Unidade 4: Sistema de Informações Geográficas Aplicado

aos Recursos Hídricos

Prof. Dr. Hugo Alexandre Soares Guedes

Pelotas, 2019

Formas de representar relevo em

computador

→ linhas digitalizadas;

→ TIN

→ Grade ou matriz

Representação

Importância de se estudar o Relevo

→ O relevo influencia o fluxo d'água, o transporte de

sedimentos e poluentes, e a natureza e a distribuição de

habitat de plantas e animais;

→ O relevo é uma expressão dos processos geológicos e do

intemperismo;

→ Ferramenta para Gestão e Planejamento de Recursos

Hídricos.

A quantificação morfológica da superfície terrestre é

essencial ao conhecimento dos processos físicos,químicos e biológicos que ocorrem na paisagem.

Representação digital de uma seção da superfície, dada

por uma matriz de pixels com coordenadas planimétricas (x,y)

e um valor de intensidade do pixel (z), correspondente à

elevação.

Modelo Digital de Elevação

→ Deve representar o relevo de forma fidedigna;

→ Assegurar a convergência do escoamento superficial para e

ao longo da drenagem mapeada;

→ Garantir a sua consistência hidrológica.

Esses modelos permitem que as delimitações automáticas

das bacias sejam realizadas com maior precisão, pois

consideram os dados altimétricos do terreno em suas etapas

de processamento, além de apresentam uma coincidência

acentuada entre a rede de drenagem derivada

numericamente e a hidrografia real, estando isentos de

sumidouros (depressões espúrias) que bloqueiem o trajeto

do escoamento superficial.

MDEH Consistente

MDEHC → modelo digital de elevação é considerado

hidrologicamente consistente quando este representa

adequadamente o relevo da região em estudo, a ponto

de permitir a correta simulação dos processos hidrológicos

ocorrentes na área.

MDEH Consistente

“a melhor representação digital do relevo capaz de

reproduzir, com precisão, o caminho preferencial de

escoamento da água superficial observado no mundo

real”

Fonte Cartas SRTM ASTER

Resolução 1:50.000 - 1:1 milhão 30 M - 90 M 15M - 30M - 90M

Disponibilidade Gratuita Gratuita Gratuita

Responsável SCN (IBGE, DSG)NASA, NGA,

DoD, DLG e ASIMETI e NASA

Principais fontes de informações do relevo

Fontes de geração

Breve histórico

❖ Primeira representação do Brasil → 1502

❖Mapeamento sistemático → Carta do Império → 1862

❖ Primeira representação de corpo inteiro do Brasil → Carta

do Brasil ao Milionésimo → 1922

❖Maior expansão → Segunda Guerra Mundial

❖ Atualmente → SCN (IBGE e DSG)

Cartas Topográficas

Obtenção e disponibilidade dos

dados

❖ Levantamento geodésico

❖ Compilação de cartas topográficas em escalas maiores

❖ Aerofotogrametria

❖ Mapoteca → IBGE

Formatos do arquivo: .rle, .tiff, .dng, .txf, .arc-info, .pdf.

❖ BDGEx → DSG (Exército)

Formatos do arquivo: .geotiff, .shapefile, .pdf.

Especialmente para o Rio Grande do Sul, o Centro de Ecologia da

UFRGS e colaboradores disponibilizam as cartas em escalas

1:50.000 para download em formato shapefile!

Voo Fotogramétrico.

Cartas Topográficas

Cartas Topográficas

❖ Carta Rio Negrinho (IBGE, vôo de 1966).

❖ Ortofoto da mesma área (Prefeitura Municipal de Rio Negrinho, 2005).

❖ Área Urbanizada em 1968 traçada em vermelho e em 2005 em preto.

Prós

❖ Facilidade de obtenção dos dados

❖ Mapeamento em diferentes escalas

Contras

❖ Falta de mapeamento integral em todas as escalas

❖ Desatualização dos dados

Distribuição e data da edição das cartas 1:50.000.

Cartas Topográficas

É a escala que tem mais

aplicabilidade, considerando

os diferentes usos do

mapeamento sistemático, é

também a mais escassa em

termos de cobertura e

também a mais

desatualizada. Representa a

maior quantidade de cartas

produzidas nos últimos 20

anos.

SRTM - Shuttle Radar Topography Mission

Missão SRTM → NASA + DLG + ASI → fevereiro de 2000 →

11 dias → cobriu 80% do globo terrestre

Breve histórico

Cobertura do SRTM no globo terrestre, em colorido.

SRTM

Dois sistemas de radar interferométricos foram acoplados a

aeronave Endeavor:

Banda C – 90 M → Sistema americano (NASA)

Banda X – 30 M → Sistema italo-germânico

Obtenção e disponibilidade dos dados

Ônibus espaciai, sensores utilzados e a forma de capatação de imagens.

SRTM

Banda X

30 M1990

SRTM

Banda C

90 M

TOPODATA

90 → 30 M

2015

2008

2005

SRTM

Aspectos gerais

Prós

❖ Alta resolução espacial

❖ Dados disponíveis gratuitamente

❖ Dados permitem a geração de MDE hidrologicamentecorrigidos

Contras

❖ Não apresenta revisita

❖ Baixa resolução da banda-C

❖Mapeamento incompleto da banda-X

SRTM

❖ Satélite Terra → EOS → 5 sensores → ASTER → 14 bandas

❖ Lançamento em dezembro de 1999.

❖ Período de revisita → 16 dias

Breve histórico

Lançamento do satélite TERRA e espectro eletromagnético.

ASTER

Obtenção e disponibilidade dos dados

❖ Estereoscopia

❖ Resoluçao espacial de 15,

30 e 90 m

❖ Disponível de forma gratuita

→ junho de 2009

❖Modo requerer

Esquema do processo de aquisição de imagens ASTER.

ASTER

Aspectos gerais

Prós

❖ Alta resolução espacial

❖ Revisita frequente → atualização de imagens

❖ Aquisição por estereoscopia

❖ Imageamento de 99% da superficie terrestre

Contras

❖ Degradação dos dados por ruídos e nuvens

❖ Imagens em melhores resoluções → pagas ou não

disponíveis.

❖ Relevo muito acidentado → não identifica o divisor de águas

ASTER

Existem três nomenclaturas diferentes relativas a modelos tridimensionais

gerados em ambiente SIG:

MDT – Modelo Digital de Terreno: utilizado para modelagem do relevo e

outros tipos de informações que variam de acordo com ele. Ex.:

temperatura.

MNT – Modelo Numérico de Terreno: quando se utiliza uma variável “z” de

uma dada área da superfície terrestre; essa variável pode ser de qualquer

natureza, tanto física quanto socioeconômica, como por exemplo nível de

poluição atmosférica e densidade populacional.

MDE – Modelo Digital de Elevação: utilizado exclusivamente para a

modelagem de relevo.

MDE a partir de Curvas de Nível = MDT

O MNT pode ser obtido por meio da interpolação de curvas de nível extraídas de

uma carta topográfica ou através de imagens de sensores remotos.

Diferenças

Fluxograma para processamento do MDE.

MDE

Preenchimento de depressões

❖Os dados do SRTM contém falhas em áreas do globo,

originadas, principalmente, de duas maneiras: ocorrência

de corpos hídricos e relevo acidentado.

❖A frequência de falhas é maior em superfícies com

inclinação acima de 20°, devido ao sombreamento

ocasionado no radar.

❖As falhas no MNT advindas dos dados do SRTM são

denominadas de “sinks”, caracterizam-se por áreas

rodeadas por elevações com valores de cotas

superiores, semelhantes a uma depressão.

As correções no MNT são feitas por meio da função “fill

sinks”, que considera as altitudes dos “pixels” vizinhos para

preencher os “sinks”, promovendo, assim, a geração do

mapa de MNT com consistência melhor.

Preenchimento de depressões

❖O preenchimento dessas pequenas depressões é o

primeiro tratamento dado à matriz de altitudes.

❖Essas depressões ou “sinks” são consideradas empecilhos

ao escoamento durante a aplicação de modelos

hidrológicos, sedimentológicos e de poluentes de origem

difusa.

Determinação da direção de fluxo

MDE

Direção preferencial do escoamento

Cada célula → 8 células vizinhas

A direção de fluxo define as relações hidrológicas entre pontos

diferentes dentro de uma bacia hidrográfica. A continuidade

topológica para as direções de fluxo é, consequentemente,

necessária para que uma drenagem funcional possa existir.

❖ O fluxo acumulado é um parâmetro que indica o grau de confluência do

escoamento e pode ser associado ao fator comprimento de rampa aplicado

em duas dimensões.

❖ O fluxo acumulado, também denominado área de captação, apresenta

obtenção complexa, manual ou computacional, uma vez que reúne, além de

características do comprimento de rampa (conexão com divisores de água a

montante), também a curvatura horizontal (confluência e divergência das

linhas de fluxo)

❖ Desse modo, cada “pixel” recebe um valor correspondente ao número de

“pixels” que contribuem para que a água chegue até ele.

❖ É possível observar a formação dos caminhos preferenciais de fluxo que

originam a rede hidrográfica.

Determinação do fluxo acumulado

Exemplo

ARCGIS

Arcmap

❖Tarefas orientadas e centradas em mapas (coleta, edição,

produção, análise e visualização).

Arccatalog

❖Organização e gerencia dos dados (armazenar)

Arctoolbox

❖Ferramentas de geoprocessamento.

Arcscene

❖Visualização em 3D

Arcglobe

❖Visualização na superfície do globo.

Extensões de um

shapefile

.shp – shapefile

.dbf – dados e atributos

.shx – vínculo entre SHP

e dbf

.prj - projeção

Características morfométricas

Coeficiente de compacidade – KC

É a relação entre o perímetro da bacia e a circunferência de um círculo de

área igual à da bacia, sendo, portanto adimensional.

Kc=0,28∙PBHABH

1,00 - 1,25 Bacia com alta propensão a grandes enchentes

1,25 – 1,50 Bacia com tendência mediana a grandes enchentes

> 1,50 Bacia com menor propensão a grandes enchentes

Características morfométricas

Fator de Forma – Kf

Expressa a relação entre a largura média da bacia e o seu comprimento

axial.

Kf=L

LAX

1,00 – 0,75 Sujeito a enchentes

0,75 – 0,50 Tendência mediana a enchentes

< 0,50 Menor tendência a enchentes

Características morfométricas

Índice de conformação – Ic

Representa a relação entre a área da bacia e a de um quadrado de lado

igual ao comprimento axial da bacia.

Ic=ABH

LAX2

Esse índice também expressa a capacidade da bacia em gerar

enchentes. Quanto mais próximo de 1, maior a propensão á enchentes,

pois a bacia fica cada vez mais próxima de um quadrado e com maior

concentração do fluxo.

Elevação média da bacia

E = elevação média da bacia;

ei = elevação média entre duas curvas de nível consecutivas;

ai = área entre curvas de nível;

ABH = área da bacia hidrográfica.

Características morfométricas

Declividade da bacia

I = declividade média (%);

D = distância entre curvas de nível (m);

CN = comprimento total das cursas de nível;

ABH = área da bacia hidrográfica.

Características morfométricas

Densidade de drenagem

Dd = densidade de drenagem;

L = comprimento de canais;

ABH = área da bacia hidrográfica.

Características morfométricas

Densidade de drenagem (Dd) (Km/km²)

Resultado

< 0,5 Drenagem pobre

0,5 ≤ Dd <1,50 Drenagem regular

1,50 ≤ Dd < 2,50 Drenagem boa

2,50 ≤ Dd <3,50 Drenagem muito boa

≥ 3,50 Excepcionalmente bem drenadas

Unidade 4: Sistema de Informações Geográficas Aplicado

aos Recursos Hídricos

Prof. Dr. Hugo Alexandre Soares Guedes

Pelotas, 2019