Extração automática de drenagem a partir de imagens SRTM Automatic extraction of network channels from SRTM imageries

Elainy do S. F. Martins; Pedro, W. M. Souza Filho; Francisco R. da Costa; Paulo J. de O. Alves

{elainy,walfir,frc,pjose}@ufpa.br Laboratório de Análises de Imagens do Trópico Úmido – LAIT, CG/ UFPA

1. Introdução

Os primeiros Modelos Digitais de Elevação (MDE), confeccionados no Brasil, foram construídos há mais de 40 anos. Esses dados propiciaram a geração das cartas topográficas 1:100.000, porém, nem todo o país foi coberto com este mapeamento, como por exemplo parte da região amazônica, representando então imensos vazios cartográficos. A utilização destes dados torna-se bastante complicada devido o estado de defasagem em que se encontram, um dos motivos que se atribui a não atualização e a não produção de novas cartas é que este é um processo bastante complexo, lento e caro. Atualmente, com o avanço do sensoriamento remoto e das técnicas de geoprocessamento é possível atualizar e até mesmo gerar bases cartográficas, com diferentes metodologias. Uma das opções para geração de informação topográfica é o uso de imagens Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM) (JPL, 2004). O SRTM consiste no Modelo Digital de Elevação que cobre 80% da área terrestre do planeta, entre latitudes 60º N e 56º S com informações a cerca da topografia (JLP, 2004). Com a disponibilização dos dados obtidos através da missão SRTM muitos trabalhos foram desenvolvidos no sentido de avaliar a qualidade dos MDEs obtidos através do mesmo, como Barros e Cruz (2007), Gonçalves et al. (2005), Barros et al. (2005a) e Santos (2005), Hall, et al. (2005), e Valeriano (2004). A partir destes trabalhos verificou-se que os dados SRTM tem uma gama de possíveis aplicações, inclusive pode ser utilizado na atualização de bases cartográficas. A partir das afirmativas de que o SRTM pode ser aplicado na geração de bases cartográficas, esses dados foram utilizados na geração e atualização de bases cartográficas de drenagem, elaboradas pelo instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) e Divisão do Serviço Geológico (DSG), na região nordeste do Estado do Pará e noroeste do Estado do Maranhão, totalizando 103 cartas. A região foi selecionada devido apresentar vazios cartográficos e ser formada, predominantemente, por área com baixa altimetria. Segundo Souza Filho et al. (2004) a região em estudo representam um dos maiores sistemas de mangues do mundo, apresentando uma faixa costeira bastante dinâmica. Para a realização deste trabalho foram utilizadas imagens SRTM, da segunda versão, obtidas gratuitamente no site www2.jpl.nasa.gov/srtm. Além da extração da rede de drenagem estes dados também permitiram a extração de bacias hidrográficas, contribuindo assim para um melhor detalhamento a cerca da distribuição e morfologia destas bacias, já que os trabalhos disponíveis, geralmente encontram-se em escalas regionais. A partir dos resultados constatou-se que os dados SRTM são excelentes na extração de drenagem e delimitação de subbacias hidrográficas, mostrando um resultado com maior grau de detalhamento quando comparado com as bases disponíveis. 2. Área de estudo A área de estudo (Fig.1) abrange o litoral nordeste do Pará e noroeste do Maranhão, estando inserida no contexto da Bacia do Atlântico Sul, trechos norte-nordeste, entre as latitudes 4º13’N a 10º80’S e longitudes 34º 83’a 53º 33’W, e abrange os Estados do Amapá, Maranhão, Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte e parte do Estado da Paraíba, Pernambuco, Pará e Alagoas (www.hidroweb.com.br). O trecho norte corresponde à área de drenagens dos rios que deságuam ao norte da Bacia Amazônica. O trecho nordeste compreende as drenagens que deságuam no Atlântico, entre a foz dos Rios Tocantins e São Francisco (Ibiapina et al., 1999). De acordo com BRASIL (1980), a área em estudo apresenta as seguintes bacias hidrográficas: bacia do Rio Mearim, bacia do Rio Itapecuru e as bacias de menor dimensão as quais correspondem aos rios Piranhas, Pindaré, Gurupi, Munim, Acaraú, Turiaçu, Capibaribe, Apodi e Curu.

3. Materiais e Métodos Foram utilizadas cartas topográficas IBGE e DSG na escala 1:100.000, uma imagem Landsat (2000) e imagens SRTM. As imagens SRTM foram tratadas no Global Mapper 6.0 e configuradas na projeção UTM_WGS84_Zona 23 Sul. No programa ArcGIS 9.1. (Crosier et al., 2005) foram utilizadas as ferramentas Spatial

Analyst>Conditional>CON e Spatial Analyst_Hidrology. Em primeiro lugar, (a) foi aplicado um condicional (CON) no raster para a eliminação dos valores anômalos (menores que 1 e maiores que 37800). Em seguida foi aplicado o Fill (filtro), Flow Direction (direção do fluxo), Flow Accumulation (fluxo acumulado), Basin (bacia), Flow Lenght_Downstream (comprimento do fluxo), Stream Order_ Straler (ordem dos canais), Stream to Feature (conversão raster-shapefile). Posteriormente, (b) no raster Stream Order gerado, foi aplicado um condicional (value > 5) para retirar o excesso de informações e melhorar a visualização, em seguida este raster foi convertido para shapefile. (c) O shapefile gerado foi localmente editado usando-se a imagem Landsat para a delimitação das duas margens dos maiores rios. Em seguida aplicou-se o (d) Basin

(bacia) onde foram delimitadas as bacias hidrográficas. Por fim, o raster basin foi convertido para shapefile e editado a partir do landsat e do vetor drenagem, após a edição foi feito o cálculo de área e perímetro referente aos polígonos de cada bacia (ferramenta XtoolsPro). 4. Resultados A rede de drenagem extraída automaticamente a partir do SRTM (Fig.2) mostrou-se bastante semelhante quando comparada às bases do IBGE/DSG e Agência Nacional das Águas (ANA) (www.hidroweb.com.br), porém, a drenagem gerada pelo SRTM apresenta uma maior quantidade de informações (maior quantidade de ordem de canais, ou seja, os canais extraídos vão desde a 1° ordem até a 11° ordem) e fornece dados em áreas que não foram cobertas pelo IBGE/DSG (vazios cartográficos), como por exemplo, a região centro norte e central da área. A extração automatizada da rede de drenagem também possibilitou a delimitação de 38 subbacias hidrográficas na área de estudo (Fig.3) as quais foram validadas a partir da comparação com os dados disponibilizados pelo Caderno Regional da região hidrográfica do Atlântico Nordeste Ocidental (http://pnrh.cnrhsrh.gov.br/docs/rh_atl_ne_oc/texto/2ransferê_Nordeste_Ocidental.pdf), onde foi possível verificar que o limite das subbacias SRTM apresentam-se muito semelhantes aos valores citados pelo MMA (2006), como por exemplo, a subbacia do Rio Gurupi, com uma área de aproximadamente 35.200 Km2 (fonte – SRTM), e 34.775 Km2 (fonte – MMA); as subbacias dos Rios Itapecuru e Munim também apresentam valores muito próximos aos citados pelo MMA. 5. Conclusões Pode-se constatar que são várias as vantagens obtidas a partir deste tipo de análise apresentada neste trabalho quando comparada com os métodos convencionais. Isto se deve ao fato das informações dos mapas serem armazenadas em meio digital, podendo o usuário realizar uma atualização constante das informações. A partir da comparação com diferentes bases cartográficas a drenagem SRTM, assim como as subbacias hidrográficas, mesmo não tendo passado por verificações em campo, fato bastante difícil pela extensão da área e pelo tipo de mapeamento necessário, ou seja, devido o detalhamento das informações seria necessário um mapeamento de detalhe para confirmação e correção da drenagem; e limite das subbacias, os mesmos possuem subsídios suficientes para que possam ser utilizados como mais uma fonte de informações não apenas relacionadas a rede de drenagem, como também estudos relacionados direta e indiretamente com aspectos geomorfológicos, estruturais, ambientais, sociais, econômicos etc.

Fig.1. Área de estudo a partir de imagens SRTM.

FIG.2. Mapa de drenagem. FIG.3.Mapa de subbacias.

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