64ª Reunião Anual da SBPC

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

UMA ABORDAGEM PARA O BALANÇO HIDROENERGÉTICO USANDO O MODELO HIDROLÓGICO SMAP II e IMAGENS LANDSAT5-TM NA BACIA DO RIO GRANDE – CAMARGOS/MG

Marcel Emanuelli Rotunno 1 Renan Emanuelli Rotunno 1 Daniel Medeiros Moreira 2 Andrews José de Lucena 2 José Ricardo de Almeida França 3 Leonardo de Faria Peres 3

1. Aluno do curso de Engenharia Cartográfica - UERJ 2. Doutorando/Orientador – Programa de Engenharia Civil - COPPE/UFRJ 3. Prof. Dr./Orientador – Departamento de Meteorologia – IGEO/UFRJ

INTRODUÇÃO:

A integração entre modelagem hidrológica e sensoriamento remoto é relativamente recente. Por outro lado, a perspectiva de uma gestão adaptativa dos recursos hídricos de uma bacia hidrográfica requer o conhecimento de variáveis geofísicas e suas inter-relações, incluindo os campos de conhecimento da hidrometeorologia, da geologia e da geomorfologia. Em particular, o entendimento do comportamento dos fluxos de massa e de energia na escala da bacia hidrográfica, produzido em áreas rurais e urbanas, é essencial para melhor gerir a relação entre a sociedade e o meio ambiente na perspectiva da construção do conceito de cidades sustentáveis. Neste trabalho, conduz-se uma classificação multitemporal de imagens de satélite Landsat5-TM para detecção de mudanças no uso e cobertura do solo e padrões espaciais associados de temperatura na bacia hidrográfica de Camargos, sub-bacia do rio Grande, situada no estado de Minas Gerais, simultaneamente com a calibração do modelo SMAP II para diferentes períodos de tempo. A abordagem metodológica permite caracterizar a potencialidade de implementar o balanço hidroenergético em bacias hidrográficas brasileiras, evidenciando as sinergias entre informações satelitais e informações hidrometeorológicas coletadas in situ.

METODOLOGIA:

O estudo abrangeu desde a identificação e aquisição de 5 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, até a análise do uso e cobertura do solo no período estudado por meio da classificação de máxima verossimilhança e determinação dos padrões espaciais da temperatura da superfície do solo mediante o emprego da equação inversa de Planck. Foram identificadas as respostas espectrais presentes segundo as seguintes classes: floresta, mata secundária e água. O coeficiente kappa, medida da concordância entre as amostras da cena e aquelas derivadas através da classificação, foi empregado para avaliar a precisão do processo de classificação. Para o mesmo período (1995-2003), é empregado o modelo SMAP II com o método de calibração de parâmetros denominado Rosenbrock e com dados hidrometeorológicos. Em modelos do tipo chuva-vazão, há o desafio do ajuste dos parâmetros à bacia hidrográfica, enfoque enfrentado a partir do estabelecimento de relações para os parâmetros calibrados do modelo, para diferentes partes do registro de dados hidrometeorológicos, com base na evolução da cobertura e uso do solo e no comportamento do balanço de energia na superfície terrestre.

RESULTADOS:

A análise das imagens classificadas pelo método de máxima verossimilhança permitiu identificar a diminuição das áreas cobertas por florestas e conseqüente acréscimo de áreas urbanas ou vegetação antrópica. Esses resultados foram contrastados com os parâmetros do SMAP II, obtidos pelo método de Rosenbrock. Esse conjunto final de parâmetros, obtido para cada período de tempo contido entre 1995 e 2003, foi, então, empregado para o estabelecimento da variação de cada parâmetro calibrado do modelo ao longo do tempo. Na seqüência, foi possível estabelecer relações entre os valores dos parâmetros do modelo SMAPII e os percentuais de cobertura e uso de solo para as classes discriminadas. Os resultados indicaram que o parâmetro de recessão do escoamento subterrâneo foi o mais sensível à mudança da cobertura e uso do solo. No que concerne aos padrões espaciais de temperatura e de cobertura e uso do solo, nos espaços analisados com ocupação por mata secundária, identificou-se temperatura mais elevada do que nos espaços ocupados por floresta, e esta, por sua vez, em geral mais elevada do que nas áreas com água. Complementarmente, a floresta apresenta o maior coeficiente de variação, enquanto o coeficiente de variação da mata secundária, em geral, é mais alto do que o da água.

CONCLUSÃO:

O trabalho apresenta um novo paradigma para o balanço hidroenergético na escala da bacia hidrográfica ao mostrar a possibilidade de acompanhamento da evolução da cobertura e uso do solo de uma bacia hidrográfica e dos padrões espaciais de temperatura via imagens de satélite Landsat5-TM, que abrangem a parte do visível e do infravermelho do espectro eletromagnético, de forma integrada com a modelagem hidrológica conceitual do tipo chuva-vazão. Por outro lado, os resultados indicam que a bacia respeita um comportamento estacionário para o período estudado, o que explicaria a pouca sensibilidade dos parâmetros do modelo a mudanças na cobertura e uso do solo. O trabalho evidenciou a possibilidade de melhor explorar as relações dinâmicas e adaptativas de uso da água na escala da bacia hidrográfica incluindo a inter-relação dos padrões espaciais de temperatura com o mapeamento de cobertura e uso do solo via satélite. Estudos continuados e posteriores devem continuar a ser desenvolvidos para melhor calibrar e validar as relações estabelecidas para o modelo SMAP e modelos semi-distribuídos e distribuídos na bacia analisada e em outras bacias hidrográficas brasileiras.

Palavras-chave: modelagem hidrológica, sensoriamento remoto, balanço hidroenergético.