Geração do modelo digital de elevação hidrologicamente consistente

A obtenção do modelo digital de elevação hidrologicamente consistente (MDEHC) seguiu a metodologia descrita a seguir:

3.2.1. Amostragem

Foram confeccionados sete mapas digitais a partir da base de dados do IBGE (Quadro 2), na escala 1: 250.000.

Foram digitalizadas as curvas de nível (Figura 3), a hidrografia (Figura 4) e o contorno da bacia, utilizando-se mesa digitalizadora e o software Cartalinx®. As curvas de nível foram digitalizadas com espaçamento de 100 m. A hidrografia foi digitalizada de montante para jusante, sempre acompanhando o sentido do escoamento dos cursos d’água.

Quadro 2 – Identificação das cartas geográficas na escala 1:250.000, utilizadas no estudo de regionalização

Mapa Índice Carta Editora UF

SE-23-Z-C Belo Horizonte IBGE MG

SE-23-Y-D Bom Despacho IBGE MG

SF-23-V-B Furnas IBGE MG

SE-23-Y-B Três Marias IBGE MG

SF-23-V-A Franca IBGE SP

SE-23-Z-A Curvelo IBGE MG

SF-23-X-A Divinópolis IBGE MG

Figura 4 – Hidrografia digitalizada da bacia hidrográfica em estudo.

Após a digitalização de todas as cartas, os arquivos individuais obtidos nas curvas de nível, a hidrografia e o contorno foram unidos em um único arquivo, para cada tema individualizado, no software Cartalinx®. A partir daí foi feita a exportação dos arquivos para o software ArcView®, no formato Shape.

3.2.2. Pré-processamento dos dados digitais de elevação e drenagem

Foram gerados arquivos individuais contendo os limites da área de trabalho, a hidrografia digital conectada e orientada no sentido do escoamento superficial, o contorno dos lagos e os dados de altimetria discriminados em curvas de nível e pontos cotados.

As curvas de nível, devido à presença de inconsistências decorrentes do processo de aquisição em mesa digitalizadora, foram visualmente ajustadas à hidrografia orientada. Já a hidrografia foi processada e verificada de forma que se obtivesse a

orientação de todas as feições no sentido do escoamento, além de certificar que todas essas feições estivessem conectadas, utilizando o software ArcView®.

3.2.3. Geração do modelo digital de elevação (MDE)

O MDE foi gerado a partir da interpolação das curvas de nível digitalizadas, utilizando-se o procedimento de interpolação TOPOGRID, disponível no software ARC/GIS 8.1®. Esse algoritmo permite a incorporação da rede de drenagem digital real, extraída das bases cartográficas, durante o processo de geração do MDE. Sempre que houve a violação das condições de altimetria favoráveis ao escoamento, o traçado da hidrografia mapeada foi respeitado. Com isso, garantiu-se a coincidência espacial da drenagem mapeada com as células de menor altitude do modelo, configurando, assim, a criação de um MDEHC.

Esse método utiliza técnica de interpolação baseada em diferenças finitas interativas e é otimizado para ter a eficiência computacional dos interpoladores locais sem perder a continuidade da superfície proporcionada pelos interpoladores globais (ESRI, 1997), gerando grade regular a partir de pontos, isolinhas e linhas de drenagem.

A resolução utilizada no estudo foi de 50 x 50 m, tendo em vista que as curvas de nível foram digitalizadas com distância de 100 m entre si, e com essa resolução atenderia ao preconizado por Garbrecht e Martz (1999), que afirmaram que ela deve ser inferior ou igual à menor distância entre duas curvas de nível com cotas diferentes, como forma de assegurar a qualidade e a resolução do MDE.

3.2.4. Pós-processamento para geração do Modelo Digital de Elevação Hidrologicamente Consistente (MDEHC)

Esta etapa visou eliminar as depressões espúrias, ou seja, células cercadas por outras com maiores valores de elevação, remanescentes ou que foram introduzidas no MDE durante o processo de imposição da rede de drenagem. Com a eliminação dessas depressões, garantiu-se a consistência do escoamento superficial ao longo da rede de drenagem gerada com a utilização do modelo. Buscou-se também garantir a coincidência espacial da drenagem gerada pelo modelo com a drenagem vetorial digitalizada das bases cartográficas. Para isso, utilizou-se o comando FILL, do ArcView®.

Os dados necessários para esse pós-processamento foram o MDE, gerado pelo TOPOGRID, e a hidrografia mapeada, conectada e orientada no sentido do escoamento.

A aplicação dessa técnica não garante que o modelo digital de elevação passe a ser considerado hidrologicamente consistente, já que novas depressões espúrias podem ser geradas. Por isso, passou-se para a etapa de validação do modelo gerado, efetuando a eliminação dos erros até obter o resultado desejado.

3.2.5. Validação do MDEHC

Todo o modelo digital da elevação, seja hidrologicamente consistente ou não, deve ser avaliado para se certificar de que os dados, o próprio método e seus parâmetros sejam capazes de gerar uma representação real da paisagem. Essa representação é limitada pela qualidade e quantidade dos dados altimétricos e pela eficiência dos interpoladores.

Um MDEHC, além da representação real da paisagem, deve também descrever, com exatidão, o caminho do escoamento superficial. Essa verificação foi realizada, analisando-se o trajeto de escoamento superficial ao longo do modelo e por intermédio da comparação visual da drenagem numérica matricial gerada pelo modelo com a drenagem vetorial digitalizada. A coincidência espacial dessas duas feições é um parâmetro qualitativo de verificação da consistência hidrológica do modelo, pelo menos no que diz respeito à representação espacial da drenagem. Outra forma de verificação adotada foi a delimitação automática de bacias hidrográficas de contribuição a montante de pontos escolhidos de forma aleatória. Nesse caso, verificou-se a existência de possíveis erros, como cortes na hidrografia e localização errada de divisores de água. Esses foram os dois métodos utilizados para a validação do MDEHC gerado no presente trabalho, permitindo a identificação de dois tipos de erros:

- Existência de depressões que não ocorrem na realidade e que alteram a direção do escoamento (depressões espúrias).

- Desvios dos canais de drenagem e dos limites das bacias identificadas pelo modelo em relação aos observados nas cartas topográficas.

Esses erros foram editados no próprio software ARC/GIS 8.1®, e os procedimentos anteriormente citados foram repetidos até que se obtivesse um modelo hidrologicamente consistente, ou seja, sem depressões e desvios da rede de drenagem.