Caracterização morfométrica e delimitação da bacia hidrográfica do Córrego Samambaia GO a partir de dados do SRTM

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1 Caracterização morfométrica e delimitação da bacia hidrográfica do Córrego Samambaia GO a partir de dados do SRTM Rávila Marques de Souza 1 Klebber Teodomiro Martins Formiga 2 Aldrei Marucci Veiga 3 1 Universidade Federal de Goiás UFG/PPGEMA Programa de Pós-Graduação em Engenharia do Meio Ambiente Campus I Goiânia GO, Brasil ravilamarques@hotmail.com 2 Universidade Federal de Goiás UFG Campus I Goiânia GO, Brasil klebber.formiga@gmail.com 3 Serviço Geológico do Brasil CPRM Rua 148, n. 485, Goiânia GO, Brasil aldreimarucci@yahoo.com.br Abstract. The present article has as objective show boundary and morphological characterization of the watershed of córrego Samambaia, located in Goiânia City- TO, state of Goiás. Therefore, a Digital Elevation Model (DEM) from the SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) mission was processed using the ArcGIS SIG-software for the extracting of principal morphometric parameters and boundary. The contribution area was found to be 32,67 km², with a perimeter of 29,78 km. The watershed has an elongated form, a coefficient of compacity of 1,45 an index of circularity of 0,46, not favoring flood, and drainage density of 0,695 km/km², average slope of the watershed of 2,93% while your main stream, córrego Samambaia, has a value of 1,14%, the average elevation of the watershed is 775 m, the concentration time obtained by two methods, Tsuchiya methods and direct methods, obtaining values equal to 75,41 and 76,32 minutes, respectively. DEM processing has shown to be highly efficient for watershed parameterization watershed study. Palavras-chave: hydrographic basin, DEM, morphometry, SIG, bacia hidrográfica, modelo digital de elevação, morfometria, sistema de informação geográfica. 5880

2 1. INTRODUÇÃO Nos estudos em que a variabilidade espacial inerente aos problemas hidrológicos e aos recursos hídricos, tem-se considerado o uso dos Sistemas de Informação Geográfica como metodologia promissora, com o objetivo de fornecer dados distribuídos espacialmente nas bacias hidrográficas. A aplicação de modelos hidrológicos em nível de bacias hidrográficas com auxílio dos SIG pode constituir um avanço quantitativo na caracterização dos parâmetros hidrológicos. De acordo com Johnson (2009), os SIG fornecem um rico conjunto de funções que executam análises usando atributos de dados espaciais, em muitos casos, essas funções fornecem recursos sem precedentes, que são de difícil e demorada mensuração se realizadas manualmente. A topografia é o principal fator determinante nos processos de transporte de materiais, desta forma, os modelos que tratam da distribuição das águas na bacia hidrográfica, requerem dados baseados nas características físicas desta bacia, tais como, limites da bacia e sub-bacias, inclinação, comprimento, largura, forma de declive, orientação das vertentes, características dos planos e dos canais de drenagem. Esses atributos podem ser computados, através de um MDE (modelo digital de elevação), usando-se uma variedade de técnicas (Moore et al, 1991). Araújo et al. (2009) destaca que a delimitação de uma bacia hidrográfica é um dos primeiros e mais comuns procedimentos executados em análises hidrológicas ou ambientais. Com o advento e consolidação dos Sistemas de Informação Geográfica e, conseqüentemente, o surgimento de formas digitais consistentes de representação do relevo, como os modelos digitais de elevação (MDEs), a delimitação de bacias tem se tornado cada vez mais precisa. O delineamento e a caracterização física das bacias hidrográficas e da sua rede de drenagem é uma etapa fundamental em análises hidrológicas, de maneira que Engman (1996) afirma que o gerenciamento integrado dos recursos hídricos depende da disponibilidade de dados adequados para a construção e validação de modelos representativos dos processos hidrológicos. A bacia do córrego Samambaia foi redelimitada com base nos dados altimétricos SRTM e emprego do ArcGis (ESRI). Diante do exposto, o presente artigo apresenta a delimitação da bacia hidrográfica do córrego Samambaia, assim como de suas características morfológicas. 2. METODOLOGIA DO TRABALHO 2.1 Descrição da Área de Estudo A bacia hidrográfica do córrego Samambaia está localizada ao norte do município de Goiânia, entre as coordenadas geográficas ,50 e ,82 de latitude sul e ,78 e ,10 de longitude oeste, com área total de aproximadamente 32,67 km 2. A foz do mesmo encontra-se junto ao Rio Meia Ponte, localizada na área do Campus Samambaia da Universidade Federal de Goiás. A Figura 1 apresenta a localização da área de estudo. A bacia é considerada rural, apesar de atualmente está passando por processo de urbanização. Este processo é visível em vários pontos da bacia, com maior intensidade na margem esquerda do Córrego Samambaia. Em termos pedológicos, a área é constituída maioritariamente por latossolo vermelho escuro, associado à latossolo roxo, ambos com textura argilosa ou muito argilosa, relevo plano e suave ondulado. 5881

3 Figura 1 Localização da bacia do córrego Samambaia. 2.2 Aquisição de Dados O mapa de elevação do terreno fornece a base para o cálculo da declividade entre células adjacentes e esta determinará os caminhos a serem percorridos pela água e qual a área drenada por cada rio. O mapa de elevação do terreno pode ser obtido por meio dos modelos digitais de elevação MDE, que são representações matriciais do terreno com valores de altimetria para cada elemento de área (Lima, 2011). Existem diversas fontes para obtenção de um MDE, como por exemplo (Lima, 2011): ETOPO1 - Global Relief Model, produzido pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), o qual possui resolução de 1 grau de latitude e longitude. ASTER GDEM Global Digital Elevation Model Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer, produzido por uma parceria entre o governo do Japão e a National Aeronautics and Space Administration (NASA), com resolução espacial de 30 m. SRTM Shuttle Radar Topography Mission, um projeto internacional liderado pela National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) e pela NASA, possui resolução espacial de 90 m para o globo e resolução de 30 m para o território dos Estados Unidos. Neste estudo a delimitação da bacia e a extração das características físicas da bacia foram determinadas a partir do modelo digital de elevação (MDE), com resolução espacial de 90 m, proveniente dos dados do SRTM, obtido do banco de dados da Embrapa CNPM (Miranda et al., 2005). Para a composição de toda a área de estudo, foi necessário baixar apenas um dado SRTM compatível com a folha na escala 1: , sendo a folha SE-22-X-B. 5882

4 2.3 Delimitação da Bacia do Córrego Samambaia Fez-se uso do sofware ArcGIS 9.3, aplicativo ArcMap, considerado o módulo central e fundamental no ArgGIS, visto que nele que foram confeccionados e manipulados os mapas. Após a instalação da barra de ferramentas Hidrology e sua ativação, utilizou-se os seguintes comandos: Fill: preencher a superfície do raster removendo pequenas imperfeições; Flow Direction: avaliação de direção de fluxo; Flow Acumulation: cálculo do fluxo acumulado; Watershed: delimitação da bacia; Raster to Features: transformação para polígono. Com o polígono da bacia delimitado, utilizou-se o comando Stream Network para traçar automaticamente a rede hidrográfica, com o posterior corte através do comando Clip. Para a análise morfométrica da bacia hidrográfica foram utilizados os parâmetros apresentados na Tabela 1. Tabela 1 Parâmetros selecionados para a análise morfométrica. Parâmetro Descrição Equação Coeficiente de Compacidade Está associado à suscetibilidade de enchentes na bacia, e foi obtida com base na equação K =0,28 P A (1) K c : coeficiente de compacidade; P: perímetro (m); A: área de drenagem (m 2 ). Índice de Circularidade Refere-se à relação entre o a área da bacia e a área do circulo de perímetro igual ao da área total da bacia. I =12,57 A P (2) I c :índice de circularidade; P: perímetro (m); A: área de drenagem (m 2 ). Fator de Forma Densidade de drenagem Este índice deve ser utilizado na comparação de bacias de áreas semelhantes. É também um indicativo da possibilidade de enchentes Este índice constitui um indicativo muito importante do escoamento superficial da água, o que reflete uma maior ou menor intensidade dos processos erosivos na esculturação dos canais. K = A L (3) K f : fator de forma; P: perímetro (m); L:comprimento do curso principal da bacia (m). D = L A (4) D d : Densidade de drenagem (m/m 2 ); L: o comprimento total dos cursos da bacia (m); A: área de drenagem (m 2 ). 5883

5 Tempo de concentração Obtido a partir do emprego de dois métodos o direto, calculando explicitamente todos os tempos do escoamento em todos os percursos da bacia, e o método empírico proposto por Tsuchiya em Método de Tsuchiya (1978) t =0,83 L S, (5) t c : tempo de concentração (min); S: declividade do talvegue (m/m); L: comprimento do talvegue (km). 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A delimitação da bacia hidrográfica do córrego Samambaia e de sua rede de drenagem foram obtidas em função do modelo digital de elevação adotado no trabalho (SRTM). Nas Figuras 2 é possível visualizar os limites e a rede de drenagem da bacia hidrográfica em estudo. Figura 2 - Mapa dos limites da bacia (a) e rede de drenagem (b) da bacia hidrográfica do córrego Samambaia a partir do MDE. Na Tabela 1 são apresentados os resultados da caracterização morfológicas da bacia em estudo. A bacia hidrográfica é um elemento básico para a geração de modelos de predição do escoamento, neste contexto a bacia do córrego Samambaia pertencentes ao município de Goiânia- GO apresenta área de drenagem de 32,67 Km² com perímetro de 14,06 Km, caracterizando uma bacia de pequeno porte. O coeficiente de compacidade observado foi de 1,45. Segundo Cardoso et al. (2006) um coeficiente mínimo igual à unidade corresponderia a uma bacia circular e, para uma bacia alongada, seu valor é significativamente superior a 1. Uma bacia será mais suscetível a enchentes mais acentuadas quando seu coeficiente for mais próximo da unidade. Em relação 5884

6 ao índice de circularidade e fator de forma, observa-se que os valores foram iguais a 0,32 e 0,037, respectivamente. Desta forma, a partir dos três parâmetros analisado pode-se constatar que a bacia apresenta forma mais alongada, conforme pode ser visualizado na Figura 3, não favorecendo a inundação e topologia favorável ao escoamento superficial quando esses parâmetros são considerados isoladamente e em condições normais de precipitação. Tabela 2 Características da bacia hidrográfica do córrego Samambaia. Características Físicas Unidade de Medida Resultados Área de drenagem Km 2 32,67 Perímetros Km 29,78 Comprimento do rio principal Km 10,92 Comprimento total dos canais Km 22,74 Coeficiente de compacidade -- 1,45 Índice de circularidade -- 0,46 Fator de forma -- 0,037 Declividade média da bacia m/m 0,0293 Declividade média do rio principal m/m 0,0114 Densidade de drenagem Km/km 2 0,695 Altitude média da bacia m 775 Tempo de concentração (tc) (Método de Tsuchiya) minutos 75,41 Tempo de concentração (tc) (Método direto) minutos 76,32 O relevo de uma bacia tem forte influencia sobre os fatores hidrológicos, pois a velocidade do escoamento superficial e consequentemente o tempo de concentração são determinados pela inclinação do terreno. A declividade média de uma bacia hidrográfica tem elevada importante no escoamento superficial da água, dentre outros processos. Desta forma, verifica-se que a bacia do córrego Samambaia apresenta declividade média igual 2,93% enquanto seu curso principal, o córrego Samambaia, apresenta valor igual a 1,14%. Conforme a classificação do IBGE (2007), essa a bacia pode ser considerada como de relevo plano, uma vez que sua declividade é inferior a 3%. Quanto ao tempo de concentração, que representa o tempo em que toda a área da bacia estará contribuindo para o escoamento, desde que a duração da chuva excedente seja no mínimo igual ao tempo de concentração, foi obtido através de dois métodos, o método de Tsuchiya e o método direto, obtendo-se valores iguais a 75,41 e 76,32 minutos, respectivamente. O tempo de concentração tem relação com o fato da forma da bacia se afastar da forma de uma circunferência, o que retarda o tempo de concentração, além de outros fatores. É importante salientar que o tempo de concentração de uma bacia hidrográfica, principalmente, no caso de pequenas bacias urbanas, é um parâmetro importante para a estimativa de vazões de cheia. O mapa altimétrico é a representação do relevo médio de uma bacia, mostrando a variação da elevação de vários terrenos na área da bacia. Esse mapa para a bacia do córrego 5885

7 Samambaia pode ser visualizado na Figura 3, onde se observa que a área de drenagem está compreendida entre as 702 a 878 m, sendo que grande parte da área se localizam entre as altitudes de 702 a 768 m, apresentando altitude média de 775 m. Ressalta-se que o mapa altimétrico foi construído a partir dos dados do MDE oriundo do SRTM. Figura 3 - Mapa altimétrico para a bacia do córrego Samambaia. 4. CONCLUSÕES Diante dos resultados, pode ser concluir que a bacia hidrográfica do córrego Samambaia é uma bacia pequena, com área de drenagem de 32,67 Km 2 com forma alongada, que pode ser comprovado pelos valores obtidos quanto ao coeficiente de compacidade (1,45), fator de forma (0,037), e índice de circularidade (0,46), não favorecendo a inundação quando esses parâmetros são considerados isoladamente e em condições normais de precipitação. Ressalta-se que análise morfológica é essencial na delimitação de bacias hidrográficas, por meio dessa análise torna-se possível a construção modelos hidrológicos e uma diversidade de cálculos matemáticos envolvendo a bacia hidrográfica, além de revela o comportamento da bacia perante as precipitações. Com relação à declividade média encontrada para a bacia o valor foi de 2,93%, caracterizando o relevo como plano e com baixa capacidade de drenagem, comprovada pela 5886

8 densidade de drenagem igual a 0,695 Km/Km 2. Vale destacar que altitude média da bacia é de 775 m. Por fim, ficou comprovado que o uso das geotecnologias como o MDE e o SIG possibilitou, sem dúvida, um levantamento mais rápido e detalhado da bacia hidrográfica. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Araújo, E. P.; Teles, M. G. L.; Lago, W. J. S. Delimitação das bacias hidrográficas da Ilha do Maranhão a partir de dados SRTM. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 14, Anais... Natal: INPE, 2009, p Cardoso, A. C.; Dias, H. C. T.; Soares, C. P. B.; Martins, S. V. Caracterização morfométrica da bacia hidrográfica do rio Debossan, Nova Friburgo, RJ. Revista Árvore, v. 30, n. 2, p , Engman, E. T. Remote sensing applications to hydrology. Future Impact. Hydrology Sciencies Journal, v. 41, n. 4, p , 1996 IBGE. Instituto Brasileiro de Geografi a e Estatística. Manual técnico de pedologia. 2. Ed Disponível em: < /sistematizacao/manual_pedologia.shtm>. Acessado em: 10 jul Johnson, L. E. Geographic information systems in water resources engineering. Ed. Ilustrada. New York: IWA Pub p. Lima, L. S. Implementação de um modelo hidrológico distribuído na plataforma de modelagem dinâmica EGO f. Dissertação (Mestrado), Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte. Magalhães, L.P.C. Modelo integrada para simulação de sistemas hídricos f. Dissertação (Mestrado), Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro. Miranda, E. E.; (Coord.). Brasil em Relevo. Campinas: Embrapa Monitoramento por Satélite, Disponível em: < Acesso em: 10 jun Moore, I. D.; Grayson, R. B.; Ladson, A. R. Digital terrain modeling: a review of hydrological, geomorphological, and biological applications. Hydrological Processes, v. 5, p. 3-30, SIEG. Sistema Estadual de Estatística e de Informações Geográficas de Goiás. Base cartográfica e mapas temáticos do Estado de Goiás. Disponível em: < Acessado em: 09 jun