Diagrama de classes Drenagem

Um dos objectivos da determinação do sistema de drenagem é associar as áreas de drenagem com as respectivas linhas de concentração de escoamento (que drenam cada área de drenagem) e com o ponto de descarga respectivo (ponto de concentração). Este é o princípio da relação entre o curso de

Proc. 0602/1/18095, 0607/541/5756 17 água, a bacia hidrográfica correspondente e o ponto de concentração para onde converge todo o escoamento superficial da área de drenagem. Assim, subdividindo a região em várias unidades elementares de drenagem, pode implementar-se a associação “drenagem da área, por uma linha, concentrado num ponto”, sendo que uma dada bacia hidrográfica (representada por uma área), é drenada por um curso de água (representado por uma linha), que conflui um único local (denominado ponto de descarga e representado por um ponto). O pacote UML respeitante ao sistema de drenagem implementa estes conceitos com recurso ao diagrama de classes apresentado na Figura 3.

Figura 3. Diagrama de Classes UML referente aos elementos de Drenagem

De salientar que as áreas de drenagem consideradas são neste modelo compostas por tipos de entidades geográficas: bacia hidrográfica e sub-bacia hidrográfica. A opção por estas classes representativas dos tipos de entidades de drenagem resultou da expressão legal que lhes é conferida na LA.

Cálculo da matriz de definição das linhas de acumulação de escoamento

No âmbito do sistema de drenagem é necessário calcular a representação matricial referente às linhas de acumulação de escoamento, a qual utiliza a matriz de acumulação de escoamento, sendo que um dos parâmetros do seu cálculo é o valor mínimo de células dos valores de acumulação de escoamento a partir do qual se considera o início de uma linha de drenagem. Assim, a célula que na matriz de acumulação de escoamento apresentar um valor mínimo X, definido como o limite mínimo de intervalo fechado, marcará o ponto de cabeceira da linha de drenagem (célula de cabeceira).

Se se considerar uma área mínima de 5 Km2 de área drenante a partir da qual se inicia uma linha de drenagem, e se a matriz de representação de cotas de terreno apresentar uma resolução espacial horizontal de 25 metros (o que equivale a uma área de 625 m2), então serão necessárias 8.000 células para perfazer 5 Km2. Tal equivale a que a linha de drenagem consideraria, como célula de cabeceira, aquela que registasse na matriz de acumulação de escoamento o valor mínimo de 8000 células drenantes.

A informação registada na matriz de direcções de escoamento determina assim, a partir da célula de cabeceira, para que célula adjacente o escoamento se dirige. O cálculo consecutivo baseado nos parâmetros de área mínima de drenagem e nas matrizes de direcção e acumulação de escoamento dão origem à matriz de definição dos cursos de água, tal como ilustra a Figura 4.

Figura 4. Representação da matriz de direcções de escoamento e respectivas linhas de drenagem.

Na matriz de definição dos cursos de água é atribuído o valor “1” às células que na matriz de acumulação de escoamento possuem um valor superior ao limite definido pelo utilizador. A Figura 5 é composta de duas imagens em que do lado esquerdo se ilustra a matriz de acumulação de escoamento com os respectivos valores de acumulação (número de células drenantes de montante) e do lado direito, a matriz de definição de cursos de água que respeita um valor mínimo de acumulação de 8.000.

Proc. 0602/1/18095, 0607/541/5756 19 Figura 5. Produção da matriz de definição dos cursos de água: a) matriz de acumulação do

escoamento; b) matriz de definição dos cursos de água.

A matriz de definição de cursos de água (no formato matricial) dá, consequentemente, origem às linhas de drenagem, sendo estas geradas através da conversão da matriz de definição de cursos de água, para uma matriz de segmentação dos cursos de água, que atribui a cada linha de drenagem um identificador único. Ao conjunto de células que no formato matricial define um segmento do curso de água é atribuído um identificador único, permitindo assim distinguir cada troço univocamente. A Figura 6 mostra, na imagem da esquerda, a matriz de definição dos cursos de água (com apenas um valor único), e, na imagem da direita, a mesma rede segmentada e colorida de acordo com um identificador único para cada segmento de curso de água. O cálculo da segmentação dos cursos de água utiliza a matriz de direcção de escoamento e a matriz de definição dos cursos de água.

Figura 6. Segmentação da matriz de definição de cursos de água: a) matriz de definição dos cursos de água; b) rede segmentada de acordo com esta matriz

A Figura 7 ilustra a conversão do formato matricial da segmentação dos cursos de água para o formato vectorial que dá origem às linhas de drenagem. No MDG, a matriz de definição de linhas de drenagem está representada matricialmente por células azuis claras, e as respectivas linhas de drenagem representadas a azul-escuro.

Figura 7. Conversão da matriz de segmentação das linhas de drenagem (azul claro) em linhas de drenagem (azul escuro)

Salienta-se que o processamento de geração das matrizes de cotas de terreno gera frequentemente dados hidrologicamente inconsistentes, pelo que é necessário um processo de validação.

Classe de sub-bacias hidrográficas

Dado que as sub-bacias hidrográficas constituem uma classe explicitamente declarada na LA, e prevista no âmbito da implementação dos elementos SIG da DQA e, consequentemente, no WISE, foram consideradas no modelo de dados proposto. O que distingue uma sub-bacia hidrográfica de uma bacia hidrográfica é que a sub-bacia possui o seu ponto de descarga normalmente numa confluência de rios ou num lago, enquanto a bacia tem o seu ponto de descarga numa foz, estuário ou delta, agrupando assim diversas sub-bacias hidrográficas. A classe de sub-bacias hidrográficas está representada na Figura 8.

Figura 8. Estrutura da classe relativa a sub-bacias hidrográficas

A definição das sub-bacias hidrográficas é originada com base na representação matricial da segmentação dos cursos de água, onde se identificam univocamente todas as células pertencentes a cada segmento (troço) da rede hidrográfica. O cálculo das células da representação matricial do terreno que pertencem a cada uma das sub-bacias hidrográficas é executado com base na matriz da

Proc. 0602/1/18095, 0607/541/5756 21 direcção de escoamento e na matriz de segmentação dos cursos de água. O produto resultante deste cálculo é uma matriz que tem afecto um identificador único comum a todas as células que drenam cada uma das sub-bacias hidrográficas. A Figura 9 ilustra o cálculo da matriz de sub-bacias para os segmentos de cursos de água considerados. A imagem do lado esquerdo mostra a matriz de segmentação dos cursos de água. A imagem do lado direito mostra a matriz resultante do cálculo das sub-bacias hidrográficas, em que é possível, por distinção de cores, identificar as respectivas áreas drenantes.

Figura 9. Cálculo da matriz de definição de sub-bacias-hidrográficas

Os polígonos das sub-bacias (formato vectorial) resultam assim de uma conversão simples da matriz de identificação das sub-bacias. De acordo com o MDG proposto, cada entidade geográfica pertencente à classe SubBaciasHidrográficas possui um identificador único na base de dados (IDHidro).

As entidades geográficas pertencentes à classe SubBaciasHidrograficas estabelecem entre si ligações através do registo das entidades a jusante. Para cada sub-bacia hidrográfica é registado no atributo IDHidroJusante, o valor de IDHidro da sub-bacia a jusante. Este mecanismo de registo encadeado de identificadores permite seguir o escoamento superficial no sistema hidrográfico. Com esta metodologia é possível saber, para cada bacia, quais as bacias de montante, e consequentemente acumular os valores das suas características morfológicas e de comportamento hidrológico. Implementa-se assim a possibilidade de “navegar” entre bacias, tanto para montante como para jusante, não sendo para tal necessário utilizar funcionalidades de análise em rede.

Esta classe estabelece também associações com os nós da rede hidrográfica JuncoesHidro. A Figura 10 ilustra este tipo de associações entre as classes BaciasHidrograficas e SubBaciasHidrograficas.

Figura 10. Associação entre os atributos IDHidroJusante e IDHidro nas sub.bacias hidrográficas

Para o caso da última sub-bacia hidrográfica do sistema de drenagem (drenante para a massa de água costeira), o atributo IDHidroJusante não pode assumir o valor do atributo IDHidro da sub-bacia de jusante, porque esta simplesmente não existe, e para este caso o valor registado no atributo

IDHidroJusante seria ‘-1’. Esta opção é configurada na própria aplicação de gestão de informação. Classe de pontos de drenagem

A classe de pontos de drenagem tem como função armazenar os pontos de descarga de todas as sub-bacias hidrográficas. Os pontos registados nesta classe localizam-se no centro das células da representação matricial do terreno.

A classe PontosDrenagem relaciona-se assim com a classe SubBaciasHidrograficas dado que regista no seu atributo IDDrenagem o valor do atributo identificador IDHidro da bacia correspondente. A Figura 12 ilustra esta associação.

Figura 11. Associação entre as classes SubBaciasHidrograficas e PontosDrenagem. Vistas da sub-bacia hidrográfica de jusante

Proc. 0602/1/18095, 0607/541/5756 23 Na Figura 12 é evidente a localização do ponto de drenagem (a verde) localizado no centro da célula da representação matricial das cotas de terreno, e a delimitação da sub-bacia hidrográfica respectiva que incorpora todas as células consideradas para a sua delimitação. Também a linha de drenagem está representada na figura (a azul) sendo que esta liga os centróides das células da representação matricial de acordo com as direcções de escoamento calculadas.

Classe de linhas de drenagem

A classe de linhas de drenagem regista as linhas que resultam do tratamento das matrizes de direcções de escoamento e acumulação de escoamento. As linhas de drenagem passam necessariamente nos pontos de drenagem dado que estes se localizam na célula de descarga (célula por onde passa todo o escoamento da área drenante respectiva). A Figura 12 representa a estrutura da classe respeitante às linhas de drenagem.

Figura 12. Classe LinhasDrenagem

A relação entre as linhas drenagem e a sub-bacia correspondente é expressa através do atributo

IDDrenagem ao nível da classe LinhasDrenagem. A Figura 13 ilustra as associações geográficas e

alfanuméricas entre estas classes.

Quando existem áreas de drenagem elementares, cada uma possui apenas um curso de água que a drena. No entanto, é frequente considerarem-se sub-bacias hidrográficas que agrupam diversas áreas de drenagem elementar, e que consequentemente podem ser drenadas através de vários cursos de água. Estabelece-se assim uma associação de cardinalidade 1:N, com base na qual uma sub-bacia hidrográfica pode ser drenada por um conjunto limitado de linhas de drenagem. O mesmo valor do atributo IDHidro das sub-bacias hidrográficas pode assim ser afecto a diversos atributos

Figura 13. Relações espaciais e alfanuméricas da classe LinhasDrenagem Classe de bacias hidrográficas

Nos termos do n.º 2 do artigo 3.º da Lei da Água, a região hidrográfica é considerada a unidade principal de planeamento e gestão das águas, tendo por base a bacia hidrográfica. Na sequência do conceito legal de “bacia hidrográfica”, as entidades geográficas pertencentes à classe

BaciasHidrográficas devem ser representadas por polígonos que têm como ponto de descarga um

local representado como um nó da rede hidrográfica. Esta classe relaciona-se fisicamente com a classe SubBaciasHidrograficas, pelo que, em termos de coerência topológica, a delimitação das sub- bacias hidrográficas não deve ultrapassar os limites geográficos da correspondente bacia hidrográfica.

No âmbito da implementação da DQA fez-se a distinção entre grandes rios e rios principais, e entre grandes lagos e lagos principais. Esta distinção faz-se com base nas bacias hidrográficas respectivas. (Vogt, 2002). No caso dos grandes rios consideram-se dois tipos:

1) rios com uma área drenante superior a 50.000 Km2;

2) rios e principais afluentes com uma área de drenagem entre os 5.000 Km2 e os 50.000 Km2.

Consideram-se grandes lagos os que apresentem uma área alagada superior a 500 Km2.

Para o caso da classificação dos rios principais, estabeleceu-se uma área de drenagem entre os 500 Km2 e os 5.000 Km2. Para o caso dos lagos principais, estabeleceu-se uma área alagada entre os 10 Km2 e os 500 Km2. Para os casos das restantes massas de água, considerou-se obrigatório o relato das massas de água rios com uma área drenante superior a 10 Km2. Para o caso dos lagos,

Proc. 0602/1/18095, 0607/541/5756 25 consideraram-se todos os que apresentassem uma área alagada superior a 0.5 Km2. Todas as massas de água de transição e costeiras estão incluídas. A Figura 14 esquematiza de acordo com a área drenante e por categoria de massas de água aquelas que devem ser reportadas no âmbito da DQA.

Figura 14. Categorias de massas de água a reportar no âmbito da DQA (de acordo com a área drenante respectiva)