Obtenção do modelo digital de elevação hidrologicamente consistente

A metodologia utilizada para geração do modelo digital de elevação hidrologicamente consistente (MDEHC) foi executada em cinco etapas, sendo elas:

- amostragem, através da digitalização da hidrografia e curvas de nível da área; - pré-processamento dos dados digitais de elevação e drenagem;

- geração do modelo digital de elevação (MDE); - pós-processamento para geração do MDEHC; e - validação do MDEHC.

3.2.1. Amostragem

Foram confeccionados 45 mapas digitais a partir da base de dados do IBGE e do Ministério do Exército na escala 1:50.000. A relação das cartas topográficas utilizadas se encontra no Apêndice A.

Foram digitalizadas a hidrografia (Figura 3) e as curvas de nível (Figura 4). Apesar das cartas na escala 1:50.000 apresentarem curvas de nível de 20 em 20 metros, não foi

possível a digitalização neste nível de detalhe, em virtude do relevo da região se apresentar bastante acidentado. Além disso, os mapas continham todos os temas superpostos (hidrografia, curvas de nível, estradas, limites de estados e municípios, cobertura vegetal, etc.), confundindo ainda mais a identificação das curvas. Por último, a digitalização das curvas de 20 em 20 metros demandaria um tempo de execução extremamente elevado para a digitalização, tornando o trabalho inexeqüível. A digitalização foi então realizada com as curvas de nível espaçadas de 80 em 80 metros.

Foi também realizado um teste preliminar de interpolação das curvas de nível espaçadas de 80 em 80 metros, para verificação do resultado obtido com relação à obtenção de um modelo hidrologicamente consistente neste nível de detalhamento. Esta verificação da exatidão do MDEHC foi feita através da comparação visual entre as redes de drenagem gerada pelo modelo e a rede mapeada e também através da exatidão da delimitação automática dos limites das bacias.

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Figura 4 – Curvas de nível digitalizadas para região em estudo.

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

A grande maioria dos softwares que geram modelos digitais de elevação necessita que os dados digitais de entrada estejam com qualidade e estrutura aceitáveis. Deve-se gerar 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 para o sentido do escoamento, além de se certificar que todas essas feições estivessem conectadas. Os polígonos com os lagos da área foram separados do resto da hidrografia em um arquivo único, já que uma cota única é atribuída a cada um deles na interpolação.

3.2.3. Geração do modelo digital de elevação (MDE)

O MDE foi gerado a partir da interpolação das curvas de nível digitalizadas. Os aplicativos dos sistemas de informações geográficas utilizam diversos interpoladores. Para a realização do presente estudo foi utilizado o módulo de interpolação TOPOGRID, disponível no software ARC/INFO.

Este método utiliza uma 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 uma grade regular a partir de pontos, isolinhas e linhas de drenagem. A garantia do MDE hidrologicamente correto é fornecida pelo processo de imposição de drenagem, que tenta remover todas as depressões no terreno geradas pelo modelo e que não foram previamente identificadas pelo usuário.

A qualidade e a resolução do MDE são duas características importantes que podem interferir nos resultados de sua aplicação. A qualidade refere-se à exatidão com que os valores de elevação são relatados, e a resolução refere-se à discrepância da variação dos valores de elevação. A resolução utilizada no estudo foi de 30 x 30 m.

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 pelo 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 desta técnica não garante que o modelo digital de elevação passe a ser considerado hidrologicamente consistente, já que novas depressões espúrias podem ser

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geradas. Por isso, passou-se para a etapa de validação do modelo gerado e, caso não se tivesse obtido o resultado desejado, retornar-se-ia a esta etapa para um novo processamento e eliminação dos erros ainda existentes.

3.2.5. Validação do MDEHC

Todo modelo digital de elevação, seja ele hidrologicamente consistente ou não, deve ser avaliado para certificar-se 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. Uma outra forma de verificação adotada foi a delimitação automática de bacias hidrográficas de contribuição a montante de pontos escolhidos de forma aleatória. Neste caso verificou-se a existência de possíveis erros, como cortes na hidrografia, localização errada de divisores de água, etc. Estes 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); e

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

Estes erros foram editados no próprio software ARC/INFO 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.