TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO E SENSORIAMENTO REMOTO NA MODELAGEM DOS PROCESSOS DE VAZÃO E DE EROSÃO NA BACIA DO RIO GUARAÍRA

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1 TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO E SENSORIAMENTO REMOTO NA MODELAGEM DOS PROCESSOS DE VAZÃO E DE EROSÃO NA BACIA DO RIO GUARAÍRA SILVA, R. M. 1 ; SILVA, L. P. 2 ; SANTOS, C. A. G. 3 RESUMO: O presente artigo tem como objetivo avaliar o uso de técnicas de geoprocessamento e de sensoriamento remoto para modelagem dos recursos hídricos da Bacia Experimental do Rio Guaraíra (BERG) e de avaliar os primeiros resultados da simulação hidrossedimentológica. Para a realização do trabalho, foram utilizadas imagens Landsat 7 do sensor ETM+, com composição colorida R7-G5-B3, para a identificação e delimitação da hidrografia e do uso e ocupação do solo da bacia. Após o tratamento e classificação da imagem utilizando o software Spring, a bacia foi discretizada numa rede de planos e canais, através de técnicas de cartografia digital e de geoprocessamento, sendo assim dividida em trinta planos e nove canais. Os valores dos parâmetros usados nestas simulações podem ser considerados como uma primeira estimativa de seus valores para a bacia, e os resultados obtidos indicam também que o modelo Kineros pode ser considerado uma ferramenta promissora nas simulações de vazão e erosão na BERG. Os resultados mostraram que a produção média de sedimentos pode ser da ordem de 2.500,00 ton/ha/ano, revelando a importância da realização de campanhas de medição da produção de sedimentos em bacias do litoral nordestino. PALAVRAS-CHAVE: modelagem, geoprocessamento, sensoriamento remoto. GEOPROCESSING AND REMOTE SENSING TECHNIQUES IN RUNOFF-EROSION MODELING FOR GUARAÍRA RIVER BASIN ABSTRACT: The present paper aims to evaluate the use of geoprocessing and remote sensing techniques for water resources modeling in Guaraíra River Experimental Basin (GREB) and to evaluate the first runoff-erosion simulation results. For the accomplishment of this work, it was used Landsat 7 satellite images from sensor ETM+, with color composition R7-G5-B3, in order to identification and delimitate the hydrography and soil use occupation in the basin. After the treatment and classification of the image using the Spring software, the basin was discretized into a cascade of plans and channels, based on the digital map and geoprocessing techniques, and it was divided into thirty plans and nine channels. The parameter values used during these simulations could be considered as a first attempt for this basin, and the obtained results show also that the Kineros model could be considered a promising tool for the runoff and erosion simulation in the GREB. The simulation results showed that the mean sediment yield could be in an order of 2, ton/ha/year, which reveals the importance of the sediment yield measurement campaigns in basins at the northeastern Brazilian coastal area. KEYWORDS: modeling, geoprocessing, remote sensing. 1 Bolsista DTI do MCT/CT-Hidro/CNPq. UFPB/DEC/CT, , João Pessoa-PB Telefax: (83) richarde@lrh.ct.ufpb.br. 2 Graduando em Geoprocessamento do CEFET-PB, Mestrando em Engenharia Urbana da UFPB e Bolsista CT-Hidro/CNPq. 3 Professor Dr. do DEC/CT/UFPB. celso@ct.ufpb.br.

2 INTRODUÇÃO: A utilização de bacias experimentais é um instrumento eficiente para a estimativa do comportamento hidroclimatológico característico de bacias de qualquer região climática. Essas bacias experimentais podem subsidiar os processos de regionalização de informações, preenchendo a lacuna da falta de monitoramento das variáveis que são de suma importância para a gestão dos recursos hídricos. A bacia do rio Guaraíra está localizada no município de Pedras de Fogo, na Zona da Mata do Estado da Paraíba. Foi instalada como parte do Projeto IBESA (Implantação de Bacias Experimentais no Semi-árido) e está sob a responsabilidade do Laboratório de Recursos Hídricos e Engenharia Ambiental (LARHENA) da UFPB, sendo apoiada pelos Projetos BEER-UFPB/Finep (Bacias Experimental e Representativa) e GUARAÍRA/CNPq (Estudos Hidrossedimentológicos numa Bacia Experimental do Litoral Nordestino). As bacias representativas são bacias escolhidas como sendo representantes de uma área hidrologicamente homogênea; isto é, representativas de uma área onde se saiba que exista certa homogeneidade do ponto de vista fisiográfico e hidroclimatológico, que tenha mesmo regime pluviométrico e fluviométrico, tempo e clima com características semelhantes e, quando possível, características fisiográficas e geomorfológicas semelhantes também. Uma rede não muito densa de bacias representativas pode assim refletir as características hidrológicas gerais de uma região, por exemplo, a região semi-árida. Assim, o presente artigo apresenta o emprego de técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto na modelagem dos processos de vazão e de erosão na bacia do rio Guaraíra, com o objetivo de incrementar e fomentar pesquisas sobre a hidrossedimentologia na costa oriental do nordeste brasileiro e de criar condições favoráveis para o estabelecimento de uma rede de monitoramento hidrossedimentológico. MATERIAL E MÉTODOS: As imagens disponíveis no presente estudo foram obtidas pelo sensor ETM+, do Satélite Landsat 5, da órbita 214 e Ponto 65 do ano de 2001, (banda 5 no vermelho; banda 4 no verde; e banda 3 no azul). A imagem foi georeferenciada no software SPRING, estabelecendo uma relação entre as coordenadas da imagem e as coordenadas adquiridas em campo por GPS, obtendo-se assim uma maior precisão para a interpretação da imagem. A partir da interpretação e análise das respostas espectrais dos geo-objetos, e através de pesquisa de campo, foram identificadas as seguintes classes de uso e ocupação do solo na bacia: (a) cana-de-açúcar, (b) estradas, (c) capim, (d) capoeira alta, (e) capoeira baixa, (f) solo exposto, (g) cultura de abacaxi, (h) mata, e (i) área com vinhoto (Figura 1a). Para a discretização da bacia do rio Guaraíra em planos e canais, foram utilizadas técnicas de geoprocessamento, como a sobreposição de mapas temáticos com o contorno da bacia e da rede de drenagem (Figura 1b). A bacia do rio Guaraíra foi discretizada em 39 elementos, dos quais 30 são planos e 9 são canais, onde cada elemento plano foi definido levando-se em consideração a homogeneidade das características dos solos e da declividade média, e as linhas de fluxo, bem como através da identificação de áreas homogêneas a partir da superposição de mapas físicos da bacia, e.g.,

3 o de topografia, o de vegetação e o de drenagem (Figura 2). No que tange a parametrização do modelo de base física Kineros, levou-se em consideração a opção de se estimar os parâmetros para duas camadas de solo, devido ao fato da bacia possuir camadas de solos muito profundos e porosos e com alto teor de areia, constituída por solos do tipo latossolo vermelho-amarelo e podzólico vermelhoamarelo (DNPEA-SUDENE/DRN, 1973). Por se tratar de uma aplicação com um modelo de base física, optou-se pelo ajuste mais detalhado com um maior número de parâmetros possíveis, mostrados nas Tabelas 1 e 2. Esses parâmetros foram determinados através de ensaios laboratoriais. (a) Carta imagem do uso e ocupação do solo da (b) Uso do solo da bacia do rio Guaraíra. bacia do rio Guaraíra. Figura 1 Imagem da bacia do rio Guaraíra após o tratamento digital.

4 m m m m m m m m m m m LEGENDA: Área: 5,74 km² Limite de bacia Área: 5,74 km² ESCALA GRÁFICA Limite dos panos ESCALA GRÁFICA m Curso d água m Figura 2 Discretização e representação esquemática da discretização da bacia do rio Guaraíra em planos e canais. Tabela 1. Variação dos valores dos parâmetros usados para a camada superior do solo Parâmetros Símbolo Camada superior Espessura da camada superior de solo H mm Espaçamento médio da microtopografia S pa 0,1 0,3 m Altura da interceptação das gotas de chuva I n 0,76 0,90 mm Saturação inicial do solo θ 0,4 0,9 Fração da cobertura vegetal C 1 2 Coeficiente de impacto das gotas de chuva S p Coeficiente de coesão do solo C oh 0,5 15 Coeficiente de rugosidade de Manning n 0,05 0,07 Tabela 2. Variação dos valores dos parâmetros usados para as duas camadas de solo Parâmetros Símbolo Camada superior Camada inferior Capilaridade média do solo G mm mm Condutividade hidráulica saturada K s 3 3,6 mm/h 0,5 0,8 mm/h Fração volumétrica de rocha R o 0,1 0,2 0,1 0,2 Porosidade φ 0,15 0,45 0,62 0,75 RESULTADOS E DISCUSSÃO: Para o cálculo da estimativa da produção de sedimentos, foi utilizado um modelo hidrossedimentológico conhecido como Kineros (WOOLHISER et al., 1990).

5 Esse modelo é do tipo chuva-vazão-erosão, distribuído e de base física, que usa uma rede de planos e canais para representar a bacia, e utiliza equações diferenciais para descrever o escoamento, o transporte de sedimentos e a erosão. Para maiores informações detalhadas de maneira sucinta de como o modelo Kineros é fundamentado e sobre as equações de transporte de sedimentos, erosão, interceptação, infiltração e escoamento, consulte Santos et al. (2005) e Paiva et al. (2004). O modelo Kineros foi aplicado para a bacia do rio Guaraíra e os resultados das estimativas dos processos de vazão e da produção de sedimentos, calculados para o exutório da Bacia Experimental do Rio Guaraíra são apresentados na Tabela 3. Os resultados mostram que o ano de 2004 se caracterizou por apresentar a maior vazão e produção de sedimentos no período analisado, devido ao fato da maior precipitação média observada nos postos da bacia. Tabela 3. Produção estimada do total de sedimentos no exutório da bacia experimental Anos Produção de Sedimentos Vazão Precipitação média (ton/ha/ano) (m³/ano) observada (mm) , , , , , ,00 CONCLUSÕES: Conclui-se do exposto que as técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto podem ser usados na modelagem hidrossedimentológicas de bacias hidrográficas. Os resultados mostraram que a produção média de sedimentos atingiu cerca de 2.500,00 ton/ha/ano, e a vazão no mesmo ano foi calculada como mais de (m³/ano), revelando a importância da realização de campanhas de medição da produção de sedimentos em bacias do litoral nordestino. Em suma, o presente estudo pode ser considerado como satisfatório, pois demonstrou uma metodologia viável e promissora na estimativa dos processos de vazão e da produção de sedimentos na Bacia do Rio Guaraíra. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: PAIVA, F.M.L; SILVA, R.M.; SANTOS, C.A.G. Study of vegetal cover influence on experimental erosion plots by a runoff-erosion modeling. In: I International Symposium on Land Degradation and Desertification. Uberlândia: UFU, SANTOS, C.A.G.; SILVA, R. M.; PAIVA, F.M.L. Modelagem hidrossedimentológica de uma microbacia da bacia experimental de São João do Cariri. In: XVI Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste, João Pessoa, DNPEA-SUDENE/DRN. Levantamento exploratório-reconhecimento de solos do Estado da Paraíba. Recife: SUDENE, 1973, v. 1.

6 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