utilizaÇÃo das extensÕes taudem e archydro: um … · 2017-09-13 · ... drenada por um curso...
TRANSCRIPT
E-mails: * Geólogo ([email protected]); ** Engenheira Ambiental ([email protected]).
UTILIZAÇÃO DAS EXTENSÕES TAUDEM E ARCHYDRO: UM ESTUDO
COMPARATIVO APLICADO À DELIMITAÇÃO AUTOMÁTICA DE BACIAS
HIDROGRÁFICAS NO ESTADO DO PARÁ
Utilization of Taudem and Archydro extensions: a comparative study applied to automatic
delimitation of watersheds in Pará state, northern Brazil
Rafael Estumano Leal1*
Lariana Teka Barra de Medeiros2**
Joana D’Arc da Silva Queiroz2
Gabriel Lisboa Brito2
Luiza Lara Coiado2
1 Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Sustentabilidade (SEMAS), Diretoria de Planejamento e Gestão de
Recursos Hídricos (DIREH), Gerência do Sistema de Informações sobre Recursos Hídricos (GESIR);
Universidade Federal do Pará. Belém, Pará, Brasil.
2 Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Sustentabilidade (SEMAS), Diretoria de Planejamento e Gestão de
Recursos Hídricos (DIREH), Gerência do Sistema de Informações sobre Recursos Hídricos (GESIR). Belém,
Pará, Brasil.
1. INTRODUÇÃO
Informações relacionadas a recursos hídricos, em geral, apresentam componentes
geoespaciais, ou seja, dados georreferenciados e tabulares imprescindíveis para o
planejamento e a tomada de decisão no âmbito da gestão de recursos hídricos.
O grande desenvolvimento das geotecnologias nas últimas décadas trouxe consigo os
Sistemas de Informação Geográfica (SIG), um conjunto de dados, recursos humanos,
metodologias, hardwares e softwares que têm sido cada vez mais utilizados na gestão de
recursos hídricos. Os avanços tecnológicos levaram à evolução da representação cartográfica
e atualmente o cenário é dominado pela cartografia digital.
As políticas Nacional (Lei nº 9.433/1997) e Estadual (Lei nº 6381/2001) de Recursos
Hídricos estabelecem a bacia hidrográfica como unidade de planejamento, onde devem ser
implementados instrumentos de gestão. Nesse sentido, os SIGs têm se mostrado
fundamentais, pois permitem o armazenamento e o processamento de grande volume de
dados geoespaciais, bem como a análise e a representação desses dados, além da produção de
novas informações, possibilitando a realização de diversas operações e análises hidrológicas
importantes de forma automatizada, a exemplo da delimitação de bacias hidrográficas e a
determinação de seus parâmetros morfométricos.
Estudos hidrológicos de maior ou menor complexidade têm sido produzidos com a
utilização de extensões como ArcHydro e TauDEM, que são conjuntos de ferramentas
específicas para a análise hidrológica, podendo ser incorporadas em diversos softwares
comerciais ou de uso livre, como ArcGIS e QGIS. Os resultados gerados nesses estudos são de
grande importância para a gestão de recursos hídricos, pois fornecem subsídios para o
diagnóstico das bacias hidrográficas e para o planejamento.
Muitos trabalhos sobre a delimitação automática de bacias hidrográficas, utilizando
diversos softwares e extensões, têm sido produzidos (FALCK et al., 2015; KOEFENDER e
MARCUZO 2016; MARINHO FILHO, 2014; MELATI e MARCUZO, 2015; MIOTO et al.,
2014; OLIVEIRA et al., 2010; SILVA; LEITE; GADELHA, 2010; SMICHT e MOREIRA
2015), no entanto, poucos são os trabalhos cujo enfoque é a comparação dos resultados
obtidos a partir de diferentes extensões utilizadas (COSTA; SOUZA; SILVA, 2016).
Nesse sentido, o principal objetivo deste estudo é comparar os resultados obtidos por
meio das extensões ArcHydro e TauDEM, em ambiente SIG, para a delimitação das bacias
hidrográficas dos rios Caeté, Pau D’Arco e Uraim, utilizando Modelo Digital de elevação
(MDE) derivado da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), com resolução espacial de
30m. Além disso, este trabalho apresenta uma caracterização morfométrica simplificada das
bacias hidrográficas estudadas. Desse modo, espera-se fornecer subsídios que contribuam
para a gestão dos recursos hídricos no Estado do Pará.
2. PRINCÍPIOS TEÓRICOS
2.1. Bacia Hidrográfica
Segundo Viessmam Jr. et al. (1972), bacia hidrográfica é uma área definida
topograficamente, drenada por um curso d’água ou um sistema de cursos d’água, dispondo de
uma simples saída, seu exutório, onde toda a vazão afluente é descarregada. A bacia
hidrográfica é constituída por um rio principal e seus afluentes, incluindo as cabeceiras,
nascentes e divisores de água (GUERRA, 1993). O contorno de uma bacia hidrográfica é
definido por um divisor topográfico, formando uma linha que separa as precipitações que
caem em bacias vizinhas.
As definições que envolvem a hierarquização para bacia hidrográfica, como os
termos sub-bacia e microbacia, por exemplo, não estão bem estabelecidas, e o tamanho de
suas respectivas áreas varia de autor para autor. Segundo Faustino (1996), as sub-bacias
possuem áreas superiores a 100 km² e inferiores a 700 km², já para Rocha (1997, apud
MARTINS et al., 2005), são áreas entre 200 km² e 300 km². Para Santana (2003), bacias
podem ser desmembradas em um número qualquer de sub-bacias, dependendo do ponto de
saída considerado ao longo do seu eixo-tronco ou canal coletor.
Para o termo microbacia, Faustino (1996) sugere uma área inferior a 100 km2,
enquanto Cecílio e Reis (2006) definem a microbacia como uma sub-bacia hidrográfica de
área reduzida, não havendo consenso de qual seria a área máxima (entre 100 m² e 200 km²).
Os diferentes conceitos de bacia, sub-bacias e microbacias encontrados na literatura
foram sumariamente sintetizados por Teodoro et al. (2007).
2.2. Morfometria
De modo geral, as bacias hidrográficas apresentam grande diversidade quanto a seus
aspectos fisiográficos, os quais, entre outros fatores, interferem diretamente no
comportamento hidrológico de uma bacia.
A análise morfométrica de uma bacia hidrográfica leva em consideração os seus
aspectos geométricos, de relevo ou geomorfológicos, e de rede de drenagem (TONELLO,
2005), fornecendo indicadores importantes para a previsão de fenômenos como enchentes,
inundações e erodibilidade.
Neste estudo, para fins de comparação entre as extensões utilizadas, somente os
aspectos geométricos serão analisados, a saber: área total, perímetro total, fator de forma,
coeficiente de compacidade e índice de circularidade.
As fórmulas para a obtenção desses parâmetros estão expressas na Tabela 1, e podem
ser encontradas em Christofolletti (1969), Villela e Mattos (1975), Tonello (2005), Antoneli e
Thomaz (2007), Cardoso et al. (2006).
Tabela 1 – Características geométricas de uma bacia hidrográfica, adaptado de Pereira (2013).
Característica
geométrica Descrição Fórmula
Área total
Área drenada pelo sistema pluvial inclusa
entre seus divisores topográficos, projetada
em plano horizontal, sendo elemento básico
para o cálculo de diversos índices
morfométricos (TONELLO, 2005).
Perímetro total Comprimento da linha imaginária ao longo
do divisor de águas (TONELLO, 2005).
Fator Forma
Relaciona a forma da bacia com a de um
retângulo, correspondendo a razão entre a
largura média e o comprimento axial da bacia
desde a foz ao ponto mais longínquo do
espigão (VILLELA e MATTOS, 1975).
𝐅 =𝐀
𝐋²
onde,
F = Fator de forma
A = Área de drenagem (km²)
L = Comprimento do eixo da
bacia (km)
Coeficiente de
Compacidade
Relaciona a forma da bacia com um círculo,
sendo um número adimensional que varia de
acordo com a forma da bacia. Quanto mais
irregular for a bacia, maior será o Kc. Assim,
um Kc mínimo corresponderia a uma bacia
circular e valores superiores a 1 a uma bacia
alongada.
𝐊𝐜 =𝟎, 𝟐𝟖 𝐱 𝐏
√𝐀
onde,
Kc = Coeficiente de compacidade
P = Perímetro (km²)
A = Área de drenagem (km²)
Índice de
Circularidade
Simultaneamente ao Kc, o índice de
circularidade tende para a unidade à medida
em que a bacia se aproxima da forma circular
e diminui sempre que a forma se torna
alongada (CARDOSO et al., 2006)
𝐈𝐜 =𝟏𝟐, 𝟓𝟕 𝐱 𝐀
𝐏²
onde,
Ic = Índice de circularidade
A = Área de drenagem (km²)
P = Perímetro (km²)
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1. Área de estudo
Para a realização deste estudo, foram selecionadas as bacias hidrográficas dos rios
Caeté e Uraim, localizadas no nordeste do Estado do Pará e pertencentes à Região
Hidrográfica da Costa Atlântica-Nordeste (Figura 1 A), e a bacia hidrográfica do rio Pau
D’Arco, localizada no sudeste do Pará e pertencente à Região Hidrográfica do Tocantins-
Araguaia (Figura 1 B).
A bacia hidrográfica do Rio Caeté localiza-se entre os paralelos 0°50’50,41”S,
1°38’27,86”S e meridianos 47°22’59,18”W, 46°27'23,95"W, abrangendo partes dos
municípios de Bonito, Bragança, Capanema, Ourém, Santa Luzia e Tracuateua.
A bacia hidrográfica do Rio Pau D’Arco está localizada entre os paralelos
7°17'28,63"S, 8°38'38,44"S e meridianos 50°41'20,53"W, 49°19' 57,88"W, abrangendo partes
dos municípios de Conceição do Araguaia, Floresta da Araguaia, Pau D’Arco, Redenção, Rio
Maria e Santa Maria das Barreiras.
E a bacia hidrográfica do Rio Uraim está situada entre os paralelos 2°25'13,17"S,
3°27'47,71"S e os meridianos 47°45' 55,26"W, 46°29'18,50"W, abrangendo partes dos
municípios de Ipixuna do Pará, Nova Esperança do Piriá e Paragominas.
Figura 1 – Localização das áreas de estudo Caeté e Uraim no nordeste do Estado do Pará e na Região
Hidrográfica da Costa Atlântica (A) e da área de estudo Caeté no sudeste do Pará e na Região Hidrográfica do
Tocantins-Araguaia (B).
3.2. Modelo Digital de Elevação (MDE) Os procedimentos para a delimitação das bacias hidrográficas selecionadas e a
obtenção de suas características morfométricas tiveram como insumo Modelo digital de
elevação (MDE) derivado da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), com resolução
espacial de 30 m, disponível de forma gratuita no site da United States Geological Survery
(USGS).
Para a correção de falhas, o MDE SRTM foi reclassificado no ArcGIS, atribuindo-se
o valor zero para os pixels nulos, por meio da ferramenta Reclassify. Posteriormente, as
depressões e elevações foram corrigidas com a ferramenta Fill (Figura 2).
Figura 2 – Correções de pixels nulos e de erros do tipo Sink no MDE por meio das ferramentas Reclassify e Fill
no ArcGIS, respectivamente.
3.3. Base Cartográfica
Para realização do processamento no ArcHydro, foi utilizada base hidrográfica em
escala 1:250.000, elaborada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2015),
e disponibilizada no site do instituto.
3.4. As extensões ArcHydro e TauDEM
A extensão ArcHydro foi desenvolvido pelo Centro de Pesquisas em Recursos
Hídricos (Center for Research in Water Resources - CRWR) da The University of Texas at
Austin, nos Estados Unidos, sendo gratuitamente distribuída pela Environmental Systems
Research Institute (ESRI), e podendo ser encontrada no endereço eletrônico:
https://blogs.esri.com/esri/.
Conforme ESRI (2012), o ArcHydro é um conjunto de funcionalidades que opera
como uma barra de ferramentas (toolbox) dentro do ArcGIS, para complementar a análise
temporal e geoespacial de dados, sendo voltado para suportar aplicações e gestão de recursos
hídricos e modelagem hidrológica. Neste estudo, foi utilizada a versão 2.0 do ArcHydro Tools
no software ArcGIS 10.2.2, e a metodologia adotada observou os procedimentos
estabelecidos em ESRI (2012).
A extensão TauDEM (Terrain Analysis Using Digital Elevation Models) constitui
um conjunto de ferramentas desenvolvidas para extração e análise de informações
hidrológicas a partir de modelos digitais de elevação, desenvolvida pelo Grupo de Pesquisa
em Hidrologia (Hydrology Research Group) da Utah State University, nos Estados Unidos, e
disponível de forma gratuita no site http://hydrology.usu.edu/dtarb/. O TauDEM está
disponível para o ArcGIS, QGIS e Mapwindow. Neste estudo, a versão 5.3.5 do TauDEM foi
utilizada no software QGIS, versão 2.8.9. A metodologia adotada observou os procedimentos
descritos em Tarboton (2015) e adaptadas para o QGIS por Santos (2015).
Para a delimitação automática de bacias hidrográficas através de MDEs, os
programas de sistemas de informações geográficas necessitam de algoritmos que determinem
as direções dos fluxos e acúmulo da água de uma região.
A direção de fluxo consiste em indicar a partir de uma célula principal para onde o
fluxo deverá seguir, de acordo com a declividade das células vizinhas.
Tanto o ArcHydro como o TauDEM utilizam como padrão o algoritmo D-8
(Determinístico de 8 direções, JENSON e DOMINGUE, 1988), o qual define que, a partir de
uma célula central envolvida por oito células vizinhas (Figura 3a), a direção do fluxo da
célula central terá que se deslocar para somente uma célula vizinha que apresentar a maior
declividade em relação às outras (Figura 3b). Ao final, tem-se um arquivo raster onde cada
pixel recebe um código que indica a direção de escoamento (Figura 3c).
Com os dados oriundos do MDE (Figura 3d) e a utilização do padrão D-8, obtém-se
a direção do escoamento superficial da água (Figura 3e), ou seja, a obtenção do plano de
direção do fluxo (Figura 23f).
Figura 3 – Exemplificação do processo de determinação da direção e acúmulo do fluxo superficial pelo método
D-8 (CHAVES, 2002). Em a, b e c, o algoritmo define a direção do fluxo a partir de uma célula central rodeada
por 8 células vizinhas, onde o escoamento seguirá para a célula com maior declividade. O raster original (d)
então recebe uma codificação, obtendo-se o escoamento superficial da água (e) e a direção do fluxo (f).
Uma importante diferença na execução entre ambas extensões é a adoção do método
AGREE pelo Archydro.
Este procedimento consiste em marcar uma rede de drenagem conhecida sobre o
MDE, forçando o gradiente de fluxo ao caminho imposto ao MDE pelas linhas que
representam a rede de drenagem em questão (FAN et al., 2011). O objetivo do método
AGREE é forçar os MDEs a corresponderem a vetores de fluxo (hidrografia), fazendo-os
concordar com uma linha em um mapa planimétrico. Este sistema ajusta a elevação da
superfície do MDE para ser consistente com a hidrografia vetorizada.
3.5. Etapas do Processamento
A metodologia para a delimitação das bacias hidrográficas selecionadas seguiu os
procedimentos destacados abaixo, de acordo com a extensão utilizada:
ArcHydro: DEM Reconditioning (recondiciona o MDE, seguindo uma drenagem de
referência), Fill Sinks (preenche depressões e remove elevações), Flow Direction (define a
direção do fluxo), Flow Accumulation (determina o fluxo acumulado), Stream Definition
(gera o raster da rede de drenagem), Stream Segmentation (segmenta o raster de drenagem),
Catchment Grid Delineation (gera o raster das sub-bacias), Catchment Polygon Processing
(gera o vetor das sub-bacias), Adjoint Catchment (junta as bacias hidrográficas) e Point
Delineation (definição do exutório).
Taudem: Os algoritmos utilizados no processamento foram: Pit Remove (preenche
as lacunas do MDE), D8 Flow Directions (define a direção do fluxo), D8 Contributing Area
(delimita a bacia de contribuição), Stream Definition by Threshold (gera o raster da rede de
drenagem) e Stream Reach and Watershed (gera o vetor da drenagem e o raster da área da
bacia). Os algoritmos D8 Contributing Area e Stream Definition by Threshold são utilizados
em duas etapas
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1. Diferenças entre os limites das bacias
De modo geral, a forma e os limites das bacias geradas tanto no ArcHydro como no
TauDEM foram semelhantes (Figura 4), havendo apenas diferenças pontuais (Figura 5).
A bacia do rio Caeté apresentou as maiores diferenças de limites espaciais,
especialmente nas porções norte e leste da bacia (Figura 5 A e B). A porção norte desta bacia
limita-se com o mar, estando situada em uma área de relevo tipicamente litorâneo, cortado por
várias reentrâncias (rias), manguezais e com poucas diferenças topográficas, permitindo que o
algoritmo empregado na delimitação automática apresentasse dificuldades na definição de
pontos cotados, o que poderia explicar as diferenças geradas (Figura 6 A e B). Essas
dificuldades de delimitação automática de bacias hidrográficas em áreas planas são
semelhantes com as observações de Esquerdo (2012), Getirana et al. 2009, Jesus (2009),
Oliveira et al. (2007) e Souza et al. (2011). Deve-se considerar ainda o fato de que o
ArcHydro utiliza uma base hidrográfica vetorial de referência para recondicionar o MDE
(método AGREE), o que auxilia na análise, principalmente de áreas com baixas diferenças
topográficas.
Na porção oeste da bacia hidrográfica do rio Caeté, observa-se na imagem SRTM
que o divisor topográfico não está totalmente claro, havendo corpos hídricos que escoam tanto
para norte como para nordeste (Figura 6 C). Nesse caso, devido à complexidade da área, o
TauDEM não incluiu a região da nascente do rio Caeté na área da bacia (Figura 6 C e D).
Em imagens satélite do Google Earth, confirmou-se que a segmentação de parte do
Rio Caeté, fora da área da bacia, realizada pelo TauDEM, corresponde a um erro,
provavelmente relacionado a baixa resolução do MDE utilizado ou da dificuldade da extensão
em determinar os divisores topográficos. Assim, avaliou-se que nessa área, a delimitação
realizada pelo ArcHydro é a que mais se aproxima da realidade (Figura 6 C e D).
Para as bacias dos rios Pau D’Arco e Uraim, as diferenças foram menores, e os
limites foram, em sua maioria, coincidentes. O TauDEM, no entanto, incluiu pequenas áreas
pertencentes a bacias vizinhas e corpos hídricos que não contribuem para a bacia em análise.
Figura 4 – Áreas das bacias hidrográficas dos rios Caeté (A e B), Pau D’Arco (C e D) e Uraim (E e F) geradas
pelas extensões Archydro e TauDEM, respectivamente.
Figura 5 – Diferenças nos limites das bacias hidrográficas dos rios Caeté (A e B), Pau D’Arco (C e D) e Uraim
(E e F) geradas pelas extensões Archydro e TauDEM, respectivamente.
Figura 6 – Diferenças nos limites das porções norte (A e B) e oeste (C e D) da bacia hidrográfica do Rio Caeté,
geradas pelas extensões Archydro e TauDEM, respectivamente. Ao fundo, em A e C está disposto o MDE
SRTM e em B e D, imagens de satélite do Google Earth.
4.2. Dados Morfométricos
Com o processamento realizado a partir do MDE SRTM nas extensões ArcHydro e
TauDEM, foram definidos os aspectos morfométricos das três bacias hidrográficas estudadas.
Quanto às características geométricas, foram determinadas a área total e o perímetro total; e
quanto às características da rede drenagem, foi determinado apenas o comprimento do rio
principal.
Com base nesses dados, foram calculados os seguintes parâmetros geométricos:
coeficiente de compacidade (Kc), índice de circularidade (Ic) e fator de forma (F).
A Tabela 2 apresenta, de modo comparativo, as características fisiográficas obtidas e
os parâmetros fisiográficos calculados para as três bacias estudadas.
De modo geral, a comparação entre as bacias estudadas mostrou que os parâmetros
morfométricos variaram pouco, entre 1 e 5%.
Na bacia do Rio Caeté, as características e os parâmetros morfométricos
apresentaram as maiores diferenças. A área total e o perímetro total, obtidos no ArcHydro,
foram 2.173 km² e 530 km, respectivamente, valores superiores àqueles obtidos no TauDEM,
2080 km² e 507 km, respectivamente, o que corresponde a uma diferença de 93 km² entre as áreas das
bacias e uma diferença de 23 km² entre os perímetros, representando uma diferença relativa de
4% entre esses parâmetros. Do mesmo modo, os valores obtidos para os coeficientes Kc, Ic e
F variaram em um intervalo de 2 a 5%, sendo que Kc e Ic apresentaram, respectivamente, a
maior e a menor diferença.
Na bacia do Rio Pau D’Arco, os valores das áreas totais obtidos no ArcHydro e no
TauDEM foram praticamente iguais, com apenas 2 km² de diferença. Quanto aos perímetros,
o perímetro total gerado no ArcHydro foi 21 km maior que o gerado no TauDEM, perfazendo
2% de diferença. Para o coeficiente F, os valores obtidos foram iguais, e os coeficientes Kc e
Ic, apresentaram, respectivamente, diferenças 2% e 4%.
Os valores obtidos para a bacia do Rio Uraim em relação à área total, ao perímetro
total e aos coeficientes Kc, Ic e F foram os mais congruentes, com diferença relativa de
apenas 1%. Os valores de área total e perímetro total obtidos no ArcHydro foram,
respectivamente, 32 km² e 7 km menores que aqueles obtidos no TauDEM. Quanto aos
coeficientes Kc, Ic e F, as diferenças nos valores obtidos no ArcHydro e no TauDEM foram
muito pequenas, correspondendo a 0,018, 0,002 e 0,001, respectivamente.
Tabela 2 – Características morfométricas das bacias hidrográficas dos rios Caeté, Pau D’Arco e Uraim.
Corpo hídrico Extensão Área Total
(km²)
Perímetro
Total (km)
Comprimento
do rio
principal
(km)
Kc Ic F
Rio Caeté
ArcHydro 2173 530 140 3,185 0,097 0,111
Taudem 2080 507 140 3,113 0,102 0,107
Diferença 93 23 - 0,072 0,005 0,005
Diferença (%) 4% 4% - 2% 5% 4%
Rio Pau D'Arco
ArcHydro 13370 1004 221 2,431 0,167 0,273
Taudem 13372 983 221 2,380 0,174 0,273
Diferença 2 21 - 0,051 0,007 0,000
Diferença (%) 0% 2% - 2% 4% 0%
Rio Uraim
ArcHydro 5078 707 180 2,776 0,128 0,157
Taudem 5110 713 180 2,794 0,126 0,158
Diferença 32 7 - 0,018 0,002 0,001
Diferença (%) 1% 1% - 1% 1% 1%
Siglas – Kc: coeficiente de compacidade, Ic: índice de circularidade e F: fator forma.
4.3. Parâmetros morfométricos das bacias hidrográficas estudadas e suas implicações
para a gestão ambiental
A extração de atributos hidrológicos e a modelagem de bacias hidrográficas são
ferramentas indispensáveis para a gestão ambiental. Os dados gerados, como os parâmetros
morfométricos, por exemplo, são indicadores importantes para a previsão de fenômenos como
enchentes, inundações e erosão (CARDOSO et al., 2006; VILLELA e MATTOS, 1975).
Desse modo, tal caracterização permite avaliar o potencial hídrico de uma região, tornando-se,
portanto, um instrumento fundamental para o manejo de bacias hidrográficas e permitindo a
formulação de um conjunto integrado de ações sobre o meio ambiente, a fim de promover a
conservação e utilização sustentável dos recursos naturais, principalmentedos recursos
hídricos (TONELLO, 2005).
De modo geral, levando em consideração os dados morfométricos obtidos, pode-se
afirmar que, em condições normais de precipitação, as três bacias estudadas mostram-se
pouco suscetíveis a enchentes, pois seus coeficientes de compacidade (Kc) apresentaram
valores distantes de 1 (2,380 - 3,185; Tabela 2) e, do mesmo modo, os fatores de forma (F)
apresentaram valores baixos (0,111-0,273; Tabela 2).
Tal fato pode ser comprovado pelo índice de circularidade (Ic), que revelou valores
inferiores a 0,510 (0,097 - 0,174; Tabela 2). Valores inferiores a 0,510 indicam que a bacia
tende a ser mais alongada, o que contribui para o processo de escoamento, enquanto que
valores superiores a 0,510 indicam que a bacia tende a ser mais circular, o que dificulta o
escoamento, favorecendo inundações (SCHUMM, 1956).
Dentre as bacias hidrográficas estudadas, a bacia do Rio Caeté (Figura 4 A e B) é a
que apresenta as condições fisiográficas que mais favorecem a drenagem superficial,
considerando os índices calculados, ou seja, maior Kc e menores Ic e F. Por outro lado, a
bacia do Rio Pau D’Arco apresentou os menores valores de Kc e os maiores de Ic e F, sendo a
bacia menos alongada, como pode ser observado na Figura 4.
Embora os dados morfométricos obtidos sejam consistentes, é importante ressaltar
que as considerações aqui feitas acerca de enchentes e inundações baseiam-se em parâmetros
limitados (Kc, F e Ic) e que outros fatores, tais como precipitação, permeabilidade, ocupação
e uso do solo, litologia da área da bacia, remoção de vegetação nativa, podem modificar o
comportamento de algumas variáveis hidrológicas, especialmente o escoamento superficial e
a infiltração.
Além disso, as bacias dos rios Caeté, Pau D’Arco e Uraim são bacias de grande
extensão (>2000 km²), e que os padrões morfométricos podem variar consideravelmente,
havendo a possibilidade de ocorrência de enchentes e inundações em porções distintas ou
pontos isolados dentro de uma mesma bacia.
Para a análise completa de uma bacia hidrográfica, outros fatores morfométricos
devem ser considerados, como densidade hidrográfica, declividade e altitude do relevo,
amplitude altimétrica, ordem dos cursos d’água e índice de sinuosidade, tal como em
Tedodoro et al. (2007).
5. CONCLUSÕES
A delimitação de bacias hidrográficas no ArcHydro envolve um número maior de
procedimentos, consequentemente, o tempo de processamento é maior. Embora o
processamento seja mais demorado, os resultados obtidos indicam que a delimitação realizada
pelo ArcHydro é relativamente mais precisa do que a realizada pelo TauDEM. A possibilidade
de se utilizar uma base hidrográfica de referência para auxiliar a delimitação das bacias é um
ponto positivo, considerando as limitações da resolução espacial do MDE SRTM utilizado,
principalmente para áreas onde as diferenças topográficas são pequenas e que não contam
com levantamentos topográficos de detalhe.
No TauDEM, a delimitação de bacias hidrográficas compreende um número menor
de procedimentos, o que torna o processamento mais rápido. No entanto, os resultados obtidos
mostraram que a delimitação das bacias pode não ser tão precisa em regiões que apresentam
configuração hidrográfica e relevo mais complexos. Nesses casos, mais uma vez, é preciso
levar em consideração as limitações da resolução espacial do MDE SRTM utilizado,
principalmente para as áreas estudadas, que não apresentam grandes diferenças topográficas e
para as quais não estão disponíveis levantamentos topográficos detalhados. Além disso, no
TauDEM não há a possibilidade de se utilizar uma base hidrográfica de referência como
insumo auxiliar, o que, como foi demonstrado no ArcHydro, pode funcionar como um “guia”
para a determinação dos limites das bacias hidrográficas, ajudando a contornar as limitações
de resolução espacial do MDE SRTM.
Consideradas as particularidades de cada extensão, os resultados obtidos com a
utilização de ArcHydro e TauDEM para a delimitação das bacias hidrográficas dos rios Caeté,
Pau D’Arco e Uraim, de modo geral, foram consistentes e semelhantes. As diferenças entre as
áreas de drenagem delimitadas para essas bacias, assim como as diferenças entre suas
características e parâmetros morfométricos não ultrapassaram 5%.
Ressalta-se que o TauDEM tem como vantagem adicional sua compatibilidade com
diversos softwares, sejam proprietários ou livres, o que o torna bem mais acessível e o
apresenta como alternativa viável para a realização de estudos na área de recursos hídricos.
A utilização de extensões como ArcHydro e TauDEM tem se consolidado ao longo
dos anos, permitindo a obtenção, de forma automática, de informações importantes para a
gestão dos recursos hídricos. Nesse sentido, a delimitação de bacias hidrográficas e a
determinação de suas características e parâmetros morfométricos servem de base para ações
de planejamento e gestão.
REFERÊNCIAS
ANTONELI, V; THOMAZ, E.L. Caracterização do meio físico da baciado Arroio Boa Vista,
Guamiranga-PR. Revista Caminhos da Geografia,Uberlândia, v.8, n.21, p. 46-58, 2007.
CARDOSO, C.A.; DIAS, H.C.T.; SOARES, C.P.B.; MARTINSS, S.V. Caracterização
morfométrica da bacia hidrográfica do rio Debossan, Nova Friburgo, RJ. Revista Árvore, v.
30, n. 02, p. 241-248. DOI: dx.doi.org/10.1590/S0100-67622006000200011.
CECÍLIO,R.A.; REIS,E.F. Apostila didática: manejo de bacias hidrográficas. Universidade
Federal do Espírito Santo, Centro de CiênciasAgrárias, Departamento de Engenharia Rural,
2006. 10p.
COSTA, F.R.; SOUZA, R.F.; SILVA, S.M.P. Análise comparativa de metodologias aplicadas
à delimitação da bacia hidrográfica do Rio Doce – RN. Sociedade & Natureza, v. 28, n. 3, p.
429-422, 2016. DOI: dx.doi.org/10.1590/1982-451320160308.
CHRISTOFOLETTI, A. A morfologia de bacias de drenagem. Notícias Geomorfológicas,
Campinas, v.18, n.36, p.130-2, 1978.
CHAVES, M. A. Modelos Digitais de Elevação Hidrologicamente consistentes para a bacia
Amazônica. 2002. Tese (Doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Ciência Florestal,
Viçosa, UFV, 2002.
ESRI. Environmental Systems Research Institute. ArcGIS® – Tutorials. Disponível em: <
http://www.esri.com/software/arcgis/index.html>. Acesso em mar. 2012.
ESQUERDO, JCDM. Atualização dos mapas de recursos hídricos do Estado do Mato Grosso
do Sul por meio do uso de geotecnologias. Campinas: Embrapa Informática Agropecuária,
2012. 42 p. (Embrapa Informática Agropecuária. Boletim de pesquisa, 32).
FALCK, A.S.; MAGGIONI, V.; TOMASELLA, J.; VILA, D.A.; DINIZ, F.L.R. Propagation
of satellite precipitation uncertainties through a distributed hydrologicmodel: a case study in
the Tocantins-Araguaiabasin in Brazil. JournalofHydrology, n.527, p. 943-957, 2015. DOI:
10.1016/j.jhydrol.2015.05.042.
FAN, F. M.; COLLISCHONN, W.; BUARQUE, D. C.; PAIVA, R. C. D.; KAYSER, R.
Projeto Integrado de Cooperação Amazônica e de Modernização do Monitoramento
Hidrológico: Manual de introdução às ferramentas do Archydro. Versão 2,1, 74p. 2011.
FAUSTINO, J. Planificación y gestión de manejo de cuencas. Turrialba:CATIE, 1996. 90p.
GETIRANA, A.C.V.; BONNET, M.P.; ROTUNNO FILHO, O.C.; MANSUR, W.J.
Improving hydrological information acquisition from DEM processing in floodplain.
Hydrological Processes, v. 23, p. 502-514, 2009.
GUERRA, A.T.; GUERRA, A.J.T. Novo dicionário geológico-geomorfológico. RJ: Bertrand
Brasil, 1993. 48p.
JENSON S.K.; DOMINGUE, J.O. Extracting Topographic Structure from DigitalElevation
Data for Geographic Information System Analysis. PhotogrammetricEngineeringand Remote
Sensing, v. 54, n. 11, p. 1593-1600, 1988.
JESUS, N. Avaliação do modelo digital de elevação ASTER para análise morfométrica em
bacias hidrográficas. 2009. 154f. Tese (Doutorado) - Instituto de Geociências, Universidade
Estadual de Campinas, Campinas, 2009.
KOEFENDER, A.; MARCUZO, F.F.N. Estudo da delimitação automática das sub-bacias do
rio Ibicuí na bacia do rio Urugaui utilizando diferentes MDT. In: Simpósio de Recursos
Hídricos do Nordeste, 13., 2016, Aracaju. Resumos... Aracaju: Associação Brasileira de
Recursos Hídricos, 2016.
MARINHO FILHO, G.M. Avaliação do potencial natural de erosão na bacia hidrográfica do
rio Formoso através da aplicação da equação universal de perda do solo. 2014. Dissertação
(Mestrado) - Universidade Federaldo Tocantins, 2014.
MARTINS, F.B.; ROCHA, J.S.M.; ROBAINA, A.D.; KURTZ, S.M.J.M.; KURTZ, F.C.;
GARCIA, S.M.; SANTOS, A.H.O.; DILL, P.R.J.; NOAL, T.N. Zoneamento Ambiental da
sub – bacia hidrográficado Arroio Cadena, Santa Maria (RS) – (Estudo de caso). Cerne,
Lavras, v.11, n.3, p.315-322, 2005.
MELATI, M.D.; MARCUZO, F.F.N. Modelos digitais de elevação na delimitação automática
das sub-bacias do rio Taquari-Antas no Rio Grande do Sul. In: Simpósio Brasileiro de
Sensoriamento Remoto, 17., 2015, João Pessoa. Resumos...João Pessoa: INPE, SELPER,
2015, p. 360-367.
MIOTO, C.L.; RIBEIRO, V.O.; SOUZA, D.M.Q.; PEREIRA, T.V.; ANACHE, J.A.A.;
PARANHOSFILHO, A.C. Morfometria de bacias hidrográficas através de SIGs livres e
gratuitos. Anuário do Instituto de Geociências – UFRJ, v. 37, n. 2, p.16-22, 2014.DOI:
10.11137/2014_2_16_22.
OLIVEIRA, G. G.; GUASSELLI, L.A.; SALDANHA, D.L. Avaliação da qualidade da
drenagemextraída a partir de dados SRTM. In: SimpósioBrasileiro de Recursos Hídricos, 13.,
2009, Campo Grande.Resumos... 2009, p. 1-17.
OLIVEIRA, S.N.; CARVALHO JÚNIOR, A.O.; SILVA, T.M.; GOMES, R.A.T.;
MARTINS, E.S.; GUIMARÃES, R.F.; SILVA, N.C. Delimitação automática de bacias de
drenagens e análise multivariada de atributos morfométricos usando modelo digital de
elevação hidrologicamente corrigido. Revista Brasileira de Geomorfologia, v. 8, n. 1, p. 3-21,
2007.
PEREIRA, J.P.F.A. Caracterização morfométrica da bacia do reservatório do Lobo (Broa)
Itiparina-SP/Brotas-SP e análise temporal dos usos da terra em sua área. 2013. 68 f.
Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade
de São Paulo, 2013.
SANTANA, D.P. Manejo Integrado de Bacias Hidrográficas. Sete Lagoas:Embrapa Milho e
Sorgo, 2003. 63p. (Embrapa Milho e Sorgo. Documentos,30).
SANTOS, J.P. Delimitação de Bacias Hidrográficas com TauDEM. Processamento Digital.
2015. Disponível em: <http://www.processamentodigital.com>. Acesso em out. 2016.
SILVA, J.S.; LEITE, E.P.F.; GADELHA, A.G. Utilização de software livre na extração de
atributos geológicos. In: Simpósio Brasileiro de Ciências Geodésicas e Tecnologia da
Geoinformação, 3., 2010, Recife. Resumos...2010, p. 001-009.
SCHMITT, A; MOREIRA, C.R. Manejo e gestãode bacia hidrográfica utilizando o software
gratuitoQuantum – GIS. RevistaCultivando o saber. Edição especial, p. 125-137, 2015.
SCHUMM, S.A. Evolution of drainage systems and slopesin badlands of Perth Amboy.
Geological Society of America Bulletin, v. 67, n. 5, p. 597-646, 1956.
SOUZA, A.M.B.; CRUZ, M.A.S; ARAGÃO, R. Análise comparativa do uso de modelos
digitais de elevação para a caracterização física da bacia do rio japaratuba. In: Simpósio
Brasileiro de Recursos Hídricos, 19, Maceió-AL. Resumos... 2011. v.1. p.1-20.
TARBOTON, D. Terrain Analysis using digital elevation models - TAUDEM. 2015.
Disponível em: <http:// hydrology.usu.edu/taudem/taudem3.1/>. Acesso em mar. 2017.
TEODORO, V.L.I.; TEIXEIRA, D.; COSTA, D.J.L.; FULLER, B.B. Revista Uniara, v. 20,
p. 137-156, 2007.
TONELLO, K.C. Análise hidroambiental da bacia hidrográfica da cachoeira das Pombas,
Guanhães, MG. 2005. 69 f. Tese (Doutorado em Ciências Florestal) – Universidade Federal
de Viçosa, Viçosa. 2005.
VIESSMAN JUNIOR, W.; HARBAUGH, T.E.; KNAPP, J.W. Introduction to
hydrology.New York, IntextEducational, 1972.
VILLELA, S.M.; MATTOS, A. Hidrologia aplicada. São Paulo: McGRAWHill do Brasil,
1975. 245p.