SNIRH: AS SUAS NOVAS FUNCIONALIDADES

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1 SNIRH: AS SUAS NOVAS FUNCIONALIDADES Rui Rodrigues Engº Civil, PhD, Director dos Serviços de Recursos Hídricos (DSRH), INAG João Ribeiro da Costa Engº Civil, PhD, Director Chiron, Sistemas de Informação, Lda Rodrigo Oliveira Engº Civil, PhD, Director da Unidade de Ambiente Chiron, Sistemas de Informação, Lda Felisbina Quadrado Engª do Ambiente, Chefe de Divisão DSRH, INAG Ana Rita Lopes Geóloga, MSc, DSRH, INAG Resumo: O Sistema Nacional de Informação sobre Recursos Hídricos, SNIRH, foi criado pelo INAG em 1995, e tem estado em funcionamento ininterrupto desde dessa data. O SNIRH tem vindo a sofrer sucessivas actualizações com o objectivo de diversificar o tipo de monitorização de Recursos Hídricos contemplado, triar mais eficazmente a qualidade dos dados armazenados, facilitar o acesso à informação e incrementar a capacidade de análise e geração de informação para os técnicos do Ministério do Ambiente afecto aos organismos de planeamento e gestão de recursos hídricos (INAG e DRA s). As inovações mais recentes incluem as aplicações de análise do cumprimento do DL nº 236/98, de estimação de curvas de vazão e de gestão dos recursos hídricos subterrâneos. Prevê-se também para muito breve a instalação de nós regionais do SNIRH nas Direcções Regionais de Ambiente. Nesta comunicação descrevem-se sumariamente os princípios básicos deste sistema de informação e apresentam-se em maior detalhe as suas inovações mais recentes. Palavras-chave: SNIRH, INAG, Dados, Informação, Recursos Hídricos 1

2 1. Introdução O Sistema Nacional de Informação sobre Recursos Hídricos (SNIRH) foi criado pelo INAG em 1995, com base em trabalho desenvolvido em 1988 e1989. O SNIRH tem estado em funcionamento ininterrupto desde dessa data, e ao longo destes 4 anos tem sofrido várias actualizações, sempre com o objectivo de diversificar o tipo de monitorização de Recursos Hídricos contemplado, triar mais eficazmente a qualidade dos dados armazenados, facilitar o acesso à informação e incrementar a capacidade de análise e geração de informação para os técnicos do Ministério do Ambiente afecto aos organismos de planeamento e gestão de recursos hídricos (INAG e DRA s). O SNIRH é hoje um sistema apontado como um exemplo a seguir pela Comissão Europeia, como indica a sua inclusão numa reduzida lista de 11 projectos compilada pelo forum ENWAP (European Telematics for Water and Air Pollution Management), sendo o único projecto dessa lista que não foi financiado pela Comissão (ENWAP 1998). Entre as várias actualizações realizadas, destaca-se a disponibilização, em 1997, dos dados armazenados a toda a comunidade técnica e científica nacional e internacional através da internet, um marco pioneiro que mereceu o prémio Descartes de Uma outra comunicação a esta conferência apresenta a interface web do SNIRH, que em 1998 sofreu uma profunda renovação (Marques et al. 1999). Recentemente, o SNIRH viu surgir mais duas aplicações, uma para verificação do cumprimento do DL 236/98 e outra para o cálculo, gestão e aplicação de curvas de vazão. Encontra-se também em fase de desenvolvimento uma última aplicação para a gestão e consulta dos dados relativos às águas subterrâneas. O trabalho desenvolvido ao longo de 10 anos, e sobretudo desde de 1995, e a robustez e maturidade alcançadas pelo sistema permitem agora avançar mais um passo na evolução do SNIRH: a criação de nós regionais nas Direcções Regionais de Ambiente. Este desenvolvimento permitirá dar aos técnicos da DRA as mesmas condições de acesso ao SNIRH que actualmente os técnicos do INAG dispõem. Esta comunicação pretende explicar filosofia e a estrutura do SNIRH, e a apresentar as suas inovações mais recentes, com destaque para a criação dos nós regionais. 2. Estrutura do SNIRH O SNIRH possui uma arquitectura servidor-cliente. A Figura 1 apresenta um esquema do SNIRH. No lado do servidor encontra-se uma base de dados ORACLE que contém todos os dados alfa-numéricos e geográficos. A utilização de um gestor de base de dados como o 2

3 ORACLE para armazenar e gerir dados permite o controlo rigoroso das permissões de carregamento, acesso e de alteração que é impossível impor se os dados forem guardados no file-system de um computador ou em bases de dados do tipo Access ou File Maker. Servidor UNIX com ORACLE Dados Rede local Servidor NT Aplicações windows Servidor de web Internet CGI, Java, ActiveX Figura 1 Estrutura do SNIRH 3

4 Os dados alfanuméricos são armazenados numa estrutura de tabelas ORACLE, especialmente desenvolvida para o efeito ao longo de 10 anos (Costa e Lacerda, 1995; Costa et al., 1995, Costa et al. 1998). Essa estrutura permite a definição dos conceitos de redes de monitorização, estações, magnitudes, parâmetros, métodos de medição e séries de tempo. No âmbito desta estrutura, o parâmetro Precipitação diária é definido como a integração ao longo de um dia da magnitude Precipitação, enquanto que a precipitação mensal é definida como a integração ao longo de um mês da mesma magnitude Precipitação. É assim possível transformar dados diários em dados mensais e anuais, porque estes três parâmetros estão relacionados através de uma magnitude comum. É também possível definir parâmetros em função de várias magnitudes, de que é exemplo o caudal mássico de CBO5 (o resultado da multiplicação do caudal com a concentração de CBO5). Associado a cada parâmetro está sempre associado um método de medição, que no caso da precipitação pode ser udómetro, udógrafo ou radar. No caso da concentração de nitratos o método pode ser espectofotometria de absorção molecular ou cromatografia iónica. No que respeita ao armazenamento dos dados geográficos duas soluções estão neste momento em funcionamento: o armazenamento no file system dos sistema operativo e o armazenamento na base de dados. O armazenamento no file-system, em vez de na base de dados, não garante as condições de segurança e o controlo de acesso necessários para um sistema da dimensão do SNIRH. Um utilizador pode, por exemplo, apagar inadvertidamente um dado tema geográfico ou distribuir outro sobre o qual recaiam direitos de autor. Para armazenar os dados geográficos na base de dados, com todas as vantagens que daí advêm, o INAG optou pela utilização do software SDE para ORACLE (Spatial Data Engine). Este software encontra-se instalado e configurado e já foram desenvolvidas aplicações para o carregamento dos temas geográficos na base de dados ORACLE, assim como para a sua gestão, acesso, visualização, análise e distribuição. A apresentação dessas aplicações é objecto de uma outra comunicação a esta conferência. Retomando a descrição da arquitectura servidor-cliente do SNIRH (Figura 1), existem no lado do cliente um conjunto de aplicações que permitem o carregamento, gestão, acesso e análise dos dados armazenados. O acesso aos dados armazenados pode ser realizado através de conjunto de ferramentas desenvolvidas para ambiente Windows ou através de procedimentos integrados nas páginas da internet, que recorrem a CGI, Java, Javascript ou ActiveX. As limitações da tecnologia da internet implicam que as capacidades, rapidez de acesso aos dados e facilidade de uso das aplicações desenvolvidas para este ambiente são inferiores às aplicações Windows. As aplicações na internet tem, no entanto, a vantagem de poderem ser utilizadas em qualquer ponto do planeta sem exigirem a instalação de qualquer tipo de software. A existência de um browser e de um ponto de acesso à internet são os únicos requerimentos para a sua utilização. 4

5 Devido às limitação das aplicação para a internet, as tarefas de maior complexidade, que exijem interfaces amigáveis para uma maior interacção entre o utilizador e o SNIRH são realizadas através de aplicações Windows. Acresce, que este tipo de software corre nas redes locais que, por possuírem maior débito, permite uma maior rapidez de acesso à base de dados. Para evitar a instalação destas aplicações em todos os computadores da rede local, estas encontram-se num servidor Windows e são acessíveis a todos os computadores da rede local. Infelizmente, não é possível aceder a estas aplicações via internet. Neste momento, existem 8 aplicações Windows que interagem com a base de dados para realizar diversas funções. A secção 3 desta comunicação descreve sumariamente cada uma destas aplicações, enquanto que a secção 4 apresenta em maior pormenor as aplicações mais recentes. Com a instalação dos nós regionais do SNIRH, estas aplicações ficarão disponíveis a todos os técnicos da DRA que passarão a dispor das mesmas condições de acesso e análise que actualmente dispõe os técnicos do INAG. A secção 5 apresenta os princípios básicos da regionalização do SNIRH. 3. Breve descrição das aplicações do SNIRH 3.1. Consulta de dados (SNIRHSER) O programa de consulta, conhecido no INAG por SNIRHSER, constitui uma ferramenta de grande utilidade na análise das séries temporais das variáveis hidrometeorológicas armazenadas no sistema ou disponíveis no file system. É a ferramenta base para o acesso, visualização e exportação dos dados armazenados no SNIRH. O utilizador obtém séries pesquisando a base de dados a partir de listagens das redes de monitorização, estações da rede seleccionada e parâmetros observados na estação seleccionada. As séries podem ser visualizadas através de gráficos temporais, histogramas ou funções de probabilidade empírica. É ainda possível comparar os valores de duas variáveis (série X versus série Y) ou produzir gráficos de distância à foz. Todos os dados armazenados podem ser facilmente exportados em formato CSV para Excel ou para outra qualquer aplicação Gestão de redes O programa de gestão de redes constitui uma ferramenta essencial na gestão da informação associada ao conjunto das redes de monitorização. Permite armazenar, consultar e editar toda informação referente às diversas estações, nomeadamente a localização, objectivo da estação, e o seu historial no que diz respeito aos aparelhos instalados, entidades instaladoras, entidades exploradoras e operadores responsáveis. 5

6 3.3. Gestão do SNIRH Esta aplicação permite a criação, alteração ou remoção de redes de monitorização, estações ou parâmetros monitorizados, e ainda a alteração de valores previamente armazenados. Permite ainda gerir as permissões dos diversos utilizadores. É a aplicação de gestão de todo o sistema de informação que só deve ser utilizada por uma única pessoa, o gestor do sistema Carregamento de dados O carregamento de dados no SNIRH pode ser realizado por duas formas: i) introdução interactiva de dados, através das várias janelas que o programa disponibiliza para o efeito; ii) introdução de dados a partir de ficheiros. A esmagadora maioria dos dados são carregados a partir de ficheiros que podem ser preparados utilizando qualquer software incluindo o Excel Consulta de dados de operação de albufeiras O programa de consulta dos dados de albufeira permite o acesso e visualização de dados referentes à operação de albufeiras. Os volumes armazenados, os escoamentos afluentes e os escoamentos lançados para os diversos fins podem ser visualizados sob a forma de tabelas ou gráficos. A grande mais valia desta aplicação é, para além da sua capacidade de produção dos relatórios anuais de operação das albufeiras, assistir à Comissão de Gestão de Albufeiras, criada pelo DL nº 21/ Qualidade de água O programa de análise da qualidade de água permite realizar de forma automática a verificação dos vários anexos do DL 236/98, de 1 de Agosto, e classificar a qualidade de água de um curso de água de acordo com o sistema de classificação de usos múltiplos (classes de A a E) adoptado pelo INAG. A classificação é realizada para o conjunto de estações e para o período de análise seleccionado pelo utilizador e é feita parâmetro a parâmetro. Os resultados obtidos podem ser vistos sob a forma de tabelas coloridas e podem ser exportados para o Excel para posterior inclusão em relatórios Hidrometria O programa de hidrometria permite o cálculo dos parâmetros da curva de vazão a partir dos resultados das medições de caudal, os pares (h,q), ou ainda a partir dos dados de base que dão origem a essas medições, os ternos (x,y,v). O utilizador tem a possibilidade de seleccionar o conjunto de pontos que quer utilizar para estimar a curva de vazão bem como o método de cálculo do ajustamento. Após o seu cálculo pode especificar o período temporal e o intervalo de alturas hidrométricas em que a curva é válida. As capacidade gráficas da aplicação incluem o perfil transversal da secção, a variação da velocidade de escoamento ao 6

7 longo da largura da secção e a visualização do ajustamento da curva de vazão calculada ou armazenada a um conjunto de pontos Águas subterrâneas A aplicação de águas subterrâneas visa permitir carregar, gerir e aceder aos dados disponíveis no INAG sobre esta fase do ciclo hidrológico. Na próxima secção descreve-se em maior pormenor as funcionalidade desta nova ferramenta do SNIRH Aplicações sobre dados geográficos O mundo SNIRH dispõe ainda de aplicações que gerem dados geográficos e que permitem a sua análise conjunta com os dados das séries de tempo provenientes das redes de monitorização. Uma outra comunicação a esta conferência aborda estas aplicações. 4. As inovações mais recentes do SNIRH 4.1. Qualidade de água A verificação do cumprimento dos vários anexos do DL 236/98, assim como a aplicação do sistema de classificação da qualidade de água dos cursos de água é uma tarefa morosa e repetitiva se realizada manualmente, devido ao elevado número de parâmetros e de valores que é necessário analisar. Para realizar esta tarefa foi desenvolvida uma aplicação que acede aos dados armazenados no SNIRH e os trata de modo a permitir a sua comparação com os valores estipulados na legislação e nos procedimentos de classificação da qualidade de água propostos pelo INAG. Os resultados destas análises são apresentados sob a forma de tabelas de fácil consulta, e que podem ser exportados para serem incluídos em pareceres ou relatórios. Figura 2 Verificação ao cumprimento da lei e classificação da qualidade A Figura 2 mostra os resultados globais da verificação do cumprimento da legislação e da aplicação do sistema de classificação do INAG aos dados observados numa dada estação. Dado que os resultados finais globais, referentes a uma dada estação, são por vezes 7

8 determinados pelos valores observados de um conjunto reduzido de parâmetros, é sempre possível analisar em detalhe os cálculos realizados para identificar porque é que a estação não cumpre a legislação ou porque é que foi incluída numa dada classe (Figura 3). Figura 3 Análise detalhada da verificação da lei 8

9 Assim, é sempre possível ao utilizador decidir sobre a validade da classificação obtida, tendo em conta o número de amostras por parâmetro existente ou outras condicionantes que desejar aplicar. Muito embora seja um procedimento automatizado, o utilizador controla e verifica facilmente os resultados obtidos, sendo por isso uma ferramenta dinâmica e perfeitamente aberta Hidrometria A aplicação de hidrometria foi desenvolvida com o intuito principal de satisfazer as necessidades das brigadas hidrométricas, no que respeita ao armazenamento, gestão e utilização dos dados provenientes das medições de caudal que são a base do cálculo de curvas de vazão. A aplicação utiliza o conceito de medição numa dada estação da rede hidrométrica ao qual estão associados os dados relativos ao levantamento de uma secção transversal de um rio e os dados da medição de velocidade em diversos pontos. A partir destes valores a aplicação calcula o resultado da medição definido pelo par (h,q), em que h é a altura média do nível de água e Q o caudal medido. A aplicação permite a visualização da secção transversal do rio ou do perfil de velocidades. Dado que pode já não ser possível obter nos arquivos do INAG e das DRA s os dados base que conduziram às medições de caudal mais antigas, optou-se por também permitir o carregamento directo dos pares (h,q) sem exigir a inserção dos dados referentes ao levantamento da secção transversal e das medições de velocidade. Seleccionando um conjunto de medições de uma dada estação, a aplicação calcula a equação da curva que melhor se ajusta aos pontos seleccionados. A equação utilizada é a tradicional Q a ( h ) b =, sendo os parâmetros a e b estimados pelo método dos mínimos h o quadrados ponderados. De acordo com este método o utilizador pode associar a uma dada medição um peso maior para garantir um melhor ajustamento da equação a esse ponto. Utilizando diferentes conjuntos de medições, o utilizador pode calcular várias equações e visualizá-las no monitor. Para definir uma curva de vazão, o utilizador terá de seleccionar o conjunto de equações que irão constituir a curva de vazão. Cada curva seleccionada constitui um troço da curva de vazão, sendo as intersecções entre cada troço calculadas pela aplicação. Após o cálculo das intersecções dos vários troços, o utilizador terá de registar a curva de vazão, necessitando para tal de definir um período de validade e uma gama de valores de altura hidrométrica para a qual a curva é válida. As curvas de vazão registadas são utilizadas para calcular a série de tempo do caudal a partir do nível hidrométrico. 9

10 4.3. Águas subterrâneas A aplicação de águas subterrâneas visa permitir carregar, gerir e aceder a este tipo de dados que inclui a identificação, localização e caracterização de poços, piezómetros, captações, nascentes, charcas e outros pontos de água, e ainda os registos de ensaios realizados ou os perfis litológicos e estatigráficos disponíveis. O acesso aos dados é realizado através de uma janela que contém uma listagem dos pontos de água (Figura 4). O conjunto de pontos listados é aquele que satisfaz as condições inseridas no painel inferior. É assim possível seleccionar os pontos de um dado tipo ou os localizados num dado concelho ou freguesia. No exemplo da Figura 4 estão seleccionados os pontos de água do concelho de Aveiro. É também possível realizar pesquisas compostas que incluam várias condições sobre código, nome, freguesia concelho ou tipo de ponto de água. Figura 4 Lista de pontos de água A partir dessa lista é possível aceder à informação sobre um dado ponto, criar um novo ponto ou remover um ponto de água. Seleccionando um dado ponto acede-se a uma segunda janela que contém toda a informação sobre o ponto de água seleccionado. Dada a quantidade de informação existente sobre cada ponto, esta está agrupada por categorias. A Figura 4 mostra um exemplo de como a informação referente à categoria Identificação é apresentada. Alguns dos campos dos formulários fazem referência a um thesaurus, isto é só podem completados por um termo incluído numa lista pré-definida, mas que em qualquer momento pode ser acrescentada. 10

11 Figura 5 Exemplo de um formulário A aplicação tem a capacidade de produzir, imprimir e exportar relatórios que é necessário produzir frequentemente. São exemplos deste tipo de documentos, o relatório sobre um dado furo ou a listagem de todos os furos de um dado concelho, bacia ou aquífero. Existe um conjunto de informação que é mais facilmente perceptível pelo leitor se for apresentada sob a forma gráfica (desenhos, esquemas, ou perfis). São exemplos deste tipo de informação o esquema de um furo com as camadas litológicas perfuradas e com a localização de revestimentos e ralos, ou ainda um perfil litológico ao longo de uma dada directriz. A aplicação desenha de forma automática este tipo peças gráficas a partir do painel que contém a informação necessária ao desenho. Está também a ser desenvolvida uma interface GIS que permita. na aplicação aceder à informação sobre os pontos de água através da selecção de um ou mais pontos num mapa de pontos de água. Através de uma query espacial, por exemplo todos os pontos que ficam a menos de 2 km de uma determinada captação, é possível identificar um conjunto de pontos cujas características se pretende analisar em pormenor. Essa análise poderá ser realizada através da consulta da informação disponível nos vários painéis da aplicação. Em qualquer momento pode ser impresso um relatório sobre qualquer ponto seleccionado. Por outro lado, será possível localizar num mapa um ponto que tenha sido identificado na interface alfanumérica e que esteja a ser objecto de análise. 5. A criação dos nós regionais do SNIRH Desde do início dos trabalhos de desenvolvimento do SNIRH que está o alargamento deste sistema de informação às Direcções Regionais de Ambiente. A necessidade de desenvolver e consolidar o SNIRH, antes de o distribuir por cinco nós regionais, e a 11

12 inexistência nas DRA s do equipamento informático necessário implicou que só agora tenha sido possível reunir as condições para avançar com este processo. Até a este momento, as DRA s apenas podiam aceder ao SNIRH através da sua interface web. Com a instalação dos nós regionais, as DRA s passam a dispor das mesmas condições de acesso e análise dos dados do SNIRH que os técnicos do INAG detêm. A criação dos nós regionais implica a instalação nas redes locais das DRA s dos dois servidores indicados na Figura 1, um para armazenamento da base de dados e outro para instalação das aplicações Windows. É ainda necessário garantir uma ligação permanente e fiável das redes locais das DRA s ao INAG. A existência de 5 nós regionais nas DRA s e de um nó central no INAG levanta, no entanto, uma série de problemas no que respeita ao carregamento de dados nos vários nós e consequente actualização dos restantes nós. Quem carrega os dados provenientes de uma estação de fronteira com interesse para duas ou mais DRA s? O que fazer quando duas DRA s carregam a mesma série, e uma delas comete um erro? Como identificar de forma automática quem cometeu o erro? Como evitar a ocorrência de erros e como corrigi-los? Para evitar os problemas que decorrem desta necessidade de compatibilizar sistemas paralelos com capacidade de introdução de dados, optou-se por realizar o carregamento de dados em duas fases. De acordo com o esquema arquitectado, as DRA s realizam um précarregamento dos dados, preparando os ficheiros com os dados provenientes das estações que operam. Estes ficheiros, depois de verificados e validados, são enviados para o INAG por e- mail, que de imediato se encarrega de realizar a segunda fase do carregamento, importando os ficheiros para o SNIRH. Periodicamente são realizadas cópias dos dados existentes no INAG para os nós regionais. O processo de cópia é realizado via rede, coordenado por um dos computadores do INAG. O processo é efectuado manualmente ou desencadeado automaticamente em intervalos regulares. Em períodos de grande esforço de carregamento, os nós regionais podem ser actualizados semanalmente, ou no limite diariamente, enquanto que em períodos de acalmia apenas se fazem actualizações mensais. Este processo permite que as DRA s disponham permanentemente de uma cópia local, que é actualizada periodicamente de acordo com as circunstâncias, dos dados armazenados no INAG e provenientes de todas as DRA s. 6. Considerações finais Desde do seu lançamento que o Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos tem vindo a sofrer sucessivas actualizações de modo a poder servir melhor os técnicos do INAG e, no futuro muito próximo, os técnicos das DRA s. O SNIRH foi também 12

13 desenvolvido para servir a comunidade técnica e científica nacional, que desde 1997 pode também aceder ao SNIRH através da sua interface web. As capacidades actuais do SNIRH fazem dele um auxiliar fundamental na gestão e planeamento dos recursos hídricos nacionais. O SNIRH tem vindo a apoiar os trabalhos de desenvolvimento dos Planos de Bacia Hidrográfica e espera-se que a quantidade e qualidade dos dados, alfanuméricos e geográficos, armazenados no sistema sofra um forte incremento em resultado deste enorme esforço nacional. 7. Bibliografia Costa, J.R e M. Lacerda, 1995 Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos, INAG. Costa, J.R, H.B. Jesus e M. Lacerda, 1995 Integrating GIS and time-serie analysis for water resources management in Portugal. Costa, J.R. B.Engel, R. Hinkle and R. Oliveira, GIS, models and time-series integration in the Kennedy Space Center Environmental Information System, Proceedings of GisPlanet 98. ENWAP, ENWAP User Forum Report, Telematics Applications Programme , UE. Marques, M.; Quadrado, F.; Rodrigues, R. A nova interface do site SNIRH. Comunicação a este Simpósio. 13