3.4 LEVANTAMENTO DE DADOS PARA A MODELAGEM

Neste item são abordadas as técnicas comumente utilizadas para a obtenção de dados ambientais relevantes para a realização de estudos hidrológicos. Podem-se dividir esses dados em duas classes gerais, quais sejam: dados físicos da área (relevo, cobertura do solo e propriedades físico-hídricas dos solos) e dados hidrológicos (precipitação, interceptação foliar, evapotranspiração, escoamento superficial e de base, umidade do solo e nível do lençol freático).

3.4.1 - Uso de bacias experimentais e representativas

Datam do início do século XX os primeiros estudos com bacias experimentais. No princípio, esses trabalhos buscavam avaliar o efeito da cobertura vegetal sobre a disponibilidade hídrica nos rios (Bates e Henry, 1928; Hoyt e Troxell, 1932). Entretanto, a partir da década de 1960, os estudos também passaram a abordar aspectos relativos à qualidade da água, ao balanço geoquímico de nutrientes e à biota aquática (Bormann e Likens, 1967; Walling, 1980). A longa tradição de estudos hidrológicos utilizando bacias experimentais decorre da necessidade de compreensão do balanço hídrico nas bacias hidrográficas, dos processos que controlam o movimento da água e dos impactos das atividades antrópicas na quantidade e na qualidade da água (Whitehead e Robinson, 1993). Os estudos das interações entre os processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem nas bacias foram iniciados na década de 1990, e que essa demanda por conhecimento foi ampliada com os problemas ambientais em escala global, como as mudanças climáticas (Whitehead e Robinson, 1993).

Os avanços no conhecimento sobre os processos hidrológicos e as técnicas de modelagem matemática, aliados à evolução e à popularização de ferramentas computacionais, acarretaram em grandes avanços na área de modelagem hidrológica. Contudo, quanto mais

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complexos os modelos hidrológicos, mais dados são necessários em seus processos de desenvolvimento, parametrização e verificação, reforçando a importância das bacias experimentais (Grayson e Blöschl, 2000).

Há muito tempo estudos com bacias experimentais vêm ocorrendo em todo o mundo. Em 1965 já havia uma grande rede de estudos em bacias experimentais nos Estados Unidos (USNC/IHD, 1974). Na Europa, em 1986, foi organizada uma rede de bacias experimentais envolvendo 20 países (Pfister e Hoffmann, 2007), a qual atua até hoje. No Brasil, durante muito tempo os estudos hidrológicos estiveram voltados para grandes bacias, focados em projetos do setor elétrico. Os estudos em bacias menores (bacias piloto) ocorriam no país de forma esparsa e desarticulada. A partir do ano 2000, vem ocorrendo a organização de grupos de pesquisa e a formação de redes de bacias experimentais na busca pela regionalização dos conhecimentos gerados e pela possibilidade de comparação da aplicabilidade de técnicas e métodos hidrológicos em suas diferentes regiões. Para permitir a realização desses estudos regionalizados, é fundamental que as bacias experimentais sejam representativas de um ambiente maior, permitindo a extrapolação dos resultados obtidos para outras áreas. A primeira e mais importante rede existente no país é a Rede de Hidrologia do Semi-Árido – REHISA, formada em 2001 por pesquisadores de oito universidades do Nordeste do Brasil. Em 2005, ocorreu o primeiro Encontro Nacional de Bacias Experimentais e, no mesmo ano, foi lançado o primeiro edital específico sobre o tema por uma instituição de fomento brasileira. Com iniciativas como essas, atualmente, no Brasil, o número de bacias experimentais vem crescendo rapidamente por todo o seu território.

Na implantação de bacias experimentais, é fundamental que a área de estudo seja detalhadamente caracterizada. Para tanto, em função dos objetivos almejados, são selecionados os dados a serem levantados e que métodos que devem ser utilizados em sua obtenção. Assim, a seguir são apresentados alguns dos dados fundamentais para a realização de estudos hidrológicos e métodos que podem ser utilizados para obtê-los.

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3.4.2 - Caracterização do meio físico

Nesta revisão são abordadas as características do meio físico (relevo, cobertura do solo, propriedades físicas do solo, condutividade hidráulica e curva de retenção da água no solo) que influenciam mais diretamente o fluxo da água na bacia experimental que se deseja estudar.

3.4.2.1 - Representação do relevo

Durante muitos anos, a técnica clássica utilizada para a representação de relevo foi o traçado manual de curvas de nível a partir de coordenadas tridimensionais obtidas por meio de levantamento topográfico convencional. Os valores intermediários eram obtidos por simples interpolação linear, entretanto, com o avanço da informática e de técnicas de geoprocessamento, atualmente, a descrição matemática do terreno pode ser efetuada por meio de diferentes funções de interpolação, utilizando variados métodos de obtenção de dados.

A representação numérica do relevo de forma espacialmente distribuída numa região limitada da superfície terrestre resulta no Modelo Digital de Elevação do Terreno (MDE ou MDT). O processo para a geração do MDE consiste, basicamente, em três etapas: aquisição de dados; edição dos dados; e geração do modelo. A aquisição de dados pode ocorrer por digitalização, restituição fotogramétrica, sensoriamento remoto ou levantamento direto em campo (INPE, 2004). Neste último, os dados são geralmente obtidos utilizando instrumentos topográficos convencionais (teodolitos e níveis) ou informatizados (estações totais e níveis digitais). Recentemente, nos levantamentos de campo, têm sido utilizados sistemas mais sofisticados, como o sistema de posicionamento global (GPS ou DGPS) acoplado a sensores altimétricos, por meio dos quais as coordenadas tridimensionais são obtidas.

A maioria dos interpoladores disponíveis nos SIGs para a geração de MDEs (IDW, Spline, Krigagem, Akima e outros) foi desenvolvida especificamente para a representação de variáveis que têm uma distribuição espacial contínua, a exemplo da temperatura e da umidade relativa do ar. No entanto, na representação do relevo, que pode apresentar descontinuidades em sua superfície, a utilização desses interpoladores pode produzir

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distorções e introduzir erros nos estudos hidrológicos. Um exemplo desse tipo de problema está na representação da rede de drenagem, em que os erros advindos do processo de geração do MDE podem resultar, inclusive, em alterações no sentido do escoamento superficial (Hutchinson, 1996). No caso de estudos de hidrologia subterrânea, erros na representação do relevo são propagados para a definição dos gradientes hidráulicos entre diferentes pontos distribuídos no espaço, o que interfere diretamente na determinação do fluxo da água.

3.4.2.2 - Levantamento da cobertura do solo

Em áreas pequenas e de fácil acesso, o levantamento da cobertura do solo por meio de observações diretas no campo é o mais adequado. Entretanto, na medida em o estudo engloba áreas maiores, esse tipo de levantamento pode se tornar inviável, dependendo de grande quantidade de tempo, recursos financeiros e mão-de-obra requeridos para a sua realização. Nesses casos, o uso das técnicas de sensoriamento remoto é o mais indicado, porém essas dependem de informações sobre a cobertura do solo obtidas no campo para treinamento e calibração dos algoritmos de classificação das imagens a serem utilizados. Segundo INPE (2006), a classificação de uma imagem consiste no processo de extração de informações por meio do reconhecimento de padrões de reflectância e formas homogêneas em sua extensão.

As técnicas de sensoriamento remoto mostram-se altamente efetivas na análise da cobertura vegetal (Vicens et al., 1998). A manipulação de valores de resposta espectral permite a obtenção de índices de vegetação que podem ser comparados, facilitando a identificação das diferentes comunidades vegetais.

Existe certa variedade de índices de vegetação desenvolvidos para auxiliar no monitoramento da cobertura vegetal, sendo a maioria deles baseados nas diferentes interações entre o tipo de vegetação e a sua radiação eletromagnética correspondente. Jordan (1969) foi pioneiro em estudos dessas relações, tendo apresentado o Índice Razão de Vegetação (RVI) como uma razão simples entre as refectâncias no vermelho e no infravermelho próximo. Elvidge e Chen (1995) apresentam os principais índices de vegetação desenvolvidos, como, por exemplo: o Índice de Vegetação com Diferença

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Normalizada – NDVI (Rouse et al., 1973); o Índice de Vegetação com Diferença – DVI (Tucker, 1979); o Índice de Vegetação Ajustado pelo Solo – SAVI (Huete, 1988); e outros. Segundo Ponzoni (2001), o Índice de Vegetação com Diferença Normalizada (NDVI) é um dos mais utilizados e pode ser obtido por meio da Equação 3.17 (Rouse et al., 1973).