de fundo plana, espessura dos estratos sedimentares, topografia do embasamento acústico e plotado registro de campo da Sonografia; mapa de localização dos perfis; mapa batimétrico e mapa de características geológicas do assoalho marinho.

EXEMPLO 4 - Local: Rio Xingu (PA). Métodos utilizados: Perfilagem Sísmica Contínua. Equipamento geofísico: Perfilador Huntec, Hidrosonde M2A. Objetivos: geologia de engenharia (construção de portos, barragens e implantação de rota de navegação).

22

Características definidas no registro: espessura dos estratos sedimentares, topografia de fundo e do embasamento acústico com topografia de fundo irregular e característica de fundos rochosos; ondas de areia característica de fundos dinâmicos e resultantes de processos sedimentares de alta energia; topografia de fundo plana com pacote de sedimentos aluvionares de cerca de 15 metros.

EXEMPLO 5 - Local: Reservatório Guarapiranga (SP). Métodos utilizados: Perfilagem Sísmica Contínua e Sonografia. Equipamento geofísico: Perfilador Huntec (Boomer) e Sonar Klein Hydroscan 530. Objetivos: pesquisa de potencial mineral e assoreamento de reservatórios. Características definidas no registro: espessura dos estratos sedimentares (aluviões) topografia de fundo e do embasamento acústico, sendo plotado mapa de localização dos perfis geofísicos; registro da Perfilagem Sísmica contínua; e registro obtido através da Sonografia.

4. Sistema de Posicionamento Global

a) Conceito de GPS

O Sistema de Posicionamento Global, conhecido por GPS (do acrónimo do inglês Global Positioning System) ou NAVSTAR-GPS (NAVigation Satellite with Tme and Ranging) é um conjunto integrado de processos que controla o sistema de radionavegaçao, desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos EUA com o objetivo de ser o principal sistema de navegação. Os civis começaram a usar o GPS durante a década de 1980, especialmente para tarefas de posicionamento geodésico.

Existem atualmente dois sistemas efetivos de posicionamento por satélite; o GPS americano e o Glonass russo. Há dois outros sistemas em implantação, o Galileo europeu e o Compass chinês.

O sistema pode ser utilizado por qualquer pessoa, gratuitamente, necessitando apenas de um receptor que capte o sinal emitido pelos satélites, e, tem abrangência global e permite atividades que precisem de posicionamento.

Assim como outros sistemas de radionavegação, todos os satélites enviam seus sinais de rádio exatamente ao mesmo tempo, permitindo ao receptor avaliar o lapso entre emissão/recepção. A potência de transmissão é de apenas 50 Watts.

O sistema GPS está dividido em três segmentos: espacial, de controle e de usuários.O segmento espacial é constituído por 24 satélites em órbita a 20.200 km de altitude.

Cada satélite move-se, acima da superfície da Terra, numa velocidade de 2.000 mph, completando uma órbita a cada 12 horas. Estes satélites emitem simultaneamente sinais codificados, Figura 11, que contém:

- código de precisão (P); - código geral (CA) e informação de status.

Os receptores GPS apresentam precisão de centímetros, e necessitam captar a informação simultânea de no mínimo quatro satélites.

23

Figura 11 - Conjunto de satélite em torno da Terra.

As órbitas são arranjadas para que cada satélite repita a mesma trajetória uma vez a cada 24 horas. Assim, em qualquer ponto da Terra, num dado momento, é possível obter informações de no mínimo quatro satélites. Dessa forma, utilizando-se os receptores de GPS, é possível localizar qualquer ponto por meio de suas coordenadas, isto é, latitude e longitude (Coordenadas Geográficas) ou mN e mE (UTM - Universal Transversa de Mercator), ou ainda outro sistema coordenadas qualquer.

Já o sistema de controle é composto por uma estação de controle mestre (GPS Master Control Station) localizada na base da Força Aérea Americana, no Colorado, e quatro outras estações de monitoramento, localizadas em torno da Terra (Havaí, Nova Zelândia, Índia e no meio do Atlântico). Estas estações monitoram e controlam os s i s t e m a s d o s s a t é l i t e s G P S , acompanhando suas rotas, velocidades e localizações. As estações transmitem dados para os satélites em órbita, que, por sua vez, os retransmitem de volta a Terra para uso nos receptores GPS.

O sistema de usuário é constituído por um receptor GPS (GPSR) descodifica as transmissões do sinal de código e fase de múltiplos satélites e calcula a sua posição com base nas distâncias a estes. A posição é dada por latitude, longitude e altitude referentes ao sistema WGS84. Os receptores GPS de navegação vêm numa variedade de formatos, de dispositivos integrados dentro de carros, telefones, e relógios, a dispositivos dedicados somente ao GPS propriamente dito, Figura 12.

Figura 12 - Aparelho de GPS de navegação

24

O sistema foi declarado totalmente operacional apenas em 1995. Seu desenvolvimento custou 10 bilhões de dólares. Consiste numa "constelação" de 28 satélites sendo 4 sobressalentes em 6 planos orbitais. Cada um circunda a Terra duas vezes por dia a uma altitude de 20.200km e a uma velocidade de 11.265Km/h. Os satélites têm a bordo relógios atomicos e constantemente difundem o tempo preciso de acordo com o seu próprio relógio, junto com informação adicional como os elementos orbitais de movimento, tal como determinado por um conjunto de estações de observação terrestres, Figura 13.

Figura 13 - Visualização dos relógios em tela do aparelhos de GPS

O receptor capta os sinais de quatro satélites para determinar as suas próprias coordenadas, e tambem o horário da leitura. O mesmo calcula a distância a cada um dos quatro satélites pelo intervalo de tempo entre o instante local e o instante em que os sinais foram enviados, esta distância é chamada pseudodistância, Figura 14.

Figura 14 - Esquema do envio de sinais através de quatro satélites.

A distância a partir do satélite até um ponto no

terreno é encontrada pelo tempoque os sinais emitidos pelosatélite levam para atingir o

receptor GPS

Latitude, longitude e elevação são determinadas por triangulação a

parti de sinais recebidos de 4 satélites

Cada sinal do satélite fornece a posição do satélite e o momento

preciso em que o sinal foi enviado

Distância

25

b) Fatores que afetam a precisão do sistema

A fonte inicial de erro foi a Selective Availability – SA (disponibilidade seletiva) imposta intencionalmente como fator de projeto pelo Departamento de Defesa dos EUA. O sistema passou ao uso geral, reservando aos militares americanos melhores precisões. Ainda hoje, todos os satélites emitem a degradação SA por conveniência de segurança. Outro fator que afeta a precisão é a geometria de distribuição dos satélites, ou seja, a localização dos satélites entre si e a posição do receptor GPS. Por exemplo, se um receptor GPS estiver localizado sob quatro satélites e todos estiverem no mesmo plano da abóbada celeste, sua geometria é considerada pobre. Em que, esse receptor não seja capaz de se localizar, pois todas as medidas de distância provêm de uma direção geral. Dessa forma, mesmo que o receptor ofereça a leitura de uma posição, a precisão não será boa. Mas, supondo que esses mesmos quatro satélites, estejam separados em intervalos de 90º a norte, sul, leste e oeste, oferecerá uma geometria é ótima, pois as medidas provirão de várias direções.

A importância da geometria dos satélites torna-se importante quando se usa o receptor GPS próximo a edifícios, áreas montanhosas ou vales. Se algum dos sinais for bloqueado, a posição relativa dos demais determinará a precisão, ou mesmo se a posição obtida. Um receptor de qualidade indica não apenas os satélites disponíveis, mas também onde estão distribuídos no céu (azimute e elevação) permitindo ao operador saber se o sinal de um determinado satélite está sendo obstruído. Outros tipos de erros são devido a interferência da reflexão do sinal em algum objeto; atraso na propagação dos sinais devido aos efeitos atmosféricos e alterações do relógio interno. O receptor GPS é projetado para compensar os efeitos desses últimos.

Em síntese, as possíveis imprecisões não acrescentam muitos erros. Um tipo de GPS chamado GPS Diferencial, ou DGPS, pode reduzir estes erros significativamente. Na tabela abaixo se observa o impacto dos erros em uma previsão típica, Tabela 1.

Tabela 1 - Resumo das fontes de erro do GPS

Até meados do ano 2000 o departamento de defesa dos EUA impunha a chamada "disponibilidade selectiva", que consistia em um erro induzido ao sinal impossibilitando que aparelhos de uso civil obtivessem uma precisão inferior a 90 metros, hoje em desuso.

Erro típico em metros

(por satélite) GPS DGPS

Relógio do satélite 1,5 0

Erros de órbita 2,5 0

Ionosfera

5,0

0,4

Troposfera

0,5

0,2

Ruído do receptor

0,3

0,3

Multipath

0,6

0,6

26

c) Aplicações do GPS

As características como praticidade, precisão e adaptabilidade, têm favorecido a aplicação do GPS na aviação, em geral, e, na navegação marítima. Qualquer pessoa que queira saber a sua posição, encontrar o seu caminho para determinado percurso, conhecer a velocidade e direcção do seu deslocamento, também, pode-se beneficiar com o sistema. Atualmente, o sistema está sendo muito difundido em automóveis com sistema de navegação de mapas, que possibilita uma visão geral da área que o usário está percorrendo.

O GPS tem-se tornado cada vez mais popular entre: geólogos, geógrafos, arqueólogos, guardas-florestais, técnicos de prospecção e exploração de recursos naturais além de bombeiros ciclistas, balonistas, pescadores, ecoturistas, ou por leigos que queiram beneficiar-se pela tecnologia do sistema na posição e orientação de suas viagens, Figura 15.

Figura 15 - Modelo de receptor GPS para veiculo.

A comunidade científica utiliza-o pelo seu relógio altamente preciso, na razão de micro-segundos. Naturalmente, a localização do ponto onde a leitura está sendo lida é pode ser importante. Agrimensores diminuem custos e obtêm levantamentos precisos mais rapidamente com o GPS. Exemplares específico desses aparelhos com precisão de 1m têm custo aproximado de U$ 3.000. Existem receptores ainda mais precisos, em torno de 0,01m, de custo muito mais alto. A obtenção de dados nesses receptores é mais lenta.

Com a popularização do GPS e sua adoção pelo ramo agrícola, surgiu a agricultura de precisão, em que uma máquina agrícola provida de receptor GPS armazena dados relativos à produtividade em um cartão magnético que, tratados por software específico, produz um mapa de produtividade da lavoura. As informações permitem também otimizar a aplicação de corretivos de solo e fertilizantes, mapear produtividade e áreas degradadas.

d) Tipos de receptores

Existem diferentes receptores GPS, desde os de multifunções até os externos, que são ligados por cabo ou ainda por bluetooth. Geralmente, eles são categorizados para fins geodésicos, topográficos e de navegação.

27

A diferenciação entre essas categorias, além do preço de aquisição, é, principalmente, devido à precisão alcançada, ou seja, a razão da igualdade entre o dado real do posicionamento, e o oferecido pelo equipamento.

Os receptores geodésicos são os mais acurados, com precisão de milímetros. Esses receptores são capazes de captar as duas frequências emitidas pelos satélites (L1 e L2) possibilitando, assim, a eliminação dos efeitos da refracção ionosférica.

Os receptores topográficos captam apenas a freqüência L1, e têm também elevada precisão, em torno de centímetros.

Ambas as categorias têm aplicações técnicas e características próprias como o pós-processamento de seus dados, ou seja, há necessidade de interpretação e execução dessa instruções para a devida precisão de seus dados.

A categoria mais usada é a de navegação, não precisa pós-processar seus dados, pois a precisão inferior aos receptores topográfico e geodésico, sendo o mesmo destinado para uso diversos como de esporte de orientação e navegação de veículos, estando associados a equipamentos como computadores portáteis, celulares, relógios, etc.

e) Parâmetros para seleção de um bom receptor:

· Número de canais;

· Mapas disponíveis;

· Luminosidade do(a) ecrã/tela;

· Autonomia;

· Robustez.

28

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AYRES-NETO, A. & AGUIAR, A.C.K.V. Interpretação de Reflexões de Side Scan Sonar: uma proposta de nomenclatura e padronização de métodos. In: CONGRESSO INTERNACIONAL DA SOCIEDADE BRASILEIRADE GEOFÍSICA, 3, SBGf, Rio de Janeiro. Boletim de Resumos Expandidos, v. 1, p.399-403. 1993.

Batimetria. Disponível no site: http://www.google.com.br/search?hl=pt-BR&cr=countryBR&defl=pt&q=define:Batimetria&sa=X&oi=glossary_definition&ct=title, em 19/12/07

Ecobatímetro. Dicionário Náutico. Disponível no site: http://www.transportes-xxi.net/tmaritimo/dicionario#, em 23/02/08

GALLEA, C.; SOUZA, L.A.P. & BIANCO, R. A geofísica marinha de alta resolução: características e aplicações. In: CONGRESSO INTERNACIONAL DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE GEOFÍSICA, 2, Rio de Janeiro, Boletim de Resumos Expandidos, v.1. 1989.

G O R G U L H O , M i g u e l . O q u e é G P S . D i s p o n í v e l n o s i t e : http://www.maregps.com.br/nova%20mare/sistema_gps.htm#FATORESQAFETAM, em 19/03/08.

GUIMARÃES, C. L. Geotecnologia na determinação do assoreamento do açude Cachoeira do Alves, Itaporanga (PB) um desenvolvimento metodológico. Campina Grande: UFCG, 112p. 2007 (Dissertação de Mestrado).

H i s t ó r i a d a H i d r o g r a f i a n o B r a s i l . D i s p o n í v e l n o s i t e : http://www.google.com/search?q=cache:kpMlLaiGG1kJ:www.geologia.ufpr.br/graduacao/geof i s i ca2007/Submersas.pdf+o+que+%C3%A9+ecobat imet r i a&hl=pt -BR&ct=clnk&cd=5&gl=br, em 25.02.08

IPT. Aplicação do sonar de varredura Lateral na Investigação do assoalho marinho para fixação de plataforma exploratória de petróleo. Ilhéus (BA): Rel. IPT nº: 22.199, 1985.

___. Ensaios de perfilagem sísmica contínua e sonografia na costa da Ilha Comprida. Litoral sul do estado de SãoPaulo. Cananéia (SP): Rel. IPT nº: 22.021 1985.

___. Ensaios de sísmica de reflexão no Rio Ji-Paraná na área de interesse do sítio JP-14local. Ji-Paraná (RO): Rel. IPT nº: 23888, 1986.

___. Ensaios geofísicos na área de interesse à implantação do aproveitamento múltiplo do: Rio Paranapanema. Ourinhos (PR): Rel. IPT nº: 31632, 1994.

___. Ensaios sísmicos em lâmina d'água na área do Canal de Santos. Santos: Rel. IPT nº: 26043, 1988.

___. Ensaios sísmicos (refração e reflexão) na área de implantação do aproveitamento hidráulico do São Francisco. Ibó-Orocó (BA/PE): Rel. IPT nº: 23.600, 1986.

29

___. Investigação geofísica na Barragem de Castanhão: refração, perfilagem sísmica contínua e sonografia. Castanhão (CE): Rel. IPT nº:35.363, 1997.

___. Levantamento de sísmica (refração e reflexão) batimetria, e topografia na região dos reservatórios Edgard de Souza e Pirapora em áreas da implantação do canal de retificação do Rio Tietê e zonas de influência. Santana do Parnaíba: Rel. IPT nº: 20.949, 1994.

___. Levantamento de sísmica (refração, up-hole e reflexão) e topografia na área do canal superior e inferior do Rio Pinheiros, trecho Usina elevatória de Pedreira - estrutura do Retiro. São Paulo: Rel. IPT nº: 23.599, 1986.

___. Perfilagem sísmica, batimetria e sonar de varredura lateral no local de implantação da UHE de Ilha Grande. Guairá (PR): Rel. IPT nº: 24087, 1986.

___. Quantificação de dados de perfilagem sísmica e sonografia obtidos na costa da Ilha Comprida, litoral sul do Estado de São Paulo. Cananéia-Iguape (SP): Rel. IPT nº: 22.928, 1985.

MAHIQUES, M.M. Considerações sobre os sedimentos de superfície de fundo da Baia da Ilha Grande, Estado do Rio de Janeiro. Dissertação de Mestrado, Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo, 2 v., 139p. 1987.

MILANI, E.J. Anomalias gravimétricas em Bacias do tipo rift: exemplos brasileiros. In: CONGRESSO INTERNACIONAL DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE GEOFÍSICA, 2, Salvador, Ba. Boletim de Resumos Expandidos. SBGf, v.1, p.172-176 (Palestra Técnica). 1991.

ORCIOLI, P.R.A. & SANTARELLI, M.R. A sísmica marinha rasa como auxílio nas obras civis. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOLOGIA, 30, Recife. Anais... SBG, v.5, p.2299-2311. 1978.

SOUZA, L.A.P. As técnicas geofísicas de sísmica de reflexão de alta resolução e sonografia aplicadas ao estudo de aspectos geológicos e geotécnicos em áreas submersas. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOLOGIA, 35,Belém, PA. Anais...SBG, v.4, p.1551-1564. 1988.

SOUZA, L.A.P. & MAHIQUES, M.M. Sísmica de alta resolução aplicada à sedimentação na região costeira de Ubatuba (SP). In: SIMPÓSIO SOBRE OCEANOGARFIA, 2, Instituto Oceanográfico - IO/USP. Boletim deResumos v.1. p. . 1991.

SOUZA, L.A.P.; SILVA R.F.& IYOMASA, W.S. Métodos de Investigação. In: Oliveira, A.M.S.& Brito S.M.A.(Eds.). Geologia de Engenharia. São Paulo : ABGE, 1998. Cap. 11. Publicação IPT 2551. 1998.

SUGUIO, K.; TESSLER, M.G.; FURTADO, V.V.; ESTEVES, C.A. & SOUZA, L.A.P. de. Perfilagens geofísicas e sedimentação na área submersa e Barra de Cananéia (SP). In: SIMPÓSIO SOBRE ECOSSISTEMAS DA COSTASUL E SUDESTE BRASILEIRAS, Cananéia, SP. Publ., ACIESP, v.1. p.234- 24. 1987.

30

Capítulo 2

José Luciano Santos de LimaJógerson Pinto Gomes PereiraSilvana Fernandes Neto

Agradecimentos especiais ao Prof. Paulo Guilherme de A. Albuquerque (Engenharia de Pesca da UFRPE) e ao Prof. de Navegação, Ricardo Gomes (UFRPE)

1. INTRODUÇÃO

Conceito de Navegação

Navegação é a ciência de conduzir sobre a superfície aquática uma embarcação com posições monitoradas em quaisquer instantes da travessia.

Por embarcação entende-se qualquer construção flutuante de madeira, metal, fibra ou combinação de materiais, providos de instrumentos náuticos, de segurança e de registros junto aos órgãos oficiais, com o fim específico de transportar pessoa e produtos, Figura 2.1.

Figura 2.1. Embarcações diversas.

35

Para a Navegação, a Terra é considerada esférica, apesar de sua forma geóide.

a) Classificação de Navegação

- Navegação Costeira- Navegação Estimada- Navegação Astronômica- Navegação Eletrônica

A Navegação Costeira é aquela balizada à vista do continente através de acidentes naturais ou artificiais como: montes, falésias, torres, faróis, edificações, etc.

A Navegação Estimada pode ser balizada à vista de terra ou não, em que a embarcação encontra-se em uma posição associada aos fatores tempo e velocidade, a partir de posição conhecida, seguindo uma direção.

A Navegação Astronômica é específica para o posicionamento da navegação em alto-mar, tendo-se como referência os corpos celestes como lua, estrelas, planetas e sol.

A Navegação Eletrônica estabelece a posição da embarcação através de equipamentos eletrônicos como radar, satélites, computador, GPS, etc.

b) Linhas Imaginárias da Cartografia

O conhecimento da curvatura da terra da Terra e sua representação mais adequada em uma superfície plana resultaram em diversos tipos de projeções, cada uma com características próprias. Destaca-se entre as mais estudadas as projeção de Mercator, de Mollweide, de Goode e de Van der Grinten, Figura 2.2.

Figura 2.2. Representação dos formatos esférico e geóide da Terra (a) e projeções de Mercator (b) de Mollweide (c) de Goode (d) e de Van der Grinten (e).

a

b

c

d

e

36

A projeção de Mercator tem sido a mais difundida, pois a direção, posição e distância podem ser obtidas com facilidade. Foi idealizada por Gerardo Mercator no Século XVI (ano 1608?) e é a projeção usada nas cartas brasileiras e estrangeiras.

O estabelecimento das convenções dos paralelos e dos meridianos, que são as linhas imaginárias para a localização de qualquer ponto no globo terrestre através das coordenadas geográficas, Figura 2.3.

Denomina-se de Equador ou linha equatorial, a linha que divide a Terra em duas partes iguais, estabelecendo o Hemisfério Norte e o Hemisfério Sul. A latitude indica o quanto um ponto está afastado dessa linha, para o Norte ou para o Sul. Outras linhas paralelas ao Equador são chamadas de Paralelos, sendo os principais o Trópico de Câncer (ao Norte) e o Trópico de Capricórnio (ao Sul).

As linhas perpendiculares ao Equador e que se cruzam nos extremos do globo ou pólos são denominadas de Meridianos. Estabeleceu-se o Meridiano de Greenwich como a referência para dividir a Terra no Hemisfério Leste (ou Oriental) e Hemisfério Oeste (ou Ocidental). A longitude indica o quanto o ponto está afastado dessa linha a leste ou a oeste.

Figura 2.3 - Representação do Equador, paralelos e meridianos.

A latitude é representada por e é a distância angular entre o plano que contem o Equador e a linha de interseção do ponto observado com o centro do globo. A longitude tem a representação e é o ângulo entre o plano do Meridiano de Greenwich e o Meridiano do ponto estudado, Figura 2.4. A latitude e longitude são expressas em graus, minutos e segundos. Na linha do Equador o valor da latitude é 0°e no Meridiano de Greenwich o valor da longitude é 0°.

Figura 2.4. Latitude e longitude de um ponto local

37

2. Cartas e Convenções

a) Conceito de Orientação

Por convenção Orientação é o alinhamento do Norte com o norte do terreno representado. A orientação dos mapas prescinde o conhecimento dos pontos cardiais.

Em virtude da rotação, o sol surge sempre do mesmo lado do horizonte chamado de leste e realiza um caminho pelo céu até o horizonte oposto, denominado oeste. Esse percurso é chamado de Movimento Aparente do Sol. A partir daí, estabeleceu-se os pontos cardeais ou fundamentais, e os pontos colaterais, largamente representados pela Rosa-dos-ventos, Figura 2.5. Esse roteiro foi utilizado na orientação dos mapas dos povos antigos.

Figura 2.5. Movimento aparente do sol (a) e a Rosa-dos-Ventos (b).

b) Direção Verdadeira

A combinação da rosa-dos-ventos com uma agulha magnetizada originou a bússola moderna, importante instrumento de navegação e alinhamento do mapa com o terreno.

O eixo da Terra tem um desvio de 23,6° em relação ao seu eixo aparente, daí sendo determinado o Norte Magnético ou Norte Verdadeiro, Figura 2.6.

a b

Direção Norte-Sulmagnética

Direção Norte-Sulgeográfica

Declinação magnética

Figura 2.6. Representação do Norte Magnético que é o

da orientação da bússola.

38

Direção Verdadeira é a inclinação em graus (entre 000° a 360°) no sentido horário da posição de uma embarcação a partir do meridiano local com o Norte Verdadeiro. A projeção dessa linha em dois meridianos, denomina-se direções recíprocas, Figura 2.7. A obtenção da direção recíproca dá-se somando ou subtraindo 180°.

A determinação da direção é a mais importante tarefa do(a) navegador(a).

Figura 2.7. Direções recíprocas.

c) Tipos de direção

- Rumo- Proa- Marcação

A direção de rumo é o ângulo horizontal que a embarcação faz sobre a superfície d'água a partir do Norte como direção de referência. É expressa em graus no sentido horário entre 000° a 360°. A sua representação gráfica na carta náutica é a trajetória da embarcação.

A direção de proa é a projeção angular que a embarcação faz com a direção de referência. É expressa em graus a partir da direção de referência com a mesma convenção que a direção de rumo.

A direção de marcação é o ângulo entre a linha de referência e a visada. Os tipos de direção de marcação são:

- Marcação verdadeira- Marcação relativa

39

A marcação verdadeira é o ângulo entre o Norte e o ponto de referência.A marcação relativa é o ângulo entre a linha visada e a linha de referência. Nesse caso,

adota-se a proa como direção de referência, Figura 2.8.

Figura 2.8 - Estabelecimento da marcação verdadeira e relativa.

d) Unidade de distância náutica

A unidade de distância náutica é a milha (1.852 m) determinada pela Equação (1).

(1)

Em que:

MN é a milha náutica;CT a circunferência da Terra (m) aproximadamente 40.000.000 m;Act é o arco da circunferência da Terra (min) 360 x 60'= 21.600'.Donde se obtém que 1' de arco ou de latitude é igual a 1 milha náutica. Esse valor

foi referendado pelo Bureau Hidrográfico Internacional em 1929.

Existem outras unidades de distância derivadas do sistema inglês de medidas e amplamente usadas em navegação, a saber:

- Pé (ft) que vale 0,305 m, usada como distância vertical;- Jarda (yd) que equivale a 0,915 m, usada para distância horizontal;- Braça (fht) que mede 1,830 m, comumente usada para profundidade;- Nó - usada para velocidades, valendo 1 m/h.

Act

CTMN =

40

e) Conceito de cartas náuticas

É uma representação bidimensional da superfície da Terra, traçada em escala. Pode abranger toda a superfície do globo como o Mapa Mundi, largamente difundido, ou representar áreas específicas da hidrografia, obedecendo às convenções da Cartográfica.

As cartas náuticas dividem-se em:

- Cartas gerais- Cartas particulares- Cartas especiais

As cartas gerais abrangem grandes extensões de mar e da costa. Destina-se à navegação longe do continente. As principais indicações são as profundidades e eventuais perigos. Os pontos diários das grandes travessias também nela são registrados.

As cartas particulares compreendem áreas relativamente menores, mas ricas em informações. Quando se trata de acesso a um porto são chamados de planos.

As cartas especiais são associadas a equipamentos eletrônicos. Elas indicam as melhores rotas para cruzar os mares. As cartas com latitudes acima de 70° são consideradas de especiais. Nas cartas náuticas o Norte está sempre na direção superior.

f) Escala

A escala é a proporção entre as dimensões do elemento desenhado no mapa com o tamanho real. Por exemplo, a escala de 1:50.000 representa que 1 mm no papel corresponde à dimensão de 50.000 mm na vida real.

A carta náutica é provida de uma simbologia apropriada. As principais informações nelas contidas são:

- Título da carta e o número de ordem- Altitudes e sondagens- Notas sobre precauções- Observação sobre continuação da carta- Auxílios à navegação- Rosas dos ventos

O título da carta e o número de ordem indicam o país, a parte do litoral e o trecho que a carta cobre. Por exemplo: Carta 1600 – Brasil – Costa sul - do Rio de Janeiro a São Sebastião.

As altitudes mostradas nas cartas são sempre expressas em metros, e, referem-se às alturas das ocorrências geográficas. As sondagens referem-se ao menor nível de água local, também registrados em metros.

As notas sobre precauções são escritas em vermelho e devem ter especial atenção pelo navegante.

A observação sobre a continuação da carta é escrita em carmim junto às laterais e margens, e, indicam a direção da carta-continuação e seu número. Pode reportar-se a outras cartas com maior precisão desse trecho. Exemplo: continua para leste na carta 1500.

Os auxílios à navegação são faróis, rádios-farol, bóias e balizas que são indicadas nas cartas náuticas. Por exemplo, ao lado do Farol da Ilha Raza está escrito: Alt Lp B E 15 seg 101 25M RC 315 KHz Contínuo IH, significando o seguinte:

41

- Alt Lp B E 15 seg: farol de lampejos alternados, brancos e encarnados e a repetição desses sinais a cada 15 segundos;

- 101: é a altitude do farol em relação ao nível do mar;- 25M: é a distância alcançada pelo farol em milhas, no caso, 25 milhas;- 315 KHz: é a freqüência de emissão do sinal em quiloHertz, no caso, 315 KHz;- IH: é a representação desse sinal.

A rosa-dos-ventos quando está representada de forma única, ela tem sua direção N-S verdadeiros da Terra. E, quando há duas representações concêntricas, a interna tem a orientação N-S magnética, e está escrito o valor da declinação magnética.

Há também a observação com símbolos e abreviaturas.As cartas náuticas registram ainda uma série de informações úteis: qualidade do

fundo, setores de visibilidade dos faróis, dados sobre as marés, linhas isobatimétricas e isogônicas.

Há ainda a representação das alturas dos pontos percebíveis do mar: construções, antenas, morros, etc.

Essas cartas registram também os perigos, tais como: pedras, bancos de areia, embarcações soçobradas, entre outros.

2.3. Instrumentos e Navegação Eletrônica

Os principais fatores determinantes das instrumentações de bordo imprescindíveis são o tamanho da embarcação e a finalidade de seu uso, mas, as principais ferramentas para o(a) navegador(a) são instrumentos de medida das direções, de distância, de velocidade, de profundidade, de obtenção de dados meteorológicos, entre outros.

a) Instrumentos de medida de direções

A agulha é o principal instrumento de medida de direção a bordo das embarcações, sobretudo àquelas amadoras, Figura 2. 9.

Figura 2.9. Agulhas típicas de embarcações simples.

A alidade manual é uma agulha inserida em uma cuba cilíndrica, provida de pulseira para empunhadura do pulso do(a) observador(a), Figura 2.10.

42

Figura 2.10. Modelo de alidade manual.

O taxímetro é composto de um prato graduado em graus provido de uma régua horizontal giratória, cujas extremidades são providas de duas pínulas que permite o alinhamento ao ponto observado, Figura 2.11.

Figura 2.11. O taxímetro usa o princípio da alidade.

b) Instrumentos de medidas de distância e de velocidade

Os estadímetros são instrumentos que determinam a distância entre 200 e 10.000 m, a partir da altura do objeto visado de até 200 metros. Tem como princípio de funcionamento as imagens diretas e refletidas associadas a uma escala de distância, Figura 2.12.

43

Figura 2.12. O estadímetro determina a distância percorrida da embarcação.

O odômetro de superfície determina a distância navegada. Consiste de pequena hélice ligada ao aparelho registrador por um cabo flexível, Figura 2.13. A graduação desse aparelho é em milhas náuticas. Esse aparelho apresenta algumas limitações como: não registrar a velocidade, enroscar-se a plantas aquáticas e deve ser removido se o deslocamento da embarcação for de popa.

Figura 2.13. Odômetro de superfície.

Figura 2.14. Modelo de sextante.

Os sextantes são instrumentos que se baseiam também na altura do objeto conhecido e visado, determinando o seu ângulo vertical. E, fazendo-se uso do c o n h e c i m e n t o t r i g o n o m é t r i c o, determina-se a distância do observador. Há tabelas apropriadas que associa os ângulos às distâncias em milhas, Figura 2.14.

44

Os velocímetros registram a velocidade de deslocamento do barco. O equipamento é provido de painel graduado com escala unido à hélice ligado ao aparelho registrador por um cabo flexível unido a uma hélice situada no casco. Alguns velocímetros são equipados ainda com mecanismos que determinam a distância percorrida, Figura 2.15.

Figura 2.15 - Velocímetro

Existem alguns procedimentos práticos para a determinação da velocidade, como a Tabela RPM/Velocidade que se baseia na rotação do motor e velocidade resultante.

Um outro método aplicado a pequenas velocidades, consiste em se lançar um objeto visível e flutuante na proa e determinar o tempo em que o mesmo passa pela popa. Faz-se necessário o uso de um cronômetro.

c) Instrumentos de determinação de profundidade

O prumo de mão, provavelmente, é um das mais antigas ferramentas do(a) navegador(a). Ele consiste de uma chumbada e uma linha com marcas igualmente espaçadas. A determinação da profundidade se faz lendo-se a marca da linha à mão do(a) observador(a) após se lançar uma chumbada em direção ao fundo da água até tocar a superfície submersa.

Os ecobatímetros são instrumentos que determinam a profundidade a partir do registro do eco de sinal sonoro emitido.

d) Instrumentos meteorológicos

O tempo é o parâmetro mais importante para os freqüentadores do mar. E, um conhecimento elementar sobre Meteorologia aliado aos indicadores de pressão e temperatura atmosférica permitem prevê-lo suficientemente, eliminando eventuais acidentes.

A pressão atmosférica é determinada pelo barômetro. A unidade de leitura do barômetro é o mm de Hg. Quando o ar está seco a leitura do barômetro é baixa e é sinal de chuva próxima, e, quando o ar está frio a leitura é alta, Figura 2.16.

45

Figura 2.16. Barômetro.

Os termômetros determinam a temperatura. Existe uma variedade muito grande de termômetros.

A combinação das leituras do barômetro e do termômetro permite a previsão do tempo consoante a Tabela 2.1.

Tabela 2.1. Previsão do tempo a partir das leituras do barômetro e termômetro.

O anemômetro também é o instrumento de grande utilidade para o sistema de navegação. Deriva-se do grego anemus (vento) e metro (medida), utilizado para medir a velocidade do vento. Há uma variedade de modelos para uso em terra e para atividade náuticas, Figura 2.17.

Figura 2.17. Modelo de anemômetro.

Comportamento da leitura no Previsão do tempo Barômetro Termômetro

Em ascensão Em ascensão Quente e seco Em ascensão Estacionário Tempo bom Em ascensão Em declínio Ventos Estacionário Em ascensão Tempo bom Estacionário Estacionário Tempo incerto Estacionário Em declínio Chuva provável Em declínio Em ascensão Tempo incerto Em declínio Estacionário Chuva provável Em declínio Em declínio Chuvas fortes

46

Há outros instrumentos complementares às necessidades de navegação, desde os de traçar e plotar como réguas de paralelas e compasso a binóculos, cronógrafo e lanterna.

2.4 Navegação Eletrônica

Entre os equipamentos eletrônicos mais difundidos na navegação amadora estão o radar e o radiogoniômetro, Figura 2.18.

O radar determina a marcação e a distância que um determinado alvo encontra-se da embarcação. O nome radar provem de uma sigla da língua inglesa (RAdio Detection And Range) que significa detecção e telemetria pelo rádio. Ele é constituído de antena (transmissora-receptora) transmissor e indicador. O princípio de funcionamento é o seguinte; uma transmissão de pulso eletromagnético, de alta potência e curto período é emitido. A medida que se propaga pelo espaço, esse feixe se alarga em forma de cone, até atingir ao alvo que está sendo monitorado. Daí, é refletido, e, retorna para a antena, que nesse momento passa a ser receptora desses sinais. Como é conhecida a velocidade de propagação do pulso, e o tempo de chegada do eco, então, calcula-se a distância do objeto. Pela defasagem de freqüência entre o sinal emitido e recebido, é possível se saber se o alvo está se afastando, ou se aproximando da estação, procedimento conhecido como Efeito Doppler.

Figura 2.18. Modelos de Radar

As principais vantagens do uso do radar são:

- Pode ser usado sob condições de má visibilidade, independente da velocidade da embarcaçao;

47

- Não é afetado por outros sinais eletrônicos;- Localiza e acompanha temporais violentos;- Permite a determinação com rapidez de rumos e velocidades de embarcações à

deriva, evitando o risco de colisões.

O radiogoniômetro utiliza as propriedades das ondas de rádio e consiste de um aparelho receptor acoplado provido de um disco, com escala de 0° a 360°, e uma antena giratória. Os sinais captados provêm de uma estação radiogoniométrica ou radiofarol. As faixas de freqüência dessas estações vai de 190 a 500 KHz. Comumente, outras faixas podem ser utilizadas (535 A 1620 KHz das estações comerciais, 1850 a 2850 KHz do serviço móvel marítimo ou 2185 KHz do socorro internacional). Existem vários modelos, mas basicamente todos dispõem de seletor de faixa, interruptor, controle de volume, botão de sintonia e interruptor do oscilador de freqüência.

As marcações radiogoniométricas são afetadas pelas instalações metálicas das embarcações (mastro, antenas, etc.) pela pouca visibilidade noturna, refração terrestre devido a obstáculos e fenômenos meteorológicos. Daí, é de praxe se compensar esses desvios através de calibragens adequadas, em torno de 10°.

Algumas estações radiogoniométricas são capazes de emitir sinais a mais de 150 milhas de distância entre emissor e receptor. Nesse caso, considera-se a curvatura da Terra através da marcação de Mercator. Quando o transmissor e emissor estão na mesma latitude não há necessidade de correções.

Em alto mar o uso do radiogoniômetro é impreciso, mas de grande auxílio quando se mantem o sinal da estação transmissora pela proa até o avistamento da terra e ancoragem da embarcação.

48

Capítulo 3

Carlos Lamarque GuimarãesIsnaldo Cândido da Costa

Levantamento Batimétrico Automatizado

Os recursos hídricos potáveis estão se exaurindo, e grande parte desse problema deve-se aos assoreamentos que ocorrem nos reservatórios que abastecem os centros urbanos. Portanto, faz-se necessário gerenciar as fontes e os reservatórios de águas que se podem beber de maneira constante e responsável.

O grande número de reservatórios brasileiros encontra-se total ou parcialmente assoreado, principalmente os de médio (500 a 1.000km) e de pequeno porte (100 a 500km) consoante classificação do porte dos cursos d'água.

A erosão é a principal causa do assoreamento em fontes hídricas, e também é a forma mais prejudicial de degradação do solo. Além de reduzir sua capacidade produtiva para as culturas com a perda da fertilidade do solo, ela causa sérios danos ambientais: elevação da temperatura do solo, aumento da evaporação, intensificação da concentração de sais, etc.

Neste contexto, é de grande importância o estudo de métodos que quantifiquem o grau de assoreamento de reservatórios, como rios e lagos. O método tradicional de levantamentos batimétricos, usando, essencialmente, teodolitos, atualmente está em desuso em função de três fatores altamente relevantes na execução de projetos de engenharia de um modo geral:

Custo de execução;Tempo de execução;Grau de confiabilidade dos resultados

Com o avanço, cada vez mais intenso, da tecnologia, surgiu um método de levantamento batimétrico relativamente de baixo custo, reduzido tempo de execução e com alto grau de confiabilidade. Este método faz uso de diversos conhecimentos da cartografia, posicionamento por satélites e geoestatística. E, é denominado de Levantamento Batimétrico Automatizado ou Levantamento Batimétrico Apoiado por GPS. É, atualmente, o método utilizado para se calcular o grau de assoreamento das fontes hídricas em geral.

a) Recursos materiais

Os equipamentos que compõem o levantamento batimétrico automatizado são muitos, e, por isso, recomenda-se listá-los antes do transporta a campo para qualquer registro de dados. Preliminarmente, os componentes essências são:

Barcos;Ecobatímetro;Dois exemplares de GPS topográfico;GPS de navegação;LapTop;Microcomputadores;Softwares específicos para essa tarefa;Baterias (12V);Nível topográfico;

53

b) Recursos metodológicos

Calibração

O ecobatímetro é um instrumento que mede a profundidade, via emissão de pulsos acústicos no fundo do corpo d'água, e mensura o tempo de deslocamento do sinal acústico pela conversão do intervalo de tempo da distância percorrida da onda entre o transdutor e o fundo do reservatório. Na prática essa velocidade do som varia por fatores tais como: temperatura, salinidade e turbidez da água. Assim, para minimizar a influência desses parâmetros, e, para uma melhor precisão das medidas de profundidade, realiza-se uma sistemática de calibração, duas vezes ao dia, em locais distintos, com 1 a 5 metros de profundidade, espaçados de metro em metro, utilizando uma placa metálica (Figura 3.1) submergida verticalmente, onde se calibra o ecobatímetro pela alteração da velocidade do som emitido pelo mesmo, de modo que a sonda registre a mesma profundidade em que se encontra a placa (Figura 3.2).

Figura 3.1. Placa de calibração. Figura 3.2. Gráfico da calibração efetuada entre 1 a 05 metros de profundidade.

Execução

Na coleta das coordenadas, utiliza-se uma das técnicas de posicionamento por satélite. O posicionamento relativo cinemático com correção pós-processada é atualmente mais utilizado que o posicionamento relativo cinemático em tempo real, devido a maior precisão do primeiro. Em ambos os casos, é necessário a utilização dos dados captado por outro GPS, cuja posição de coordenadas é conhecidas.

As linhas batimétricas são planejadas logo após o levantamento do contorno da fonte hídrica, com distanciamento fixo entre elas, distribuído por todo o reservatório. As linhas batimétricas servem de guia para a coleta das profundidades e devem, quando possível, posicionar-se de forma perpendicular às margens do reservatório, para facilitar a navegação (Figura 3.3).

Ao longo do percurso da coleta de dados de profundidade é recomendado manter uma velocidade máxima de deslocamento do barco de 10 km/h, pois até esta velocidade consegue-se manter o transdutor e a antena GPS na posição vertical à lamina d'água, evitando assim, uma inclinação do feixe de ondas acústicas e conseqüentes erros de leituras.

54

Para configuração dos GPS (da Base e Móvel) deve-se manter o mesmo sistema de coordenadas e também o mesmo datum, no caso de levantamento no Brasil, SAD 69 (South American Datum). A taxa de armazenamento de coordenadas entre eles deve ser igual, preferencialmente.

Figura 3.3. Linhas batimétricas espaçadas a 50 m, Açude Epitácio Pessoa, Boqueirão (PB).

Após a análise e correção dos dados levantados, é realizado o processo de interpolação, que é um procedimento de estimação do valor de um atributo em locais não amostrados, a partir de pontos amostrados na mesma área ou região, utilizando o software específico pelo método Kriging. Trata-se de método geoestatístico que leva em consideração as características espaciais de autocorrelação de variáveis regionalizadas, estipulando uma grade matricial de interpolação m x m, em metros. E, a partir dos dados interpolados, calcula-se o volume atual do reservatório.

O software SURFER é utilizado para estimar o reticulado, sendo fornecidos n valores conhecidos (Z , Z ,..., Z ) regularmente distribuídos ou não. O valor a ser interpolado 1 2 n

para qualquer nó da rede é determinado pela expressão:

Em que:

G é o valor estimado para o nó j;j

n é o número de pontos usados para a interpolação;Z é o valor estimador no ponto i de valor conhecido;i

W é o peso associado ao valor estimado i.ij

55

As vantagens desse método são:

- Ótima fidelidade aos dados originais;- Boa suavidade das curvas interpoladas;- Precisão geral, de acordo com tabela de comparação entre algoritmos,

(Tabela 3.1, Landim, 2000).

Como desvantagem desse método, está na incapacidade de levantamentos acima da cota do nível d'água. Portanto, o levantamento batimétrico automatizado é recomendável em reservatório com a cota de nível d`água igual à cota da soleira.

Tabela 3.1. Tabela de comparação de algoritimos (Landim, 2000).

c) Produtos obtidos com o levantamento batimétrico automatizado

Os principais produtos obtidos através do levantamento batimétrico automatizado são:

1. Área inundada atualizada do reservatório;2. Mapeamento do espelho d'água atual e identificação de todas as ilhas existentes;3. Obtenção das respectivas profundidades;4. Modelagem do relevo submerso;5. Determinação do volume atual do reservatório;6. Determinação para o levantamento efetuado, a tabela cota x área x volume;7. Subsidiar informações aos órgãos competentes, para tomadas de decisões

presentes e futuras no gerenciamento e utilização racionalizada dos mananciais.

d) Estudo de Caso: Levantamento Batimétrico Automatizado do Açude Bodocongó, Campina Grande (PB)

Construído e inaugurado entre 1915 e 1916, face à carência de água na cidade de Campina Grande, o Açude Bodocongó foi o resultado de uma ação conjunta da Prefeitura de Campina Grande, na gestão de Cristiano Lauritzen e do Governo Federal.

COMPARAÇÃO ENTRE ALGORITMOS (Atribui-se o escore 1 ao melhor

evento e 5 ao pior)

Algoritmo

Fidelidadeaosdados originais

Suavidade das

curvas

Velocidade decomputação

Precisão Geral

Triangulação

1

5

1

5

Inverso da distância

3

4

2

4

Superfície/Tendêcia

5

1

3

2

Mínima curvatura 4 2 4 3

Krigagem 2 3 5 1

56

A partir da década de 1930, apesar do alto grau de salinidade da água, algumas empresas se instalaram às suas margens, especificamente o Curtume Vilarim, a fábrica têxtil Cotonifício e o Matadouro Público. Nesse período houve o surgimento de todo o bairro de Bodocongó, promovendo enorme pressão a esse manancial, que culminou com o depósito de considerável quantidade de substâncias orgânicas solúveis e insolúveis, dentre as quais, substâncias inorgânicas como arsênico e cromo, em níveis de concentração perniciosos às vidas vegetais e animais desse reservatório. Ao longo dos anos, somado ao uso indiscriminado de suas águas, o açude Bodocongó passou a receber resíduos sanitários domésticos, industriais e até hospitalares, o que tem comprometido a qualidade de suas águas. Dentro desse contexto, a UFCG tomou a iniciativa de avaliar a qualidade da água dessa bacia hidráulica, fazendo ainda, o levantamento batimétrico apoiado por GPS, em outubro de 2002.

Histórico

Os dados representativos das características geométricas do açude (tabelas cota-área-volume) datam da época dos projetos dos barramentos (ou seja, mais de 30 anos, em diversos casos). Assim, surge a necessidade de atualização dos dados que determinam a capacidade do açude e a área do espelho d'água, face à ocorrência da crescente intervenção antrópica nesse reservatório, cujas margens, visivelmente encontra-se alteradas pelo uso indevido do solo, erosão e o deposição de material erodido por escoamento superficial, reduzindo sua capacidade de armazenamento.

Os levantamentos batimétricos consistiram, essencialmente, da mensuração do contorno, da dimensão e da posição relativa da superfície submersa do açude, proporcionando o acompanhamento das alterações do relevo submerso. Envolveu tipicamente diversas etapas, que se sucederam desde o planejamento até a apresentação de resultados numéricos e gráficos, sendo permeados por atividades de coleta de dados no campo e de processamento dos dados coletados.

O levantamento batimétrico convencional envolve a coleta de dados de profundidade da água em pontos situados ao longo de diversas seções transversais do reservatório, sendo o posicionamento do barco, sobre determinado ponto, feito através de equipamentos topográficos convencionais. A cada seção levantada, os equipamentos são deslocados ao longo das margens do reservatório, muitas vezes em locais de difícil acesso. Este método requer uma equipe de campo numerosa, além de demandar grande dispêndio de tempo, devido à necessidade de locação prévia, a partir de teodolitos, do ponto da seção transversal a ser medido. Tal procedimento acarreta um elevado acréscimo de custos, inviabilizando, por vezes, o levantamento.

O uso do Sistema de Posicionamento Global (GPS) na locação do ponto que se deseja medir, aliado ao emprego de um eco-sonda (para a determinação da profundidade do reservatório naquele mesmo ponto), permite a aquisição de maior número de dados, em um intervalo de tempo reduzido e com custo muito mais satisfatório.

Os equipamentos foram acondicionados em um barco, e a aquisição de dados ocorreu à medida que o barco se deslocava ao longo de diversas seções transversais do reservatório. Esse procedimento de coleta de dados supera os levantamentos batimétricos convencionais, devido ao aumento da resolução espacial e à precisão do trabalho.

Após a aquisição dos dados no campo, os pontos coletados via receptor de GPS já estavam geo-referenciados, de modo que a etapa de processamento dos dados consistiu, a

57

grosso modo, da triagem dos dados, feita com o auxílio de um sistema computacional, seguida da geração das curvas de nível do leito do reservatório e da determinação das áreas das curvas geradas e do volume correspondente a intervalos fixos de cota, no caso, adotou-se a cada metro.

Os objetivos específicos deste trabalho foram:

Avaliar a taxa de assoreamento do açude Bodocongó; Determinar a área da bacia hidráulica do reservatório; Construir mapas de isolinhas batimétricas e de localização; Construir a curva-chave do manancial (cota x área x volume).

Material utilizado

No levantamento batimétrico automatizado do Açude Bodocongó foram utilizados os seguintes equipamentos:

- Estação GPS;- Ecobatímetro;- Barco.

O GPS, que o um método de sistema de posicionamento, foi desenvolvido pelo Departamento de Defesa, Marinha e Aeronáutica dos Estados Unidos. Tem a denominação original de NAVSTAR (Navigation System Using Time and Ranging). Atualmente, conta com uma constelação de 27 satélites espaciais, sendo que, na tomada de pontos, 24 são usados e três ficam de reserva. Esse sistema foi projetado para fornecer posicionamento com precisão, durante 24 horas por dia, em qualquer lugar da superfície terrestre.

Na coleta de campo, foi utilizada uma estação receptora de GPS da marca Ashtech modelo Reliance (Figura 3.4) cuja precisão na determinação das posições dos pontos coletados é inferior a 1 metro.

Figura 3.4. GPS instrumento de posicionamento.

58

O ecobatímetro é um equipamento empregado na mensuração da profundidade de superfícies submersas, cujo princípio de funcionamento se fundamenta na utilização do tempo de percurso de uma onda sonora emitida por um sensor imerso na água. O cálculo do valor da profundidade baseia-se na velocidade do som no meio e no tempo gasto pela onda para percorrer a distância de ida e volta entre o sensor e o leito do reservatório. O sensor deve ser instalado no fundo ou na lateral do barco, ligeiramente abaixo da linha d'água e voltado para baixo. É fundamental que o ecobatímetro tenha capacidade de enviar os dados serialmente para outros equipamentos e que utilize algum tipo de protocolo padrão.

O ecobatímetro utilizado foi da marca Furuno modelo FCV-668 (Figura 3.5) o qual, dentre outros recursos, permite visualizar, em tempo real, o perfil do leito do reservatório e possui função de alarme, que possibilita uma navegação mais segura em zonas rasas. Com o objetivo de verificar a precisão do equipamento, alguns testes de calibração foram realizados dentro do açude, em locais de profundidades conhecidas, onde era possível confrontar as leituras do ecobatímetro e as leituras reais. Estes testes incluíram pontos com até 4 m de profundidade, onde foi possível manter o barco firmemente ancorado.

Figura 3.5. Ecobatímetro acondicionado a barco.

Barco

O barco utilizado durante a coleta dos dados era de alumínio modelo Petty, movido a motor de combustão interna de 15 HP (Figura 3.6).

Para prover a alimentação necessária aos diversos equipamentos instalados foi utilizada uma bateria veicular da marca Moura de 12V. O barco era dotado de estrutura apropriada para o acondicionamento dos sensores (antenas do GPS e do rádio e sonda do ecobatímetro) e demais equipamentos utilizados. Os equipamentos mais sensíveis (estação GPS e a unidade central do ecobatímetro) foram acondicionados em um gabinete que os protegeram da radiação solar e da umidade.

59

Figura 3.6. Barco provido de instrumentos para levantamentos batimétricos.

Procedimento de campo

As atividades desenvolvidas no contexto deste levantamento batimétrico foram divididas em três etapas, a saber:

Coleta dos dados; Processamento dos dados; Geração de produtos.

A coleta de dados desenvolvida no campo englobou duas atividades: a coleta de dados de posição dos limites do reservatório e a coleta de dados de posição e profundidade de pontos internos do açude.

Em ambos os casos, a estação GPS foi programada para coletar os dados a cada 5 segundos. Os dados foram coletados para a cota do nível de água na ocasião do levantamento (507,98m). O deslocamento do barco deu-se a uma velocidade de 5Km/h, visando garantir a precisão do trabalho.

A primeira atividade, realizada caminhando-se a pé, permitiu fazer a determinação do perímetro do reservatório. Após a obtenção e armazenamento dessa informação de contorno, efetuou-se a coleta de dados dos pontos no interior do reservatório, a partir do deslocamento do barco por linhas transversais aproximadamente eqüidistantes. A distância entre as linhas consecutivas foi aproximadamente de 10m. O número total de pontos coletados foi de 462, sendo que 145 foram coletados no contorno do açude, e os 317 restantes no interior do reservatório (Figura 3.7).

60

Uma vez obtidos os dados do contorno e do interior do açude, iniciou-se a etapa de interpolação dos pontos, com o propósito de obter uma malha mais densa das informações de posição e profundidade, a fim de possibilitar o traçado das curvas de profundidade ou isolinhas batimétricas da bacia hidráulica do açude (Figura 3.8).

Figura 3.7 - Mapa de contorno do Açude Bodocongó.

Figura 3.8 - Isolinhas batimétricas do Açude de Bodocongó

61

As áreas entre as diversas curvas batimétricas foram calculadas, permitindo-se a determinação do volume armazenado entre as mesmas. O volume acumulado até a cota das margens do açude foi inferido do somatório dos volumes armazenados entre as diversas curvas de nível. Nesta etapa, foi utilizado o software Surfer 7, aplicativo destinado à modelagem tridimensional de dados.Para a construção do mapa de localização da área em estudo foi utilizado outro programa, o

MapInfo 6.5, um SIG que suporta o processamento de dados brutos exportados pelo aplicativo Reliance no formato mif. Após a importação dos dados, foram gerados os planos de informações de interesse.

A partir do processamento dos dados relativos à batimetria automatizada realizada no açude Bodocongó, foram gerados, em meio digital e impresso em papel, os seguintes produtos:

- Mapa de curvas de nível da parte com água da bacia hidráulica do açude Bodocongó, eqüidistantes de 1 metro;

- Mapa de localização da área de estudo;- Tabela cota-área-volume levantada pela batimetria, (Tabela 3.2).

Tabela 3.2. Cota x Área x Volume do Açude Bodocongó

A tabela cota x área x volume permite a determinação do volume acumulado do manancial a partir de simples leituras de cota. Estas leituras são realizadas após a instalação, em campo, de réguas linimétricas (graduadas em 1m cada) niveladas e fixadas em estacas de madeiras.

Para as leituras de cotas em que não há um volume correspondente na tabela cota x área x volume, utiliza-se o método da interpolação linear para a obtenção do volume desejado.

A geração dos produtos supracitados possibilitou a determinação das informações sumariadas na Tabela 3.3.

COTA (m) ÁREA (m2 ) VOLUME(m2 )

71.897

------

24.918

97.608

502,00 ------

503,00 3.067

504,00 76.780

505,00 142.667 194.628

506,00 193.618 364.152

507,00 241.274 581.734

507,98 3 873.308

62

Tabela 3.3. Caracterização do Açude de Bodocongó.

Estes valores foram obtidos tomando-se como base o levantamento do projeto 3original feito pelo DNOCS, que obteve o volume máximo 1.020.000 m na cota 508,00m. A

área da bacia hidráulica levantada estava localizada na Longitude entre 35º 54' 37,49“ W a 35º 55' 27,95“ W, e Latitude entre 7º 12' 35,42“ S a 7º 12' 56,28“ S.

Referências Bibliográficas

ÁLVARES, M. T.; FERNANDES, S. M. C.; PIMENTA, M. T.; VERÍSSIMO, M. R.. Monitorização Batimétrica em Albufeiras. Lisboa: Instituto da Água, Direção de Serviços de Recursos Hídricos. 2001.

ATECEL / LMRS-PB 1998. Levantamento batimétrico automatizado do Açude Epitácio Pessoa. Boqueirão, Paraíba, Brasil. Relatório Final.

BRASIL. Instrução técnica. Procedimentos para L H categoria "A" de batimetria, geodésia e topografia. Brasília: Marinha do Brasil, Diretoria de Hidrografia e Navegação. 2002

BRASIL. Projeto implementação de práticas de gerenciamento integrado de bacia h i d r o g r á f i c a p a r a o Pa n t a n a l e B a c i a d o A l t o Pa r a g u a i . A N A / G E F / P N U M A / O E A , d i s p o n í v e l n o s i t e : http://www.ana.gov.br/gefap/arquivos/RE%20Subprojeto%202.3.pdf, em 24/02/08

ELIAS, A. R.; MONICO, J. F. G.; IMAI, N. N. Levantamento Batimétrico Apoiado por GPS. Presidente Prudente: UNESP - Departamento de Cartografia.

Esteio / Engenharia e Aerolevantamentos S. A. Batimetria Lagoa da Conceição, Florianópolis – Santa Catarina, Brasil. Relatório Final.

Fundação Cearense de Meteorologia / Ministério da Ciência e Tecnologia. 1996. Uso de batimetria automatizada. Fortaleza: FCM/MCT.

LACHAPELLE, C. 1998. Hydrography (ENGO 545). Departament of Geomatics Engineering. Lecture Notes 10016.FALL 1998, September.

LANDIM, P. M. B. Introdução aos métodos de estimação espacial para confecção de mapas. Rio Claro: UNESP - Departamento de Geologia Aplicada, IGCE. 2000

Item Valor

Área da bacia hidráulica (m2) 3.713.897

Perímetro (m) 3.877

Volume estimado

(m3)

873.308

Volume assoreado estimado (m3)

146.692

Taxa de assoreamento

(%)

14,38

Profundidade máxima

(m)

5,60

Profundidade

média (m)

2,35

63

MACHADO, W. C.; SILVA, R. A. C.; ITAME, O. Y.; CAMARGO, P. O.; LUIZ, S. Levantamento Batimétrico do Reservatório do Rio Santo Anastácio. Presidente Prudente: UNESP, Departamento de Cartografia. Manual de Instruções - TechGeo, GPS GTRA. 1998

Manual de Instruções. GPS GTR1 – TechGeo, Manual de Instruções – SONARLITE, OHMEX INSTRUMENTS, Sonarlite Portable Echo

Sounder System (System Guide).Manual do Usuário e Guia de Referência, GARMIN GPS 76.MONICO, J. F. G. Posicionamento pelo Navistar, GPS, Descrição, fundamentos e

aplicações. Presidente Prudente: UNESP - Departamento de Cartografia. 1998Instrução Técnica A06-A. Procedimentos para levantamentos hidrográficos (L H )

executados por entidades extra marinha. Brasília: Marinha do Brasil, Diretoria de Hidrografia e Navegação.

SIGHT- GPS. Curso de batimetria automatiz ada. Boqueirão -PB. 2003SIGHT, GPS. Curso de levantamento geodésico e topográfico e utilização dos GPS

Techgeo GTR1 e GTRA. Boqueirão -PB. 2003SEMARH / LMRS-PB. 2000. Levantamento batimétrico automatizado do açude Tauá.

Guarabira, Paraíba. Relatório Final.SEMARH / LMRS-PB.. Levantamento batimétrico automatizado do açude

Engenheiro Ávidos. Cajazeiras, Paraíba. Relatório Final. 1999SEMARH / LMRS-PB. Levantamento batimétrico automatizado do açude Engenheiro

Arco Verde. Condado, Paraíba. Relatório Final. 1998

64

Capítulo 4

Jógerson Pinto Gomes PereiraSilvana Fernandes Neto

Introdução

Para a descrição deste Capítulo admitiu-se a realização de levantamento de dados de profundidade de uma bacia hidráulica, utilizando o equipamento chamado ecobatímetro, com o suporte do GPS. O levantamento ecobatimétrico demandou atividades teóricas e de campo. A primeira atividade consistiu em um estudo preliminar da área, sendo executado em laboratório, com planejamento das linhas ecobatimétricas ou de navegação a serem plotadas, análise e processamento de dados previamente coletadas na visita de reconhecimento da área de estudo. A segunda tarefa destinou-se na determinação do nível d'água, levantamento planimétrico do contorno do manancial e aquisição de dados de posição e de profundidade da bacia hidráulica.

Utilizaram-se os seguintes materiais:

GPS de navegação Barco motorizado de até 15 CV e com capacidade mínima de 300 kg. Ecobatímetro e transdutor Teodolito Computador de bordo Bateria de 12 V Câmara fotográfica digital (opcional) Imagens de satélites Landsat5-TM (opcional) Alguns softwares possíveis de serem utilizados

(a) Para planejamento e execução (Trackmaker, AutoCad)(b) Para pós-processamento dos dados do GPS (Reliance)(c) Processamento da profundidade (Sonarlite)(d) Processamento de imagens (Spring, Idrisi)(e) Gerar modelo digital de área (Surfer, ArcView)(f) Ajustes e eliminação de leituras imprecisas (MapInfo)

O Processamento de Dados consiste na captura, armazenamento e o tratamento de informações georreferenciadas, resultando em modelagens e elementos quantitativos. Todo este processo é alvo de estudo da ciencia de Geoprocessamento.

Para a obtenção dos dados da área de estudo, adotou-se os seguintes passos:

1° Passo: Localizar geograficamente a bacia hidráulica;2° Passo: Determinar a área e o perímetro do manancial;3° Passo: Converter as coordenadas em meio digital;4° Passo: Identificar as principais drenagens;5° Passo: Eleger a metodologia para o levantamento batimétrico;6° Passo: Determinar o nível d'água do reservatório através da leitura das réguas linimétricas ou das cotas altimétricas;7° Passo: Plotar o perfil longitudinal do açude.

Algumas informações são imprescindíveis, por exemplo, dados referentes ao clima, vegetação e ao tipo de solo do entorno da área. O tipo de solo e a cobertura vegetal influenciam a quantidade de sedimento dentro do reservatório.

A partir da fixação de um ponto de base à margem do reservatório, com coordenadas conferidas por GPS, inicia-se o processo de obtenção dos dados com a

69

ecobatimetria. Este ponto pode estar fixado próximo ao sangradouro (parte de maior profundidade) Figura 4.1. Com o GPS móvel determinam-se as linhas de navegação e as coordenadas dos pontos de registro.

Figura 4.1. Ponto de referência na margem da barragem.

Preferencialmente, com o GPS deve-se fazer leitura no limite entre o solo e a lâmina d'água. Comumente, essa condição não é possível devido algumas dificuldades, então se recorrem a alguns artifícios, como o de registrar leituras de dentro do barco a partir da distância de 10m da margem, ajustando-se essa discrepância com auxílio de algum software, por exemplo, o AutoCad.

Deve-se atentar durante o levantamento para obstáculos: vegetação das margens, presença de plantas aquáticas, afloramento rochoso, cercas, entre outras.

Existem vários procedimentos para a definição do espaçamento (tempo de coleta entre pontos) e posicionamento das linhas de navegação, para obtenção dos dados batimétricos. CARVALHO et al. (2000) sugere um modelo em função da capacidade de acumulação de água do reservatório, Tabela 4.1.

Tabela 4.1. Espaçamento dos pontos para leitura batimétrica, em função do tamanho do reservatório.

Tipo Capacidade

(106 m3) Espaçamento dos pontos

para leitura (m)

Freqüência de levantamento

(ano) Grande > 100 200 10 Médio 10 a 100 50 5 Pequeno < 10 20 2

70

Definida a orientação das seções batimétricas e contorno do açude, fazem-se as leituras nos pontos estabelecidos. A navegação em tempo real se dá através de computador de bordo onde consta o croqui da área plotada na tela de navegação, sempre com auxílio do GPS, com isto é possível conhecer a posição geográfica, altitude, data, hora, velocidade e direção.

Para maior segurança e confiabilidade do procedimento de aquisição dos dados, realiza-se uma leitura de profundidade utilizando equipamento tradicional (trena métrica e prumo) escolhendo-se pontos ao acaso e conferindo-lhes com o método utilizado.

Adota-se uma velocidade de deslocamento da embarcação, por exemplo: 10 km/h para uma obtenção homogênea dos dados evitando leituras discrepantes.

Os dados de posição geográfica e profundidade devem ser pós-processados e organizados em tabelas ou arquivos distintos para facilitar a interpretação posteriormente em laboratório.

A lamina d'água está constantemente sujeita a oscilações, devido as condições climáticas (precipitações, evaporação), tipo de rocha, entre outras, sofrendo variações. As leituras são realizadas através da régua linimétrica, Figura 4.2.

Figura 4.2. Régua linimétrica determina a cota d'água do reservatório.

O volume de sedimento assoreado é a diferença ente a capacidade indicada no projeto topográfico original da construção da barragem e a determinada pelo levantamento batimétrico recente.

É importante comparar e avaliar a capacidade do uso do solo e cobertura vegetal do entrono da área. Isso pode ser realizado utilizando imagens de satélite, por exemplo, LandSat 5-TM ou CBERS.O

Processamento de Dados, no seu significado mais amplo, vem sendo empregado em trabalhos de pesquisas dentro de praticamente todos os ramos da ciência, e especificamente no levantamento batimétrico. O capítulo consistiu em apresentar procedimentos práticos na obtenção de profundidade de uma bacia hidráulica aliado ao sensoriamento remoto, tão comum na manutenção dos reservatórios de água no Brasil. Foi destacado ainda que essas

71

técnicas vêm sendo amplamente utilizadas pelo incremento tecnológico do GPS e softwares específicos, servindo de importante ferramenta para as atividades de monitoramento dos açudes, lagos, oceanos e para os processos de tomada de decisão de órgãos governamentais, instituições de pesquisas e particulares.

Referências Bibliográficas

CARVALHO, N.O.; JÚNIOR, N.P.F.; SANTOS, P.M.; LIMA, J.E.F.W. Guia de avaliação de assoreamento de reservatório. Brasília: ANEEL, 2000.

GUIMARÃES, Carlos Lamarque. Geotecnologia na determinação do assoreamento do açude Cachoeira do Alves, Itaporanga/PB: um desenvolvimento metodológico. Campina Grande: UFCG, 2007, 112p. (Dissertação de Mestrado)

MONICO, J.F.G. Posicionamento pelo NAVSTAR-GPS: descrição, fundamentos e aplicações. Presidente Prudente: UNESP, 2000.

72

Capítulo 5

Jógerson Pinto Gomes Pereira

Relatório Final

São várias as técnicas utilizadas para o posicionamento de uma embarcação no ambiente aquático. Primeiramente, o ser humano recorreu aos métodos expeditos da navegação astronômica, Figura 5.1. Com o avanço da ciência e da tecnologia, outros métodos e aparelhos foram sendo empregados, e, possibilitaram confiabilidade à Navegação, especialmente na determinação de posicionamentos.

A partir de 1985, o sistema de navegação por satélites GPS foi introduzido, e, vem sendo utilizado nesse sentido, satisfatoriamente, em função da disponibilidade contínua de leituras, fácil aplicação e independência das condições meteorológicas.

A compatibilidade e precisão do Ecobatímetro e GPS tem sido motivo de adoção dessa técnica na obtenção de pontos de controle no relevo aquático, na geodinâmica, na observação das marés, no monitoramento de plataformas, e, principalmente, na determinação do assoreamento dos lagos e rios.

E, foi escopo do presente trabalho, apresentar a Ecobatimetria assistida pelo GPS, que funciona como o sistema de posicionamento tridimensional da embarcação, fazendo-se mister, o conhecimento prévio e preciso da antena do barco e seu ângulo de inclinação. Quando se utiliza o sistema GPS apenas para o posicionamento bidimensional e a aparelhagem ecobatimétrica, deve-se registrar a ordenação das profundidades e o deslocamento vertical da embarcação.Mas, como transformar essas informações em um documento denominado relatório? Esse assunto é o escopo do presente capítulo, apresentado de forma facilitada para interesse de quantos estejam envolvidos nesse mister, sejam estudantes, técnicos ou pesquisadores.

Figura 5.1. Astrolábio, instrumento de bordo usado nas grandes navegações.

77

5.1. O que é o relatório final?

É o documento escrito e final da atividade de pesquisa, feito pelo(a) pesquisador(a) ou pela equipe de pesquisa, relatando as atividades executadas. É feito durante ou após a conclusão do estudo.

5.2. Para que fazer o relatório final?

É uma forma de documentar o estudo;

Pode ser exigência dos clientes;

Possibilita reflexão sobre o passado e o futuro da pesquisa;

Facilita a previsão de atividades a serem desenvolvidas a curto e médio prazos;

5.3. Níveis de conhecimento

Leigo (eu acho que...);

Técnico (localiza o problema e a resolve o problema);

Científico (é investigativo procurando respostas para questões do tipo: quando o fato ocorreu? Como? Por quê?...).

Portanto, deve-se planejar o que se vai fazer como princípio da investigação para:

Ordenar idéias;

Desenhar os experimentos;

Organizar os resultados;

Interpretar os dados obtidos;

Concluir.

5.4. Como fazer o relatório final?

Para registrar a experiência ou estudo batimétrico faz-se necessário elaborar um documento final que obedece a alguns formatos padronizados.

O relatório consistente depende de objetividade e boa tomada de dados. Organize-se e anote todas as ocorrências relevantes durante a prática. Use uma caderneta de campo, ou bloco apropriado para essas anotações, datando-as. Nesse relatório devem-se descrever experiência efetuada, o procedimento adotado, materiais necessários, os dados medidos e transformados em planilhas, gráficos ou mapas, e, finalmente, as conclusões.

O relatório pode ser dividido em várias partes para melhor organizá-lo, obedecendo a uma seqüência:

a) Formular a hipótese (problema);

b) Realizar a atividade de campo;

c) Registrar e interpretar os dados;

d) Divulgar os resultados.

78

5.5. Sugestão da forma como se escrever o relatório

ÞDeve ser escrito com a fonte Times New Roman ou Arial tamanho 12.ÞO papel deve ser o padrão A4 (a cor branca tem sido substituída pelo reciclado).ÞAs margens em relação às bordas do papel devem ser de 3 cm na parte superior da página, de 2,5cm à esquerda e de 2 cm tanto à direita quanto na parte inferior do papel.ÞO espaçamento entre linhas deve ser de 1,5 e de 6 entre parágrafos.ÞA numeração da página deve ser no canto superior da direita do papel e com algarismos arábicos para as páginas textuais.ÞHá normas específicas da ABNT para este fim, devendo-se consultar ainda as recomendações da instituição promotora do estudo.ÞÉ de bom alvitre que o verbo deva está no impessoal, de preferência na 3ª pessoa do singular. Os períodos devem ser curtos e na ordem direta (sujeito-verbo-complemento).ÞDeve-se ainda, uniformizar os tempos dos verbos (se passado ou presente). Observar as regras gramaticais, sobretudo a pontuação e usar vocabulário claro.

A estruturação do relatório, a título de sugestão, pode ser ordenada como a seguir:

5.5.1. Cabeçalho

O cabeçalho contém a identificação da instituição, local de realização da coleta de dados, nome do técnico, título do assunto, data.

O cabeçalho deve ocupar a primeira página que se torna a página de título.

Sugestão de Capa

5.5.2. Sumário

O sumário ou índice, indica as partes principais e suas páginas, dando a visão de conjunto dos pontos abordados.

É formado pela página que se segue à do título.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS NATURAIS

UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA AGRÍCOLA LABORATÓRIO INTERDISCIPLINAR DE TECNOLOGIAS AGROAMBIENTAIS

Relatório de Estágio

Assoreamento do Riacho de Bodocongó

Autor(a)(s)Campina Grande

2008

79

Sumário

1. Apresentação 2. Desenvolvimento

2.1. Localização Geográfica 2.2. Caracterização do Entorno 2.3. Ações Antrópicas

3. Materiais e Métodos 3.1. Materiais 3.2. Métodos 3.3. Modelamento Matemático

4. Resultados e Discussões 4.1. Mapas Batimétricos 4.2. Perfis Batimétricos 4.3. Registros Anteriores 4.4. Gráficos

5. Conclusões 6. Referências de Literatura

6.1. Impresso 6.2. Eletrônico

7. Anexos

5.5.3. Apresentação

É a parte de explicação geral daquilo que se estudou e consiste no relato completo e objetivo do assunto, desde a importância, hipótese e justificativa.

5.5.4. Introdução

Apresenta o conteúdo do tratado, com as definições e teorias para situarem as experiências, o método utilizado para conduzir o estudo. Deve-se referenciar a literatura convenientemente (podendo ser material impresso ou eletrônico). Devem-se observar as regras de citações de autores.

O objetivo deve ser citado. Trata-se de descrição sucinta do que se pretende obter da experiência. O verbo deve ser citado no infinitivo, e que possua sentido próprio, completo, como exemplos: construir mapas, determinar cotas de profundidades, etc.

Introdução e Objetivo(s) podem ser tratados em uma única seção.

À medida que se escreve, mostrar como as atividades já desenvolvidas se relaciona aos objetivos da pesquisa, Figura 5.2.

Exponha e discuta brevemente as etapas anteriores e posteriores da pesquisa, destacando os desdobramentos e modificações feitas no projeto original.

Descreva e avalie a atual etapa em que se encontra o trabalho, indicando o que foi feito e o que falta para concluí-lo.

Pode-se informar os problemas e as dificuldades com que o(s) pesquisador(es) e a equipe de pesquisa se defrontam para a realização da pesquisa.

Relacione os trabalhos que resultaram da pesquisa: trabalhos apresentados em

80

Figura 5.2. O planejamento e a partilha de conhecimento é fundamental ao relatório.

5.5.5. Recursos materiais

Este item dá credibilidade ao relatório, devendo ser citado os equipamentos utilizados e quando for o caso o arranjo experimental.

5.5.6. Procedimento Experimental

Descrever o procedimento adota no levantamento de campo. Isto é, descrever o que e como foi feito, e quando necessário, justificar e discutir a escolha. Deve-se registrar a estimativa dos erros nos dados devido aos aparelhos e procedimentos empregados.

Descrever as técnicas adotadas, observando a seqüência cronológica.O registro desses procedimentos deve permitir sua reprodução por outro(a)

pesquisador(a).

5.5.7. Resultados e análise dos dados

Os resultados podem ser agrupados em tabelas, gráficos etc., que devem ser numerados sequencialmente (Tabela 1, Tabela 2...). O título da tabela deve ser informativo e breve, colocado acima e justificado à esquerda. Também se podem usar notas diretamente abaixo da tabela ou em no rodapé da página.

A partir dos resultados, podem-se utilizar algum modelo matemático para melhor interpreta-los.

81

Discutir os resultados obtidos. Sempre que possível, comparar os resultados com outros já conhecidos ou esperados teoricamente. Procure perguntar para si mesmo, o que as respostas significam? Como elas ajudam a resolver a hipótese?...

A sua opinião sobre a situação analisada também pode ser citada.

5.5.8. Conclusões

A conclusão deve permitir ao leitor (a) elaborar melhor juízo sobre o que foi estudado, a partir dos dados encontrados. Entre esses, quais os mais significativos no estudo?

Procure responder se há perspectiva de se aprofundar e continuar o trabalho.Avalie se os procedimentos adotados intervieram nos resultados encontrados. Se

houve falhas, como supera-los?

5.6. Alguns detalhes para sobre a confecção do relatório:

Em todos os itens, pode e deve se referir aos livros-textos, a sites na Internet e à própria guia da experiência.

Havendo necessidade de citar grandezas, adotar o Sistema Internacional de Unidades.

Numerar as figuras e gráficos e citá-los ao longo do texto.

Divida seu tempo e não deixe para a última hora, Figura 5.3. Depois de concluído o trabalho, reveja-o cuidadosamente.

Leia outros relatórios e faça esboços.

Figura 5.3. O relatório não deve ser elaborado em cima da hora.

82

Referências Bibliográficas

AQUINO, Ítalo de Souza. Como escrever artigos científicos: sem arrodeio e sem medo da ABNT. 3ª ed. João Pessoa: UFPB, 2007.

BÊRNI, Duilio de Avila (coord.) Técnicas de pesquisa em economia: transformando curiosidade em conhecimento. São Paulo: Saraiva, 2002.

LAKATOS, Eva Maria; MARCONI, Marina de Andrade. Metodologia do trabalho científico: procedimentos básicos, pesquisa bibliográfica, projeto e relatório, publicações e trabalhos científicos. São Paulo: ATLAS,1983

http://euclides.if.usp.br/~ewout/ensino/geral/000008.html, em 05/03/08.http://www.malhatlantica.pt/estudoacompanhado/fazer_relat.htm, em 05/03/08.

83

Consultoria em DesignRua Antônio Bezerra Paz, 97 - Bodocongó

58109-230 - Campina Grande - PB(83) 3333-1371 / 9975-6587

lufelpe@gmail.com