65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 3. Engenharia Civil

MODELAGEM HIDROLÓGICA E IMAGEM DE SATÉLITE LANDSAT5-TM APLICADOS À BACIA DE BARREIRAS/BA COM SUPORTE DO EXPERIMENTO SMEX03

Camilo Vinicius de Pina Corriça - Aluno do curso de Engenharia Civil - Escola Politécnica/ UFRJ Ana Carolina Peixoto Deveza - Aluna do curso de Engenharia Ambiental – Escola Politécnica/ UFRJ Mariana Torres Lima - Aluna do curso de Engenharia Ambiental – Escola Politécnica/ UFRJ Tomé de Almeida e Lima - Aluno do curso de Engenharia Ambiental – Escola Politécnica/ UFRJ Valdemar Sibia - Mestrando/Orientador- Programa de Engenharia Civil - COPPE / UFRJ Otto Corrêa Rotunno Filho - Prof. Dr./Orientador – Programa de Engenharia Civil – COPPE/UFRJ

INTRODUÇÃO:

A presente pesquisa fundamenta-se na discussão do ciclo hidrológico com apoio de sensoriamento remoto e de medições in situ. Emprega-se modelo chuva-vazão parametrizado para representar os processos físicos que ocorrem desde a precipitação em uma bacia hidrográfica até o escoamento em seção exutória que a delimita. Por outro lado, umidade do solo é uma variável fundamental na integração entre o balanço de massa e o balanço de energia na escala da bacia hidrográfica. Em modelos hidrológicos, essa variável é, usualmente, indiretamente obtida em função do balanço hídrico realizado a partir de dados de precipitação, evaporação e vazão. O objetivo principal deste trabalho foi modelar a geração da vazão na seção fluviométrica instalada em Barreiras/BA, que delimita uma área de cerca de 25478 km2 a partir do emprego do modelo hidrológico SMAPII. Optou-se por um processo de calibração com base em características físicas e hidrometeorológicas da bacia seguido de ajuste automático pelo processo de otimização de suavização hiperbólica. Em especial, examina-se a geração dos estados de umidade produzidos internamente pelo modelo após a calibração mediante dados de umidade do solo e de temperatura de superfície do solo obtidos a partir do experimento SMEX03 e de imagem de satélite Landsat5-TM.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Este trabalho investiga o balanço hídrico na bacia hidrográfica de Barreiras/BA, onde foi realizada campanha de campo em dezembro de 2003, disponibilizando medições in situ de umidade do solo e de temperatura de superfície (SMEX03). Esses dados são contrastados com índices de vegetação temperatura de superfície e, em especial, índices de umidade obtidos por imagem de satélite Landsat5-TM.

MÉTODOS:

Inicialmente, foram obtidas as séries de precipitação e vazão para a bacia de Barreiras para o período de 1984 até 2004, de forma a abranger o período de 8 dias em que foi realizado o experimento SMEX03. Em seguida, empregou-se o método de Thiessen para a estimativa da chuva média na bacia, permitindo, então, a aplicação do balanço hídrico sazonal para estimativa da evapotranspiração. Nesse procedimento, parâmetros do comportamento hidrológico da bacia puderam ser estimados preliminarmente. Partiu-se, então, para a realização de algumas simulações, com método de calibração automática de parâmetros via método da suavização hiperbólica, e avaliação dos resultados do modelo SMAPII no que concerne à vazão e à umidade do solo. Complementarmente, a partir da disponibilidade de uma única imagem Landsat5-TM adquirida em 02/12/2003 para o período do experimento, com o emprego da equação inversa de Plank, foi possível gerar a temperatura de superfície e o índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI) para cada píxel da imagem. Por fim, construiu-se um índice espacial de umidade volumétrica do solo com base nas informações de temperatura de superfície e de NDVI, contrastando esses valores oriundos de plataforma de satélite com os valores registrados localmente em diversos sítios.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

O passo inicial foi a consolidação do balanço hídrico com base nos dados de evapotranspiração a partir da chuva e da vazão. O período de 01/08/1984 a 31/07/1990 foi empregado para a calibração do SMAPII, mantendo-se o restante da série de 01/08/1990 a 30/09/2004 para validação. A calibração automática via suavização hiperbólica permitiu ajustar as vazões geradas e observadas, com reprodução adequada dos padrões de variação da vazão. Investigou-se, então, a série de umidade do solo no período de análise. A partir dos dados de umidade do solo e de temperatura do experimento SMEX03, que ocorreu em dezembro de 2003, foi possível contrastar, para esse curto período, os valores de umidade do solo gerados pelo modelo com as medições in situ realizadas em diversos locais na região de estudo, indicando algum grau de correspondência, ainda que diferentes em função da natureza do modelo empregado e da espacialidade dos dados coletados no campo. Mais ainda, foram calculados a temperatura de superfície e o NDVI para a imagem Landsat5-TM, construindo-se o índice de umidade volumétrica do solo para os píxeis correspondentes aos sítios amostrados e georeferenciados segundo o experimento SMEX03, com resultados que evidenciam o potencial de identificação dos padrões de umidade por satélite.

CONCLUSÕES:

O estudo possibilitou realizar o balanço hídrico para uma bacia hidrográfica a partir somente de dados de chuva e de vazão, caso muito freqüente no Brasil. A partir desse referencial, determinou-se a evapotranspiração, e, posteriormente, realizou-se a calibração e a validação do modelo chuva-vazão SMAPII. Com base nesse procedimento, foram contrastados os dados de umidade do solo modelada e os dados de umidade do solo medidas nos sítios do experimento SMEX03. Nesse caso, a comparação restringiu-se apenas aos dias do experimento SMEX03 realizado no início de dezembro de 2003. Mais ainda, analisou-se a imagem Landsat5-TM do dia 02/12/2003, que foi adquirida durante o período de experimento para explorar a variabilidade da temperatura de superfície e do índice de vegetação NDVI, ambos definidos por satélite, para explorar a construção de índice de umidade volumétrica do solo e contrastar essas informações com os dados de umidade do solo e de temperatura de superfície coletados durante o experimento. Ficou caracterizada a possibilidade de integrar modelagem hidrológica e sensoriamento remoto para melhor compreender os fenômenos que compõem o ciclo hidrológico, com ênfase na determinação dos padrões de variação da umidade volumétrica do solo.

Palavras-chave: Umidade do solo, Modelo SMAPII-suavização hiperbólica, Experimento SMEX03.