65ª Reunião Anual da SBPC

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

AVALIAÇÃO DE UMIDADE DO SOLO COM BASE NO ÍNDICE DE VEGETAÇÃO NDVI E EM TEMPERATURA DE SUPERFÍCIE DO SOLO PARA ÁREAS URBANAS E RURAIS NA REGIÃO SERRANA DO RIO DE JANEIRO

Danielle Costa Castro - Aluna do curso de Engenharia Civil - Escola Politécnica/UFRJ – PET CIVIL/UFRJ Mayara Müller de Oliveira Gonçalves - Aluna do curso de Engenharia Civil – Escola Politécnica/UFRJ – PET CIVIL/UFRJ Daniel Firmo Kazay - Aluno do curso de Engenharia Ambiental – Escola Politécnica/UFRJ – PET CIVIL/ Luiz Felipe Pondé - Aluno do curso de Engenharia Civil – Escola Politécnica/UFRJ – PET CIVIL/UFRJ Andrews José de Lucena - Doutorando/Orientador – Programa de Engenharia Civil - COPPE/UFRJ Otto Corrêa Rotunno Filho - Prof. Dr./Orientador – Programa de Engenharia Civil – COPPE/UFRJ

INTRODUÇÃO:

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. No presente trabalho, de forma a subsidiar a gestão hídrica e ambiental na escala da bacia, identificou-se a cobertura e uso do solo, mensurada pelo índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI), e correspondente temperatura de superfície como variáveis importantes para estimativa da umidade volumétrica do solo. Em especial, enfoca-se a potencialidade do emprego da tecnologia de sensoriamento remoto na construção de balanço hídrico e de energia na superfície terrestre. Nesse sentido, o objetivo do trabalho é compreender o comportamento espacial da umidade do solo com suporte da temperatura de superfície, mediante imagem Landsat5-TM (banda 6- termal), e do índice NDVI (bandas 3 e 4), calculado a partir do mesmo sensor (banda 3 - vermelho e 4 – infravermelho próximo), a partir da disposição de áreas rurais e urbanas no espaço das cidades que compõem a bacia hidrográfica do rio Piabanha na região serrana do Rio de Janeiro.

OBJETIVO DO TRABALHO:

O trabalho investiga a variabilidade espacial da umidade do solo com base na relação espacial da cobertura e uso do solo discriminada mediante o índice e de vegetação NDVI com a temperatura de superfície. Nesse sentido, emprega-se imagem Landsat5-TM na bacia do rio Piabanha/RJ com vistas a melhor explorar e integrar essas informações no desenvolvimento de modelos hidrológico-atmosféricos.

MÉTODOS:

O trabalho analisou a imagem do sensor TM do satélite Landsat 5, órbita 217 e ponto 76, referente à região serrana do Rio de Janeiro, disponibilizada pelo INPE, relativa ao dia 15/06/2007. A escolha da cena deu-se basicamente pelo baixo grau de cobertura por nuvens. Após a aquisição, a imagem foi georreferenciada segundo o elipsóide de referência WGS84 a partir de pontos de controle adquiridos por meio de mapas na escala 1:50.000. Após a adequação, a projeção utilizada para visualização dos dados foi a Universal Transversa de Mercator (UTM). O procedimento metodológico envolveu a aplicação do método de classificação supervisionada de máxima verossimilhança a partir das bandas 1, 2, 3, 4, 5 e 7 da imagem. Foram obtidas as respostas espectrais presentes conforme as seguintes classes: urbano, floresta, solo exposto, água e mata secundária. A matriz de erros foi avaliada segundo o coeficiente kappa,medida da concordância entre as amostras da cena e da classificação. Posteriormente, foi calculado o índice de vegetação NDVI e foi realizada a determinação dos padrões espaciais da temperatura da superfície do solo mediante o emprego da equação inversa de Planck na banda 6 da imagem Landsat5-TM e do NDVI, permitindo, então, a estimativa do índice de umidade volumétrica do solo.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Na primeira etapa, destaca-se o papel da classificação supervisionada na delimitação das classes de uso e cobertura do solo na cena avaliada. Foi conduzida a análise da imagem classificada pelo método supervisionado de máxima verossimilhança, que permitiu identificar as diferentes classes com relativa precisão, tendo-se obtido o valor de kappa igual a 0,94 na fase de calibração do procedimento de classificação supervisionada, enquanto obteve-se o valor de kappa igual a 0,86 para a fase de validação. Em seguida, foram obtidos os valores do índice NDVI e de temperatura de superfície. No que concerne aos padrões de temperatura e de NDVI, nos espaços analisados, as temperaturas, em média, decresceram segundo a seguinte ordem de classes adotadas em função da presença de biomassa, mensurada pelo NDVI, não se levando em consideração as classes “água” e “solo exposto”, a saber: urbano, mata secundária e floresta. Na etapa final, obtiveram-se os padrões espaciais de umidade volumétrica do solo nessas classes. A análise permitiu detectar gradientes térmicos e de umidade do solo distintos no interior e na borda das classes analisadas, o que se traduz em indicador importante no balanço hídrico da região com repercussão e impactos na fauna e na flora.

CONCLUSÕES:

Nota-se que há significativa relação entre a temperatura de superfície e a cobertura e uso do solo, incluindo-se a influência da intensidade da radiação solar e altitude. Mais ainda, o índice de vegetação NDVI mostrou-se apropriado para a caracterização de biomassa por sensoriamento remoto. Conjugando-se temperatura de superfície e índice de vegetação, ambos obtidos por satélite, foi possível estimar o padrão espacial de umidade do solo, o que representa novo avanço na pesquisa realizada. A classe “urbano” concentra as temperaturas mais elevadas e de umidade mais baixa, enquanto a classe “floresta”, as mais baixas temperaturas e mais altas estimativas de taxas de umidade volumétrica do solo, justificando o papel da urbanização na elevação das temperaturas e correspondente aridez. O estudo gerou informações de natureza qualitativa como quantitativa, possibilitando avanços na modelagem hídrica e ambiental a partir da implementação de algoritmos computacionais para efetuar os mapeamentos. Adicionalmente, registra-se a importância de estender a presente pesquisa para diferentes épocas do ano, de forma a melhor avaliar os padrões espaço-temporais de variação da temperatura de superfície, de biomassa e de umidade do solo, fornecendo subsídios para o planejamento da ocupação do solo.

Palavras-chave: Cobertura e uso do solo, Umidade do solo, Bacia do rio Piabanha/RJ.