1 - Mundo da Geomatica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO - UFES / DEPT. DE GEOGRAFIA / SIG
CAPÍTULO 4
CARACTERIZAÇÃO MORFOLÓGICA, HIDROLÓGICA E AMBIENTAL DE
UMA BACIA HIDROGRÁFICA USANDO O SPATIAL ANALYST E O 3D
ANALYST DO ARCGIS 8.3
Neste capítulo você irá trabalhar as ferramentas do Spatial Analyst e
3D Analyst para realizar a “Caracterização Morfológica, Hidrológica e
Ambiental da Bacia Hidrográfica do Rio Turvo Sujo, Micro-Região de
Viçosa, MG”. Este estudo foi realizado pelo prof. Dr. Alexandre Rosa dos
Santos no primeiro capítulo de sua tese de doutorado na Universidade
Federal de Viçosa (UFV).
Este capítulo será dividido em duas etapas. Na primeira etapa, você irá
desenvolver toda a metodologia desenvolvida pelo prof. Alexandre em sua
tese, enquanto que, na segunda etapa, você irá resolver 3 exercícios do
Spatial Analyst oriundo do tutorial original do ArcGIS 8.3.
PRIMEIRA ETAPA: CARACTERIZAÇÃO MORFOLÓGICA, HIDROLÓGICA
E AMBIENTAL DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO TURVO SUJO,
MICRO-REGIÃO DE VIÇOSA, MG”
1.0. Introdução
Um dos desafios básicos da análise hidrológica é o delineamento e a
caracterização morfométrica das bacias hidrográficas e da rede de drenagem
associada. Tal informação é de utilidade em numerosas aplicações, tais como
na modelagem dos fluxos hidráulicos, no transporte e deposição de poluentes
e na predição de inundações (WANG & YIN, 1998; THIERFELDER, 1998;
CEBALLOS & SCHNABEL, 1998).
Além destas aplicações, os estudos relacionados com as drenagens
fluviais possuem função relevante na geomorfologia. Assim, a análise da rede
hidrográfica pode levar à compreensão e à elucidação de numerosas
questões geomorfológicas, pois, os cursos d’água estão relacionados com
processos morfogenéticos muito ativos (CHRISTOFOLETTI, 1980).
Confirmando esta idéia, CHRISTOFOLETTI (1970) destacou a noção de
bacia fluvial como unidade geomorfológica fundamental.
As informações associadas à hidrologia de uma região podem ser
preparadas e analisadas no processo de modelagem. Os Sistemas de
Informações Geográficas (SIGs) vem sendo amplamente usados para esta
finalidade. Os SIGs constituem conjuntos interativos de subsistemas
orientados à organização da informação espacial com o objetivo de
subministrar elementos de apoio à tomada de decisões.
Entre os componentes da modelagem hidrológica assistida por SIG
cita-se os dados provenientes da análise do terreno, caracterização
morfológica das bacias hidrográficas e da rede de drenagem, a partir do
modelo numérico do terreno (MNT). Os MNT têm sido utilizados para delinear
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redes de drenagem e limites de bacias hidrográficas, calcular as
características de área, declividade e orientação do terreno e para produzir
modelagem do fluxo superficial, dentre outros. Estes índices quantitativos
objetivam auxiliar estudos hidrológicos e de outra natureza.
2.0. Objetivos
No presente trabalho é apresentado uma região hidrológica definida,
bem como suas características físicas, procurando medir a influência destas
no comportamento hidrológico da bacia. Para tanto, foi realizada a análise do
terreno no contexto da modelagem hidrológica e caracterização morfológica
da bacia.
3. Revisão de literatura
3.1. Bacias hidrográficas
De acordo com GOLDENFUM & TUCCI (1998), o ciclo hidrológico é o
fenômeno global de circulação fechada da água entre a superfície terrestre e
a atmosfera, impulsionado principalmente pela energia solar, associada à
gravidade e à rotação terrestre. É o elemento fundamental da hidrologia,
representando a água em fases distintas e independentes, desde a
ocorrência de precipitações até seu retorno à atmosfera, sob a forma de
vapor (Figura 1).
Figura 1. Representação esquemática do ciclo hidrológico.
O ciclo hidrológico envolve os processos físicos da evaporação,
transpiração, precipitação, infiltração, percolação, escoamento superficial,
sub-superficial e base, além da vazão, que representam os diferentes
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caminhos pelos quais a água circula nas três fases do sistema Terra:
hidrosfera, litosfera e atmosfera (LIMA, 1976).
O conceito de bacia hidrográfica está associado a uma
compartimentação geográfica delimitada por divisores de água (Figura 2). Em
outros termos, pode ser definida como uma área de captação natural, que
drena para um curso d’água principal, incluindo a área entre o divisor
topográfico e a saída (foz) da bacia (LIMA, 1976).
O termo bacia hidrográfica pode ser definido como o conjunto das
áreas com declividade no sentido de determinada seção transversal de um
curso de água, medidas as áreas em projeção horizontal. Pode-se também
definir bacia hidrográfica como sendo uma área definida e fechada
topograficamente num ponto do curso de água, de forma que toda a vazão
afluente possa ser medida ou descarregada através desse ponto (GARCEZ &
ALVAREZ, 1988 e VIESSMAN et al.,1972).
Figura 2. Esquema de uma bacia hidrográfica com o seu divisor topográfico e
freático.
Os cursos d’ água, de acordo com VILLELA e MATTOS (1975), podem
ser classificados em três tipos: a) perenes: cursos d’água que contém água
durante todo o tempo, sendo que o lençol subterrâneo mantém uma
alimentação contínua e não desce nunca abaixo do leito do curso d’água; b)
intermitentes: estes cursos d’água, em geral, escoam durante as estações de
chuvas e secam nas de estiagem; c) efêmeros: estes cursos d’água existem
durante ou imediatamente após os períodos de precipitação e só transportam
escoamento superficial.
As características físicas de uma bacia constituem elementos de
grande importância para avaliação de seu comportamento hidrológico, pois,
ao estabelecerem-se relações e comparações entre eles e dados hidrológicos
conhecidos, pode-se determinar indiretamente os valores hidrológicos em
locais nos quais faltem dados (VILLELA & MATTOS, 1975). As principais
características físicas de uma bacia hidrográfica são :
- área de drenagem (A);
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-
perímetro (P);
comprimento do curso d’água principal (L);
coeficiente de compacidade (Kc);
fator de forma (Kf);
ordem dos cursos de água;
declividade média da bacia (Dm);
curva hipsométrica;
elevação média da bacia (E);
declividade entre a foz e nascente (S1);
declividade de equivalência entre áreas (S2);
declividade equivalente constante (S3);
retângulo equivalente.
Pelo caráter integrador, GERRA & CUNHA (1996) citam que as bacias
hidrográficas são consideradas excelentes unidades de gestão dos
elementos naturais e sociais, pois, nesta ótica, é possível acompanhar as
mudanças introduzidas pelo homem e as respectivas respostas da natureza.
Ainda, de acordo com esses autores, em nações mais desenvolvidas, a bacia
hidrográfica também tem sido utilizada como unidade de planejamento e
gerenciamento, compatibilizando os diversos usos e interesses pela água e
garantindo sua qualidade e quantidade.
O termo “manejo de bacias hidrográficas” refere-se à regularização,
controle e manejo dos recursos naturais de uma bacia, com a finalidade de
proteção e aumento de produção das fontes de água. Este manejo visa à
interação do uso do solo, vegetação, água e outros recursos presentes
(LIMA, 1986 e BORMANN et al., 1994).
Várias causas deram origem, no início do século XX, ao conceito de manejo
de bacias hidrográficas (LIMA, 1976), destacando-se:
-
conhecimento cada vez melhor do ciclo da água;
aumento da demanda de água em conseqüência do rápido
desenvolvimento tecnológico;
aumento crescente da população e da demanda dos recursos naturais;
novos e complexos problemas de água, tais como poluição e ocupação
antrópica das planícies de inundação;
reconhecimento da bacia hidrográfica como a melhor unidade natural
para o manejo de recursos.
A expansão urbana e a industrialização, por um lado, e a pecuária e a
agricultura intensivas, por outro, exigem quantidades cada vez maiores de
água e, na maioria das vezes, agravam a qualidade dos recursos hídricos
disponíveis (Laboratório Nacional de Engenharia CIivil – LNECM,1986).
Com o propósito de se avaliar diferentes usos do solo, CASTRO
(1980) acompanhou os dados de deflúvios em duas bacias, sendo uma com
mata natural e outra com agricultura e pastagem. O autor obteve na bacia
com mata um menor escoamento da água de precipitação, além de que o
padrão de sua hidrógrafa, ou seja, da representação gráfica das variações do
deflúvio com o tempo, mostrou um achatamento do pico de vazão,
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evidenciando assim o papel da cobertura florestal na regularização dos
cursos d’água, melhorando a porosidade dos solos e facilitando a infiltração.
3.2. Sistemas de informações geográficas (SIGs)
De acordo com ASPIAZÚ e BRITES (1989), os sistemas de
informações geográficas são técnicas empregadas na integração e análise de
dados provenientes das mais diversas fontes, como imagens fornecidas por
satélites terrestres, mapas, cartas climatológicas, censos, e outros.
Um sistema de informações geográfica é um sistema auxiliado por
computador para adquirir, armazenar, analisar e exibir dados geográficos.
Hoje, muitos softwares estão disponíveis para ajudar nesta atividade
(EASTMAN, 1995).
Segundo FELGUEIRAS (1987), os SIGs são sistemas que
automatizam tarefas realizadas manualmente e facilitam a realização de
análises complexas, através da integração de dados geocodificadas.
O SIG tem como características principais a capacidade de coletar,
armazenar e recuperar informações provenientes de fontes e formatos
distintos, além de possibilitar a disponibilidade de programas computacionais
para edição de mapas, textos e gráficos (MARBLE & PEUQUET, 1983).
De acordo com FERREIRA (1997), os sistemas de informações
geográficas podem ser considerados um instrumento para mapear e indicar
respostas às várias questões sobre planejamento urbano e regional, meio
rural e levantamento dos recursos renováveis, descrevendo os mecanismos
das mudanças que operam no meio ambiente e auxiliando no planejamento e
manejo dos recursos naturais de regiões específicas.
A utilização de técnicas de geoprocessamento constitui-se em
instrumento de grande potencial para o estabelecimento de planos integrados
de conservação do solo e da água. Nesse contexto, os sistemas de
informações geográficas (SIGs) se inserem como uma ferramenta capaz de
manipular as funções que representam os processos ambientais em diversas
regiões de uma forma simples e eficiente, permitindo economia de recursos e
tempo. Estas manipulações permitem agregar dados de diferentes fontes (por
exemplo: imagens de satélite, mapas topográficos, mapas de solo, etc) e
diferentes escalas. O resultado destas manipulações, geralmente, é
apresentado sob a forma de mapas temáticos com as informações desejadas
(MENDES, 1997).
MARBLE e PEUQUET (1983) afirmam que a importância do SIG devese a vários fatores, destacando-se: a) o SIG tecnológico é importante para a
análise geográfica feita por microscópio, telescópio, computadores que
podem ser exercidas por outras ciências. Estas poderiam consequentemente
mostrar a necessidade para dissolver a sistemática regional e a dictomia
física e humana que tem tido longas procedências geográficas de outras
disciplinas com o uso de informações geográficas; b) o SIG integra
espacialmente outras classes de informações espaciais como um modelo.
Estes oferecem um consistente trabalho para analizar dados geográficos.
O SIG é muito moderno e atual devido ao elevado nível de interesse
em novos desenvolvimentos da computação e porque tem mostrado uma
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elevada técnica para percepção de informações geográficas (PARENT e
CHURCH, 1987).
O SIG tem sido chamado de um “capacitador tecnológico”, segundo
FISHER & LINDENBERG (1989), porque tem o potencial de oferecer uma
larga variedade de disciplinas, sendo que, a maior parte delas utiliza dados
espaciais. As principais são: geografia, hidrologia, cartografia, sensoriamento
remoto, fotogrametria, agrimensura, geodésia, estatística, etc.
As principais áreas de aplicação prática dos SIGs são: a) base de
trabalhos reticulares de estradas; b) base de recursos naturais (Ex:
administração de florestas e rios, análise de impacto ambiental, análise de
habitat, zoneamentos, administração de qualidade da água, etc); c)
facilidades de administração.
De acordo com DOBSON (1983), várias foram as causas para o
surgimento da computação gráfica (cartografia automática) destacando-se: a)
necessidade de rapidez na produção e edição de mapas a partir de grandes
arquivos já na forma digital; b) redução do custo cartográfico e o tempo de
produção e edição de mapas.
O pequeno custo de mapas simples, a grande flexibilidade dos dados
de saída, a facilidade de obtenção de escalas e de mudanças de projeção e
os outros usos dos dados digitais contribuíram para o avanço da computação
gráfica.
O critério usado para converter variações geográficas reais em objetos
descritos são chamados de modelos de dados. Esse modelos, dependendo
do formato e da necessidade do usuário, podem ser de dois tipos: modelo do
tipo raster ou matricial e modelo do tipo vetor.
O modelo raster ou matricial, segundo STAR e ESTES (1990) é
caracterizado por dividir a área em quadrículas de grades regulares de
células na sequência específica na forma horizontal. Dentre as características
do modelo raster, citam-se: a) a seqüência é da esquerda para direita e de
cima para baixo; b) cada célula contém um valor simples; c) as células e seus
valores associados encontram-se dispostos em camadas (Ex: tipo de solo,
elevação, uso da terra, etc.).
O modelo vetor utiliza-se de segmentos de linhas ou pontos para
identificar localidades (STAR e ESTES,1990). Neste modelo os objetos
(divisas de estradas, cidades, etc.) são formados por meio da conecção de
segmentos e linhas (vetores).
Quando se trabalha com mapas digitais (computação gráfica), uma
característica importante que um mapa deve possuir é a sua resolução. A
resolução de um mapa (imagem digital) pode ser definida como o número de
dimensões lineares de pequenas unidades de espaço geográfico para dados
que são registrados. Essas pequenas unidades são conhecidas como células
ou pixels e são geralmente retangulares. Quando se afirma, por exemplo, que
a resolução de um mapa é de 50 x 50 m, isto significa que a cada 1000 m
sobre a terra corresponde a 20 células na imagem.
Os fenômenos reais do mundo podem ser observados de três modos
distintos (BERRY e BAKER, 1968): espacial, temporal e temático. O modo
espacial trata da variação de lugar para lugar. O modo temporal trata da
variação de tempo para tempo (de uma época para outra). O modo temático
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trata da variação de uma característica para outra (de uma camada para
outra).
4. Material e métodos
4.1. Descrição da área de estudo
A área-base deste estudo abrange a bacia hidrográfica do rio Turvo
Sujo, com área total de 406,44 km2, pertencente à bacia hidrográfica do rio
Doce. Está compreendida entre as coordenadas geográficas 42 o40’ e 43o00’
de longitude Oeste e 20o39’ e 20o55’ de latitude Sul, abrangendo parte dos
municípios de Viçosa, Cajuri, Coimbra, Teixeiras e Guaraciaba, no Estado de
Minas Gerais (Figura 3).
A área está embasada em rochas referentes ao Pré-Cambriano Inferior
ou Indiviso, compreendendo gnaisses e magmatitos diversos. Sedimentos
quaternários ocorrem ao longo dos vales, constituindo depósitos aluvionares
de caráter argiloso, argilo-arenoso ou arenoso, representados por terraços e
leitos maiores de deposição mais recente (REZENDE, 1971; RADAMBRASIL,
1983; CORRÊA, 1984).
O clima da região enquadra-se no tipo Cwa (clima de inverno seco e
verão chuvoso), de acordo com a classificação de köppen, com temperatura
do mês mais frio inferior a 18oC e, do mês mais quente, superior a 22 oC
(BARUQUI, 1982).
As informações de referência utilizadas para análises foram extraídas
das cartas topográficas da região (IBGE 1976; 1977; 1979a e b) que
incluíram as curvas de nível de 20m em 20m, rede hidrográfica e limites da
bacia.
A base de dados e as análises serão geradas por você usando o
SIG arcGIS 8.3, sendo que a entrada de dados foi executada manualmente
por meio de uma mesa digitalizadora baseada nos atributos dos mapas de
origem de escala 1:50.000. A digitalização foi feita utilizando o programa
AUTOCAD, por meio do processo ponto a ponto e armazenado no formato
DXF. Os procedimentos utilizados visando alcançar os objetivos propostos
são descritos a seguir:
-
-
Geração da base de dados primários, no formato digital;
Interpolação dos valores altimétricos para geração de uma superfície
(grade) continua e hidrológicamente correta com valores de altitude para
cada um de seus pontos (MNT);
Eliminação das distorções do MNT geradas por erros na interpolação;
Hierarquização (classificação segundo a ordem de importância) dos
cursos d’água;
Delineamento automático das bacias hidrográficas de distintas áreas de
importância;
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RIO TURVO SUJO
Figura 3. Localização da bacia hidrográfica do rio Turvo Sujo.
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4.2. Modelagem hidrológica e análise morfométrica da bacia hidrográfica
do rio Turvo Sujo
4.2.1. Modelagem hidrológica do terreno
Com o propósito de gerar um modelo numérico do terreno (MNT) com
valores representativos do relevo, será realizada a interpolação linear entre
os valores altimétricos das curvas de nível. Como a informação principal de
entrada, será utilizada a contida no arquivo de curva de nível não recortada
pelo limite da bacia, procurando a otimização dos resultados nas bordas. O
processo permitirá gerar uma grade de interpolação hidrológicamente correta.
O esquema de todas as operações envolvidas no processo de
manipulação e execução das diversas etapas que envolveram a geração da
base de dados primários que você usará, no formato digital, é mostrado na
Figura 4.
AUTO-CAD
ArcGIS 8.3
.shp
Mapa de Curva de
Nível
VOCÊ IRÁ GERAR O MNT
Modelo
Numérico do
Terreno (MNT)
sem
distorções
.shp
Mapa de
Hidrografia
RECLASS
Hierarquização da
hidrografia segundo
critério proposto por
HORTON (1945)
Mapa de
Hidrografia
Hierarquizado
.shp
Mapa de
Limite
Reclassificado
Mapa de Limite
Modelagem
Hidrológica e Análise
Morfométrica da bacia
do rio Turvo Sujo
Figura 4. Fluxograma representando a geração da base de dados primários.
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PRÁTICA 1: Fixação do sistema de coordenadas dos mapas a serem
trabalhados
1. Na página da disciplina de SIG (www.ufes.br/~geoufes/lgu/lgu.htm),
baixe os três mapas (
,
e
) que nós
iremos usar durante o trabalho. Estes mapas estão localizados à frente do
capítulo 4 da apostila do ArcGIS 8.3 com o nome de Mapas BHRTS. Para
dinamificar os exercícios, abra uma nova pasta na raiz c de seu
computador, renomeia com o nome de ProjetoBRTS e coloque os três
mapas dentro desta pasta.
Veja o
resultado no
ArcCatalog
2. Inicie o ArcMap com um novo projeto (projeto em branco);
3. Na barra de ferramentas Standard, clique sobre ícone do programa
ArcCatalog
para abri-lo.
4. No ArcCatalog, clique com o botão direito do mouse sobre a layer
curvasnivel_brts e selecione a opção Properties.
5. Na janela Shapefile Properties, clique na guia Fields e posteriormente no
registro Geometry.
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6. Agora, no painel Field Properties, clique sobre o botão de reticências do
registro Spatial Reference.
7. Na janela Propriedades de Spatial Reference, clique sobre o botão Select
para podermos selecionar o sistema de referência da layer.
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8. Na janela Browse for Coordinate System, clique sobre a pasta Projected
Coordinate System.
10. Clique sobre a pasta UTM e, posteriormente, clique sobre a pasta Other
GCS e selecione o sistema de projeção South American 1969 UTM
Zone 21S.prj e clique sobre o botão Add.
11. Agora, para terminar, clique sobre o botão OK de todas as janelas para a
aceitar o novo sistema de coordenada.
12. Repita os passos anteriores para as layers Hidrografia_brts e
Limite_brts para ativar seus sistemas de coordenadas.
13. Feche o ArcCatalog para voltar para o ArcMap.
PRÁTICA 2: Gerando o modelo numérico do terreno (MNT) para o
quadrante à qual a Bacia Hidrográfica do Rio Turvo Sujo
insere-se.
O próximo passo será gerar o MNT para o quadrante à qual a Bacia
Hidrográfica do Rio Turvo Sujo insere-se. Iremos gerar um MNT utilizando a
estrutura de grade triangular ou TIN (do inglês “Triangular Irregular
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Network”). É importante ressaltar que os modelos numéricos de terrenos
podem ser representados da seguinte forma:
a) Grade regular: é uma representação matricial onde cada elemento da
matriz está associado a um valor numérico, como ilustra a Figura 5 abaixo.
Para a geração da grade, torna-se necessário estimar, por meio de
interpoladores matemáticos, os valores para as células que não possuem
medidas de elevação, considerando-se, para tanto, as medidas da
vizinhança.
Os procedimentos de interpolação para a geração de grades regulares
a partir de amostras variam de acordo com a grandeza medida. No caso de
altimetria, é comum o uso de funções de ponderação por inverso do
quadrado da distância. Já para variáveis geofísicas ou de natureza
pedológica, procedimentos de filtragem bidimensional ou de geoestatística
como a krigagem são utilizados.
Figura 5. Superfície e grade regular correspondente.
b) Grade triangular (TIN): é uma estrutura do tipo vetorial com topologia do
tipo nó-arco e representa uma superfície por meio de um conjunto de faces
triangulares interligadas. Para cada um dos três vértices da face do triângulo
são armazenadas as coordenadas de localização (x, y) e o atributo z,
correspondente ao valor de elevação ou altitude. Em geral, nos SIGs que
possuem pacotes para MNT, os algoritmos para a geração da grade
triangular baseiam-se na triangulação de Delaunay com restrição de região.
Quanto mais eqüiláteras forem as faces triangulares, maior será a
exatidão com que se descreve a superfície. O valor de elevação em qualquer
ponto dentro da superfície pode ser estimado a partir das faces triangulares,
utilizando interpoladores. A Figura 6 ilustra uma superfície tridimensional e a
grade triangular correspondente.
Figura 6. Superfície e malha triangular correspondente.
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O Quadro 1 mostra a comparação entre grades regulares e
triangulares para representar MNTs.
Quadro 1. Comparação entre grades regulares e triangulares para
representar MNTs
GRADE TRIANGULAR
Vantagens
Desvantagens
1. Melhor representação do relevo
complexo.
2. Incorporação de restrições como
linhas de cristas.
1. Complexidade no manuseio.
2. Inadequada para visualização 3D.
GRADE REGULAR
1. Facilita manuseio e conversões.
2. Adequação para geofísica e para
visualizações 3D.
1. Representação complexa do
relevo.
2. Cálculo de declividade.
Agora que já sabemos a diferença entre as representações de
modelos numéricos de terreno (MNT), vamos gerar o MNT no ArcGIS 8.3
utilizando a estrutura de grade triangular ou TIN (do inglês “Triangular
Irregular Network”).
1. Clique no botão Add Data
da barra de ferramentas Standard e
adicione o shapefile curvasnivel_brts localizado no diretório
ProjetoBRTS (C:\ ProjetoBRTS) e clique sobre o botão Add.
2. Na tabela de conteúdos, clique com o botão direito do mouse sobre a layer
curvasnivel_brts e, na janela de menu rápido, clique sobre a opção Open
Attribute Table. Na tabela que se abrirá, observe que o campo que
contém a cotas altimétricas que desejamos interpolar para gerar o MNT
chama-se ELEVATION. Então, feche a tabela.
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3. Se o ArcMap não apresenta as barras de ferramentas Spatial Analyst e
3D Analyst, clique sobre o menu View, aponte para Toolbar e clique
sobre estas barras de ferramentas para disponibiliza-las no ArcMap.
4. Clique sobre o menu 3D Analyst, aponte para Create/Modify TIN e clique
sobre a opção Create TIN From Features.
5. Na janela Create TIN From Features, marque a layer curvasnivel_brts e
no dropdow da opção Height Source (Origem da altitude), escolha o
campo ELEVATION. No dropdown da opção Triangulate as escolha a
opção mass point (pontuação em massa). Na caixa de entrada Output
TIN, digite o nome mnt_tin dentro do diretório de trabalho
(C:\ProjetoBRTS\mnt_tin). Então, clique sobre o botão OK.
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Após o processamento, você deverá visualizar o modelo numérico do terreno
(MNT) para o quadrante à qual a Bacia Hidrográfica do Rio Turvo Sujo inserese. Observa-se na legenda que a menor cota altimétrica é 440 m e a maior é
1000 m.
OBS: Utilize a ferramenta Identify
e clique em pontos alternados sobre o
MNT e observe que qualquer ponto do mapa agora é representado por
uma cota altimétrica.
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PRÁTICA 3: Reclassificando MNT do quadrante à qual a Bacia
Hidrográfica do Rio Turvo Sujo insere-se em intervalo de
curvas de nível de 20 em 20 metros e delimitando a área
compreendida pela bacia hidrográfica.
A próxima etapa será reclassificar o MNT do quadrante à qual a Bacia
Hidrográfica do Rio Turvo Sujo insere-se em intervalo de curvas de nível de
20 em 20 metros. No entanto, a reclassificação só pode ser realizada sobre
imagem no formato raster ou matricial. Logo, como o MNT (modelo TIN)
encontra-se no formato vetorial, primeiramente temos que converte-lo para o
formato raster para depois poder-mos realizar a reclassificação do MNT em
intervalos de curvas de nível de 20 em 20 metros.
1. Clique sobre o menu 3D Analyst, aponte para Convert e clique sobre a
opção TIN to Raster.
2. Na janela Convert TIN to Raster, selecione a imagem mnt_tin no
dorpdown da opção Input TIN e Elevation no dropdown da opção
Attribute. Vamos assumir que cada pixel ou célula de sua imagem raster
terá o tamanho de 10 metros sobre o terreno. Logo, entre com o valor de
10 para a opção Cell size. Na caixa de entrada Output raster digite o
nome
mnt_raster
dentro
do
diretório
de
trabalho
(C:\ProjetoBRTS\mnt_raster). Então, clique sobre o botão OK.
191
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Após o processamento, você deverá visualizar o modelo numérico do terreno
(MNT) para o quadrante à qual a Bacia Hidrográfica do Rio Turvo Sujo inserese já no formato raster.
OBS: Se necessário, troque a paleta de cor da legenda e utilize a ferramenta
Zoom In
para ampliar uma área da imagem para que você possa
observar as unidades matriciais ou pixels.
3. Agora que o MNT encontra-se no formato raster, estamos prontos para
iniciar a reclassificação do MNT em intervalos de curvas de nível de 20 em
20 metros. Então, clique sobre o menu Spatial Analyst e clique sobre a
opção Reclassify.
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4. Na janela Reclassify, selecione a imagem mnt_raster no dropdown Input
raster e clique sobre o botão Classify. Na janela Classification, escolha o
método Defined Interval no dropdown Method e entre com o valor de 20
na caixa de entrada da opção Interval Size e clique sobre o botão OK.
5. De volta a janela Reclassify, é necessário dar-mos um nome para a nova
imagem reclassificada a ser criada. Então, clique sobre o botão da pasta
aberta
, vá para o nosso diretório de trabalho e digite nome
mnt_reclass. Para terminar, clique sobre o botão OK.
6. Clique com o botão direito do mouse sobre a nova imagem mnt_reclass e
clique sobre a opção Properties. Na janela Layer Properties, clique sobre
a opção Unique Values, selecione o esquema de cor mostrado abaixo no
dropdown Color Scheme, clique sobre o botão Add All Values e
posteriormente clique sobre o botão OK.
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Observe que temos um total de 28 intervalos de curvas de nível
variando de 20 em 20 metros (de 440 a 1000 metros). É importante que
você saiba qual o significado de cada intervalo:
Atributo = Intervalo
1 = 440 a 460
2 = 460 - 480
3 = 480 - 500
4 = 500 - 520
5 = 520 - 540
6 = 540 - 560
7 = 560 - 580
8 = 580 - 600
9 = 600 - 620
10 = 620 - 640
11 = 640 - 660
12 = 660 - 680
13 = 680 - 700
14 = 700 - 720
15 = 720 - 740
16 = 740 - 760
17 = 760 - 780
18 = 780 - 800
19 = 800 - 820
20 = 820 - 840
21 = 840 - 860
22 = 860 - 880
23 = 880 - 900
24 = 900 -920
25 = 920 - 940
26 = 940 - 960
27 = 960 - 980
28 = 980 - 1000
Se você cumpriu fielmente todas as etapas anteriores, seu mapa
deverá ser igual ao mostrado abaixo:
194
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Agora, estamos prontos para delimitar apenas os intervalos de curva
de nível compreendidos pela bacia hidrográfica em estudo. Para tanto,
deveremos utilizar a técnica de álgebra de mapas. Esta técnica possibilita a
utilização de operações matemáticas para se trabalhar com mapas. Em
nosso trabalho, deveremos multiplicar o mapa rasterizado do limite da bacia
hidrográfica pelo quadrante de intervalos de curvas de nível. No entanto será
necessário primeiramente converter o limite da bacia hidrográfica de vetor
para raster, pois as operações de álgebra com mapas são realizadas com
imagens no formato raster.
7. Clique sobre o botão Add Data
tabela de conteúdos.
e insira o shapefile Limite_BRTS na
8. Clique sobre o menu Spatial Analyst, aponte para Convert e clique sobre
a opção Features to Raster.
9. Na janela Features to Raster, selecione a imagem Limite_BRTS no
dorpdown da opção Input features e PolyID no dropdown da opção Field.
Vamos assumir que cada pixel ou célula de sua imagem raster terá o
tamanho de 10 metros sobre o terreno. Logo, entre com o valor de 10 para
a opção Output Cell size. Na caixa de entrada Output raster digite o
nome
limite_raster
dentro
do
diretório
de
trabalho
(C:\ProjetoBRTS\limite_raster). Então, clique sobre o botão OK.
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Após o processamento, teremos uma imagem raster do limite da bacia
hidrográfica em estudo.
OBS: Utilize a ferramenta Identify
e clique em pontos alternados sobre o
a imagem de limite. Observe que no interior da imagem todos os pixels
apresentam valor igual a 1, enquanto que, externamente à imagem, os
valores são de 0 (No Data). Para poder-mos delimitar apenas os intervalos
de curvas de nível que encontram-se dentro do limite da bacia, deveremos
multiplicar a imagem raster do limite da bacia pela imagem raster dos
intervalos de curvas de nível. Veja exemplo:
X
Limite raster da bacia
=
INTERVALOS DE
CURVAS DE NÍVEL
PARA A BACIA EM
ESTUDO
Intervalos de curvas de nível
de 20 em 20 metros para o
quadrante
196
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10. Clique no menu Spatial Analyst e clique sobre a opção Raster
Calculator.
11. Na janela Raster Calculator, dè um clique duplo sobre a imagem
LIMITE_RASTER. Agora, clique sobre o botão asterisco
e clique
duas vezes sobre a imagem mnt_reclass. Para terminar a operação
clique sobre o botão Evaluate.
Após o processamento, você terá como resultado os intervalos de
curvas de nível apenas para área interna da bacia hidrográfica em estudo.
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Observe que a imagem de intervalos de curvas de nível para a bacia
hidrográfica é disposto na tabela de conteúdo com o nome de Calculation
(Nome temporário). Se você gostou do resultado, temos que tornar esta
imagem permanente em nosso diretório de trabalho.
12. Clique com o botão direito do mouse sobre a imagem Calculation e na
janela de menu rápido clique sobre a opção Make Permanent. Na janela
Make Calculation Permanent entre com o nome mnt_bacia e clique
sobre o botão Save.
13. Após o processamento, clique com o botão direito do mouse sobre a
imagem Calculation e clique sobre a opção remove. Agora, clique sobre
o botão Add Data
e adicione a imagem mnt_bacia.
Para terminar-mos esta primeira parte do estudo, devemos preparar a
legenda do último mapa de MNT para a bacia, sobrepor-mos a hidrografia
sobre o mesmo e preparar-mos o layout final. Para averiguar se o MNT
realmente representa a variação do relevo da região, é conveniente sobrepormos a hidrografia. Se os cursos d’água e, sobretudo, o rio principal, tenderem
a movimentarem-se das áreas de maio elevação para as áreas mais baixas,
o modelo numérico do terreno realmente representou a realidade dos cursos
d’água.
14. Clique com o botão direito do mouse sobre a imagem mnt_bacia e na
janela de menu rápido, clique sobre Properties. Clique na guia
Symbology. Agora no campo Label, altere os valores dos atributos para
os verdadeiros intervalos de curva de nível (Ex: 10 = 620 – 640 m, 11 =
640 – 660 m, ...). Agora, altere a saída do campo Label à frente de
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<Heading> para Hipsometria. Agora, clique na guia General e apague o
nome da caixa de entrada Layer Name. Então, clique sobre o botão OK.
15. Clique sobre o botão Add Data
hidrografia_brts na tabela de conteúdos.
e adicione a imagem
16. Clique com o botão direito do mouse sobre a imagem hidrografia_brts e
na janela de menu rápido, clique sobre Properties. Clique na guia
General e entre com o nome Hidrografia na caixa de entrada Layer
Name. Vá para a guia Symbology e clique sobre o botão em forma de
linha. Agora, Clique sobre o símbolo Collector Street e altere o valor da
caixa de entra Width para 0.20. Então clique sobre o botão OK duas
vezes para ver-mos o resultado.
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17. Desmarque todas as imagens da tabela de conteúdo, deixando apenas as
imagens Hidrografia e Hipsometria marcadas.
18. No menu View, clique sobre a opção Layout View.
19. No menu File, clique sobre a opção Page Setup. Na janela Page Setup,
configure a página do Layout e a impressora para o tamanho A4 e
orientação Landscap. Não se esqueça de clicar sobre a caixa de
checagem Scale map elements proportionally to changes in page size.
Clique sobre o botão OK.
20. No menu Insert, clique sobre a opção Legend. Na janela Legend Wizard,
selecione apenas as legendas Hidrografia e Hiposmetria (Em branco) e
clique sobre o botão Avançar. Apague o nome contido dentro do campo
Legend Title e clique sobre o botão Avançar duas vezes. Agora, no painel
Patch, altere o valor da opção Width para 38 e Height para 19. Clique
sobre o botão Avançar mais uma vez e conclua (botão Concluir) a
operação.
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21. No menu Insert, clique sobre a opção North Arrow. Na janela North
Arrow Selector, escolha a opção ESRI North 1 e clique sobre o botão
OK.
22. No menu Insert, clique sobre a opção Scar Bar. Na janela Scar Bar
Selector, escolha a opção Alternating Scale Bar 1 e clique sobre o
botão OK. Agora, dê um clique duplo sobre a escala no layout e altere
seu formato para: 3 divisões, 3 subdivisões, Kilômetros, Label Km e
clique sobre o botão OK.
201
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23. No menu View, clique sobre a opção Data Frame Properties. Na janela
Data Frame Properties, clique na guia Grids. Clique sobre o botão New
Grid. Marque a opção Meadured Grid: divide ma pinto a gid of map
units (Divide o mapa em grades baseado na unidade do mapa). Avance
duas vezes e no botão Font escolha uma fonte de tamanho 12. Clique
sobre o botão Avançar e Conclua a operação.
24. Tome a Figura 7 abaixo como exemplo e ajeite os elementos do seu
mapa.
OBS: Não foi acrescentado título ao mapa, pois o objetivo do trabalho é
científico, ou seja, os mapas serão exportados como figura para serem
inseridos do programa Microsoft Word.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO - UFES / DEPT. DE GEOGRAFIA / SIG
710819
.794845
717549
.994379
724280
.193913
731010
.393447
737740
.592981
.540189
7714556
.540189
7714556
Hipsometria
620 - 640 m
640 - 660 m
660-680 m
.777446
700 - 720 m
7708290
.777446
7708290
680 - 700 m
720 - 740 m
740 - 760 m
.014703
780 - 800 m
7702025
.014703
7702025
760 - 780 m
800 - 820 m
820 - 840 m
.251960
860 - 880 m
7695759
.251960
7695759
840 - 860 m
880 - 900 m
900 - 920 m
.489217
Hidrografia
7689493
.489217
7689493
920 - 940 m
710819
.794845
717549
.994379
724280
.193913
731010
.393447
737740
.592981
0 1.5 3
-
6
9
Km
Figura 7. Sobreposição da hidrografia sobre os intervalos de curvas de níveis
da bacia hidrográfica do rio Turvo Sujo, micro-região de Viçosa, MG.
25. No menu File, clique sobre a opção Save. Então salve o projeto com o
nome MntBacia dentro do diretório de trabalho.
PRÁTICA 3: Elaborando o mapa de declividade de acordo com os
intervalos sugeridos pela EMBRAPA (1979) para o
quadrante à qual a Bacia Hidrográfica do Rio Turvo Sujo
insere-se e delimitando a área compreendida pela bacia
hidrográfica.
A declividade do terreno é expressa como a variação de altitude entre
dois pontos do terreno, em relação à distância que os separa. O modelo
numérico do terreno será utilizado como imagem de entrada para a geração
do mapa de declividade. A imagem de declividade gerada será do tipo
contínua, por apresentar valores reais. Esta imagem será fatiada e, as
classes de declividades serão discriminadas em seis intervalos distintos
sugeridos pela EMBRAPA (1979): 0-3% (relevo plano), 3-8% (relevo
suavemente ondulado), 8-20% (relevo ondulado), 20-45% (relevo
fortemente ondulado), 45-75% (relevo montanhoso), e, > 75% (relevo
fortemente montanhoso). Porém, existe a possibilidade de se dividir o
terreno em outras classes de declividade, de acordo com as necessidades do
estudo em particular. Esta operação será realizada utilizando a técnica de
reclassificação com base numa tabela ASCII gerada para este propósito. A
estrutura da tabela utilizada com o comando foi a seguinte:
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0–3
3–8
8 – 20
20 – 45
45 – 75
> 75
1
2
3
4
5
6
1. Para evitar-mos a elaboração de um novo layout para esta nova prática,
vamos salvar o projeto existente (MntBacia) com um outro nome, ou seja,
DeclividadeBacia. Para tanto, No menu File, clique sobre a opção Save
as. Na caixa de entrada Nome do Arquivo, entre com o nome
DeclividadeBacia e clique sobre o botão Salvar.
2. Na tabela de conteúdos, remova as imagens Hidrografia, Limite_BRTS,
mnt_reclass, mnt_tin e curvasnivel_brts. Deixe apenas as imagens
LIMITE_RASTER e mnt_raster.
OBS: Para a elaboração do mapa de declividade da bacia hidrográfica,
iremos precisar apenas do MNT da bacia (contínuo e sem intervalos) e
do limite rasterizado da bacia para poder-mos realizar a delimitação da
bacia hidrográfica (álgebra com mapas).
3. Clique no menu Spatial Analyst, aponte para Suface Analysis e clique
sobre a opção Slope.
4. Na janela Slope, selecione mnt_raster no dropdown da opção Input
surface. Marque a opção Percent. Entre com o valor de 10 para a opção
Output cell size (tamanho de saída das células). Digite decliv_quad
como
sendo
o
nome
da
nova
imagem
de
declividade
(C:\ProjetoBRTS\decliv_quad). Clique sobre o botão OK.
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OBS: Após o processamento, observa-se que existem algumas classes que
apresentaram declividades acima de 100% não representando a
realidade do relevo. Entretanto, estes erros não comprometem o
andamento do trabalho, visto que, os mesmo ocorrem apenas nos
cantos da imagem. Certamente, esses erros foram ocasionados
durante o processo de digitalização das curvas de nível.
Agora, estamos prontos para iniciar o processo de reclassificação da
imagem de declividade com intervalos sugeridos pela EMNBRAPA.
5. No menu Spatial Analyst, clique sobre a opção Reclassify.
6. Na janela Reclassify, selecione a imagem decliv_quad no dropdown
Input raster. No campo Old values, entre com os valores sugeridos pela
EMBRAPA. Entre com o nome decliv_emb para a nova imagem de
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declividade a ser criada (C:\ProjetoBRTS\ decliv_emb) e clique sobre o
botão OK.
Após o processamento, sua imagem de declividade deverá ficar
semelhante a imagem mostrada abaixo.
O próximo passo será delimitar a bacia hidrográfica em estudo
mostrando os intervalos de declividade apenas no interior da bacia.
7. Clique no menu Spatial Analyst e clique sobre a opção Raster
Calculator.
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8. Na janela Raster Calculator, dè um clique duplo sobre a imagem
LIMITE_RASTER. Agora, clique sobre o botão asterisco
e clique duas
vezes sobre a imagem decliv_emb. Para terminar a operação clique
sobre o botão Evaluate.
Após o processamento, você terá como resultado os intervalos de
declividade apenas para área interna da bacia hidrográfica em estudo.
Observe que a imagem de intervalos de curvas de nível para a bacia
hidrográfica é disposto na tabela de conteúdo com o nome de Calculation
(Nome temporário). Se você gostou do resultado, temos que tornar esta
imagem permanente em nosso diretório de trabalho.
9. Clique com o botão direito do mouse sobre a imagem Calculation e na
janela de menu rápido clique sobre a opção Make Permanent. Na janela
Make Calculation Permanent entre com o nome decliv_bacia e clique
sobre o botão Save.
10. Após o processamento, clique com o botão direito do mouse sobre a
imagem Calculation e clique sobre a opção remove. Agora, clique sobre
o botão Add Data
e adicione a imagem decliv_bacia.
Para terminar-mos esta primeira parte do estudo, devemos preparar a
legenda do último mapa de declividade para a bacia e preparar-mos o layout
final.
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11. Clique com o botão direito do mouse sobre a imagem decliv_bacia e na
janela de menu rápido, clique sobre Properties. Clique na guia
Symbology. Agora no campo Label, altere os valores dos atributos para
os verdadeiros intervalos de declividade sugerido pela EMBRAPA (Ex: 1
= 0 – 3% (Relevo plano), 2 = 3 – 8%(Relevo suavemente ondulado),
...). Agora, altere a saída do campo Label à frente de <Heading> para
Declividade. Agora, clique na guia General e apague o nome da caixa
de entrada Layer Name. Então, clique sobre o botão OK.
12. Seguindo os passos da última prática, prepare o layout da imagem de
declividade para a bacia mantendo as mesmas características anteriores
com exceção da orientação da página que deve ser Portrait.
13. Clique sobre o botão Save
para salvar o projeto.
Se você não cometeu nenhum erro operacional seu layout deverá ficar
semelhante á Figura 8 abaixo.
208
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714342
.142302
721072
.341836
727802
.541370
734532
.740904
741262
.940438
707611
.942768
714342
.142302
721072
.341836
727802
.541370
734532
.740904
741262
.940438
.869957
.107214
7688558
.581728
7694824
.344471
7701090
.107214
7707355
.869957
7713621
.632700
.942768
.632700
707611
.344471
7694824
7701090
7707355
7713621
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Declividade
0 - 3 % (Relevo plano)
3 - 8 % (Relevo suavemente ondulado)
8 - 20 % (Relevo ondulado)
20 - 45 % (Relevo fortemente ondulado)
45 - 75 % (Relevo montanhoso)
> 75% (Relevo fortemente montanhoso)
-
0 1.5 3
6
9
Km
Figura 8. Classes de declividade da bacia hidrográfica do rio Turvo Sujo,
micro-região de Viçosa, MG.
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PRÁTICA 4: Elaborando o mapa de Aspecto para o quadrante à qual a
Bacia Hidrográfica do Rio Turvo Sujo insere-se e
delimitando a área compreendida pela bacia hidrográfica
A orientação da declividade de um determinado ponto no terreno ou
exposição é definida como sendo o azimute em graus (ou ponto cardinal na
rosa dos ventos) para o qual se encontra orientado o plano de máxima
declividade nesse ponto. Na Figura 9 estão indicadas as posições
convencionais das classes de exposição do terreno (oito pontos cardinais
mais destacados), junto com o valor (em graus) atribuído a cada um.
0-360° (N)
315°
45°
270° (W)
90° (E)
215°
135°
180° (S)
Figura 9. Representação esquemática das classes de exposição do terreno.
No presente trabalho, o cálculo da orientação do terreno foi realizado
utilizando como imagem de entrada o modelo numérico do terreno sendo que
a grade de exposição do terreno gerada foi do tipo contínua, sendo a mesma
fatiada de acordo com as 8 classes apresentadas na Figura 1.7, para uma
melhor interpretação. Este fatiamento foi realizado utilizando a técnica de
reclassificação, com base em uma tabela com a seguinte estrutura:
0 – 45
45 – 90
90 – 135
135 – 180
180 – 225
225 – 270
270 – 315
315 – 360
1
2
3
4
5
6
7
8
1. Abra um novo projeto e salve-o com o nome de AspectoBacia no diretório
de trabalho ProjetoBRTS (c:\ ProjetoBRTS\ AspectoBacia).
2. Clique sobre o botão Add Data
limite_raster.
e insira os shapefiles mnt_raster e
3. Clique sobre o menu Spatial Analyst, aponte para Surface Analysis e
clique sobre Aspect.
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4. Na janela Aspect, selecione mnt_raster no dropdown da opção Input
surface. Assuma que as células terão um tamanho de 10 e entre com o
nome de saída aspect_quad no diretório de trabalho ProjetoBRTS.
Após o processamento você terá a seguinte imagem:
Agora, estamos prontos para iniciar o processo de reclassificação da imagem
de aspecto com intervalos de 45 em 45 graus.
5. No menu Spatial Analyst, clique sobre a opção Reclassify.
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6. Na janela Reclassify, selecione a imagem aspect_quad no dropdown
Input raster. No campo Old values, entre com os valores mostrados na
figura abaixo. Entre com o nome aspect_45 para a nova imagem de
declividade a ser criada (C:\ProjetoBRTS\aspect_45) e clique sobre o
botão OK.
Após o processamento, sua imagem de declividade deverá ficar
semelhante a imagem mostrada abaixo.
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O próximo passo será delimitar a bacia hidrográfica em estudo
mostrando os intervalos de aspecto apenas no interior da bacia.
7. Clique no menu Spatial Analyst e clique sobre a opção Raster
Calculator.
8. Na janela Raster Calculator, dê um clique duplo sobre a imagem
aspect_45 e clique sobre o botão
e, novamente, dê um clique duplo
sobre a imagem limite_raster. Então. Clique sobre o botão Evaluate.
Após o processamento, você terá como resultado os intervalos de apecto
apenas para área interna da bacia hidrográfica em estudo.
213
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Observe que a imagem de intervalos de aspecto para a bacia
hidrográfica é disposto na tabela de conteúdo com o nome de Calculation
(Nome temporário). Se você gostou do resultado, temos que tornar esta
imagem permanente em nosso diretório de trabalho.
9. Clique com o botão direito do mouse sobre a imagem Calculation e na
janela de menu rápido clique sobre a opção Make Permanent. Na janela
Make Calculation Permanent entre com o nome aspect_bacia e clique
sobre o botão Save.
10. Após o processamento, clique com o botão direito do mouse sobre a
imagem Calculation e clique sobre a opção remove. Agora, clique sobre
o botão Add Data
e adicione a imagem aspect_bacia.
Para terminar-mos esta etapa, devemos preparar a legenda do último
mapa para a bacia e preparar-mos o layout final.
11. Clique com o botão direito do mouse sobre a imagem aspect_bacia e na
janela de menu rápido, clique sobre Properties. Clique na guia
Symbology. Agora no campo Label, altere os valores dos atributos para
os verdadeiros intervalos de aspecto (Ex: 1 = 0 – 45 graus, 2 = 45 – 90
graus, ...). Agora, altere a saída do campo Label à frente de <Heading>
para Exposição do terreno. Agora, clique na guia General e apague o
nome da caixa de entrada Layer Name. Então, clique sobre o botão OK.
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12. Seguindo os passos da última prática, prepare o layout da imagem de
aspecto para a bacia mantendo as mesmas características anteriores
com exceção da orientação da página que deve ser Landscap.
13. Clique sobre o botão Save
para salvar o projeto.
725254
.871793
731984
.671793
738714
.471793
.444834
.071793
7718500
718525
.244834
7699703
.644834
7705969
.244834
7712234
.844834
.444834
.271793
.844834
711795
.644834
7699703
7705969
7712234
7718500
Se você não cometeu nenhum erro operacional seu layout deverá ficar
semelhante á Figura 10 abaixo.
Exposição do terreno
0- 45 graus
45 - 90 graus
90 - 135 graus
135 - 180 graus
180 - 225 graus
225 - 270 graus
.044834
7687172
.444834
7693438
.044834
.444834
7687172
7693438
270- 315 graus
711795
.271793
718525
.071793
725254
.871793
731984
.671793
738714
315 - 360 graus
0 1.252.5
5
7.5
km
.471793
Figura 10. Orientação do terreno da bacia hidrográfica do rio Turvo Sujo,
micro-região de Viçosa, MG.
PRÁTICA 5: Elaborando o mapa de Modelo Sombreado para o quadrante
à qual a Bacia Hidrográfica do Rio Turvo Sujo insere-se e
delimitando a área compreendida pela bacia hidrográfica
Uma outra possibilidade de representar o relevo é por meio de um
mapa do sombreamento ou iluminação da topografia. Neste caso, a variável
representada é uma simulação do nível de luz (ou de sombra) refletida pelo
relevo ao ser iluminado pelo sol situado numa posição geográfica
determinada. As áreas de maior declividade, que se encontram expostas ao
Sol, refletirão muita luz e serão portanto, muito visíveis; aquelas áreas que se
encontram nas encostas não iluminadas diretamente pelo sol, não refletirão
luz e aparecerão escuras no modelo. No presente trabalho, esta
representação do terreno será obtida utilizando um ângulo azimutal de 315
215
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graus, ângulo de elevação do Sol de 45 graus e o modelo numérico do
terreno.
1.
Abra
um
novo
projeto
e
salve-o
com
o
nome
de
ModeloSombreadoTerreno no diretório de trabalho ProjetoBRTS (c:\
ProjetoBRTS\ ModeloSombreadoTerreno).
2. Clique sobre o botão Add Data
limite_raster.
e insira os shapefiles mnt_raster e
3. Clique sobre o menu Spatial Analyst, aponte para Surface Analysis e
clique sobre Hillshade.
4. Na janela Hillshade, selecione mnt_raster no dropdown da opção Input
surface. Entre com o valor de 315 para a opção Azimuth e 45 para
Altitude. Assuma que as células terão um tamanho de 10 e entre com o
nome de saída somb_quad no diretório de trabalho ProjetoBRTS e clique
sobre o botão OK.
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Após o processamento você terá a seguinte imagem:
O próximo passo será delimitar a bacia hidrográfica em estudo
mostrando a iluminação do relevo apenas no interior da bacia.
5. Clique no menu Spatial Analyst e clique sobre a opção Raster
Calculator.
6. Na janela Raster Calculator, dê um clique duplo sobre a imagem
somb_quad e clique sobre o botão
e, novamente, dê um clique duplo
sobre a imagem limite_raster. Então. Clique sobre o botão Evaluate.
Após o processamento, você terá como resultado a iluminação do relevo
apenas para área interna da bacia hidrográfica em estudo.
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Observe que a imagem de iluminação do relevo para a bacia
hidrográfica é disposto na tabela de conteúdo com o nome de Calculation
(Nome temporário). Se você gostou do resultado, temos que tornar esta
imagem permanente em nosso diretório de trabalho.
7. Clique com o botão direito do mouse sobre a imagem Calculation e na
janela de menu rápido clique sobre a opção Make Permanent. Na janela
Make Calculation Permanent entre com o nome somb_bacia e clique
sobre o botão Save.
8. Após o processamento, clique com o botão direito do mouse sobre a
imagem Calculation e clique sobre a opção remove. Agora, clique sobre
o botão Add Data
e adicione a imagem somb_bacia.
Para terminar-mos esta etapa, devemos preparar a legenda do último
mapa para a bacia e preparar-mos o layout final.
9. Clique com o botão direito do mouse sobre a imagem somb_bacia e na
janela de menu rápido, clique sobre Properties. Clique na guia
Symbology. Altere os valores dos labels para os nomes mostrados na
figura abaixo. Na guia General, entre com o nome Iluminação da
topografia na caixa de entrada Layer name. Clique sobre o botão OK.
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10. Seguindo os passos da última prática, prepare o layout da imagem de
Modelo sombreado para a bacia mantendo as mesmas características
anteriores com exceção da orientação da página que deve ser
Landscap.
11. Clique sobre o botão Save
para salvar o projeto.
Se você não cometeu nenhum erro operacional seu layout deverá ficar
semelhante á Figura 11 abaixo.
.871793
731984
.671793
738714
.471793
.984998
.384998
.784998
Iluninação do terreno
> luminosidade
< luminosidade
7688137
7694403
.384998
7700668
.984998
7706934
7713200
.184998
725254
.584998
.071793
.184998
718525
.584998
.271793
.784998
7688137
7694403
7700668
7706934
7713200
711795
711795
.271793
718525
.071793
725254
.871793
731984
.671793
738714
0 1.5
-
3
6
9
km
.471793
Figura 11. Modelo sombreado do relevo para a bacia hidrográfica do rio Turvo
Sujo, micro-região de Viçosa, MG.
A Figura 12 mostra o fluxograma de todas as operações que
envolveram a modelagem hidrológica do terreno.
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Declividade do
terreno
RECLASSIFY
SLOPE
Mapa de classes de
declividade da bacia
0 – 3 % (Relevo plano)
3 – 8 % (Relevo suavemente ondulado )
8 – 20 % (Relevo ondulado )
20 – 45 % (Relevo fortemente ondulado )
45 – 75 % (Relevo montanhoso )
>75 (Relevo fortemente montanhoso)
Modelo Numérico
do Terreno (MNT)
Orientação do
terreno
RECLASSIFY
ASPECT
Mapa de orientação
do terreno da bacia
0 – 45 graus
45 – 90 graus
90 – 135 graus
135 – 180 graus
180 – 225 graus
225 – 270 graus
270 – 315 graus
315 – 360
graus
Modelo sombreado
do terreno
Mapa de modelo
sombreado do terreno
da bacia
HILLSHAD
Figura 12. Fluxograma representando todas as operações que envolveram a
modelagem hidrológica do terreno.
PRÁTICA 6: Elaborando o mapa de Hidrografia hierarquizado segundo
HORTON (1945) para a Bacia Hidrográfica do Rio Turvo Sujo
e avaliando a susceptibilidade da bacia hidrográfica à
ocorrência de enchentes.
Nesta etapa, iremos determinar os seguintes índices para a bacia
hidrográfica do rio Turvo Sujo.
Características geométricas
Área total (A)
Fator de forma (Kf)
Perímetro total (P)
Coeficiente de compacidade (Kc)
Características da rede drenagem
Ordem dos cursos de água
Densidade de drenagem (Dd)
Comprimento do curso d’água principal (L)
Extensão média do escoamento
Comprimento total dos cursos d’água (Lt)
superficial (I)
220
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A área de drenagem (A) constitui a área plana delimitada pelo divisor
de águas, dado fundamental para definir a potencialidade hídrica da bacia
hidrográfica. No presente trabalho, a área da bacia foi obtida por meio da
somatória de todas as áreas das células que compõem a imagem rasterizada
do mapa de limite da bacia.
O perímetro da bacia (P) constitui o comprimento médio ao longo do
divisor de águas. Para a estimativa do perímetro da bacia, foi utilizado o
mapa rasterizado de seu limite, o qual foi considerado a somatória de todas
as diagonais que compõem suas células limítrofes.
O comprimento do curso d’água principal (L) constitui o comprimento
do curso d’água principal medido em planta, desde a nascente até a seção de
referência (seção exutória). Ele foi determinado por meio da reclassificação
do mapa de hidrografia que resultou na hierarquização dos cursos d’água em
ordens específicas. Posteriormente, determinou-se o perímetro do curso
d’água principal baseado na somatória das diagonais das células que o
compõem.
A forma superficial de uma bacia hidrográfica é importante na
determinação do tempo de concentração, ou seja, tempo que leva a água dos
limites da bacia para chegar à saída da mesma. A forma da bacia é
determinada por índices que a relacionam com formas geométricas
conhecidas: coeficiente de compacidade (Kc) e fator de forma (Kf).
O coeficiente de compacidade (Kc) relaciona a forma da bacia com um
círculo. Constitui a relação entre perímetro da bacia e a circunferência de um
círculo de área igual à da bacia. De acordo com VILLELA & MATTOS (1979),
este coeficiente é um número adimensional que varia com a forma da bacia,
independente de seu tamanho. Quanto mais irregular for a bacia, maior será
o coeficiente de compacidade. Um coeficiente mínimo igual à unidade
corresponderia a uma bacia circular, e para uma bacia alongada, seu valor é
significativamente superior a 1. Uma bacia será mais susceptível à enchentes
mais acentuadas quando seu Kc for mais próximo da unidade. O coeficiente
de compacidade (Kc) foi determinado baseado na seguinte equação:
Kc  0,28
P
A
O fator de forma (Kf) é um índice que relaciona a forma da bacia com a
forma de um retângulo. É determinado pela relação entre a largura média e o
comprimento axial da bacia (comprimento do curso d’água principal).
Segundo VILLELA & MATTOS (1979), uma bacia com o fator de forma baixo
é menos sujeita a enchentes que outra de mesmo tamanho, porém com outro
fator de forma. O fator de forma (Kf) foi determinado, utilizando a seguinte
equação:
Kf 
A
L2
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O sistema de drenagem é formado pelo rio principal e seus tributários e
seu estudo indica a maior ou menor velocidade com que a água deixa a bacia
hidrográfica.
O comprimento total dos cursos d’água (Lt) é a medida em planta
desde a nascente até a seção de referência de cada tributário, incluindo o
curso principal. O comprimento total dos cursos d’água foi determinado por
meio da reclassificação do mapa de hidrografia que resultou na
hierarquização dos cursos d’água em ordens específicas. Posteriormente,
determinou-se o comprimento total dos cursos d’água baseado na somatória
das diagonais de suas células.
A densidade de drenagem (Dd) é o índice que indica o grau de
desenvolvimento do sistema de drenagem, ou seja, fornece uma indicação da
eficiência da drenagem da bacia. A densidade de drenagem é definida pela
relação entre o somatório dos comprimentos de todos os canais da rede e a
área da bacia. Segundo VILLELA & MATTOS (1975), este índice varia de 0,5
km/km2 para bacias com drenagem pobre a 3,5 ou mais para bacias bem
drenadas. Este índice foi determinado utilizando-se da seguinte equação:
L
Dd  t
A
A extensão média do escoamento superficial (I) constitui a distância
média em que a água da chuva teria que escoar sobre os terrenos de uma
bacia, caso o escoamento se desse em linha reta, desde o ponto de queda
na bacia até o curso d’água mais próximo. No presente trabalho, ele foi
calculado baseado na seguinte equação:
l
A
4L t
Embora a extensão do escoamento superficial que efetivamente ocorre
sobre os terrenos possa ser diferente daquela determinada pela equação
acima, devido a diversos fatores de influências, este índice constitui uma
indicação da distância média do escoamento superficial.
O relevo tem grande efeito sobre a velocidade de escoamento
superficial e sobre a erodibilidade de uma bacia hidrográfica, além de grande
influência sobre os elementos meteorológicos (temperatura, precipitação,
evaporação, entre outros).
A hierarquização da rede de drenagem fluvial consiste no processo de
se estabelecer a classificação dos cursos d’água no conjunto total da bacia
hidrográfica na qual se encontram. Isto foi realizado com a função de facilitar
e tornar mais objetiva a análise morfométrica das bacias. No trabalho, foi
utilizado o critério de ordenação idealizado por HORTON (1945), que é
esquematizado na Figura 13. Nesta classificação os canais de primeira
ordem não possuem tributários, os canais de segunda ordem têm afluentes
de primeira ordem, os canais de terceira ordem recebem afluentes de canais
de segunda e podem receber diretamente canais de primeira ordem e assim
por diante. Nesta classificação, a maior ordem é atribuída ao rio principal,
222
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valendo esta designação em todo o seu comprimento, desde o exutório da
bacia até sua nascente.
Figura 13. Classificação hierárquica da rede de drenagem de acordo com o
critério de HORTON (1945).
CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS
a) Determinação da área e do perímetro da bacia hidrográfica
1. Abra um novo projeto e salve-o com o nome de HidrografiaBacia.
2. Clique sobre o botão Add Data
e insira o shapefile Limite_BRTS.
3. Clique com o botão direito do mouse sobre a imagem Limite_BRTS e na
janela de menu rápido, clique sobre a opção Open Attribute Table.
Observe na tabela de atributo que a área da bacia hidrográfica é de
404628571.002235 m2 ou 404,628 km2 e o perímetro é de 111844.534865
m ou 111,844 km.
A = 404,628 km2
P = 111,844 km
b) Determinação do Coeficiente de compacidade (Kc) e Fator de Forma
(Kf)
4. O coeficiente de compacidade (Kc) deve ser calculado por meio da
seguinte equação:
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Kc  0,28
P
A
 0,28
111,844
 1,557
4004,628
OBS: A bacia não será susceptível à enchentes pois o Kc não está próximo
da unidade.
5. Para determinar-mos o fator de forma, necessitamos conhecer o
comprimento total do rio principal da bacia. Para tanto, temos que abrir o
shapefile de hidrografia da bacia em estudo. Então, clique sobre o botão
Add Data
e insira o shapefile hidrografia_BRTS.
6. Clique com o botão direito do mouse sobre a imagem hidrografia_BRTS e
na janela de menu rápido, clique sobre a opção Open Attribute Table.
Clique com o botão direito do mouse sobre o campo ELEVATION e clique
sobre a opção Summarize.
7. Na janela Summarize, selecione o campo ELEVATION a ser somado.
Clique sobre o sinal de + do campo COMPRIM e marque a opção Sum. Na
caixa de entrada da opção Specify output table, entre com o nome
ComprimentoTotalCursosDagua na diretório que contém os arquivos do
trabalho
(C:\ProjetoBRTS\ComprimentoTotalCursosDagua).
Então,
clique sobre o botão OK e aceite a adição da tabela no projeto. Feche a
tabela.
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8. Agora, clique com o botão direito do mouse sobre a tabela
ComprimentoTotalCursosDagua na tabela de conteúdo e, na janela de
menu rápido, clique sobre a opção Open.
Observe que o curso d’água principal apresenta o valor de 149828 m
ou 149,828 Km e que a soma de todos os cursos d’água é de 2158981 m ou
2158,981 Km.
L = 149,828 Km
Lt = 2158,981 Km
Logo, podemos calcular o fator de forma da bacia hidrográfica:
Kf 
A
2
L

404,628
149,828 2
 0,018
OBS: Como o valor do fator de forma se aproximou de zero, a bacia não é
susceptível a ocorrência de enchentes.
CARACTERÍSTICAS DA REDE DRENAGEM
a) Ordem dos cursos de água
Como observado na tabela de atributo de hidrografia, a ordem dos
cursos d’água é de 6.
b) Comprimento do curso d’água principal (L)
Como observado na tabela de atributo de hidrografia, o comprimento
do curso d’água principal (L) é de 149,828 Km.
c) Comprimento total dos cursos d’água (Lt)
Como observado na tabela de atributo de hidrografia, o comprimento total
dos cursos d’água (Lt) é de Lt = 2158,981 Km.
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d) Densidade de drenagem (Dd)
Podemos calcular a densidade de drenagem da seguinte forma:
L
2158,981
Dd  t 
 5,336 km/km
A
404,628
OBS: Como o valor da densidade de drenagem foi superior 3,5 km/km, a
bacia hidrográfica é bem drenada.
e) Extensão média do escoamento superficial (I)
Podemos calcular a extensão média do escoamento superficial (I),
utilizando a seguinte equação:
l
A
404,628

 0,0469 Km ou 469 m
4 Lt 4  2158,981
ELABORAÇÃO DO MAPA
SEGUNDO HORTON (1945)
DE
HIDROGRAFIA
HIERARQUIZADO
1. Clique com o botão direito sobre a imagem hidrografia_brts e no menu
rápido, clique sobre a opção Properties. Observe a figura abaixo e tente
formatar sua legenda de acordo com as características escolhidas. Na guia
General, entre com o nome Hidrografia na opção Layer name.
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2. Clique com o botão direito sobre a imagem limite_brts e no menu rápido,
clique sobre a opção Properties. Observe a figura abaixo e tente formatar
sua legenda de acordo com as características escolhidas. Na guia
General, entre com o nome Limite da bacia na opção Layer name.
3. Seguindo os passos da última prática, prepare o layout da imagem de
Hidrografia e Limite da bacia para a bacia mantendo as mesmas
características anteriores com exceção da orientação da página que deve
ser Landscap.
11. Clique sobre o botão Save
para salvar o projeto.
Se você não cometeu nenhum erro operacional seu layout deverá ficar
semelhante á Figura 14 abaixo.
707137
.679632
713867
.879166
720598
.078700
727328
.278234
734058
.477768
740788
.677302
747518
.876836
7719331
.201430
.480098
.201430
7719331
700407
Limite da bacia
.675944
7706799
.675944
7706799
Ordem 1
Ordem 2
Ordem 3
Ordem 4
.150458
Ordem 6
7681736
.624972
7694268
.150458
.624972
7681736
7694268
Ordem 5
0 1.5 3
700407
.480098
707137
.679632
713867
.879166
720598
.078700
727328
.278234
734058
.477768
740788
.677302
747518
6
9
Km
.876836
Figura 14. Hidrografia da bacia hidrográfica do rio Turvo Sujo, micro-região de
Viçosa, MG.
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5. RESUMO E CONCLUSÕES
Um dos desafios básicos da análise hidrológica é o delineamento e a
caracterização morfométrica das bacias hidrográficas e da rede de drenagem
associada. Tal informação é de utilidade em numerosas aplicações, tais como
na modelagem dos fluxos hidráulicos, o transporte e deposição de poluentes
e na predição de inundações (WANG & YIN, 1998; THIERFELDER, 1998;
CEBALLOS & SCHNABEL, 1998).
No presente trabalho é apresentado uma região hidrológica definida,
bem como suas características físicas, procurando medir a influência destas
no comportamento hidrológico da bacia. Utilizou-se do sistema de informação
ArcGIS 8.3 para a análise do terreno no contexto da modelagem hidrológica,
e para a caracterização morfológica da bacia. A unidade hidrológica, objeto
deste estudo, constitui a bacia hidrográfica do rio Turvo Sujo, pertencente à
bacia hidrográfica do Rio Doce.
As informações de referência utilizadas para análises foram extraídas
das cartas topográficas da região (IBGE 1976; 1977; 1979a e b) que
incluíram as curvas de nível de 20m em 20m, rede hidrográfica e limites da
bacia hidrográfica.
A análise dos dados e a interpretação dos resultados obtidos nas
condições específicas do presente trabalho permitiram concluir que:
1. De acordo com os resultados do coeficiente de compacidade (Kc = 1,557)
e do fator de forma (Kf = 0,018), há menos possibilidade de ocorrência de
chuvas intensas cobrindo simultaneamente toda a extensão da bacia, e,
juntamente com o fato da contribuição dos tributários atingir o curso
d’água principal em vários pontos, a bacia hidrográfica do rio Turvo Sujo
constitui uma área não muito sujeita a enchentes;
2. Quanto ao grau de desenvolvimento do sistema de drenagem, pode-se
afirmar, por meio do índice de densidade de drenagem
(Dd = 5,336 km/km2), que a bacia em estudo é bem drenada, ou seja, tem
boa eficiência de drenagem;
3. A ordem do curso d’água principal (ordem 6) segundo HORTON (1945),
mostra uma elevada extensão de ramificação da bacia;
4. Com respeito à baixa declividade do canal fluvial principal, espera-se uma
baixa velocidade de escoamento e hidrogramas de enchentes menos
pronunciados;
5. A modelagem do terreno resultou eficiente e confiável, permitindo realizar
a modelagem hidrológica e a análise morfométrica da bacia.
228
______________________________________________________________________________________
Professor Dr. Alexandre Rosa dos Santos/email: [email protected]/ Home Page: www.ufes.br/~geoufes/lgu/lgu.htm
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