FERRAMENTAS PARA A GESTÃO DO RESERVATÓRIO DE ITAPARICA UTILIZANDO IMAGENS DE SENSORIAMENTO REMOTO Ana Lúcia Bezerra Candeias 1 *; Günter Gunkel²; João Rodrigues Tavares Junior³; Maria do Carmo Sobral 4 Resumo O processamento de imagem de sensoriamento remoto pode fornecer ferramentas de realce, classificação entre outros na análise espacial de alvos no entorno de resrvatórios. Aqui utiliza-se a combinação e razão de bandas de uma imagem OLI do Landsat 8 para a gestão do reservatório de Itaparica. A metodologia é geral e pode ser aplicada a outros reservatórios. Além disso, tem-se com esta técnica dois aspectos importantes para a gestão dessa área: eficiência e rapidez na tomada de decisão tanto no trabalho de campo, como também nas ações a serem desenvolvidas para o reservatório. Como resultados obteve-se o realce das macrófitas emersas, sedimentos em suspensão, agricultura irrigada, áreas com argila, egeria densa submersa além do uso e ocupação do solo no entorno do reservatório. Palavras-Chave processamento de imagem, sensoriamento remoto, geoprocessamento ITAPARICA S RESERVOIR MANAGEMENT TOOLS, WITH REMOTE SENSING IMAGES Abstract Remote sensing image processing can provide enhancement tools, classification and others in the spatial analysis of targets in the vicinity of reservoir. Here is used the combination and reason bands of OLI image of Landsat 8 for the management of Itaparica reservoir. The method is general and can be applied to other reservoirs. In addition, it has two important aspects to this technique for the management of this area: efficiency and speed in decision making both in fieldwork, and in the actions to be taken to the reservoir. As a result, we obtained the enhancement of macrophytes, suspended sediments, irrigated agriculture, areas with clay, dense submerged egeria and the use and occupation of land around the reservoir. Keywords image processing, remote sensing, GIS 1 * Professora do Departamento de Engenharia Cartográfica da UFPE, analucia@ufpe.br ² Professor da TU Berlin, guenter.gunkel@tu-berlin.de ³ Professor do Departamento Cartográfica da UFPE, joaoufpe@gmail.com 4 Professora do Departamento de Engenharia Civil da UFPE, msobral@ufpe.com.br XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1
INTRODUÇÃO Paes et al. (2010) apresenta a gestão do reservatório de Itaparica utilizando as geotecnologias. Gunkel (2007) e Melo (2011) tratam em seus trabalhos sobre a qualidade da água desse reservatório. Já Araújo et al. (2013) ressaltam a tendência de um processo de eutrofização da água nesse reservatório. Candeias et al. (2015) apresentam recomendação de uso e ocupação do solo no entorno desse reservatório e Tundisi (2001) mostra uma abordagem integrada ao problema da eutrofização de lagos. A resolução temporal, espectral, espacial e radiométrica dos sensores imageadores são grandes aliados na identificação do uso e ocupação do solo no entorno do reservatório bem como pode auxiliar na avaliação da qualidade da água (Novo, 2015). A análise das imagens pode ser dada a partir de uma única banda, combinação colorida, razão de bandas ou com modelagem, como exemplifica o artigo de Lopes et al. (2013) em seu artigo quando analisa a clorofila-a em Itaparica por meio de imagens de sensoriamento remoto. Para uma boa gestão, o monitoramento dos reservatórios deve ser frequente, cada duas (três) semanas. O corpo d água não é homogêneo e necessita de muitas amostras para se ter uma visualização geral da área (a cada 5 km, na parte central, nas bordas, e três com profundidades). No reservatório de Itaparica, por exemplo, o monitoramento está distribuído em 12 posições atualmente. Neste caso podem ocorrer eventos no reservatório que estão fora do alcance dessas medições. No monitoramento por barco são necessários, em muitos casos, vários dias para avaliar o corpo d água. Já com a utilização dos métodos do geoprocessamento, obtém-se facilmente o monitoramento de grandes áreas, a aquisição dos dados de todo o reservatório é tomada ao mesmo tempo, controle dos contaminantes pode ser avaliado com maior frequência e a análise da qualidade da água também, e mesmo em lugares de difícil acesso. Mas, até que ponto é possível utilizar as imagens de sensoriamento remoto para obter as medições de qualidade da água? As Tabelas 1, 2 e 3 procuram resumir isto, mostrando uma comparação da capacidade de sensoriamento remoto de medir parâmetros dinâmicos, químicos e biológicos com os métodos tradicionais. Tabela 1 - Capacidade de sensoriamento remoto medir parâmetros dinâmicos da água. Fonte: Novo (2015) XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2
Tabela 2 - Capacidade de sensoriamento remoto medir parâmetros químicos da água. Fonte: Novo (2015) Tabela 3 - Capacidade de sensoriamento remoto medir parâmetros biológicos da água. Fonte: Novo (2015) XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3
O presente artigo mostra como a combinação e razão de bandas de imagens de sensoriamento remoto podem auxiliar na gestão de reservatórios realçando as feições de interesse. Uma exemplificação é feita para o reservatório de Itaparica. A seleção das bandas foi definida a partir da resposta espectral dos alvos de interesse. Este tipo de abordagem pode ser facilmente reproduzido para outros reservatórios. Com esta metodologia existe dois aspectos importantes que o gestor procura que é eficiência e rapidez na tomada de decisão, tanto para o trabalho de campo de forma mais refinada, bem como nas ações a serem tomadas. MATERIAIS E MÉTODOS A Figura 1 apresenta a área do reservatório de Itaparica, onde serão analisadas as bandas do sensor OLI (Operational Land Imager) do satélite Landsat 8. A imagem do OLI é gratuita e a Tabela 4 apresenta as bandas e as faixas espectrais desse sensor que foi lançado em fevereiro de 2013. O SPRING desenvolvido pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), versão 5.06 foi o software de processamento de imagem utilizado na metodologia. A sua vantagem é de ser gratuito. Figura 1 - Localização da área. Fonte: Lopes et al. (2013) Tabela 4 - Bandas e as faixas espectrais do OLI Bandas Comprimeto de onda(µm) Resolução espacial (m) Banda 1 - Coastal aerosol 0.43-0.45 30 Banda 2 - Blue 0.45-0.51 30 Banda 3 - Green 0.53-0.59 30 Banda 4 - Red 0.64-0.67 30 Banda 5 - Near Infrared (NIR) 0.85-0.88 30 Banda 6 - SWIR 1 1.57-1.65 30 Banda 7 - SWIR 2 2.11-2.29 30 Banda 8 - Panchromatic 0.50-0.68 15 Banda 9 - Cirrus 1.36-1.38 30 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4
RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 2 apresenta imagens do Google Earth. É possível visualizar possíveis algas, sedimentos em suspensão na água e macrófitas. Figura 2 Imagens do Google Earth e questionamentos sobre algas, macrófitas ou sedimentos suspensos na água. Na Figura 3 tem-se Análise dos sedimentos e das algas suspensas no reservatório. Imagem OLI de 27.04.2014, Landsat 8, combinação BGR das bandas: azul, vermelho, NIR. A vegetação mais densa ou irrigada fica em vermelho escuro. Figura 3 Análise dos sedimentos e das algas suspensas. Imagem OLI de 27.04.2014, Landsat 8, combinação BGR das bandas: (azul + vermelho), (azul + vermelho), NIR. A Figura 4 mostra a biomassa e o uso do solo do entorno do reservatório. Destaca-se a visualização das macrófitas emersas, sedimentos em suspensão, agricultura irrigada e áreas com argila. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5
Figura 4 Biomassa e uso do solo na imagem OLI de 27.04.2014, Landsat 8, combinação BGR: bandas: azul, verde, NIR A Figura 5 destaca a egeria densa submersa e as algas suspensas em Icó-Mandantes. Os perímetros irrigados são vistos em amarelo esverdeado e a caatinga em tons mais escuros de verde. Figura 5 Biomassa das algas e as macrófitas submersas na imagem de 27.04.2014, Landsat 8. Combinação BGR: azul, (NIR - azul) / (NIR +azul), NIR CONCLUSÃO A combinação e razão de bandas foram usadas neste trabalho e mostram a riqueza dos resultados que o sensoriamento remoto pode fornecer na gestão de reservatórios. Utilizou-se para isto uma imagem do OLI do Landsat 8 e o software SPRING (INPE) ambos gratuitos. A metodologia pode ser facilmente aplicada a outros reservatórios. Observou-se o realce na visualização de macrófitas emersas, sedimentos em suspensão, agricultura irrigada, áreas com argila, egeria densa submersa além do uso e ocupação do solo no entorno do reservatório. A metodologia atende a dois aspectos importantes para a gestão dessa área: eficiência e rapidez na tomada de decisão, tanto no que se refere ao trabalho de campo de forma mais refinada, bem como nas ações a serem tomadas para o reservatório. AGRADECIMENTOS Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Agência do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), pelo apoio ao Projeto Innovate - Interplay XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6
between the multiple uses of water reservoirs via Innovative coupling of substance cycles in aquatic and terrestrial ecosystems. Ao edital da UFPE, PROPESQ/DRI PESQUISADOR VISITANTE DO EXTERIOR Nº 01/2014 do processo Nº 004952/2015-17. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARAUJO FILHO, J. C. de; GUNKEL, G.; SOBRAL, M. C. M.; KAUPENJOHANN, M.; LOPES, H. L. Soil attributes functionality and water eutrophication in the surrounding area of Itaparica Reservoir, Brazil. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 17, n. 9, p. 1005-1013, 2013. CANDEIAS, A L B; LEITE, L. L. L.; CABRAL, J. J. S.; SOBRAL, M. C.; TAVARES JUNIOR, J. R.; GUIMARAES, L M Qualidade do Solo para as Culturas Irrigadas no Entorno do Reservatório de Itaparica Pernambuco. site: https://www.abrh.org.br/sgcv3/userfiles/sumarios/767c5a7c8383b8eac4a0fea31cbdaace_0918569 6e24a4aec4fb631541be92286.pdf. Acessado em 11/06/2015. GUNKEL, G. Contamination and Eutrophication Risk in Reservoir in Semi-Arid Zone: Itaparica Reservoir, Pernambuco, Brazil. In: Reservoirs and River Basins Management: Exchange of Experience from Brazil, Portugal and Germany. Berlin: Technische Universität Berlin, 2007. LOPES, H.; SOBRAL, M. C.; GUNKEL, G.; CANDEIAS, A. L. B.; MELO, G. Análise espaçotemporal da clorofila-a no reservatório de Itaparica por meio de imagens Landsat-TM. Anais XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 13 a 18 de abril de 2013, INPE. MELO, G. L. Avaliação da qualidade da água em reservatórios interligados no eixo leste do Projeto de Integração do Rio São Francisco, Brasil. 2011. 158 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Pernambuco. Recife PE, 2011. NOVO, E. M. L. M. Monitoramento de Quantidade e Qualidade da Água e Sensoriamento Remoto. site: http://mtc-m17.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/mtc-m17@80/2007/12.03.20.57/doc/3.pdf. Acessado em: 11/06/2015. PAES, R. F. de C.; CANDEIAS, A. L. B.; SOBRAL, M. do C. M. (2010). Sistemas de informações geográficas para subsidiar a tomada de decisão na gestão ambiental de reservatórios. III Simpósio Brasileiro de Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação, Recife. TUNDISI, J. G. Planejamento e gerenciamento de lagos e reservatórios: uma abordagem integrada ao problema da eutrofização. São Carlos: United Nations Environment Programme: Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente/Instituto Nacional de Ecologia, 2001. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7