BASE HIDROGRÁFICA OTTOCODIFICADA MULTIESCALAS MULTI SCALE OTTOCODING HYDROGRAPHIC BASE

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1 BASE HIDROGRÁFICA OTTOCODIFICADA MULTIESCALAS Alexandre de Amorim Teixeira 1 * & Aldir José Borelli 2 & Fábio Vicente Ferreira 3 & Daniel Assumpção Costa Ferreira 4 & Marcus André Fuckner 5 & Agustin Justo Trigo 6 & Gustavo Souto Fontes Molleri 7 & Filipe Sampaio Casulari Pinhati 8 & Rogério Vidal de Siqueira 9 & Douglas Gasparini de Lima 10 & Marcio Bomfim Pereira Pinto 11 & Alexandre Lima de Figueiredo Teixeira 12 Resumo A Base Hidrográfica Ottocodificada Multiescala compreende a produção contínua de dados hidrográficos de maior detalhe cartográfico que serve de referência para o cálculo das informações sobre a situação qualitativa e quantitativa dos recursos hídricos no Brasil para o Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos (SNIRH), instrumento de gestão definido na Lei Federal no de 08 de janeiro de 1997, que institui a Política Nacional de Recursos Hídricos. Desde 2004, a Agência Nacional de Águas(ANA) trabalha na produção dessa base hidrográfica de referência para o SNIRH, mas somente em 2012 é que foi possível expandir o volume de dados processados em uma única base por meio de um sistema de banco de dados espaciais, com funcionalidades desenvolvidas especificamente para esse negócio, intitulado projeto pghydro. A Base Hidrográfica Ottocodificada Multiescala mais atual compreende trechos de drenagem derivados do mapeamento cartográfico nas escalas 1: , 1: , 1: e 1: As áreas de contribuição hidrográfica foram obtidas a partir de modelos digitais de elevação hidrologicamente consistentes. Palavras-Chave recursos hídricos, Otto Pfafstetter, hidrografia. MULTI SCALE OTTOCODING HYDROGRAPHIC BASE Abstract The Multi scale Ottocoding Hydrographic Base comprises the continuous production of hydrographic data in cartographic detail serving as a reference for calculating information on qualitative and quantitative status of water resources in Brazil for the National Water Resources Information (SNIRH), management instrument defined in Federal Law of January 8 th, 1997, establishing the National Water Resources Policy. Since 2004, the National Water Agency (ANA) works in the production of this river baseline for SNIRH, but only in 2012 it was possible to expand the volume of data processed in a single base using spatial database system, with features developed specifically for this issue, entitled pghydro project. The more recent Multi scale Hydrographic Ottocoding Base comprises 1,366,835 drainages derived from cartographic mapping in scales 1: 1,000,000, 1: 250,000, 1: 100,000 and 1: 50,000. The hydrographic contributing areas were obtained from hydrologically consistent digital elevation models. Keywords water resources, Otto Pfafstetter, hydrography. 1 Especialista em Geoprocessamento, Agência Nacional de Águas (ANA), Brasília, (DF), Brasil. alexandre.amorim@ana.gov.br. 2 Especialista em Geoprocessamento, Agência Nacional de Águas (ANA), Brasília, (DF), Brasil. aldir.borelli@ana.gov.br 3 Especialista em Geoprocessamento, Agência Nacional de Águas (ANA), Brasília, (DF), Brasil. fabio.ferreira@ana.gov.br 4 Especialista em Geoprocessamento, Agência Nacional de Águas (ANA), Brasília, (DF), Brasil. daniel.ferreira@ana.gov.br 5 Especialista em Geoprocessamento, Agência Nacional de Águas (ANA), Brasília, (DF), Brasil. marcus.fuckner@ana.gov.br 6 Especialista em Geoprocessamento, Agência Nacional de Águas (ANA), Brasília, (DF), Brasil. agustin.trigo@ana.gov.br 7 Especialista em Geoprocessamento, Agência Nacional de Águas (ANA), Brasília, (DF), Brasil. gustavo.molleri@ana.gov.br 8 Especialista em Geoprocessamento, Agência Nacional de Águas (ANA), Brasília, (DF), Brasil. filipe.pinhati@ana.gov.br 9 Agência Nacional de Águas (ANA), Brasília, (DF), Brasil. rogerio.siqueira@ana.gov.br 10 Agência Nacional de Águas (ANA), Brasília, (DF), Brasil. douglas.lima@ana.gov.br 11 Especialista em Geoprocessamento, Agência Nacional de Águas (ANA), Brasília, (DF), Brasil. marcio.bomfim@ana.gov.br 12 Especialista em Geoprocessamento, Agência Nacional de Águas (ANA), Brasília, (DF), Brasil. alexlima@ana.gov.br * Autor Correspondente. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 INTRODUÇÃO A Lei Federal no 9.433, de 08 de janeiro de 1997 (Brasil, 1997) institui a Política Nacional de Recursos Hídricos (PNRH) e cria o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (SINGREH). Um dos instrumentos da PNRH estabelecida por essa lei é a criação do Sistema de Informações sobre Recursos Hídricos, que compreende coleta, tratamento, armazenamento e recuperação de informações sobre recursos hídricos e fatores intervenientes em sua gestão. Os dados gerados pelos órgãos integrantes do SINGREH são incorporados ao Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos (SNIRH), que tem como princípios básicos a descentralização da obtenção e produção de dados e informações, a coordenação unificada do sistema e o acesso aos dados e informações garantidos a toda a sociedade (Brasil, 1997). O art. 27 da Lei (Brasil, 1997) define os objetivos do SNIRH como: reunir, organizar, dar consistência e divulgar os dados e informações sobre a situação qualitativa e quantitativa dos recursos hídricos no Brasil; atualizar permanentemente as informações sobre disponibilidade e demanda de recursos hídricos em todo o território nacional; e fornecer subsídios para a elaboração dos Planos de Recursos Hídricos. A construção de uma base hidrográfica ottocodificada tem como objetivo compatibilizar as unidades de gestão utilizadas em recursos hídricos, visto que a Lei no (Brasil, 1997) define a bacia hidrográfica como unidade de planejamento e gestão dos recursos hídricos nacionais e a Resolução no 30 do Conselho Nacional de Recursos Hídricos (CNRH) (Brasil, 2003) adota o sistema de codificação de bacias hidrográficas proposta por Pfafstetter (1989) como instrumento de referência utilizado na Política Nacional de Recursos Hídricos (PNRH). Dentre os esforços de atendimento aos objetivos do SNIRH, especificamente no que se refere à modelagem e ao tratamento dos dados geoespaciais da rede hidrográfica que compõem o banco de dados desse sistema, a Agência Nacional de Águas (ANA), por meio da COPPETEC/UFRJ (2001), com a contribuição do engenheiro Flávio José Lyra da Silva, começou o desenvolvimento da construção da base hidrográfica ottocodificada em sistema de informações geográficas (SIG) e passou a utilizá-la como suporte à gestão em seus processos internos (Teixeira et al., 2007). Desde então, a metodologia de construção da base hidrográfica ottocodificada vem sendo aprimorada internamente na Agência Nacional de Águas (ANA) e ajustada às necessidades de integração com sistema de banco de dados espaciais. Essa primeira versão da base hidrográfica ottocodificada utilizou o mapeamento sistemático da carta do IBGE na escala do milionésimo e a hidrografia fora do Brasil utilizou o mapeamento sistemático de todos os países da América do Sul com exceção do Suriname por meio do Projeto Digital Chart of the World Server, compatível com a escala 1: As áreas de contribuição hidrográfica para cada trecho de drenagem foram geradas a partir da equidistância entre os trechos de drenagem utilizando um interpolador local, determinístico e exato que leva em consideração somente a distância entre os trechos de cursos d água. No caso de bacias costeiras, utiliza-se a linha de costa como sendo o curso d água principal da bacia onde a foz, ou fim da drenagem, seria considerada como o ponto da linha de costa mais a Norte, em sentido horário, e o ponto da linha de costa mais a Sul é considerado como o início da rede de drenagem (Teixeira et al., 2007). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 BASE HIDROGRÁFICA OTTOCODIFICADA MULTIESCALAS Com a disponibilização de novas fontes de dados cartográficos de escala maior viu-se a necessidade de incorporação contínua dessas informações à base hidrográfica ottocodificada, surgindo assim a base hidrográfica ottocodificada multiescalas. Com o intuito de melhorar a qualidade dos elementos que representam a rede hidrográfica dessa base, passa-se a utilizar e aderir o Modelo Digital de Elevação aos elementos de hidrografia do mapeamento sistemático para geração do Modelo Digital de Elevação Hidrologicamente Consistente (MDEHC) com a geração sintética dos elementos que compõem a bacia hidrográfica, como cursos d água e divisores de bacia. Sendo assim, a chamada base hidrográfica ottocodificada multiescalas visa integrar os mapeamentos hidrográficos em escala de maior detalhe em uma única base de referência para a tomada de decisão em recursos hídricos. As etapas do processo de produção dessa base envolvem diversos procedimentos de edição e consistência topológica dos vetores hidrográficos obtidos do mapeamento sistemático. Primeiramente obtêm-se uma representação da hidrografia na forma de rede unifilarizada composta de primitivas discretas do tipo nó (representando nascentes, confluências e exutórios) e arcos (representando os segmentos entre nós). A seguir são obtidas as áreas de contribuição hidrográfica para cada trecho de drenagem a partir de uma modelo digital de elevação hidrologicamente consistente para cada trecho de drenagem. Ao final, são geradas as informações hidrográficas finais utilizadas para dar suporte a tomada de decisão em recursos hídricos, como a codificação de bacias de Pfafstetter, área a montante e distância a foz da bacia para cada trecho de drenagem (Figura 1). Figura 1 - Etapa de construção da BHO multiescalas. O avanço na utilização de ferramentas computacionais para ajudar na tomada de decisão em recursos hídricos passa por Sistemas de Informações Geográficas (SIG). Essa ferramenta é XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 comumente baseada em sistemas desktops, em que dados e informações estão descentralizadas e localizadas no próprio computador do usuário. Quando possível, essas informações são disponibilizadas à sociedade por meio de CDs e DVDs. Pelas características apresentadas, essa solução atende parcialmente aos princípios e objetivos do SNIRH, que, dentre outras prerrogativas, exige o acesso aos dados e informações garantidos a toda a sociedade. Com o amadurecimento e maior acessibilidade às ferramentas de sistemas computacionais corporativos é possível integrar os sistemas desenvolvidos para gestão de recursos hídricos dos membros que compõem o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (SINGREH). Dentre as tecnologias existentes podem-se citar os Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados Geográficos e a Arquitetura Orientada a Serviço (SOA) (Bell, 2008). A construção da base hidrográfica ottocodificada do milionésimo (Brasil, 2006; Teixeira et al. 2007) utiliza uma série de procedimentos manuais e descentralizados que são executados por meio de uma plataforma SIG (ArcGIS/ArcInfo) (ESRI, 2015) e de um repositório de dados (Microsoft Access). A atual metodologia de construção de base hidrográfica ottocodificada multiescalas apresentada nesse trabalho utiliza tecnologias que estão de acordo com os padrões de interoperabilidade de dados geoespaciais do Open Geospatial Consortium (OGC, 2012) adotados pelo Governo Eletrônico Brasileiro (Brasil, 2015a) e pela INDE (Concar, 2015) e também está de acordo com as especificações técnicas para a aquisição e estruturação de dados geoespaciais digitais vetoriais (ADGV/EDGV) estabelecidos pela Comissão Nacional de Cartografia (Concar, 2015). Em comparação à metodologia utilizada para a construção da base hidrográfica ottocodificada do milionésimo, a presente metodologia de construção de base hidrográfica ottocodificada multiescalas possui uma significativa redução dos custos operacionais e de implantação, pois agora baseia-se em sistema de banco de dados espaciais e sistema de informações geográficas livres (opensource). Essa contribuição facilita a disseminação da metodologia junto aos membros do SINGREH que desejem implementar uma base hidrográfica ottocodificada em seus sistemas em escalas de maior detalhe. Além disso, essa proposta permite o continuo desenvolvimento dessa tecnologia por meio da colaboração em massa por todos os interessados nesse processo. A utilização de um sistema de banco de dados espaciais na construção da base hidrográfica ottocodificada multiescalas é justificada pelo grande volume de dados para processamento e pela complexidade das consultas utilizadas para consistência topológica e geração das informações hidrográficas finais. As consistências topológicas e a geração das informações hidrográficas finais são possíveis a partir da utilização das funcionalidades do projeto pghydro (Teixeira, 2012; Teixeira et al., 2013; PGHYDRO, 2015). O projeto pghydro é divido em pghydro Scheme e pghydro Tools. O pghydro Scheme compreende os modelos conceitual e lógico dos objetos hidrográficos e a sua implementação física em banco de dados geográficos. O pghydro Tools são todas as funcionalidades em banco de dados geográficos utilizadas para extrair as informações da rede hidrográfica e das áreas de contribuição hidrográfica implementadas pelo pghydro Scheme para ajudar na tomada de decisão em recursos hídrico. Os objetos hidrográficos do pghydro engloba todas as tabelas, procedimentos, consultas, funções ou visões desenvolvidas em PostGIS/PostgreSQL com a finalidade de gerar informações que ajudem os gestores envolvidos na gestão de recursos hídricos. A partir desses objetos pode-se construir uma rede hidrográfica consistente que assegure a validade da geometria, a sua conectividade, o correto sentido do vetor de fluxo d água e informações como codificação de bacia, hierarquização, ordenamento, seleção de trechos a montante/jusante, distância a foz da bacia, área de XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 drenagem a montante, entre outras informações que ajudem na tomada de decisão em recursos hídricos (Teixeira et al., 2013). A base hidrográfica ottocodificada na escala do milionésimo, BHO 2006, (Brasil, 2015b) possui trechos drenagem e foi construída utilizando plataforma SIG (ArcGIS/ArcInfo) (ESRI, 2012) e repositório de dados (Microsoft Access). Mesmo assim, devido às limitações referentes a capacidade de processamento dessas ferramentas, só era possível processar, de cada vez, bacias com até 40 mil trechos de drenagem. Ao final do processamento de todas as bacias, essas informações eram reunidas em uma única base. Somente em 2012 a Base Hidrográfica Ottocodificada Multiescalas, BHO 2012, (Brasil, 2015b) foi processada como uma única fonte de dados em sistema de banco de dados espaciais a partir do projeto pghydro. Essa base era composta por áreas de contribuição hidrográficas derivadas do modelo digital de elevação hidrologicamente consistente do Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM) (Nasa, 2015) com resolução espacial de 90 metros. Outro avanço nessa base foi a incorporação dos elementos hidrográficos fora do Brasil derivados do Projeto Hydro 1k (USGS, 2015), sendo possível gerar a codificação de bacias de Pfafstetter para todo o continente sul-americano como uma única base de dados. Pela primeira vez foram incorporadas bases hidrográficas derivadas de mapeamento cartográfico em escala de maior detalhe que a do milionésimo: hidrografia do estado do Maranhão e da bacia do rio Taquari na escala 1: Em 2014, o processamento da Base Hidrográfica Ottocodificada Multiescalas 2013, BHO 2013, (Brasil, 2015b) compreendeu a incorporação à BHO 2012 da bacia do rio Paraíba do sul na escala 1: , da bacia dos rios Piracicaba, Capivari e Jundiaí (PCJ) na escala 1: e da bacia do rio Doce nas escalas 1:50.000/1: Por fim, em 2015 foram incorporadas à BHO 2013 as bases hidrográficas ottocodificadas das bacias do rio Paranapanema (escala 1:50.000), do rio Grande (escala 1:50.000) e do rio Paranaíba (1: ). A linha de costa de referência hidrográfica foi refeita utilizando como referência o mapeamento da base contínua do IBGE na escala 1: Essa base hidrográfica ottocodificada multiescalas 2014, BHO 2014 (Brasil, 2015b), compreende trechos de drenagem e referidas áreas de contribuição hidrográfica. Figura 2. Volume de dados processados da Base Hidrográfica Ottocodificada ao longo do tempo. (Ordenada: números de trechos de drenagem x 1.000). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 Figura 3 - Base hidrográfica Ottocodificada 2014 (BHO 2014). Legenda: Cinza: escala menor que 1: ; Azul: escala 1: ; Laranja: escala 1: ; Verde: escala 1: Os principais dados de saída da Base Hidrográfica Ottocodificada Multiescalas são: 1) TRECHO DRENAGEM: representação linear unifilar do fluxo d água principal de um corpo d água sob a forma de trechos de drenagem provenientes da cartografia. Essa representação é compatível com a codificação de bacias de Otto Pfafstetter. 2) CURSO D ÁGUA: representação linear do curso d água principal da bacia, sob a forma de cursos d água, com sua codificação de curso d água derivada da codificação de bacias de Otto Pfafstetter. 3) HIDRÔNIMO: representação linear dos trechos de drenagem contínuos que possuam a mesma toponímia, hidrônimo, dos corpos d água obtidos a partir da cartografia. A codificação dos hidrônimos deriva da metodologia de codificação de bacias de Otto Pfafstetter e da sistematização da toponímia 4) ÁREA DE CONTRIBUIÇÃO HIDROGRÁFICA: representação poligonal das áreas de contribuição hidrográfica, ottobacia, para cada trecho de drenagem, com seu código de bacia obtido a partir da metodologia de Otto Pfafstetter. 5) PONTO DRENAGEM: representação dos nós da rede de drenagem, que podem ser dos tipos: início do curso d água, fim do curso d água ou foz marítima. 6) MASSA D ÁGUA: representação poligonal de corpo d água, tais como meandros abandonados, lagos, lagoas e açudes que possuam área maior ou igual a 20ha. 7) BARRAGEM: representação pontual de estrutura construída, ou planejada, a um curso d água ou a um talvegue, com o objetivo de deter o fluxo da água parcialmente para acumular água ou elevar o seu nível. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 1: : : : Figura 4 Diferença de escalas entre bacias da Base Hidrográfica Ottocodificada 2014, BHO Figura 5 Base Hidrográfica Ottocodificada 2014 (BHO 2014). Legenda: Linhas em Azul: trechos de drenagem. Áreas em Bege: áreas de contribuição hidrográfica. Pontos em vermelho: Foz Marítima; verde: Início do curso d água, Laranja: Fim do curso d água. CONCLUSÃO E DISCUSSÃO A construção de uma base hidrográfica ottocodificada a partir de um sistema de banco de dados espaciais, pghydro, possibilita a incorporação constante de um grande volume de dados originados de bases cartográficas de maior detalhe, sem que para isso existam limitações tecnológicas no processamento desses dados. Essa solução permite o processamento integrado de toda a base e expande a sua aplicabilidade para as diversas áreas de gestão de recursos hídricos, como cálculo de disponibilidade hídrica, simulação da qualidade de água, usos consuntivos e balanço hídrico. A participação dos membros do SINGREH, seja na produção de bases hidrográficas ottocodificadas locais de maior detalhe, ou no desenvolvimento de novas funcionalidades dessa metodologia de construção de bases é fundamental no sucesso para a política de gerenciamento de recursos hídricos nacional. REFERÊNCIAS BELL, M. (2008). Introduction to Service-Oriented Modeling. Service-Oriented Modeling: Service Analysis, Design, and Architecture. Wiley & Sons. pp. 3. BRASIL (1997). Lei Federal nº 9.433, de 8 de janeiro de Institui a Política Nacional de Recursos Hídricos, cria o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos, regulamenta o inciso XIX do art. 21 da Constituição Federal, e altera o art. 1º da Lei nº 8.001, de 13 de março de 1990, que modificou a Lei nº 7.990, de 28 de dezembro de Diário Oficial [da] República Federativa do Brasil, Poder Executivo, Brasília, 9 jan Seção 1, p BRASIL (2003). Resolução CNRH no 32, de 15 de outubro de Institui a Divisão Hidrográfica Nacional. Diário Oficial [da] República Federativa do Brasil, Poder Executivo, Brasília, 17 dez BRASIL (2006). Agência Nacional de Águas. Topologia hídrica : método de construção e modelagem da base hidrográfica para suporte à gestão de recursos hídricos :versão / Agência Nacional de Águas, Superintendência de Gestão da Informação. Brasília : ANA, SGI. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

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