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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE

CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS NATURAIS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENG. CIVIL E AMBIENTAL

DISCIPLINA: GEOTECNOLOGIAS APLICADAS

DOCENTE: IANA RUFINO

CAIO CESAR ROCHA ALMEIDA SOUTO

DAVID SILVA LÚCIO OLIVEIRA

MARÍLIA SILVA DANTAS

11 de maio de 2011

GEOTECNOLOGIAS APLICADAS AOS ESTUDOS

CLIMATOLÓGICOS E HIDROLÓGICOS

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Modelo Numérico TerrenoModelo Numérico Terreno

• É uma representação matemática da distribuição espacial da característica de um fenômeno vinculada a uma superfície real. A superfície é em geral contínua e o fenômeno que representa pode ser variado (Burrough, 1986).

• Para a representação de uma superfície real no computador é indispensável a criação de um modelo digital, podendo ser por equações analíticas ou por uma rede de pontos na forma de uma grade de pontos regulares e ou irregulares.

• A partir dos modelos pode-se calcular volumes, áreas, desenhar perfis e seções transversais, gerar imagens sombreadas ou em níveis de cinza, gerar mapas de declividade e exposição, gerar fatiamentos em intervalos desejados e perspectivas tridimensionais.

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Modelo Digital de ElevaçãoModelo Digital de Elevação

• DEM ou MDT é um modelo digital de terreno ou de elevação é uma representação computacional da topografia do terreno.

• Técnicas representacionais: grades regulares ou TINs (Triangular Irregular Network).

• Como é construído: utilizando-se dados brutos de elevação, como pontos contados, curvas de nível ou qualquer outra informação de altimetria, através de uma interpolação (ou triangulação) e criação de uma superficíe contínua.

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InterpolaçãoInterpolação

Os interpoladores são ferramentas matemáticas que atribuem valores relativos a alguma variável em pontos inseridos num campo de valores já existente, transformando dados discretos em

contínuos (Surfer, 1999). A utilização de técnicas de espacialização, disponíveis nos Sistemas de

Informações Geográficas (SIG’s), facilita a verificação da forma como as variáveis

observadas nas séries históricas se distribuem no espaço e no tempo.

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Geoprocessamento aplicado à análise do balanço hídrico e na determinação das chuvas necessárias para a inundação de uma represa

na bacia do ribeirão Itaim, Taubaté, SP.

Luciano Aparecido dos Santos, Nelson Wellausen Dias e Marcelo dos Santos Targa

Anais II Seminário de Recursos Hídricos da Bacia Hidrográfica do Paraíba do Sul: Recuperação de Áreas Degradadas, Serviços

Ambientais e Sustentabilidade, Taubaté, Brasil, 09-11 dezembro 2009, IPABHi, p. 647-654.

Aplicação IAplicação I

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ObjetivoObjetivo

Avaliar o balanço hídrico de Taubaté para a construção de uma represa na sub-bacia do ribeirão Itaim, tributário do rio Una e calcular o volume hídrico necessário para preenchimento dessa represa.

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Materiais e MétodosMateriais e Métodos

Localização da Área de Estudo•Bacia do rio Una

oMargem direita do rio Paraíba do SuloAltitudes oscilam entre 500 a 1000 metrosoA área de contribuição para a barragem

oSub-bacia do ribeirão Itaim, tributário do rio UnaoÁrea de 2,5km²

oFormada pela união do ribeirão das Almas com o rio da Rocinha e seus afluentes, numa área de 476km²

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Materiais e MétodosMateriais e Métodos

Descrição dos Métodos•A base de dados foi extraída do Banco de Dados Ambientais Georreferenciados da Bacia do Rio Una.•O processamento foi realizado por meio do software de geoprocessamento SPRING.

Através do Plano Diretor do Município de Taubaté e dessa base de dados, foi localizado o ponto no rio onde seria construída a barragem (W= 23°06’09”, S= 45°33’28”)

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Materiais e MétodosMateriais e Métodos

A partir da localização da barragem e do formato da represa no mapa foi escolhida a linha de cota de 645,0m como limite topográfico do espelho d’água a ser gerado pelo represamento. Uma vez delimitado o espelho, avaliou-se o balanço hídrico de Taubaté para a construção da represa no ribeirão Itaim.

O balanço hídrico é um método de estimativa da disponibilidade de água no solo. Este fundamenta-se no princípio da conservação de massa e pode ser representado pela equação:

PREC + DEF – ETP – ARM – EXC = 0

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Materiais e MétodosMateriais e Métodos

• A metodologia para o cálculo do balanço hídrico utilizada foi a de Thornthwaite e Mather para uma serie temporal de 10 anos (1982-1992) de precipitação diária e a normal climatológica (temperatura e precipitação mensal).

Tabela 1- Série temporal da Precipitação mensal (mm) (1982/1992).

Tabela 1- Série temporal da Precipitação mensal (mm) (1982/1992).

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Materiais e MétodosMateriais e Métodos

Tabela 2- Balanço hídrico de Thornthwaite para a cidade de Taubaté (SP). Valores em mm.

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ResultadosResultados

Com base no modelo numérico do terreno (MNT), calculou-se:•Volume estimado da represa: 33.352.252,28m³ ou 33.352.252.280 l•Profundidade média: 13,3m•Profundidade máxima: 40m.

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• A partir da delimitação da área a ser inundada foi pesquisada a vazão média do ribeirão do Itaim que é de 0,5m³/s.

• O balanço hídrico mostra ainda que a precipitação anual média foi de 1335 mm.

ResultadosResultados

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ResultadosResultados

PREC(mm)

ETP (mm)

PREC-ETP(mm)

ARM(mm)

DEF(mm)

EXC(mm)

Q(m³/s)

TEMPO DEINUDAÇÃO

133.5 96.4 37.1 0 0 37.1 0.5 1 ano e 84 dias

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Conclusões Conclusões

O SIG é recomendado para otimização de estudos e gerenciamentos de impactos ambientais, com ele é possível determinar a abrangência da lâmina d`água e o volume necessário de chuva para inundar a represa.

O SIG, pode ainda auxiliar na antecipação de problemas antes mesmo que a barragem seja construída, permitindo assim prever possíveis impactos econômicos e sociais no local.

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SIG aplicado à caracterização morfométrica de bacias hidrográficas –

estudo de casoda bacia hidrográfica do rio Cubatão

do Sul – Santa Catarina/BrasilMarcelo Pedroso Curtarelli

Aplicação IIAplicação II

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INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

• Bacia Hidrográfica;• As características físicas de uma bacia hidrográfica;• Sistemas de Informações Geográficas;• O objetivo geral deste trabalho foi caracterizar fisicamente a

bacia hidrográfica do Rio Cubatão do Sul, utilizando como ferramenta um sistema de informações geográficas, tendo como objetivos específicos a construção de uma tabela com os índices físicos obtidos da bacia, construção do mapa da rede de drenagem da bacia, construção do modelo digital de elevação (MDE) da bacia, construção da curva hipsométrica da bacia, construção do mapa de declividades da bacia, classificação do relevo da bacia segundo a EMBRAPA.

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ÁREA DE ESTUDOÁREA DE ESTUDO

• A bacia hidrográfica do Rio Cubatão do Sul (SC);• Coordenadas 27°35'50 S e 48°38'24 W (Figura 1);• Abrangendo 4 municípios.

Figura 1 - Localização da bacia hidrográfic

a do rio Cubatão do

sul

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METODOLOGIAMETODOLOGIA

• Para realizar a caracterização física da bacia hidrográfica do Rio Cubatão do Sul foi utilizado um SIG através do software ArcMap 9.2, que permite gerenciar bancos de dados georreferenciados e realizar analises espaciais, e bases cartográficas digitais no formato vetorial shapefile (.shp) e matricial raster (.GRID/.TIN). Além disso foi utilizada a planilha eletrônica Excel para a construção de tabelas e gráficos.

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METODOLOGIAMETODOLOGIA

Estruturação do Banco de Dados

• Bases adquiridas no site da Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina (EPAGRI).

Banco de Dados

EPAGRI/CIRAM(Formato .shp)

Unidades hidrográficas de Santa Catarina; Regiões hidrográficas de Santa Catarina; Carta topográfica 1:50000 Florianópolis; Carta topográfica 1:50000 Paulo Lopes; Carta topográfica 1:50000 Santo Amaro da Imperatriz; Carta topográfica 1:50000 São Bonifácio.

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METODOLOGIA - Caracterização METODOLOGIA - Caracterização FísicaFísica

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RESULTADOSRESULTADOS

Índices físicos da Bacia hidrográfica do rio Cubatão do sul

Área (Km²) 742,9

Perímetro (km) 159,3

Comprimento do Rio Principal (km) 52,11

Largura Média (km) 14

Coeficiente de compacidade 1,6

Fator de Forma 2,0

Comprimento total de rios (Km) 1203

Densidade de drenagem (Km/Km²) 1,62

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Rede de drenagem da bacia do rio Rede de drenagem da bacia do rio Cubatão do SulCubatão do Sul

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MDE da bacia hidrográfica do rio MDE da bacia hidrográfica do rio Cubatão do SulCubatão do Sul

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Curva Hipsométrica da bacia do rio Curva Hipsométrica da bacia do rio Cubatão do sulCubatão do sul

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Mapa de declividade da bacia Mapa de declividade da bacia hidrográfica do rio Cubatão do Sulhidrográfica do rio Cubatão do Sul

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RESULTADOSRESULTADOS

Declividade (%)

Discriminação Área (Km²) % da bacia

0 - 3 relevo plano 95,31 12,85

3 - 8 relevo suavemente ondulado 71,07 9,58

8 - 20 relevo ondulado 370,43 49,92

20 - 45 relevo fortemente ondulado 202,57 27,30

45 - 75 relevo montanhoso 2,62 0,35

> 75 relevo fortemente montanhoso 0 0,00

Classes de relevo da bacia hidrográfica do rio Cubatão do sul

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CONCLUSÕESCONCLUSÕES

• Maior suscetibilidade a enchentes acentuadas;• As características de declividade da bacia indicam que

49,92% da área da bacia possui terreno ondulado.• O software ArcMap 9.2 se mostrou uma boa ferramenta para

a caracterização física de bacias hidrográficas, sendo de fácil utilização, apresentando uma boa interface entre o programa e o usuário, grande número de ferramentas para analises espaciais e proporcionando a confecção de mapas para uma melhor visualização dos resultados obtidos.

• A disponibilização de bases de dados gratuitamente por órgãos públicos, como na mapoteca digital do Estado de Santa Catarina (EPAGRI/CIRAM), são de grande importância e utilidade para os usuários de SIG.

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Aplicação IIIAplicação III

Avaliação de interpoladores para a espacialização de variáveis climáticas na

bacia do rio Itapemirim-ES

Kennedy Ribeiro da Silva, Yhasmin Gabriel Paiva, Roberto Avelino Cecílio e José Eduardo Macedo

Pezzopane

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Área de EstudoÁrea de Estudo

Bacia hidrográfica do Rio Itapemirim

•Região Sul do Espírito Santo

•Área de 687.000 ha

•situada entre os meridianos -40º48' e -41º52' e entre os paralelos -20º10' e -21º15‘

•Abrange 17 municípiosFigura 1 – Limite da bacia do rio Itapemirim e localização dos Postos Pluviométricos na área.

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Materiais e MétodosMateriais e Métodos

Séries históricas de precipitação•30 anos de extensão (1969-1998)•13 postos pluviométricos pertencentes à bacia do Rio Itapemirim•3 postos localizados fora do seu limite*

Temperatura•Estimada através do modelo de Pezzopane et al (2004) para o estado do Espírito Santo

*incluídos com objetivo eliminar o efeito de borda no processo de interpolação, Acosta (1997), Moreira (1997) e Andrade (1998).

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Materiais e Métodos Materiais e Métodos

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Materiais e MétodosMateriais e Métodos

Disponibilidade Hídrica

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Materiais e Métodos - SIGMateriais e Métodos - SIG

• Criou-se um arquivo vetorial, em ambiente SIG, contendo a localização de cada posto pluviométrico, bem como os valores associados as variáveis

• A verificação da acurácia dos interpoladores foi realizada por meio da metodologia proposta por Caruso e Quarta (1998)

• Estes procedimentos de interpolação foram realizados separadamente para cada um dos treze postos localizados na área de estudos

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Materiais e Métodos - Materiais e Métodos - InterpolaçãoInterpolação

Para realizar a espacialização das variáveis climáticas, foram utilizados os interpoladores:•inverso do quadrado da distancia (IDW)•kriging (KRG), com modelo de semi variograma spherical•spline (SPL) tipo regularizado

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Materiais e Métodos – Teste de Materiais e Métodos – Teste de desempenhodesempenho

O desempenho dos interpoladores foi analisado através do erro quadrático médio – EQM (Philips

et al 1992), através da seguinte equação:

EQM=Σ(XEST-XREAL)2/N em que:EQM = erro quadrático médio;Xest = valor interpolado da variável;Xreal = valor real da variável; eN= numero de postos considerados, no caso 13.

O melhor interpolador para cada variável é aquele que apresentar o menor valor de EQM.

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ResultadosResultados

Valores de EQM para os interpoladores usados na distribuição espacial

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ResultadosResultados

Distribuição espacial das variáveis climáticas na bacia do rio Itapemirim.

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ResultadosResultadosDistribuição espacial das variáveis climáticas na bacia

do rio Itapemirim.

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ResultadosResultados

Pelo fato da bacia apresentar um relevo acidentado, o clima na região é caracterizado

por uma grande variação dos elementos climáticos, principalmente no sentido leste-

oeste, ou seja, de baixa altitude (áreas litorâneas) para altitudes elevadas (áreas

serranas). Logo, a temperatura média anual e deficiência hídrica anual são mais elevadas

próximo do litoral, diminuindo consideravelmente próximo das áreas de maior

altitude (Santos, 1999).

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ConclusõesConclusões

Os resultados obtidos permitem concluir que:

•O interpolador IDW apresentou melhores estimativas das variáveis déficit hídrico e disponibilidade hídrica.

•O interpolador KRG apresentou melhores estimativas das variáveis precipitação e excedente hídrico.

•Para todas as variáveis, o interpolador spline obteve os piores resultados.

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ConclusõesConclusões

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Referências BibliográficasReferências Bibliográficas

• SANTOS, L. A.; Dias, N. W.; Targa, M.S. Geoprocessamento aplicado à análise do balanço hídrico e na determinação das chuvas necessárias para a inundação de uma represa na bacia do ribeirão Itaim, Taubaté, SP.In: SEMINÁRIO DE RECURSOS HÍDRICOS DA BACIA HIDROGRÁFICA DO PARAÍBA DO SUL: RECUPERAÇÃO DE ÁREAS DEGRADADAS, SERVIÇOS AMBIENTAIS E SUSTENTABILIDADE, Taubaté, Brasil, 09-11 dezembro 2009, IPABHi, p. 647-654.

• CURTARELLI, M. P. SIG aplicado à caracterização morfométrica de bacias hidrográficas – estudo de caso da bacia hidrográfica do rio Cubatão do Sul – Santa Catarina/Brasil. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 14., 2009, Natal. Anais eletrônicos... Natal: INPE, 2009. p. 4693-4699. Disponível em: <http://marte.dpi.inpe.br/col/dpi.inpe.br/sbsr@80/2008/11.17.23.06.25/doc/4693-4699.pdf>. Acesso em: 4 maio 2011.

• RIBEIRO DA SILVA, K.; PAIVA, Y.G.; CECÍLIO, R.A.; PEZZOPANE, J.E.M. Avaliação de interpoladores para a espacialização de variáveis climáticas na bacia do rio Itapemirim - ES. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 2007, Florianópolis. Resumos... São José dos Campos: INPE, 2007. p.3.141-3.146