Estudo da dinâmica espaço-temporal do fluxo de sedimentos a partir das propriedades ópticas das águas no reservatório de Três Marias - MG

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, 2013.A sociedade moderna ampliou consideravelmente a diversidade de uso da água. Hoje em dia, a água é bem de consumo final ou intermediário na quase totalidade das atividades humanas. Em um país como o Brasil que possui grande parte de sua matriz energética originada do seu excelente potencial hídrico é fundamental o aprofundamento em estudos e tecnologias relacionados ao entendimento dos ecossistemas aquáticos continentais. É na lacuna de limitações do monitoramento espacial e temporal das técnicas convencionais de amostragem que o sensoriamento remoto se insere como uma das tecnologias capaz de ampliar a representatividade das amostras. O objetivo desta tese é estimar a concentração dos sedimentos em suspensão em reservatórios por meio de imagens do satélite MODIS e das propriedades ópticas da água adquiridas com espectrorradiometria de campo. Além de fornecer estimativas sobre a dinâmica espaço-temporal dos fluxos de sedimento que aportam o reservatório de Três Marias. Para isso, é necessário compreender como os sedimentos se comportam no reservatório e como afetam a resposta espectral das águas. A metodologia desenvolvida nesta pesquisa envolveu levantamento de campo do material em suspensão e das propriedades ópticas das águas do reservatório. A caracterização das propriedades ópticas das águas permitem entender os processos de interação entre a radiação eletromagnética com o corpo d'água. As propriedades ópticas medidas a partir da espectrorradiometria de campo foram: Reflectância de sensoriamento remoto, reflectância volumétrica e coeficiente de atenuação vertical da luz. Essas propriedades permitiram estimar as propriedades de coeficiente de absorção, de espalhamento e de retroespalhamento da radiação pelo corpo d'água. Análises de correlação entre as propriedades ópticas da água e a concentração de material em suspensão se mostraram bem robustas com valores de R² acima de 0,9 para todas as propriedades. Entre as propriedades ópticas medidas a reflectância de sensoriamento remoto foi utilizada para simular as respostas espectrais do sensor MODIS. Os dados do sensor MODIS simulados são correlacionados com o material em suspensão. Essa correlação se mostrou bastante robusta com R² de 0,93 para a banda do vermelho e 0,92 para a banda do infravermelho mostraram uma boa possibilidade de se estimar valores de concentração a partir da reflectância do sensor MODIS. As análises de correlação com o material em suspensão foram utilizadas para definir as curvas de calibração para estimar valores de concentração de sedimentos a partir do sensor MODIS. Os valores de concentração estimados foram validados a partir da comparação com as concentrações mensuradas em campo. Os resultados mostram que os dados de satélite conseguem acompanhar de maneira robusta as variações de concentração ao longo do reservatório, permitindo analisar a dinâmica de fluxos de sedimentos espacialmente e temporalmente. Essa tese demonstra a possibilidade de utilizar imagens de sensoriamento remoto para monitorar de maneira criteriosa a dispersão da pluma de sedimentos e suas variações sazonais dentro do reservatório, além da possibilidade de analisar os parâmetros dos constituintes da água por meio das suas propriedades ópticas. ______________________________________________________________________________ ABSTRACTModern society has significantly expanded the diversity of water use. Today, water is final or intermediate consumer product in almost of all human activities. In a country like Brazil, which has most of its energy originated from its excellent water potential is very important improvements in technologies and studies related to the understanding of aquatic ecosystems. Is in the gap of spatial and temporal monitoring limitations of conventional sampling techniques that remote sensing is included as one of the technologies capable of enhancing the representativeness of samples. The objective of this thesis is to test the effectiveness of t suspended sediment concentration estimates in reservoirs using MODIS satellite images and the optical properties of water measured with field spectroradiometry. In addition to providing estimates of the spatial and temporal sediment fluxes dynamics that contribute to the Três Marias Reservoir. For this it is necessary to understand the behavior of sediments in the reservoir and how they affect the color of the waters. The methodology involves field research of the suspended material and the optical properties of the reservoir water. The characterization of the optical properties of water allow us to understand the processes of interaction of electromagnetic radiation with water. The optical properties measured from the field spectroradiometry were: remote sensing reflectance, irradiance reflectance and vertical attenuation coefficient of light. These properties allowed us to estimate the properties of the absorption coefficient, scattering and backscattering of radiation by water. A correlation between the optical properties of water and the concentration of suspended material was very robust with R² values above 0.9 for all properties. Among the optical properties of water measures the reflectance remote sensing was used to simulate the spectral response of MODIS. Correlation analysis with suspended material are used to define the calibration curve to estimate values of sediment concentration from MODIS datas. The estimated concentration values are validated by comparing with the concentrations measured in the field. The results show that the satellite data can robustly monitor the variability of concentration along the reservoir, allowing to analyze the dynamics of sediment flows spatially and temporally. This thesis demonstrates the possibility of using remote sensing images to monitor very carefully the dispersion of sediment plume and seasonal variations within the reservoir, plus the ability to analyze parameters of the constituents of the water using their optical properties

ANÁLISE DA EVOLUÇÃO DO PADRÃO DE USO E OCUPAÇÃO DO SOLO NA BACIA DE CONTRIBUIÇÃO DO LAGO PARANOÁ - DF

Mudanças nos padrões de uso e ocupação do solo podem acarretar uma série de consequências no ciclo hidrológico da bacia. Dentro do ciclo hidrológico, uma das fases que é mais afetada por essas alterações é o escoamento superficial O aumento do escoamento superficial, por sua vez, implica em uma maior ocorrência de processos erosivos e transporte de sedimentos. Como conseqüência desses fenômenos pode ocorrer assoreamento dos reservatórios. Dentro deste cenário, a bacia do Lago Paranoá se apresenta como um campo particularmente interessante devido ao seu posicionamento geográfico e urbanistico, o que traz uma fragilidade, no que se relaciona com a qualidade e quantidade de água, devido à intensa ocupação das margens e das suas bacias de contribuição. O objetivo geral desse trabalho é avaliar a influência da ação antrópica na bacia hidrográfica do Lago Paranoá, por meio de uma análise multi-temporal dos padrões de uso e ocupação do solo

Use of MODIS images to monitor the sediment inflow into the Três Marias reservoir

Objetivou-se, neste trabalho, monitorar o fluxo de entrada de sedimentos no braço do Rio Indaiá no reservatório de Três Marias, MG, com base em dados das imagens de satélites. Foram adquiridas séries temporais de 12 anos das imagens MODIS (Terra e Aqua), compostas de 8 dias. Estimativas de reflectância da superfície foram calculadas usando-se o algoritmo MOD3R. Dados hidrossedimentométricos da estação de monitoramento do Rio Indaiá foram integrados às análises para se entender a relação entre as respostas das imagens de satélites e as medições de campo. Os resultados apontaram uma forte relação entre os dados de reflectância e a descarga sólida calculada no Rio Indaiá; há, também, uma forte variação da reflectância ao longo do braço do reservatório no sentido da montante à jusante, com altos valores de reflectância à montante e valores baixos à jusante. O percentual de registros válidos estimados nas imagens MODIS atendeu aos requisitos de monitoramento do fluxo de sedimentos enquanto as estimativas de reflectância da água mostraram grande potencial em relacionar as respostas espectrais das imagens de satélites com a variação da descarga sólida de sedimento no braço do Rio Indaiá.This study presents the monitoring of the sediment discharge from the Indaiá River into the Três Marias reservoir, based on the use of satellite images. A 12-year time series of MODIS 8-day image composites (Terra and Aqua on-board sensors) was used in this study. Estimates of the water surface reflectance were calculated using the algorithm MOD3R. River suspended sediment discharge records made available from the CEMIG hydroelectric company were integrated in the analysis to understand the variability of the remote sensing reflectance. The results showed a strong relationship between the reflectance data and the Indaiá river solid discharge. A strong variation of the reflectance is assessed within the reservoir (upstream towards downstream), with high reflectance values upstream (near the river mouth) and low reflectance values downstream. The estimated percentage of valid records in MODIS images met the requirements for monitoring the flow of sediment. Estimates of water reflectance show great potential in relating the sedimentation processes within the Reservoir as a function of time

Avaliação do efeito das ações antrópicas no processo de escoamento superficial e assoreamento na bacia do Lago Paranoá

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, 2010.Mudanças nos padrões de uso e ocupação do solo em uma bacia hidrográfica podem acarretar uma série de consequências no ciclo hidrológico da bacia. Dentro do ciclo hidrológico, uma das fases que é mais afetada por essas alterações é o escoamento superficial. O aumento do escoamento superficial, por sua vez, implica em uma maior ocorrência de processos erosivos, transporte de sedimentos, nutrientes e poluentes para os córregos, rios e reservatórios. Como conseqüência desses fenômenos pode ocorrer assoreamento dos reservatórios. Dentro deste cenário, a bacia do Lago Paranoá se apresenta como um campo particularmente interessante devido ao seu posicionamento geográfico e urbanistico, o que traz uma fragilidade, no que se relaciona com a qualidade e quantidade de água, devido à intensa ocupação das margens e das suas bacias de contribuição. O objetivo geral desse trabalho é avaliar a influência da ação antrópica nos processos de escoamento superficial e assoreamento na bacia hidrográfica do Lago Paranoá, e identificar as possíveis regiões de maior contribuição para a sedimentação do lago. Para tanto, foi realizada uma análise multitemporal do uso e ocupação urbana ente os anos de 1954 e 2009, por meio de mapas gerados com imagens de satélite e fotos aéreas. Também foi avaliado a evolução do escoamento superficial para um evento de precipitação simulado (50 mm) por meio do método do curva número. Por fim foi calculada a variação da área do espelho d'água do lago Paranoá utilizando fotos aéreas ortorretificadas e imagens de satélite de alta resolução espacial, também ortorretificada. Todos os resultados apontam para a unidade hidrográfica do Riacho Fundo como a região da bacia que se encontra em estado de alerta em relação a densidade de urbanização e extensa área com altos valores de escoamento superficial. Como conseqüência, a avaliação do assoreamento constatou que na região do Lago Paranoá abastecida por essa unidade hidrográfica ocorreu a maior perda de área do Lago. _______________________________________________________________________________ ABSTRACTChanges in patterns of land use occupation in a watershed can cause a series of consequences on the hydrological cycle of the watershed. Within the hydrological cycle, one of the phases that is most affected by these changes is the runoff. The runoff increasing, in turn, implies a higher occurrence of erosion, sediment transport, nutrients and pollutants into streams, rivers and reservoirs. As a result of these phenomena, silting of reservoirs may occur. Under this scenario, the Lago Paranoá watershed presents itself as a field that is particularly interesting because of its geographical position and urbanization, which brings weakness, in terms of quality and quantity of water, due to the intense occupation of the margins and their watershed contribution. The main purpose of this study is to evaluate the influence of anthropic action in the processes of runoff and sedimentation in the watershed of Lago Paranoá, and also identify possible areas of greater contribution to the sedimentation of the lake. For this reason, we held a multi-temporal analysis of urban land use and occupation, between 1954 and 2009, using maps generated by satellite images and aerial photos. It was also analyzed the evolution of the runoff to a simulated rainfall event (50 mm), through the curve number method. Finally, the variation in the area of water surface of Paranoá Lake was calculated using orthorectified aerial photos and satellite images of high spatial resolution, also orthorectified. All results point to the hydrographic unit of the Riacho Fundo as the watershed that is on threat concerning the urban density and extensive population area, with high values of runoff. As a result, the silting evaluation revealed that sedimentation in the Paranoá Lake, supplied by this hydrographic unit, increased the loss of the Lake area

Utilização de aeronaves remotamente pilotadas para extração de mosaico georreferenciado multiespectral e modelo digital de elevação de altíssima resolução espacial

In the last decade the use of UAVs in the world increased considerably both for military and for civilian applications. This paper presents an overview of UAVs and discusses the use of small UAVs to carry out airborne.The paper describes the operation of a multirotor rotary wing vehicle and its applications in remote sensing using conventional digital cameras and converted digital cameras to extract high quality data. The methods used in the acquisition and processing of UAV imagery were described with special attention to critical points, such as the use of two different sensors and the compatibilization process of these data. At the end the results was a multispectral georeferenced orthomosaic with 0,01m of spatial resolution in all four bands and a digital elevation model with 0,06m of pixel resolution. From these results were processed one NDVI index and a semiautomatic procedure for features extraction. The main goal of this paper is to determine the quality of the data acquired and it`s applications compared to conventional methods for acquire data.Pages: 9308-931

Identificação de paliteiros e macrófitas do Reservatório da UHE Luiz Eduardo Magalhães (TO) utilizando imagens R99SAR

The increasing demand for power generation in Brazil and the need for construction of artificial reservoirs in our country has caused the flooding of large areas covered by forests, altering the environment in a few years. With the use of airborne radar sensors of the Amazon Protection System R99SAR, the decade of 2000 was marked by the development of studies and researches in the field of environmental monitoring using the flexibility of temporal resolution and the ability of these sensors to obtain images in adverse weather conditions. This study aims to identify aquatic macrophytes and a typical vegetation named of toothpick holders of the reservoir of the Hydroelectric Luis Eduardo Magalhães in order to support its management, using multipolarized R99SAR from the 3-meter spatial resolution. Planning the flight flown to the area of study is designed totaling four lanes from North to South and the imaging mode selected LX Quad (four polarizations at LHH band, HV, VH, and VV at a band XHH). The raw data acquired by the sensor were processed at the Ground SAR SAR Process (GSP) the resulting image had five "bands" (XHH, LHH, LHV, LVH, LVV). The identification of the species found in the reservoir was performed using the set of data obtained in the field and image data R99SAR. The processing accomplished with the image were mainly the decorrelation and classification based on geometric and biological characteristics of the species.Pages: 8121-812

Uso de câmeras de baixo custo acopladas a veículos aéreos leves no estudo do aporte de sedimentos no Lago Paranoá

Satellite multispectral imageries are usually limited in low space resolution, long revisit cycle or high cost. This paper presents our ongoing research on developing cost-effective unmanned airship on board Multispectral imagery system to acquire high-resolution multispectral imagery for quick-response to change suspended sediments discharge issues. First, the overall architecture of developed system is described. After that, system integration including CCD cameras coupling, GPS/INS synchronization, stabilize platform control and wireless communication are discussed in detail. Next, describe the image processing, mainly band ration. Finally, flight experiments are implemented to acquire high-resolution multispectral imageries along the Paranoá Lake in two dates (dry season and wet season). The team was able to obtain two multispectral georeferenced images with 0,01m of ground resolution from a collection of 300 individual images collected from 60 meters high. Conclusions are conducted as well. The analysis of two images possibility to understand the relation between the input discharge of Bananal river and drainage system of Norwest neighborhood.Pages: 9332-933

Análise de susceptibilidade a alagamento na bacia hidrográfica do Riacho Fundo – Distrito Federal por meio de Sistemas de Informação Geográfica – SIG

Geographic Information Systems (GIS) are considered as a vast and powerful support tool for urban planning. In this sense, the susceptibility analysis of the flooding areas through SIG represents a highly important information for the government to support the zoning process, delimitation of risk areas and the allocation of resources with corrective and preventive purposes. This study aimed at determining areas susceptible to flooding in the Hydrographic Unit of Riacho Fundo. https://doi.org/10.14195/1647-7723_24_6Sistemas de Informação Geográfica (SIG) são considerados como uma vasta e poderosa ferramenta de suporte ao planejamento urbano. Nesse sentido, a análise de susceptibilidade a alagamentos de regiões por meio de SIG representa uma informação de alta importância para o poder público como suporte ao processo de zoneamento urbano, de delimitação de áreas de risco e para a alocação de recursos com finalidade corretiva e preventiva. Este estudo objetivou a determinação de áreas susceptíveis a alagamentos na Unidade Hidrográfica do Riacho Fundo. https://doi.org/10.14195/1647-7723_24_

SUSCETIBILIDADE AOS PROCESSOS DA DINÂMICA SUPERFICIAL NA RODOVIA ENTRE POÇOS DE CALDAS (MG) E ÁGUAS DA PRATA (SP)

Os desastres naturais podem ter diferentes origens no ambiente, estando associados principalmente às características físicas do meio. Tais eventos impactam não apenas no meio ambiente, mas podem trazer danos à saúde e segurança da população, além de prejuízos financeiros e estruturais. O presente trabalho foi realizado em uma região de serra, sobre as rodovias BR-267 e SP-342, trecho que liga Poços de Caldas (MG) a Águas da Prata (SP), com o objetivo de analisar a suscetibilidade aos principais processos da dinâmica superficial. Para tal, foram levantadas informações da área de estudo para sua caracterização fisiográfica (clima, uso do solo, geologia, pedologia e relevo) através de ferramentas de geoprocessamento e observações em campo de 16 pontos representativos – 12 cortes de rodovia e 4 calhas de cursos d’água. Os processos com maior ocorrência foram às quedas de blocos (10 pontos), deslizamentos/escorregamentos (3 pontos) e movimentos translacionais (3 pontos) e solifluxão lenta, que também foi observada. De maneira geral, o trecho da rodovia se mostrou crítico quanto à ocorrência de eventos ligados a movimentos de massa, indicando que seus usuários se encontram expostos a riscos. Como medidas intervencionistas recomendam-se sinalização dos trechos de maior perigo e instalação de estruturas de contenção (guard-rail). Como medidas de gestão e planejamento, recomenda-se considerar os fatores de risco (declividade, evidências de movimentos) na revisão/elaboração dos Planos Diretores, a fim de evitar que tais perigos afetem a população e o desenvolvimento de atividades a longo prazo.</p

Metodologias de interpolação espacial aplicada a dados de espessura crustal na Bacia do Paraná

The use of methods of spatial interpolation of data is becoming increasingly common in geophysical analysis, because of that, currently, several software already contain a lot of these methods, allowing more detailed studies. In the present work to evaluate three methods of interpolation data for crustal thickness of the Paraná Basin, with the intention of making a map of the Moho for the region. The methods are IDW, Spline and Kriging. We compiled 39 data that were a database and analyzed using the software ArcGIS 9.3. The results showed a thicker crust in the central part with thinning to the edge. Traditional methods, IDW and Spline in its results generate anomalies not compatible with the 2.0 model crust. The analysis results of geostatistical Kriging are more refined and consistent, showing no abnormalities point, besides showing more consistent compared with the model, except the northwest, where there is a mismatch between the models due to data exclusivity of gravity, which are less precise than the data of receiver function and seismic.Pages: 3435-344