GOVERNO DO ESTADO DO AMAPÁ SECRETARIA DE ESTADO DE MEIO AMBIENTE COORDENADORIA DE GEOPROCESSAMENTO E TECNOLOGIA DE INFORMAÇÃO AMBIENTAL (CGTIA) 0 Organização: SEMA/CGTIA Elaboração: Viviane Amanajás Claudia Funi Macapá/AP MARÇO DE 2015 PLANO DO CURSO CURSO: Mini Curso de delimitação de bacia hidrográfica DURAÇÃO: 8 horas LOCAL: Laboratório CGTIA/SEMA QUANTIDADE: 15 pessoas Dia 24.03 Conteúdo Programático Conceitos básicos de hidrografia: 1) Bacia Hidrográfica e drenagem; 2) Microbacias; 3) Sub-Bacias; 4) Curva de Nível e ponto cotado; 5) Divisor de Água; 6) Exutório; 7) Classifi açãoàdosà u sosàd’ gua:à Strahler e Horton, comparativo e execução com strahler; Atividade (1) Destacar rede de drenagem; (2) Destacar os pontos cotados; (3) Identificar o exutório; (4) Delimitar a bacia; (5) Delimitar a microbacia; 24.03 Atividade Extra, no caso sobre tempo. Construção de perfil longitudinal da bacia Orientações básicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto Atividade 25.03 (1) (2) (3) (4) (5) Utilizar o DEM SRTM; Utilizar o ArcToolbox; Vetorização em tela ou Hidrology; Gerar drenagens; Gerar limite da bacia. 1 1 - CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROGRAFIA A Política Nacional de Recursos Hídricos, instituída pela Lei nº 9.433, de 8 de janeiro de 1997, incorpora princípios e normas para a gestão de recursos hídricos adotando a definição de bacias hidrográficas como unidade de estudo e gestão. Entre as definições de bacia hidrográfica existente percebe-se grande semelhança quanto ao recorte espacial, baseado na área de concentração de determinada rede de drenagem. Assim, as definições propostas para bacia hidrográfica assemelham-se ao conceito dado por Teodoro et. al., 2007, p. 138 apud Barrella (2001), sendo definido como um conjunto de terras drenadas por um rio e seus afluentes, formada nas regiões mais altas do relevo por divisores de água, onde as águas das chuvas, ou escoam superficialmente formando os riachos e rios, ou infiltram no solo para formação de nascentes e do lençol freático. Tucci (1997) conclui como um conjunto de superfícies vertentes e de uma rede de drenagem formada por cursos de água que confluem até resultar em um leito único no seu exutório. Em uma bacia hidrográfica destacam-se alguns elementos fisiográficos, a citálos:  Curva de nível A curva de nível constitui uma linha imaginária do terreno, em que todos os pontos de referida linha têm a mesma altitude, acima ou abaixo de uma determinada superfície da referência, geralmente o nível médio do mar (IBGE, 1999, p. 80). As Curvas Mestras são as curvas de nível mais grossas e numeradas com o valor da altitude que ocorrem a cada cinco curvas. A 5ª curva é sempre uma curva mestra nas cartas e mapas topográficos (IBGE, 1999, p. 80). O Ponto cotado é a projeção ortogonal de um ponto do terreno no plano da carta com a indicação da sua altitude. São usados em pontos notáveis do terreno tais como topos de morros, fundos de vales. Principais características: a) As curvas de nível tendem a ser quase que paralelas entre si. b) Todos os pontos de uma curva de nível se encontram na mesma elevação. c) Cada curva de nível fecha-se sempre sobre si mesma. d) As curvas de nível nunca se cruzam, podendo se tocar em saltos d'água ou despenhadeiros. e) Em regra geral, as curvas de nível cruzam os cursos d'água em forma de "V", com o vértice apontando para a nascente. 2 PONTO COTADO CURVA MESTRA Imagem: Carta topográfica.  Divisor de Água: linha que representa os limites da bacia, determinando o sentido de fluxo da rede de drenagem e a própria área de captação da bacia hidrográfica. Existem dois tipos de divisores: o topográfico e o geológico ou freático. O 3 primeiro diz respeito à linha que une os pontos mais elevados do relevo e o segundo, os pontos mais elevados do aqüífero. O divisor geológico varia ao longo do ano em função das estações. Normalmente, não há coincidência entre os dois divisores, prevalecendo, quase sempre, o topográfico, por ser fixo e de mais fácil identificação. Fonte: Imagem: http://aquafluxus.com.br/?p=1558, acesso: mar., 2015.  Exutório: é um ponto de um curso d'água onde se dá todo o escoamento superficial gerando no interior uma bacia hidrográfica banhada por este curso. 4 Fonte: Imagem da delimitação de bacia com destaque para o exutório e divisor de águas (VILLELLA, 1975).  Rede de Drenagem: Constituída por um curso d’ gua principal e seus tributários a rede de drenagem. A classificação ocorrer das seguintes formas: HORTON (1945) 1ª Ordem São os canais sem tributários. 2ª Ordem 3ª Ordem São formados pela união de 2 ou mais cursos de 1ª ordem. São formados pela união de 2 ou mais cursos de 2ª ordem, podendo receber cursos d’ guaà deà ªà ordem. Imagem STRAHLER (1952) São formados pela união de 2 ou mais cursos de 2ª São todos os canais sem São formados pela ordem, podendo cursos tributários, união de 2 ou receber mesmo que mais cursos de 1ª d’ guaà deà ªààeà ªà A corresponda à ordem, podendo ordem. de nascente dos ter afluentes de 1ª confluência dois rios de 3ª u sosà d’ guaà ordem. ordem define um principais. de 4ª e assim por diante. O canal de 2ª ordem começa na junção dos de 1ª ordem, ou seja, não há designação de nascentes. Quando dois rios de ordens hierárquicas diferentes juntam-se, prevalece a maior ordem. 5 Os termos sub-bacia e microbacia hidrográfica também estão incorporados na literatura técnico-científica. As sub- a iasàsãoà easàdeàd e age àdosàt i ut iosàdoà u soàd’ guaàp i ipal.à Possuem áreas maiores que 100 km² e menores que 700 km². Dentro dessas subdivisões da bacia, aparece também na literatura o termo microbacia. A microbacia possui toda sua área com drenagem direta ao curso principal de uma sub-bacia, várias microbacias formam uma sub-bacia e possuem área inferior a 100 Km² (FAUSTINO, 1996).  DELIMITAÇÃO DE BACIA 1- Destacar rede de drenagem (identificação do curso de água); 2- Identificação dos pontos cotados; 3- Identificação do exutório; 4- Classificação da rede de drenagem (hierarquização); 5- Traçar linha contínua, que inicie e termine no exutório, de modo que não cruze um curso de água, e observando as curvas de nível (limite da bacia); 6- Delimitar a microbacia. Figura: identificação de: drenagem, exutório, bacia e sub-bacia. ATIVIDADE EXTRA: CURVA DE NÍVEL - Elaboração de perfil longitudinal da bacia é utilizado para determinar a declividade do rio, o qual é estabelecido em função das distâncias horizontais percorridas entre cada cota marcada no mapa topográfico. O Exemplo a seguir detalha a seqüência de determinação do perfil longitudinal e da declividade do rio. Exemplo: A figura a seguir mostra a trajetória do u soà d’ guaà p i ipalà daà a iaà hid og fi aà ilustrada na Figura. Na figura, por uma questão de clareza, foram retirados os tributários e outras curvas de nível, tendo permanecido apenas aquelas de interesse para a determinação da declividade. 6 700 700 695 695 700 690 690 685 680 680 685 675 675 680 670 665 655 660 665 670 Exutório Com base no mapa com as curvas de nível, prepara-se uma tabela de cotas e distâncias percorridas. Na prática, as distâncias de percurso do rio devem ser medidas no mapa topográfico, sendo convertidas em função da escala usada no mapa. Escalas frequentemente usadas para este fim são as de 1:25.000 (1 cm = 250 m) e 1:50.000 (1 cm = 500 m), mas obviamente mapas com outras escalas podem ser usados, dependendo do tamanho da bacia. No presente exemplo, as distâncias apresentadas na tabela pressupõem a conversão por uma escala adequada (não apresentada no desenho). Curva de nível (m) Eqüidistância 5m Distância entre curvas (m)* Distância acumulada (m)** ***Declividade entre curvas (m/m) 695 - - - 690 150 150 0,033 685 900 1050 0,006 680 700 1750 0,007 675 1400 3150 0,004 670 1100 4250 0,005 665 300 4550 0,017 660 200 4750 0,025 655 350 5100 0,014 Curva de nível: cota retirada do mapa topográfico *Distância entre curvas: distância percorrida entre a curva de nível anterior e a curva de nível da respectiva linha (a distância e extraída a partir das coordenadas métricas; precisa ter a carta com o grid de coordenadas). **Distância acumulada: soma das distâncias percorridas até a curva de nível da respectiva linha (Ex.: 1º dist. entre curvas 150+ a 2º dist. entre curvas 900 = a 3ª dist. acumulada 1050, e assim sucessivamente). ***Declividade entre curvas: (cota anterior – cota atual) / distância entre curvas (Ex.: 1ª curva de nível da tabela 695 – a 2ª 690 = 5/150 (1ª distância entre curvas = 0,033 m - declividade, e assim sucessivamente). 7 O perfil longitudinal é construído com os dados da distância acumulada e com as cotas das curvas de nível. PERFIL LONGITUDINAL COTAS (m) 695 690 685 680 675 670 665 660 655 650 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 DISTÂNCIA (m) Fonte: www.etg.ufmg.br/tim1/baciahidrografica2007.doc Observa-se que o rio tem dois trechos típicos, cada um deles relativamente homogêneo dentro de si. O primeiro, mais plano, vai da cota 690m à cota 670m, com um percurso total de 4250m. A declividade média neste trecho é (690-670)/4250 = 0,0047 m/m. O segundo trecho, mais inclinado, vai da cota 670m à cota 655m, percorrendo uma distância de 5100-4250 = 850m. A declividade média neste segundo trecho é de (670-655)/850 = 0,018 m/m. 8 ATIVIDADE EXTRA 1º ) Traçar a linha de perfil (linha de corte), cortando bacia: 2º) Estabeleça uma escala horizontal, ex: 1:100.000; e escala vertical 1: 10.000 (com exagero vertical); Os intervalos verticais deve, variar a cada 1 cm; já os intervalos horizontais devem ter a mesma medida da linha de corte. Ex: Vertical a cada 1 cm corresponderá a 100000 cm ou 1000 m; no plano horizontal a cada 1 cm corresponderá a 10000 cm ou 100m. 9 Delimitação de bacia no ARCGIS: Análise Hidrológica com Spatial Analyst Esta análise objetiva a extração a: extração de rede de drenagem, hierarquização e delimitação de bacia. Antes de iniciarmos nossa análise e importante familiarize-se com alguns termos associados a Hidro: • Watershed = Bacia Hidrográfica; • Basin = Bacia Hidrográfica; • Drainage Network = Rede de Drenagem; • Stream Network = Rede de Drenagem; • Sub-Basin = Sub-Bacia; • Stream = Córrego, Riacho, Rio; • Upstream =àRioàá i aà E àGeog afia,à upst ea ài di aàaàfonte de um córrego ou rio contra direção normal do fluxo de água); • Downstream = Rio Abaixo; • Sink (Buraco, Depressão) - Cria um raster identificando todas as depressões, áreas de drenagem interna e vazios ou erros do SRTM ou outro raster de superfície; • Fill (Preencher) - Preenche pequenas imperfeições nos dados e remove todos os sinks do raster de superfície; • Flow Direction (Direção do Fluxo) - Gera um raster contendo a direção do fluxo de cada célula. No Flow Direction, cada pixel é potencialmente cercado por oito pixels vizinhos. A inclinação de cada uma destas oito direções pode ser calculada tomando-se a diferença em elevação indicada pelo valor de DEM para cada um destas oito localidades vizinhas e do valor no pixel a ser examinado; • Flow Accumulation (Acumulação de Fluxo) - O raster criado determina a acumulação de fluxo a partir do Flow Direction criado anteriormente.  Para iniciar nossa análise temos alguns passos a seguir: Abra o ArcGis, localizado no MENU INICIAR > Todos os programas > ArcGis > ArcMap 10.1; Após abrir o ArcMap, aparecerá uma caixa de diálogo Getti gà “ta ted/à I i ia do à aà ualà você clicar no botão CANCEL. Estamos iniciando um projeto novo, para isso faz-se necessário algumas informações e configurações iniciais, conforme explicados nas imagens a seguir: 10 <--- BARRA DE TÍTULO <--- BARRA DE MENU BARRA DE FERRAMENTAS 1 TABELA DE CONTEÚDO (Onde ficam os shapefiles/ VISTA DE DADOS (Local onde será trabalhados e visualizado os dados shapefile) layers adicionados) BARRA DE STATUS ---> <--- BARRA DE DESENHO (DRAW) 1 11 localizador Na tabela de conteúdo, clique com o botão direito do mouse e sobre o nome LAYERS, no menu contextual que surge clique em PROPRIEDADES. Na caixa de diálogo que se abre, clique na guia Coordinate System > + Projected Coordinate Systems > + UTM > + WGS 1984 > + Southern Hemisphere> WGS 1984 UTM Zone 22 S. É necessário habilitar a extensão spatial analyst. Para isso, na barra de menu > customize > extensions > habilite o spatial analyst > ok. Com as configurações já realizadas vamos adicionar o MDT SRTM, para isso clique no botão ADD Data ( ), localizado na barra de ferramentas. Após a inserção do DEM SRTM vamos iniciar os procedimentos para a análise hidrográfica. Para isso, procurem na BARRA DE FERRAMENTAS o botão relativo ao ARC TOOLBOX ( ) Clique nele, e depois procure na lista o item + SPATIAL ANALYST TOOLS > + HYDROLOGY > FILL.  Fill –àP ee hi e toàdeàVaziosàdoàDEM áà fe a e taà Fillà de eà se à exe utadaà di eta e teà oà DEM.à Noà Tool o > Cli ue o e u + Spatial A al st > + H d olog > + Fill.àI fo eàoàFillà oà a poàdeàe t adaà MDT_“RTM9 àeà i di ueàu àa ui oàTIFà oà a poàdeàsaídaà FILL_DEM9 . 12 água deàoàté i oàdoàp o esso.àOà aste àFillàse àadi io adoà oà apa.à“eàoàaspe toàdaà i age à esti e à total e teà i za,à li ueà o à oà otãoà di eitoà doà ouseà so eà oà aste à Fillà a esseà asà Propriedades do Raster,à guiaà Si olog à eà odifi ueà oà Stret h T peà pa aà Mi i u /Ma i u .àCo àoà o oàDEMà Filled ,àse àp e isoàge a àu àFlo Dire tio .àà  Flo Dire tio –àDefi i doàasàDi eçõesàdosàRios á tesà deài i ia à e o aàdoàá Gisàoàa ui o:àMDT_“RTM9 .àCli ueàe à Tool o > Cli ue o e u + Spatial A al st > + H d olog > + Flo Di e tio .à I fo eà oà a ui oà ge adoà FILL_DEM9 à eà oà lo alà deà saídaà pa aà oà o oà a ui oà TIFà FLOWDIRECT9 .à Naà ta elaà deà alo esà o à a poàCo tà ueà egist a à alo esàdeà àaà 8.àO se eàaàfigu aàa aixo: Resultado:à 13  Flo A u ulatio –àC ia doàaàá u ulaçãoàdoàFluxo Cli ueà e à A Tool o > Cli ue o e u + Spatial A al st > + H d olog > + Flo A u ulatio .à à Exe uteà oà p o essoà Flo A u ulatio .à Nasà opções,à i fo eà aà e t adaà FLOWDIRECT9 ,àaàsaídaà FLOWáCUMUL9 àeà odifi ueàoàtipoàdeàdadoàdeàFLOáTàpa aàI teiroà I tege .à Oà Flo A u ulatio à se à iado,à asà oà aste à podeà pa e e à es u o.à Éà p e isoà ap oxi a àoà apaà o àaàfe a e taàZoo àpa aà isualiza àosàlo aisào deào o eàoàfluxoàdeà guaà a u ulada.à Resultado:  Álge ra de Mapas para Extração da Rede de Dre age Pa aà ia à u aà edeà deà d e age ,à éà p e isoà esta ele e à u à li ia à pa aà des o i à ua tosà pixelsàadja e tesà de e àfo a àosà ios.àE à ossoà aso,à a osàesta ele e à u à li iar de 5 pi els. - For ulação de E pressões Algé ri as o SIG áà exp essãoà ate ti aà éà iadaà o à aseà e à p oposiçõesà ueà pode à su gi à oà de o e à doà p ojeto.à à áà fu çãoà CONà Co ditio al à dete i aà u à testeà lógi oà eà eto aà u à esultado.à “i plesà assi .à E à elaçãoà à edeà deà d e age ,à pode ía osà esta ele e à u aà o diçãoà pa aà ia à oà li ia ,à filt a doà ape asà osà pixelsà sig ifi ati os.à áà o di io alà doà li ita à to a-seà i tuiti aà ua doà éà lidaà destaà a ei a:à Se o alor dos pi els do raster Flo A u ulatio for superior a 5 , de e-se su stituí-los pelo alor . Caso o trário, tra sfor ar e NODATA. Co à estaà o dição,à todasà asà élulasà doà aste à o à alo à supe io à aà 5 à se ãoà o side adasà du a teà aà iaçãoà deà u à o oà apaà aste .à ásà de aisà élulasà se ãoà t a sfo adasà e à NODATA.à Oà p óxi oà passoà o sisteà e à edigi à essaà i fo açãoà aà li guage àdoà o putado à exp essãoà ate ti a .àá esse:à A Tool o > Cli ue o e u > + Map Alge a > + Raste Cal ulato . Eà aàja elaà ueàseàdigiteàaàfó ulaàa aixo: Co "FLOWáCUMUL9 .tif"à>à5 , . 14 áà edeà deà d e age à se à isualizadaà oà apa.à U à aspe toà i te essa teà éà so eà oà li ia :àeleàde eàse àutilizadoà o àu aàespé ieàdeàfilt oàpa aàosà ios.àDepe de doàdaàapli ação,à oàusoàdaàhie a uiaàdosà iosàpodeàse àa pliadaàouào itida.àOsàtestesà ueàde o st a à ue,àseà oàli ia àfo àau e tado,àosà ia hosàpode ãoàse ào itidos.à Resultadoà Oàa ui oàdeàsaídaàde eà e e e àoà o e:àSTREAM5 : 15  Strea Order -àClassifi açãoà hie a uizaçãoàdosà ios à–à“TRáHLER Pa aà ealiza àaà lassifi açãoàdaàd e age ,àa esse:à A Tool o > Cli ue o e u + Spatial A al st > + H d olog > St ea O de . Realizeàasà o figu açõesà–àE àINPUTà“TREáMàRá“TER:à adi io eà“TREáM5 ;àE àINPUTàFLOWàDIRECTàRá“TER:àadi io eàFLOWDIRECT9 .àE àOUTPUTà Rá“TER:à es olhaà oà lo alà aà sal a à eà digiteà oà o eà “TRáHLER;à E à METHIDà OFà “TREáMà ORDERING:àEs olhaà“TRáHLER.à>àOK. Resultado: 16 Realizadaà aà lassifi ação,à a osà o e te à aà d e age à doà fo shapefile. atoà aste à pa aà  Strea to Feature – Co ersão da Dre age para Shapefile Cli ueà oà e uàA Tool o > Cli ue o e u + Spatial A al st > + H d olog > St ea to Featu e. I fo eàaàRedeàdeàD e age ,àoàFlo àDi e tio à FLOWDIRECT9 àeàoà o eàdeàsaídaà “TREáMFEáTURE5 àpa aàoàa ui oàshapefileàdeàli has. Resultado: 17  Basi – Ba ia Hidrográfi a Para deli itar a a ia hidrográfi a, a esse: A Tool o > Cli ue o e u + Spatial A al st > + H d olog > Basi . I fo eà oà Flo à Di e tio à FLOWDIRECT9 à eà oà a ui oà TIFà deà saídaà BáCIá“ . Resultadoà Pa aà uda à aà o :à li ueà o à oà otãoà di eitoà so eà oà a ui o de " a ias"> p op iedades > e e la e p ope ties> guia s olog > st e hed > olo a p > # ELEVATION #1à Pa aà e ifi a à oà o eà dasà o esà li ueà o à oà otãoà di eitoà de t oà deà olo à a pà eà desa iliteàG aphi àVie . 18 Resultado Fi al áti idadeàExt a C l uloàdeà u aàdeà í elàaàpa ti àdàDEMà“RTMàpa aàide tifi açãoàdeàd e age àaàpa ti à deà eto izaçãoàe àtela. ápósà i se i à oà DEM,à oà á Gisà a esse:à A Tool o > + Spatial A al st Tools > + H d olog > + Su fa e > Co tou . E à INPUTà Raste à adi io eà oà MDTà MDT_“á VB_Ná YD .àE àOUTPUTàPOLYLINEàFEáTURE“:àes olhaàaàpastaào deàse à sal oàoàa ui o:àCu a_5 .àE àCONTOURàINTERVáL:àdigiteà5 à>àOK. Resultado:à Oà es oàp o edi e toàpodeàseà ealizadoàpa aà doà aso . à àouà5 ,àdepe de doà 19 Após a extração das curvas de nível é necessário a criação de um shapefile de linha, para que possamos iniciar a vetorização da hidrografia. Para isso vamos inicialmente clique no botão referente ao ARC CATALOG ( ). Na barra latedral que se habilita clique no botão CONNECT TO FOLDER ( ) > localize a pasta onde está salvando os arquivos do curso e clique nela; voltando a janela do Catalog procure sua pasta e clique nela, com o botão direito clique e no submenu escolha NEW > SHAPEFILE. Veja figura abaixo: 20 Na janela que surge de criação do shapefile, realize as configurações solicitadas NOME: Rios; FEACTURE TYPE: Polyline; SPATIAL REFERENCE > EDIT > Coordinate System > + Projected Coordinate Systems > + UTM > + WGS 1984 > + Southern Hemisphere> WGS 1984 UTM Zone 22 S > ok. Muito bem! O shapefile de linha foi criado e já está inserido na TABELA DE CONTEÚDOS (Menu esquerdo na ArcGis), inicie a edição deste shapefile. Clique com o botão direito do mouse sobre o nome Rio e escolha EDIT FEATURES > START EDITING. Com a edição já aberta iniciar a vetorização da hidrográfica orientada pelo DEM SRTM e curvas de nível. OBSERVE: 21 Siga vetorizando até finalizar sua drenagem, lembrando que você pode salvar a edição fechá-la e continuar em outro momento. Para isso utilize a barra de ferramentas de edição: 22 BOA SORTE!! BIBLIOGRAFIA AMANAJÁS, Viviane. Curva de Nível. In: Cartografia e SIG. Macapá: 2008. Disponível: < http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfvzAAH/cartografia-sig-com-gvsig?part=3#>. REBOUÇAS, Aldo. Uso inteligente da água. Editora Escritura: São Paulo, 2004. Disponível: < https://books.google.com.br/books?isbn=8575311131. Acesso: Março, 2015. SILVA, Vanessa C. B. Iniciando no ArcGis. Curso de Geografia e Análise Ambiental e SIG. UNI-BH: Belo Horizonte, 2010. TEODORO, Valter L. L.; TEIXEIRA, Denilson; COSTA, Daniel J. L.; Fuller, Beatriz B. O conceito de bacia hidrográfica e a importância da caracterização morfométrica para o entendimento da dinâmica ambiental local. Revista UNIARA, n.20, 2007. Disponível: < http://www.uniara.com.br/revistauniara/pdf/20/RevUniara20_11.pdf> Acesso: 03/2015. UFMG. Bacia Hidrográfica. UFMG: Minas Gerais, 2007. Disponível:< http://www.etg.ufmg.br/tim1/baciahidrografica2007.doc>. Acesso: 03/2015.