MODELAGEM ESPACIAL AUTOMATIZADA ATRAVÉS DE TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO: O ESTUDO DE CASO DA BACIA DO RIO CUIÁ

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1 MODELAGEM ESPACIAL AUTOMATIZADA ATRAVÉS DE TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO: O ESTUDO DE CASO DA BACIA DO RIO CUIÁ SILVA, L. P. e 1 ; SILVA, R. M. da 2 ; SANTOS, C. A. G. 3 RESUMO: O objetivo do presente trabalho é realizar a aplicação de uma metodologia voltada para a modelagem espacial automatizada de bacias hidrográficas. O artigo consiste no uso de técnicas de geoprocessamento e no acoplamento de uma interface computacional, conhecida como AGWA (Automated Geospatial Watershed Assessment), em um SIG (Sistema de Informações Geográficas). O AGWA é uma ferramenta que facilita a discretização, a parametrização e a calibração de modelos hidrológicos acoplado a um SIG. O AGWA subdivide a bacia em elementos planos e canais e calcula a vazão e a produção de sedimentos para cada elemento discretizado. O AGWA também permite a visualização e a comparação dos resultados dos modelos em mapas temáticos, permitindo a análise hidrológica dos impactos associados com a mudança no uso do solo. PALAVRAS-CHAVE: modelagem, geoprocessamento, AGWA. AUTOMATED SPATIAL MODELING USING GEOPRCESSING TECHNICS: study of case Cuiá river basin ABSTRACT: The objective of the present paper is to accomplish the application of a methodology for the automated spatial modeling in watersheds. The paper consists in use of geoprocessing techniques and in the coupling of a computational interface, named Automated Geospatial Watershed Assessment (AGWA), in a Geographical Information System (GIS). AGWA tool facilitates the basin discretization, parameterization and the model calibration coupled to a GIS. AGWA subdivide the basin in plane and channel elements and computes the runoff and the sediment yield for each model element. AGWA also enables the spatial visualization and the comparison of the model results in thematic maps, which allows the hydrologic assessment of the impacts associated to the soil use changes. KEYWORDS: modeling, geoprocessing, AGWA. INTRODUÇÃO: Nas últimas décadas, o interesse por estudos de impactos ambientais causados pelas atividades humanas tem levado um considerável número de pesquisadores a estudar novas ferramentas que buscam simular as transformações ocorridas através das mudanças no uso do solo. Com esse objetivo, nos últimos anos, inúmeros avanços significativos nas linguagens computacionais têm 1 Graduando em Geoprocessamento CEFET-PB, Mestrando PPGEU/ UFPB e Bolsista CT-Hidro/CNPq, leojampa@ig.com.br 2 Professor da UFPB, CCEN, DGEOC e Bolsista DTI do MCT/CT-Hidro/CNPq. 3 Professor Dr. da UFPB/CT/DEC, Campus I - João Pessoa-PB,.

2 conduzido ao acoplamento entre o SIG e vários modelos hidrológicos que utilizam técnicas de geoprocessamento para a representação física da bacia em elementos como células ou planos canais e irregulares. Dentre os vários modelos hidrológicos que possuem integração com o SIG existentes atualmente, destacam-se o HEC-GeoHMS (USACE, 2003), o AGNPS (BINGNER e THEURER (2001), o BASINS (LAHLOU et al., 1998), e o Kineros2 (WOOLHISER et al., 1990).Para tanto, diversas técnicas de geoprocessamento vêm sendo desenvolvidas em diversas partes do planeta. O presente trabalho mostra uma metodologia para a modelagem espacial automatizada de bacias hidrográficas usando técnicas de geoprocessamento. O artigo consiste no acoplamento de uma ferramenta computacional conhecida como AGWA Automated Geospatial Watershed Assessment (SEMMENS et al., 2000). O qual é usado para discretização, parametrização e calibração automática de modelos hidrológicos computacionais para serem usados tanto em bacias urbanas quanto rurais.o presente trabalho teve como objeto de estudo a bacia hidrográfica do rio Cuiá, localizada no município de João Pessoa, no litoral sul do mesmo município no estado da Paraíba, entre as coordenadas métricas de E/ N e E/ N. A bacia do rio Cuiá compreende uma área de, aproximadamente, 40 km² com uma altitude média de 30 m, e nela estão inseridos diversos conjuntos habitacionais da cidade de João Pessoa: Grotões, Radialistas, Ernesto Geisel, José Américo, Valentina de Figueiredo e Mangabeira (SANTOS et al., 2006). MATERIAL E MÉTODOS: A metodologia utilizada aqui é uma sucessão de passos automatizados pelo qual o usuário, ativa opções de configuração para obter melhores resultados. Esta metodologia é baseada em procedimentos inclusos nas extensões Spatial Analyst, 3D Analyst e AGWA.Inicialmente, o limite da bacia, a hidrografia e as curvas de nível com eqüidistância de cinco em cinco metros em formato digital digitalizadas a partir das cartas planimétricas do INTERPA (Instituto de Terras e Planejamento Agrícola do Estado da Paraíba) na escala 1: (folhas J-11, J-12, J-13, K-11, K-12, K-13, L-11, L-12, L-13), foram importadas para o software Arcview GIS; para a elaboração da grade triangular do terreno (TIN Triangulated Irregular Network), também conhecido como DEM (Digital Elevation Model). Em seguida foi transformada a grade triangular em um formato padrão do Arcview GIS, o formato Grid, um arquivo que dividido em matrizes, onde cada célula armazena um valor numérico. A partir do formato Grid, é gerado o arquivo de grade de direção de fluxo de água (FDG Flow Direction Grid). Após a construção do FDG, foi gerada a grade de acumulação do escoamento de água da bacia (FACG Flow Accumulation Grid). Após a elaboração do TIN, do FDG e do FACG, foram criadas de forma automatizada a partir do AGWA, a grade com as informações da rede de drenagem da bacia e as divisões da bacia em elementos planos e canais. O AGWA calcula a geometria hidráulica de todos os elementos discretizados da bacia. Os resultados da discretização automática da bacia em planos e canais a partir do uso do AGWA poderá ser visto no item seguinte deste trabalho.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os resultados da modelagem espacial automatizada da bacia do rio Cuiá, através de técnicas de geoprocessamento e do uso da extensão AGWA no software Arcview GIS, são mostrados a seguir. A grade triangular da bacia do rio Cuiá pode ser vista na Figura 1. Essa grade representa uma distribuição uniforme e regular de pontos da superfície do terreno usando uma distribuição irregular de pontos amostrados do terreno. A Figura 2 apresenta o resultado do processo de modelagem com a grade triangular, após a conversão para o formato grid. Estes arquivos de formato grid, são especialmente usados para representar fenômenos geográficos que variam no tempo e no espaço como os fenômenos hidrológicos. A Figura 3 mostra a diferença de fluxo, pelo qual é possível observar que as linhas de fluxo são bastante irreais e não são contínuas, apresentando problemas em áreas planas, pois devido a proximidade dos elementos com mesma cota de altitude, os mesmos adquirem valores iguais. A Figura 4 ilustra a rede de drenagem estimada pelo AGWA. A rede de drenagem gerada apresenta-se um pouco retilínea e, em muitas vezes, não percorre o curso d água real. A Figura 5 demonstra a delimitação da bacia que pode ser comparada ao limite da bacia obtido pelo método tradicional. A Figura 6 apresenta a discretização da bacia do rio Cuiá elaborada com o auxílio do AGWA e baseado na TIN, no FDG e no FACG. Foram delimitados 51 polígonos com área média de m², e uma declividade média de 5,04%. FIGURA 1 Grade triangular gerada a partir das curvas de nível. FIGURA 2 Grid de elevação digital do terreno da bacia do rio Cuiá.

4 FIGURA 3 Direção do fluxo da água gerado. FIGURA 4 Rede de drenagem gerada. FIGURA 5 Limite da bacia. FIGURA 6 Bacia discretizada em classes de área. CONCLUSÃO: Com este trabalho foi possível demonstrar a criação automatizada da discretização espacial de uma bacia hidrográfica baseada em DEM produzida por um Sistema de Informações Geográfica com os auxílios das extensões Spatial Analyst, 3D Analyst e AGWA. Além da discretização, foram gerados produtos como a direção do fluxo de água, do fluxo do acumulo água, linhas de drenagem, além da delimitação da bacia e suas subdivisões com facilidade e rapidez, mas como em automatização os elementos criados podem não representar bem os elementos naturais que envolva os processos hidrológicos de bacia hidrográfica. AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao LEPAN/UFPB (Laboratório de Pesquisa e Ensino em Análise Espacial) e ao LARHENA/UFPB (Laboratório de Recursos Hídricos e de Engenharia Ambiental) pela disponibilidade do software Arcview GIS e das extensões Spatial Analyst e 3D Analyst. Os autores também são apoiados com recursos e bolsas do CNPq e CT Hidro/CNPq. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

5 BINGNER, R.L. e THEURER, F.D. AGNPS 98: a suite of water quality models for watershed use. Proceedings of the 7th Federal Interagency Sedimentation Conference, Reno, NV, March, 2001, p. VII-1/VII-8. LAHLOU, M.; SHOEMAKER, L.; CHOUDRY, S.; ELMER, R.; HU, A., MANGUERRA, H.; PARKER, A. Better assessment science integrating point and nonpoint sources: BASINS 2.0 user s manual. US-EPA Report EPA-823-B , U.S. EPA, Washington, DC, SANTOS, C.A.G.; SILVA, R.M.; SILVA, L.P. Predição hidrossedimentológica numa bacia nãoinstrumentada através de modelagem e geoprocessamento. VII Encontro Nacional de Engenharia de Sedimentos, Porto Alegre, SANTOS, I.M. e ZEILHOFER, P. (2003). Modelagem hidrológica integrada em Sistemas de Informação Geográfica. Revista GEODÉSIA online, Disponível em: Acessada em: 08/08/2006. SEMMENS, D.; GOODRICH, D.C.; UNKRICH, C.L.; SMITH, R.E.; WOOLHISER, D.A.; MILLER, S.N. (2005). Kineros2 and the AGWA modeling framework. Chapter 6 in the Gwadi International Modeling Workshop, Unesco on-line Publication, 30 p. USACE. Geospatial hydrologic modeling extension: HEC-GeoHMS user s manual. U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center, Report CPD-77, WOOLHISER, D.A.; SMITH, R.E.; GOODRICH, D.C. Kineros, a kinematic runoff and erosion model: documentation and user manual. U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service, ARS-77, 1990, p