UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA UFPB DISCIPLINA SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS (ESTÁGIO DOCÊNCIA - PPGECAM)

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA UFPB DISCIPLINA SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS (ESTÁGIO DOCÊNCIA - PPGECAM) Mestranda: Isabella Carvalho de Medeiros Orientador: Richarde Marques da Silva TUTORIAL DE DELIMITAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS NO ARCGIS Objetivo da aula: delimitar uma bacia hidrográfica dentro do município de João Pessoa, a partir de um MDE; extrair a rede de drenagem e a ordem dos rios da bacia hidrográfica delimitada; calcular a área e as declividades da bacia hidrográfica gerada. Arquivos necessários: MDE proveniente do STRM adquirido no site Earth Explorer e Shapefile com os municípios da Paraíba adquirido no Geoportal da AESA. 1. Abrindo o MDE e projetando as coordenadas para UTM Ao abrir o MDE proveniente do SRTM no ArcGIS 9.3 iremos perceber que o mesmo será visualizado como um bloco sólido de uma única cor. Precisaremos, então, calcular as estatísticas da imagem, acessando o ArcCatalog. Ao encontrarmos o nosso arquivo dentro do ArcCatalog, devemos clicar com o botão direito do mouse sobre o arquivo e, em seguida, em Calculate Statistics e depois em Ok. Agora, adicionando a imagem no ArcMap ela será exibida conforme o esperado. Entretanto, observamos que as coordenadas estão sendo mostradas em graus decimais.

2 Clicando com o botão direito do mouse no MDE, na janela de camadas do ArcGis, e, em seguida, em propriedades, vamos acessar as propriedades da camada. Devemos então selecionar a aba Source. Observamos que o MDE proveniente do SRTM já vem com a referência espacial definida (GCS_WGS_1984), porém o sistema de coordenadas está em geográficas, deveremos, então, projetar a imagem para UTM. Acessando o ArcToolbox > Data Management Tools > Projections and Transformations > Raster > Project Raster, deveremos inserir em Input Raster a nossa imagem e em Output Coordinate System deveremos escolher WGS 1984 UTM Zone 25 S.(Obs.: O 25S porque o MDE é de João Pessoa). Feito isso, devemos abrir um novo projeto no ArcGis e inserir o novo MDE, agora com as coordenadas em UTM. A imagem deverá aparecer da seguinte forma: 2. Abrindo o shapefile e projetando as coordenadas para UTM No ArcGis é necessário que todas as camadas estejam no mesmo sistema de coordenadas. Observamos (novamente em propriedades da camada > Source), que o shapefile Municipios está em GCS_South_American_1969, diferente do MDE que está em GCS_WGS_1984. Devemos então, primeiramente redefinir a projeção do shapefile para WGS 1984 em sistema de coordenadas geográficas, através da ferramenta ArcToolbox > Data Management Tools > Projections and Transformations > Define Projection e, em seguida, devemos projetar as coordenadas do shapefile Municipios para UTM, de maneira análoga à do MDE: ArcToolbox > Data Management Tools > Projections and Transformations > Feature > Project (definimos o nome do shapefile para PB_UTM ). 3. Exportando o município de João Pessoa Como o objetivo da aula será delimitar uma bacia hidrográfica dentro do município de João Pessoa, deveremos exportar apenas o polígono correspondente ao município de João Pessoa, dentro do shapefile PB_UTM. Para tanto, devemos abrir a tabela de atributos do shapefile PB_UTM, e em seguida, localizar e selecionar o município de João Pessoa. Feito isso, na janela de camadas do ArcGis, devemos clicar com o botão direito sobre o shapefile PB_UTM, em seguida em Data > Export Data. No campo Export selecionamos Selected Features, definimos o nome para JP_UTM e clicamos em Ok.

3 4. Recortando o MDE baseado no limite de João Pessoa Para recortar uma imagem tipo raster, com base num shapefile, deveremos acessar, no ArcToolbox, a ferramenta Spatial Analyst Tools > Extraction > Extract by Mask. Em Input Raster deveremos inserir o MDE_UTM e em Input raster or feature mask data deveremos inserir o shapefile de João Pessoa. Definimos o nome do novo MDE para MDE_JP_UTM e clicamos em Ok. 5. Preenchendo imperfeições no MDE O primeiro passo que deve ser tomado no processo de delimitação de bacias hidrográficas a partir de um MDE é o preenchimento de imperfeições no MDE que se deseja utilizar. Para tanto, devemos acessar a ferramenta Fill através do seguinte caminho, dentro do ArcToolbox:Spatial Analyst Tools > Hydrology > Fill. Em Input surface raster devemos inserir o MDE_JP_UTM e definir o nome do novo arquivo para MDE_JP_FILL. 6. Calculando as direções de fluxo Após o preenchimento de imperfeições, o próximo passo é calcular as direções de fluxo. Isto é feito utilizando a ferramenta do ArcToolbox através do seguinte caminho: ArcToolbox:Spatial Analyst Tools > Hydrology > Flow Direction. No Flow Direction, cada pixel é potencialmente cercado por oito pixels vizinhos. A inclinação de cada uma destas oito direções pode ser calculada tomando-se a diferença em elevação indicada pelo valor de MDE para cada uma destas oito localidades vizinhas e do valor no pixel a ser examinado. Nomeia-se o raster gerado como MDE_JP_DIR. Cada valor que aparece ao final desse processamento diz respeito à direção do fluxo em cada célula, de acordo com a seguinte lógica: 7. Gerando o fluxo acumulado A partir do raster gerado ( MDE_JP_DIR ) gera-se o fluxo acumulado utilizando a ferramenta Flow Accumulation em Arctoolbox > Spatial Analyst Tools > Hydrology > Flow Accumulation.

4 A partir da direção de fluxo, o fluxo acumulado é obtido somando-se a área das células (quantidade de células ou pixels) na direção do fluxo (ou escoamento). Nomeia-se o raster gerado como MDE_JP_FLOWAC. 8. Extraindo redes de drenagem Para isso devemos seguir o caminho Arctoolbox > Spatial Analyst > Conditional > Con. Nesta etapa iremos aplicar uma condicional ao raster de fluxo acumulado, que definirá a densidade da rede de drenagem a ser extraída. Na janela que abrir, em Input conditional raster insere-se o raster MDE_JP_FLOWAC, em Expression insere-se a expressão value > X (onde X pode ser qualquer valor, sendo que quanto menor for, maior será a densidade da rede de drenagem, ou seja, a quantidade de rios a ser exibida), em Input true raster or constant value definimos o valor 1. Nomeamos o raster gerado de acordo com o valor de área mínima definido na expressão, por exemplo Rede_Dren_ Convertendo a rede de drenagem gerada de raster para shapefile Para transformar o raster gerado com a rede de drenagem em shapefile, devemos seguir o caminho Arctoolbox > Spatial Analyst > Hydrology > Stream to Feature. Na janela que abrir, em Input stream raster deveremos adicionar o raster gerado com a rede de drenagem (Ex.: Rede_Dren_500 ), em Input flow direction raster deve-se inserir o raster com as direções de fluxo MDE_JP_DIR. 10. Criando um raster com todas as bacias hidrográficas possíveis Deve-se seguir o caminho Arctoolbox > Spatial Analyst > Hydrology > Basin. Será criado um raster com todas as bacias hidrográficas existentes na área em análise. Nomeia-se o raster gerado como Bacias. Isto nos ajudará na escolha de uma bacia específica a ser delimitada. Vamos, então, clicar com o botão direito sobre o raster gerado Bacias, na janela de camadas do ArcGIS e, em seguida, em propriedades. Na janela de propriedades, selecionamos a aba Symbology > Unique values e clicamos em Ok. Serão mostradas todas as bacias referentes a área de estudo. 11. Delimitando uma bacia hidrográfica Com base no raster Bacias criado na etapa anterior, iremos escolher visualmente uma bacia hirográfica a ser delimitada, observando, no momento da escolha, se a bacia hidrográfica selecionada encontra-se totalmente dentro dos limites da área de estudo. Devemos então definir um exutório da bacia hidrográfica na forma de um shapefile de ponto. Devemos criar o shapefile dentro do ArcCatalog, com o mesmo sistema de coordenadas dos demais arquivos. O exutório criado deve coincidir com uma célula da rede de drenagem, para tanto, aconselha-se utilizar o Snapping dentro da barra de ferramentas Editor. Nomeia-se o shapefile de ponto como Exutorio1.

5 Após criar o shapefile Exutorio1 segue-se o caminho Arctoolbox > Spatial Analyst > Hydrology > Watershed. Será criada a bacia hidrográfica a partir do exutório definido. Nomeia-se este raster como Bacia Transformando a Bacia Hidrográfica criada de raster para shapefile Segue-se o caminho ArcToolbox > Conversion Tools > From Raster > Raster to Polygon. 13. Recortando a rede de drenagem com base no limite da bacia hidrográfica gerada Segue-se o caminho ArcToolbox > Analysis Tools > Extract > Clip.Em Input Features insere-se a rede de drenagem em formato raster, em Clip Features insere-se o shapefile Bacia1. Nomeia-se o novo shapefile como Rede_dren_Bacia Extraindo a ordem dos rios da bacia hidrográfica gerada Devemos, primeiramente, recortar o raster Rede_Dren_500, de acordo com o limite da bacia hidrográfica gerada (Bacia1). O procedimento é análogo ao executado no passo 4. Nomeia-se o novo raster como dren_bacia1. Em seguida, Arctoolbox > Spatial Analyst > Hydrology > Stream order. Em Input stream raster inserimos o raster dren_bacia1, em Input flow direction raster inserimos o raster com as direções de fluxo MDE_JP_DIR. Definimos o novo raster com o nome de Ordem_Bacia Calculando a declividade da bacia hidrográfica Devemos, primeiramente, recortar o MDE de acordo com o limite da bacia hidrográfica gerada (Bacia1). Para tanto, devemos seguir o mesmo procedimento executado no passo 4. Definimos o nome do novo raster como MDE_Bacia1. Em seguida, seguimos o caminho Arctoolbox > Spatial Analyst > Surface > Slope. Em Input raster inserimos o MDE recortado de acordo com o limite da bacia gerada MDE_Bacia1, em Output measurement escolhemos PERCENT_RISE (para obtermos a declividade em porcentagem) e definimos o nome do novo raster como Slope_Bacia Calculando a área da bacia hidrográfica gerada Para calcular a área da bacia hidrográfica delimitada (Bacia1) deveremos clicar com o botão direito do mouse sobre o shapefile Bacia1, na janela de camadas do ArcGIS e, em seguida, abrir a tabela de atributos. Em Options selecionamos Add Field... Em Name escrevemos Area e em Type, selecionamos Double, em Precision definimos 10 e em Scale definimos 2. Clicamos com o botão direito do mouse sobre o campo criado Area e, em seguida, em Calculate Geometry. Em Property definimos Area e em Units selecionamos Square Kilometers.