funções primordiais de um sig - · pdf fileusle - limitações...
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06/06/2012
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SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA
APLICADO AO ESTUDO DE BACIAS
HIDROGRÁFICAS
AUTOR: JOÃO BATISTA PEREIRA CABRAL
Lic em Geografia - FIC
Dr. Geologia Ambiental – UFPR
Prof. Adj 3 – GEO/CAJ/UFG
FUNÇÕES ESSENCIAIS DE UM SIG
FUNÇÕES PRIMORDIAIS DE UM SIG
Manutenção de banco de dados que compreende
listar arquivos, cuidar da entrada/saída de
dados, copiar e renomear arquivos, importar/exportar
arquivos, identificar resolução, orientar, reamostrar
arquivos
CONSULTA RECLASSIFICAÇÃO
ANÁLISE DE PROXIMIDADE
E CONTIGUIDADE
MODELOS DIGITAIS
DE ELEVAÇÃO
OPER. ALGÉBRICAS
NÃO CUMULATIVAS
OPER. ALGÉBRICAS
CUMULATIVAS
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Banco de Dados Geográfico
Produção de Mapas
Modelos Geográficos
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Dado vetorial
Mundo real
Dado raster
Como utilizar o sig para o estudo de bacias
hidrográficas
Modelo conceitual do SPRING. (CÂMARA, 1995).
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Subsistema de Inteligência Geográfica Aplicado ao
estudo de bacias hidrográficas
1) Baseado na codificação de Otto Pfafstetter para bacias hidrográficas.
The codes store topological hydrograph information (montante e jusante)
2) Hidrografia é dividida em trechos de rios
3) É gerada a área de contribuição para cada trecho de rio
7721
77237725
7727
Subsistema de Inteligência Geográfica Aplicado ao
estudo de bacias hidrográficas
Usuários de Água
Estações
Reservatórios
Camadas Geográficas
• População
• Uso do solo
• Vegetação
• Geologia
• ...
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Sistema Nacional de Informações sobre Recursos
Hídricos
• Estações em operação no país
– 8760 pluviométricas
– 4133 fluviométricas
• 948 qualidade da água
• 537 medições sedimentométricas
• Estações administradas pela ANA
– 2473 pluviométricas
– 1726 fluviométricas
– 420 qualidade da água
– 420 sedimentométricas
– 59 evaporimétricas
Rede de Monitoramento
• Rede pluviométrica
– Densidade média nacional de 1 estação/954 km2
– Densidade média da rede operada pela ANA de 1 estação/3500 km2
– Maior concentração na bacia do rio Paraná
• Rede fluviométrica
– Densidade média nacional de 1 estação /1903 km2
– Densidade média da rede operada pela ANA de 1 estação/4842 km2
– Maior concentração na bacia do rio Paraná
• Rede qualidade da água
– Maioria da estações da ANA monitoram os parâmetros pH, OD,
condutividade elétrica, temperatura e turbidez
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Rede Pluviométrica
Portal SNIRH – Publicação de Informações
Publicação de Informações na internet através do link http://www.ana.gov.br/portalsnirh/
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Escolhendo um método de interpolação para
gerar um produto em relação a bacia
hidrográfica.
• Um método é "melhor" do que outro?
• Quão fiel aos dados originais é o resultado
obtido?
• A superfície estimada representa uma
solução plausível?
• O resultado é esteticamente agradável?
O interpolador ideal
• superfície interpolada ajusta-se aos dados a um determinado nível de
precisão; é fiel aos dados dentro de um limite arbitrário definido pelo
usuário
• superfície interpolada é contínua e suave em todos os locais; tem um
gradiente finito em todo local onde a interpolação for necessária
• cada valor interpolado depende apenas do subgrupo local de dados, e
os membros deste subgrupo são determinados somente pela
configuração dos dados que, de algum modo, são próximos ao ponto
interpolado
• método de interpolação pode ser aplicado à todas as configurações e
padrões de densidade dos dados.
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Modelos
• Modelagem da variabilidade espacial de dados por
superfícies e procedimentos de interpolação:
• Modelos determinísticos com efeitos locais: inverso
do quadrado da distância
• Modelos determinísticos com efeitos globais:
superfícies de tendência
• Modelos estatísticos com efeitos locais e globais:
krigagem
Estimativa do reticulado
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
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Distribuição de pontos
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Reticulação (gridding)
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
° pontos com valores conhecidos (estimadores)° pontos com valores a serem interpolados
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Inverso do quadrado da distância (IQD)
Exemplo
12 3
4
5
7
6
910
11
13
12
1615
14
17
20
21
22
18
19
23
2624
29
25
27
30
31
28
3233
34
35
37
44
43
36
41
42 45
38
39
40
46
52 53
51
47
54
4849 50
55 56
8
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Pontos georreferenciados
865 840 835 870
832 825
850
840840 788
790830 850
859860
830
845815
850
891850
825
850
880850 840
845
880 829862
850
892 870
840
867
870843
873
850 801891 880850
845
860
895
870872
850
802
850
905 869 879 860 810
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
• ID x y z• 1 0 0 865• 2 48 0 840• 3 102.85 0 835• 4 168.5 0 870• 5 59.9 8.2 832• 6 83.1 7.1 825• 7 55.5 13.55 850• 8 86.65 19.5 840• 9 141 17 840• 10 168 19 788• 11 145.5 30 790• 12 127.5 33 830• 13 139.5 34 850• 14 0 48.5 859• 15 66 51.5 860• 16 115.5 46.5 830• 17 11 60.5 845• …….
Inverso do quadrado da distância
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
785790795800805810815820825830835840845850855860865870875880885890895900905910
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
785790795800805810815820825830835840845850855860865870875880885890895900905910
Vizinho mais próximo
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Método Americano para avaliar uma bacia
• Uso da Equação Universal de Perdas de Solos
(EUPS)
• Ps = R.K.L.S.C.P
– Ps = perda de solo por unidade de área, t.ha-1;
– R = erosividade da chuva, MJ.ha-1 mm.h-1;
– K = erodibilidade do solo, (t.ha-1)/(MJ.ha-1.mm.h-1)
– L = comprimento de rampa, adimensional;
– S = declividade do terreno, adimensional;
– C = fator que considera o uso e o manejo do
solo, adimensional;
– P = fator que considera as práticas conservacionistas
adotadas, adimensional.
Método Usle - Eups
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Método Usle - Eups
Método Usle - Eups
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Método Usle - Eups
Método Usle - Eups
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Método Usle - Eups
Método Usle - Eups
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Método Usle - Eups
Método Usle - Eups
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USLE - Limitações
Empírica;
Necessário julgamento criterioso para que sejam determinados
valores corretos para alguns fatores
Prevê a perda média de solo anual;
Baseado em períodos de chuva de 6h, durante 2 anos
Não prevê erosão por voçorocas;
Só prevê erosão laminar e por ravinamento
Ela não prevê transferência de sedimentos; Só prevê perdas e não
deposição
Método Brasileiro
Fragilidade Ambiental – Ross 1994
• Geossistema (Bertrand)
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Conceito de Fragilidade
Ambiental
As fragilidades dos ambientes naturais devem fazer parte de
avaliação quando se pretende realizar planejamentos
territoriais. Tricart (1977) elaborou o conceito de unidades
ecodinâmicas, definindo que quando os ambientes estão em
equilíbrio dinâmico são estáveis, e quando se encontram em
desequilíbrio são instáveis. Ross (1994) inseriu novos
critérios, estabelecendo unidades de instabilidade potencial e
de unidades de instabilidade emergente.
Fragilidade Ambiental – Ross 1994
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Fatiamento do MNT
Imagem MNT MNT fatiado
Fragilidade Ambiental – Ross 1994.
• Transformar curvas de nível
em declividade
– mapa de declividade (graus)
declividade Fragilidade
0 – 6% Muito baixa
6 – 12% Baixa
12 – 20% média
20 – 30% Alta
> 30 % Muito Alta
5.0 8.03.0
20.0
5.0 10.0 15.0
12.010.0
baixa
médiaalta
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• Transformar curvas de
nível em declividade
declividade Fragilidade
0 – 6 % Muito baixa
6 – 12% Baixa
12 – 20% média
20 – 30% Alta
> 30 % Muito Alta
Outros valores de declividade que podem
ser utilizados
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Outros valores de declividade que podem
ser utilizados
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Solos
• Transforma temático em
numérico
– mapa de solos
• (tipo, peso): (LE, 0.35), (Aq, 0.6),
(outros, 0.2)
– atribuição de pesos reflete a
importância relativa de cada tipo
de solo
LA
LV
AqLE
0.35 0.200.35
0.60
0.20 0.20 0.20
0.600.20
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• Transformar curvas de
nível em declividade
declividade Fragilidade
Latossolos Baixa
Argissolos média
Neossolos.L Alta
Neossolos Q. Muito Alta
Classes de Erosividade Valores de R
(ton.m.mm/ha.h.ano)
1. Muito Baixa R < 250
2. Baixa 250 < R < 500
3. Média 500 < R < 750
4. Alta 750 < R < 1000
5. Muito Alta R > 1000
EI30 = 67,355 (r2/P)0,85
Onde:
EI30 é a média mensal do índice de erosividade,
medidos em MJ.mm/(ha.h);
r é a média dos totais mensais de precipitação,
medidos em mm;
P é a média dos totais anuais de precipitação,
medidos em mm,
Transformar dados de pluviometria em Fragilidade
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Cruzamento dos Parâmetros
Fragilidade Potencial
Declividade Solo
42 33
4
2
Erosividade
3
2
4
Fragilidade Peso Declividade Solo Erosividade
Baixo 2 6 – 12% Latossolo 250 a 500 Ton
Médio 3 12 a 20% Argissolo 500 a 750 Ton
Alto 4 20 a 30 % Neossolo 750 a 1000 Ton
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Fragilidade Potencial
Análise do uso da Terra
• Que imagens utilizar
• Quais banda
• Que resolução
• Que classificador
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MOSAICO NATURAL DE VEGETAÇÃO
Cerradão
Cobertura: 50 - 90%
8 -
15m
Cerrado sensu stricto denso
5 -
8m
50 - 70%
Cerrado sensu stricto
20 - 50%
3 -
6m
Campo Cerrado
5 - 20%
2 -
3m
Campo Sujo
< 5%
~ 2
m
Campo Limpo
< 1%
< 1
m
Herb
áceo/s
ub
-arb
ust
ivo
Arb
ust
ivo
Em
po
bre
cim
ento
do
so
lo
Arb
ore
scen
te
ES
TR
AT
OS
VE
GE
TA
CIO
NA
IS
Cobertura:
Vista aérea Vista panorâmica
INTRODUÇÃO
a – Campo Limpo; b – Campo Sujo; c – Campo Cerrado; d – Cerrado Típico
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Classificações supervisionadas/não-supervisionadas
A MISTURA ESPECTRAL…
Inclusão de duas ou mais classes de cobertura no GIFOV, combinando
a radiância dos alvos espacialmente próximos;
GIFOV
heterogêneo
IFOV
FUNDAMENTOS
Duas situações comuns com um pixel misturado:
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Substrato
Dossel
Atmosfera
Nuvens
Contaminação atmosférica;
Variação na geometria
de aquisição dos
dados (sombreamento).
Fatores espúrios à obtenção das imagens…
+
+
Confusão espectral entre classes
com baixa biomassa
- Campo Limpo
- Campo Sujo
- Campo Cerrado
Índices de Vegetação (IV) demonstram
um agrupamento espectral das classes
gramíneo - lenhosas e arbustivas
- Campo Limpo /
Campo Sujo
- Campo Cerrado /
Cerrado sensu stricto
No caso do bioma Cerrado…
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Uso e Ocupação
Grau de
Proteção
Área 1990
(km²) 1990%
Área 2000
(km²) 2000%
Área 2010
(km²) 2010%
Água
1. M. Alta
4,660417 0,87 4,368763 0,82 24,297928 4,58
Cultura
4. Baixa
0,507578 0,1 0,000000 0,00 22,200291 4,18
Mata/Cerradão
2. Alta
154,322128 29,1 137,670843 25,91 116,189511 21,9
Pastagem
3. Média
352,416763 66,45 365,177246 68,74 344,966328 65,01
Solo Exposto
5. M. Baixa
16,321761 3,08 21,660178 4,08 20,165085 3,8
Área Urbana
5. M. Baixa
2,101991 0,4 2,395206 0,45 2,825428 0,53
Área Total 530,330638 100,00 531,272236 100,00 530,644571 100,00
Grau de proteção em relação ao uso
da Terra
Uso da Terra
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Fragilidade Ambiental
Fragilidade Potencial
Uso da Terra
2
Fragilidade Emergente
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Estudo de Caso – Bacia da PCH
Irara – Goiás/Brasil
Fragilidade Classes de
declividade
Área km² x
km²
%
1. Muito
fraca
0-3% 960.753308 35
2. Fraca 3-8% 1513.716256 54
3. Média 8-20% 235.473636 9
4. Forte 20-45% 24.959229 1
5. Muito
forte
>45% 0.043286 1
Total 100
Classe - Declividade
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Cidade Estação
Pluviométrica
Média Total
(mm)
Grau de
Fragilidade
Serranopolis Serranópolis 1567 mm 4
Quirinopolis Quirinópolis 1431 mm 4
Jataí Ponte Rio Doce 1615 mm 4
Jataí Pombal 1584 mm 4
Montividiu Montividiu 1445 mm 4
Itarumã Itarumã 1566 mm 4
Mineiros
Fazenda São
Bernardo 1607 mm
4
Rio Verde Fazenda Paraíso 1348 mm 4
Caiapônia Caiapônia 1521 mm 4
Cachoeira Alta Cachoeira Alta 1319 mm 4
Mineiros Bom Jardim 1564 mm 4
Jataí Benjamim Barros 1636 mm 4
Jataí Jataí 1652 mm 4
Jataí Ponte Rio Claro 1631 mm 4
Classe - Precipitação
Fragilida
de
Tipos de solos Área km² x
km²
%
1. Muito
Baixa
Gleissolos – G.
Latossolos – L.
123.317922
2357.315064
4
85
3. Média Argissolos – P. 73.732586 3
5. Muito
forte
Neossolos – R.
Neossolos
Quartzarênicos –
RQ.
111.011947
120.925572
4
4
Total 100
Classe - Solos
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11/12/2009
11/12/2009
11/12/2009
Foto A: Área cultivo de cana-de-
açúcar.
11/12/2009
Foto B: Área de Reflorestamento,
Silvicultura de eucalipto (eucalyptus).
Foto F: Curso de Drenagem do Rio
Doce próximo de pastagens.
11/12/2009
Foto E: Culturas de ciclo curto,
exemplo a Soja.
11/12/2009
Foto D: Nascente da Bacia do Rio
Doce.
11/12/2009
Foto C: Pastagens com criação
extensiva de gado.
11/12/2009
Classe – Uso da Terra
Fragilidade Áreakm² x km² %
1. Muito Baixa 216.405900 8
2. Baixa 2263.028796 82
3. Média 269.291216 9
4. Alta 12.085033 1
5. Muito Alta 0 0
Total 100
Fragilidade Potencial
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Fragilidade Área km² x km² %
1. Muito Baixa 19.053.494 1.8
2. Baixa 942.336.099 34
3. Média 1.783.497.348 65
4. Alta 0.261668 0.2
5. Muito Alta 0 0
Total 100
Fragilidade Emergente
Proteção das margens com troncos de árvores.
Métodos naturais para recuperação ambiental
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Quebra-corrente formada por rochas protege
a margem. Os bancos de areia e depósito de
seixos rolados favorecem novas estruturas.
Métodos naturais para recuperação ambiental
Construção de paliçadas e escadarias com
matéria orgânica.
Terraceamento Bacias de acumulação
Métodos naturais para recuperação ambiental
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COMO AVALIAR UMA BACIA HIDROGRÁFICA
O que fazer para ajudar a recuperar uma
bacia hidrográfica independente do tipo de
uso da terra como Pesquisador