Aspectos da Mudança de Escala na Geração de Bases Hidrográficas para a Gestão de Recursos Hídricos

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1 Aspectos da Mudança de Escala na Geração de Bases Hidrográficas para a Gestão de Recursos Hídricos Márcia Lopes Mól 1 Juan Alves Sousa 1 Cláusio Tavares Viana Teza 2 Sabrina Moreira de Albuquerque 3 1 Universidade Católica de Brasília UCB (Discentes) QS 07 Lote 01 EPCT, CEP: Taguatinga - DF, Brasil. marciamol@globo.com.br juan.sousa8@hotmail.com 2 Universidade Católica de Brasília UCB (Docente) QS 07 Lote 01 EPCT, CEP: Taguatinga - DF, Brasil. clausio@ubc.br 3 Universidade Católica de Brasília UCB (Técnica Especialista) QS 07 Lote 01 EPCT, CEP: Taguatinga - DF, Brasil. smoreira@ucb.br Abstract. In recent years the National Water Agency - ANA has conducted the delimitation of areas of contribution for each stretch of the river system in Brazil, organizing this within a hierarchical structure. Developed by Otto Pfastetter the ottocodificação is based on an innovative method in order to effectively prioritize the base basin. The ANA performed this coding for the millionth scale. Given the concern over water resources currently due to the possibility of water scarcity, it became necessary planning and effective management of its use. For this it is necessary a reliable information base and a Geographic Information System (GIS) that allows us to generate evolutionary scenario of these water resources. In this context of concern for the better management of water resources, is that this article goes to show the aspects involved in the change of scale in generation hydrographic bases for HR management and its implications in helping. Palavras-chave: Ottocodificação, water resources and GIS. 1. Introdução Nos últimos anos a preocupação com os recursos hídricos tem sido crescente. A possibilidade da escassez de água para o consumo humano alerta para a necessidade de uma gestão de recursos hídricos que conduza um uso equilibrado dos recursos disponíveis. (ANA, 2007) Esta gestão é um importante conjunto de ações que visa regular o uso, o controle e a proteção dos recursos hídricos. Para o gerenciamento e planejamento adequado da utilização dos recursos hídricos se faz necessário uma base de informações confiáveis sobre a qualidade e quantidade destes recursos, o que demanda a utilização de Sistemas de Informação Geográfica (SGI) que modelem a hidrografia em um banco de dados geográficos, possibilite a sua consistência topológica e acrescente uma série de informações que poderão ser recuperadas mais tarde em diversos níveis de agregação. (ANA, 2007) O uso de ferramentas computacionais tem sido de vital importância para facilitar a entrada, manipulação e saída de dados, sendo a base cartográfica usada para auxiliar no referenciamento das informações. (ANA, 2007) Dessa forma o emprego de bases cartográficas como material de apoio a gestão de recursos hídricos é de caráter primordial, pois é através dessas bases que se geram as delimitações de bacias hidrográficas que é a unidade de resposta básica físico-territorial de planejamento e gerenciamento dos recursos hídricos. 5824

2 A metodologia para codificação da rede hidrográfica desenvolvida por Pffastetter (1989) é baseada em áreas de contribuição exclusiva, denominadas de ottobacias. Segundo a metodologia proposta, a magnitude de um rio é relacionada á área de contribuição dos trechos de curso d água, o que por sua vez determina o curso principal, sendo o trecho com maior área de contribuição considerado como curso principal. Para construção da rede hidrográfica ottocodificada é necessária a construção de uma rede unifilar (cursos de uma linha), sem confluências múltiplas e topologicamente consistente. A delimitação das ottobacias pode ser feita a partir de Modelos Digitais de Elevação (MDE) ou pelo método de eqüidistância dos trechos da drenagem. É nesta etapa que o presente trabalho se difere do método utilizado pela Agência Nacional de Águas (ANA). Segundo a ANA (2007), o método da eqüidistância se adequou melhor para a maior parte dos trechos em função das escalas pequenas. Por outro lado a utilização confere maior rigor fisiográfico, pois consideram os dados altimétricos do terreno em seu processo. Partindo destas considerações o presente artigo procura analisar os aspectos envolvidos na mudança de escala ao se delimitar uma bacia hidrográfica bem como evidenciar as diferenças entre o modelo gerado por eqüidistância do modelo baseado no relevo (MDE). 2. Metodologia de Trabalho Pode-se dividir o trabalho realizado em quatro fases principais: 1. Aquisição das cartas topográficas (Matriciais); 2. Vetorização dos Pontos Cotados, das Curvas de Nível e da Hidrografia; 3. Geração do Modelo Digital de Elevação e; 4. Comparação das bacias geradas a partir do MDE com as geradas pelo modelo de Equidistância desenvolvido pela ANA. 5. Compilação do tempo gasto por um técnico para aplicar as etapas em questão. Segue fluxograma exemplificando quais ferramentas e para que foram utilizadas. 5825

3 Figura 1. Organograma da Metodologia 3. Resultados e Discussão Foram adquiridas 4 cartas topográficas digitalizadas pelo site do IBGE em formato Raster, na escala 1: , referentes aos municípios de São Carlos, Ribeirão Bonito, Brotas e Itirapina (Figura 2). 5826

4 (a) (b) (c) (d) Figura 2. Cartas topográficas de Ribeirão Bonito (a); São Carlos (b); Brotas (c) e Itirapina (d). Após a aquisição dos arquivos, as imagens foram georreferenciadas a partir de pares de coordenadas dos cruzamentos de quadrículas, resultando em um mosaico com as 04 cartas. Os Pontos Cotados, as curvas de nível e a rede hidrográfica foram vetorizados com o uso da ferramenta semiautomática ArcScan do software ArcGis. A vetorização foi realizada para cada carta individualmente e depois de vetorizadas os arquivos foram agrupados com a ferramenta merge. Na sequência gerou-se uma rede de triângulos irregulares TIN (modelo vetorial) que foi convertido para um Modelo Digital de Elevação (MDE) raster com resolução de 30 metros. A partir desta fase começa-se a fazer uso da extensão da ferramenta ArcHydro (Figura 3). 5827

5 (a) (b) Figura 3. Resultado da TIN (a) e conversão para o Modelo Digital de Elevação (b). O MDE foi recondicionado usando a ferramenta AgreeDEM do ArcHydro. Essa ferramenta cria um fundo de vale em função da drenagem vetorizada. Em seguida foi feito um ajuste do novo MDE, através da ferramenta FillSink que identifica e corrige os problemas de fluxo presentes no modelo, como eliminação de depressões que empeçam o calculo do fluxo de água nas células do arquivo matricial. Uma matriz de direção de fluxos foi gerada, modelando oito possíveis direções de escoamento utilizando a ferramenta Flow Direction. Uma nova matriz foi gerada, a partir das direções de fluxo que modela o fluxo acumulado de água em cada célula da matriz, considerando as células vizinhas. Na próxima etapa de processamento do MDE definiu-se as células que pertenciam a rede de drenagem utilizando a ferramenta Stream Definition usando o valor igual a 1% da célula com maior fluxo acumulado identificado na etapa anterior. Quando um trecho possui o número de células acumuladas à montante maior ou igual ao limiar de 1% ele é considerado um trecho da rede de drenagem. A identificação de cada trecho da rede de drenagem foi realizada utilizando a ferramenta Stream Segmentation e posteriormente convertida para o formato vetorial bem como a identificação da área de contribuição para cada um dos segmentos. A partir da drenagem agora em formato vetorial as bacias de contribuição exclusivas são geradas com a ferramenta Catchment e usando a ferramenta Adjoint Catchment agregam-se todas as bacias que estão a montante de um determinado segmento. O mesmo processo foi realizado para a hidrografia que se transforma em linhas vetoriais utilizando a ferramenta Drainage Line e os nós que unem os segmentos na rede de drenagem foram gerados utilizando a ferramenta Drainage Point Process. Se aplicado o modelo que a ANA usa hoje à mesma área do estudo realizado, o resultado seria o da Figura 4. Vale ressaltar que os Ribeirões da Onça e do Lobo são os corpos hídricos de interesse nesta área de estudo. 5828

6 Legenda: Divisão das ottobacias gerado pelo MDE ; Hidrografia na escala 1: ; Divisão das ottobacias gerada pelo método de eqüidistância; Hidrografia na escala 1: Figura 4. Resultado do modelo de sub-bacias gerado por eqüidistância entre os ribeirões. Fazendo-se uma comparação do modelo gerado por eqüidistância pelo Modelo Digital de Elevação ilustrado na Figura 11, percebem-se nitidamente diferenças na forma, na área gerada e no número de trechos de rede de drenagens contactados. Na figura 12, a área em rosa é a gerada pelo MDE e o traçado em vermelho representa o perímetro da área gerada pelo método de eqüidistância. Na escala 1: se obtém 5 trechos de rede de drenagem enquanto na escala 1: se obteve 13 trechos de rede de drenagem, o que nos revela uma diferença significativa no resultado. Percebe-se nitidamente diferenças de forma e de área, sendo que a diferença da área não chega a ser significativa, pois existem compensações, mas a diferença da forma é relevante pois pode comprometer todo um estudo realizado já que nos revelam dados incoerentes com a realidade. No exemplo uma área com grandes declividades é substituída por uma área plana, o que alteraria significativamente as características de uso nas sub-bacias. Comparando a delimitação gerada pelo MDE com um traçado manuscrito de um especialista em cartografia, destacado em vermelho, feito diretamente na carta da mesma área, como ilustra a Figura 5, percebe-se a aderência do MDE gerado, pois o resultado é semelhante, sendo pequena a diferença encontrada e até mesmo desprezível a depender da escala adotada. 5829

7 Legenda: Delimitação gerada pelo MDE; Traçado manuscrito de um especialista na carta da área de estudo. Figura 5. Comparação do MDE gerado pelo manuscrito de um especialista feito diretamente na carta. 3.1 Esforços em hora homem Foi feito uma estimativa de quanto tempo em minutos se levou para realizar cada etapa, deste trabalho conforme mostra a Tabela 01. Tabela 01. Estimativa de tempo gasto para cada atividade. Adquirir cartas Georreferenciá-las Montar Mosaico Atividade Vetorizar Pontos Cotados de cada carta Vetorizar as curvas de Nível de cada carta Vetorizar a hidrografia de cada carta Gerar TIN Conversão para MDE Criar fundo de vale Remover do modelo depressões Gerar matriz de direções de fluxos Acumulação do fluxo Definir rede de drenagem Identificar os trechos da drenagem Tempo Estimado 60 minutos cada carta 240 minutos 600 minutos 300 minutos 30 minutos 30 minutos 30 minutos 5830

8 Gerar área para cada trecho da rede de drenagem Converter para o modelo vetorial Agregar bacias a montante Transformar a hidrografia em linhas vetoriais Criar os nós que unem os segmentos Total 30 minutos 40 minutos 40 minutos 40 minutos 5200 minutos O total de tempo para a geração do modelo em questão foi de 5200 minutos ou 86,67 horas, e considerando que um dia de trabalho é de seis horas, tem-se que para a área estudada levou-se 15 dias de trabalho. A área de estudo possui uma totalidade de 3.080,25 km², e considerando o tempo utilizado para a confecção do modelo, encontrou-se que para cada km² gastou-se 1,7 minutos. 4. Conclusão Com os resultados obtidos, pode-se concluir que a ottocodificação encontra dificuldades de aplicação em certas regiões. A geração das bacias aplicada pelo método da ANA por eqüidistância, nem sempre é realista, pois não considera o relevo como principal fator a sua delineação o que gera uma distorção da realidade. Dessa forma pode-se afirmar que o Modelo Digital de Elevação (MDE) é mais adequado uma vez que conferem maior rigor fisiográfico, pois consideram os dados altimétricos do terreno em suas etapas de processamento, resultando um modelo preciso e confiável. A ottocodificação representa avanço importante para um melhor gerenciamento dos recursos hídricos, contudo sua aplicação em escalas maiores enfrenta dificuldades não previstas nos manuais da ANA. Sendo assim preciso oferecer a aquisição de MDE de resolução espacial com qualidade e investimento em levantamento dos cursos d água para o Brasil. 5. Referências Agência Nacional de Águas (Brasil). Manual de Construção da Base Hidrográfica Ottocodificada: fase 1 construção da base topológica de hidrografia e ottobacias conforme a codificação de bacias hidrográficas de Otto Pfafstetter: versão 2.0 de 1/11/2007. Brasília: ANA, SGI, p. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IBGE; Geociências. Disponível em: < visitado em 13 de outubro de Luiz, C. H. P.; Pedone, L. F. M.; Nogueira, R.F. Fatores complicadores na construção da base hidrográfica ottocodificada para escala 1: no Pantanal Mato-Grossense. In: Simpósio de Geotecnologias no Pantanal, 07, novembro, Corumbá. Anais... HAUCK, P.; Origens e Evolução do Relevo do Morro do Cuscuzeiro. Disponível em: = de Novembro de