66ª Reunião Anual da SBPC

Resumo aceito para apresentação na 66ª Reunião Anual da SBPC pela(o): SBPC - SOCIEDADE BRASILEIRA PARA O PROGRESSO DA CIÊNCIA

B. Engenharias - 1. Engenharias - 2. Engenharia Civil

ÍNDICE DE VEGETAÇÃO NDVI E TEMPERATURA DE SUPERFÍCIE DO SOLO COM SUPORTE DE MODELAGEM HIDROLÓGICA NA CONSTRUÇÃO DE INDICADORES HÍDRICOS EM BACIAS POUCO MONITORADAS

Augusto de Azevedo Nora - Estudante do curso de Engenharia Civil - Escola Politécnica/ UFRJ Thaiane dos Santos Rebelo - . Estudante do curso de Engenharia Civil - Escola Politécnica/ UFRJ Monique Lopes Avelino - Estudante do curso de Engenharia Civil - Escola Politécnica/ UFRJ Marcel Emanuelli Rotunno - Estudante do curso de Engenharia Cartográfica - UERJ Daniel Medeiros Moreira - Doutorando/Orientador- Programa de Engenharia Civil - COPPE / UFRJ

INTRODUÇÃO:

Padrões hidrológicos de respostas, usualmente obtidos por dados de precipitação, evaporação e vazão são controlados por condições de contorno em bacias. Para facilitar a transferência desses padrões via modelo entre bacias diferentes, métricas de similaridade relativas à resposta hidrológica para as condições de contorno têm que ser identificadas. O presente trabalho explora o emprego de sensoriamento remoto para identificar padrões de variação de evaporação e de umidade do solo para estimar a vazão na bacia de Camargos/MG, que abrange área de 6279 km2. Conduz-se uma classificação multitemporal de imagens de satélite Landsat5-TM para detecção de mudanças no índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI) e nos padrões de temperatura do solo com vistas a estimar a umidade do solo e a evaporação. Mediante o uso do modelo SMAP, alimentado com dados diários de chuva, evaporação e vazão, calibrado para geração de dados de umidade do solo, exploram-se cenários com a hipótese de ausência de dados de evaporação e vazão, avaliando-se a capacidade do sensoriamento remoto em complementar medições in situ mediante a estimativa da evapotranspiração e da umidade do solo para geração da descarga, abordagem metodológica de extrema importância em bacias hidrográficas pouco monitoradas.

OBJETIVO DO TRABALHO:

O presente trabalho explora o índice de vegetação NDVI e a temperatura de superfície do solo na construção de indicadores hídricos para bacias pouco monitoradas. Em especial, enfoca-se a questão da avaliação da variabilidade espaço-temporal da evaporação e da umidade do solo na bacia hidrográfica de Camargos/MG, sub-bacia do rio Grande, afluente do rio Paraná, com apoio de modelagem hidrológica.

MÉTODOS:

Inicialmente, foram consolidadas as séries de dados diários de chuva, evaporação e vazão para a bacia de Camargos/MG. Em seguida, calibraram-se os parâmetros do modelo SMAP para o período de estudo que abrangeu os anos de 1995 a 2003. Nesse procedimento, examinou-se os conjuntos de parâmetros para diferentes recortes do período estudado. A partir desse procedimento, via balanço hídrico do modelo, foram geradas as séries temporais de umidade do solo. Na fase seguinte do estudo, adquiriram-se cinco imagens de satélite Landsat (24/08/1995, 16/08/1998, 23/11/1999, 21/08/2000, 14/08/2003) para a bacia de Camargos/MG, com área de 6279 km2, no período entre 1995 e 2003. Para essas imagens, extraíram-se o índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI) e os padrões espaciais da temperatura da superfície do solo, que foram obtidos mediante o emprego da equação inversa de Planck aplicada à banda termal do satélite Landsat5-TM. Com ambas as informações obtidas por satélite, são construídos índices espaciais de evaporação e de umidade do solo. Na etapa final, exercitaram-se cenários supondo ausência de dados medidos de evaporação e vazão, ou seja, situação encontrada usualmente em bacias pouco ou não monitoradas, estimando-os por relações estabelecidas com base em dados de satélite.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Os primeiros resultados importantes deste trabalho estão relacionados com o fato de evidenciar o potencial de emprego de imagens de satélite para construção de indicadores hídricos, notadamente evaporação e umidade do solo, com base no índice de vegetação NDVI, obtido com base nas reflectâncias geradas nas bandas do infravermelho próximo e do vermelho, e na temperatura de superfície do solo, gerado a partir da banda termal do espectro eletromagnético. Para as 5 imagens do satélite Landsat avaliadas, foram gerados gráficos de dispersão de temperatura do solo versus NDVI com base nos píxeis contidos na bacia, permitindo identificar comportamento de variação e delineamento de uma borda seca e uma borda úmida, que caracterizam estados hídricos diferenciados na região de estudo. Em um segundo momento, a partir do trabalho de calibração do modelo, foram gerados os dados diários de umidade do solo para o período estudado. Esse procedimento permitiu estabelecer relação simplificada entre a vazão e a umidade do solo, na medida em que apresentaram comportamentos sazonais similares. Adicionalmente, foram examinadas relações entre NDVI e umidade do solo, NDVI e evaporação e temperatura de superfície e evaporação. Com base nessas avaliações, exercitaram-se cenários em que a bacia não estivesse sendo monitorada quanto à vazão, recorrendo-se, então, somente aos dados disponíveis de chuva e de satélite. Os resultados obtidos, ainda que necessitem ser mais aprofundados e complementados com outras bases de dados de satélite com frequência temporal maior do que a plataforma de satélite Landsat, permitiu mostrar que a metodologia proposta é capaz de prover uma alternativa fundamentada para a geração de vazões de uma bacia hidrográfica.

CONCLUSÕES:

Um dos grandes desafios científicos na área hidrológica consiste em prover a disponibilidade hídrica em bacias pouco ou não monitoradas, onde há especial escassez de dados de evaporação e vazão, impedindo o fechamento adequado do balanço hídrico na escala de uma bacia hidrográfica. O trabalho evidenciou a possibilidade do emprego de dados de satélite com imagens nas bandas do vermelho, infravermelho próximo e termal. A determinação da umidade do solo e da evaporação por sensoriamento remoto na escala da bacia hidrográfica, de forma integrada com a modelagem hidrológica conceitual, é viável com base no acompanhamento da evolução temporal de índices de vegetação e de padrões espaciais de temperatura. A construção de relações empíricas entre dados de satélite e dados gerados in situ permite perceber o potencial da construção de indicadores hídricos tendo em vista o monitoramento do balanço hídrico de uma bacia hidrográfica com o suporte de modelos do tipo chuva-vazão.

Palavras-chave: Sensoriamento remoto, Balanço hídrico, Monitoramento de bacias hidrográficas.