Resultados da modelagem digital do terreno

Os resultados referentes ao primeiro objetivo específico partiram do processo de modelagem digital do terreno (MDT), essencial para mapear as características geomorfométricas que constituem os elementos do relevo (altitudes e as declividades) condicionantes da ocorrência das enchentes.

Como foi mencionado no capítulo 3 – MATERIAL E MÉTODOS, o processo de modelagem iniciou pela atualização dos dados altimétricos extraídos das cartas topográficas, seguindo a metodologia já descrita. O MDT hidrologicamente consistente foi obtido a partir das amostras de pontos 3D (latitude, longitude e altitude), procedentes desses documentos e de levantamentos topográficos e geodésicos, combinados.

No total o processo de modelagem digital de terreno totalizou uma amostra de 144678 pontos de controle com coordenadas e cotas conhecidas. Desses, 143.343 foram os vértices de curvas de nível, 717 pontos coletados in loco por GNSS, 618 pontos cotados (cartográficos) e 2 pontos de exutórios (Arroio do Meio e Arroio Grande) também coletados por GNSS, foram usados para modelar o relevo da superfície com área de 612,0Km2, que constituiu a área de pesquisas. O modelo digital de terreno resultante é mostrado no capítulo dos resultados e discussão.

Para validar o MDT a análise visual direta sobre a imagem (fotoleitura), não se mostrou a melhor técnica, pois a variação altimétrica dos pixels estimados, com as cotas de terreno, é imperceptível na imagem do modelo digital. Entretanto, nota- se que as drenagens naturais são, nitidamente, bem delineadas e que as tonalidades escuras representam as depressões do terreno (talvegues e áreas ribeirinhas). Nas tonalidades claras aparecem as elevações maiores e, nas tonalidades intermediárias, as áreas de transição entre Depressão Central e Serra Geral. (Figura 48).

Para validar o MDT fez-se a análise estatística dos valores de altimetria dos pontos amostrados e os desvios produzidos nos valores digitais de altitude, estimados em seus pixels homólogos – do mesmo lugar, gerados pelo processo de modelagem. Para essa validação utilizou-se como amostra dois conjuntos de pontos, sendo um formado pelas 717 cotas de terreno medidas por GNSS e outro pelos 618 pontos das cartas topográficas. Os pontos de terreno, na área de alague, foram coletados no período de 21 meses (novembro de 2010 a julho de 2012).

Figura 48 – Modelo Digital de Terreno (MDT) hidrologicamente consistente.

Fonte: Elaborado pelo autor.

A B C D E F G 2 3 4 5 6 7 8 1

A validação, feita por meio das estatísticas descritivas e de dispersão, calculadas para as diferenças métricas entre pontos coletados na bacia (por GNSS) e valores digitais, obtidos do MDT, resultou em média de 0,07 metros, com desvio padrão (σ) igual a 0,6 metros e um coeficiente de variação (CV%) de 11,67%.

O histograma da figura 49 mostra o resultado da distribuição dos desvios entre as cotas medidas por GNSS e as cotas estimadas pelo MDT. Dos 717 pontos amostrais, 657 ou 91,63% resultaram em diferenças inferiores a ±0,6 metros, isto é, contidas em 1σ (um sigma), sendo que este intervalo de pontos contém o valor da média. Se forem considerados 2σ (dois sigma) o percentual em torno da média sobe para 95,38% (684 pontos). E, considerando-se 3σ (três sigma), o percentual aumenta para 96,51% de cotas de terreno, com diferenças métricas entre de estimativas modeladas e cotas verdadeiras, em torno da média.

Figura 49 – Histograma das diferenças entre cotas medidas no terreno por GNSS e cotas obtidas do MDT.

Fonte: Elaborado pelo autor.

Determinações dessas medidas estatísticas, também, foram realizadas para o conjunto de pontos amostrais oriundos das cartas topográficas. Para essa amostra de 618 pontos, os valores da média das diferenças (Desvios Médios) entre cotas cartográficas e cotas de pontos do MDT foi de 0,75 metros, sendo considerado

bastante alto. Entende-se que a média para essa amostra foi fortemente afetada pelos extremos. Ao se obter o desvio padrão (σ) de 3,59 metros, o resultado mostrou haver grande dispersão nas estimativas, com elevadas diferenças entre o valor da cota cartográfica e o valor do MDT. Consequentemente o CV% dessa amostra resultou em um valor expressivo de 20,89%. Essas medidas, juntas, representam menor aderência do MDT em relação ao relevo verdadeiro.

Explicações para essas diferenças terem desvios maiores para a relação

valor amostrado versus valor estimado podem ser atribuídas aos erros nas cotas

dos pontos cotados cartográficos, geradas por métodos fotogramétricos baseados em instrumentos ótico-mecânicos usados no passado, com precisão bem menor que a dos equipamentos eletrônicos e digitais atuais. Também, outra razão que explica as diferenças, é porque tais cotas consistem de valores inteiros, que desconsideram as variações submétricas no terreno.

Como se observa na tabela 5, as maiores diferenças ocorrem para as cotas de altitudes mais elevadas, o que não interfere diretamente na modelagem hidrológico-hidráulica, que se processa nas seções transversais, que cortam as áreas nas planícies de inundação, situadas nas altitudes abaixo de 150 metros.

Tabela 5 – Demonstrativo das maiores diferenças entre as cotas dos pontos cartográficos e cotas obtidas do MDT.

Cota (cartográfica) Cota (MDT) Maiores ≠ (+) Cota (cartográfica) Cota (MDT) Maiores ≠ (+) Cota (cartográfica) Cota (MDT) Maiores ≠ (-) 313 268,28 44,72 476 466,26 9,74 458 458,29 -0,29 439 408,61 30,39 358 349,24 8,76 402 402,29 -0,29 442 412,53 29,47 308 300,22 7,78 469 469,30 -0,30 376 353,43 22,57 426 419,15 6,85 447 447,46 -0,46 446 424,62 21,38 378 371,40 6,60 376 376,48 -0,48 318 296,94 21,06 511 504,46 6,54 454 454,56 -0,56 492 475,55 16,45 356 349,57 6,43 410 411,28 -1,28 305 289,22 15,78 473 466,91 6,09 414 415,34 -1,34 456 440,47 15,53 315 308,92 6,08 412 414,38 -2,38 424 408,72 15,28 198 192,45 5,55 464 466,49 -2,49 516 501,03 14,97 246 240,78 5,22 378 382,78 -4,78 458 444,27 13,73 458 452,96 5,04 465 470,86 -5,86 314 300,73 13,27 458 453,01 4,99 395 401,10 -6,10 511 500,32 10,68 446 441,41 4,59 427 440,29 -13,29 439 429,05 9,95 449 444,76 4,24 392 405,68 -13,68

Fonte: Elaborado pelo autor.

Da comparação entre as medidas estatísticas descritivas das duas amostras (pontos 3D GNSS e pontos cotados cartográficos) verificou-se que não é

recomendável realizar a modelagem do terreno somente a partir de dados obtidos em cartas topográficas. Faz-se necessário o adensamento de pontos amostrais através de outros meios (topografia e/ou levantamentos por GNSS), principalmente onde a equidistância das curvas de nível e a numeração das cotas em valores inteiros impede o detalhamento de seções hidrológicas.

Para esta tese, cabe relatar que a grande maioria dos pontos rastreados por GNSS foram coletados nas áreas ribeirinhas, estradas, várzeas e seções transversais, logo, em locais com as altitudes mais baixas, onde se verificou a ocorrência de cheias e inundações com maiores estragos. Por isso, nesses locais, a modelagem do terreno resultou em um relevo digital mais próximo do relevo verdadeiro, o que é fundamental para a modelagem hidrológico-hidráulica. Nas áreas de transição geomorfológica, onde não foram coletados pontos por GNSS, a modelagem de terreno englobou apenas os dados cartográficos (pontos de curvas de nível e pontos 3D), gerando maior discrepância entre o relevo real e o relevo digital, como ilustra a figura 50.

Figura 50 – Representação de uma seção hidrológica comparando o relevo a partir dos dados de entrada (pontos cartográficos e GNSS) e relevo do MDT (saída).

Fonte: Elaborado pelo autor.

Essas diferenças, em áreas com altitudes mais elevadas, não afetaram diretamente o processo de estimação da área de inundação, pois os transectos extraídos do MDT são representativos para as áreas de menores altitudes e menores declividades, nos quais houve o adensamento da amostragem pela coleta via GNSS.

Ao assumir como referência o intervalo de ±0,6 metros (σ), definido para a amostragem de pontos coletados por GNSS, verificou-se que, para a amostra de

pontos cartográficos, o percentual incluído entre -0,6 e +0,6 metros é de 84,8%, ou 524 pontos dos 628 da amostra extraída da carta, refletindo que as diferenças altimétricas da maioria desses valores estimados, não compromete o uso do MDT que foi gerado.

Com base nas validações feitas pela análise estatística dos desvios pode-se afirmar que o MDT é fidedigno ao relevo da bacia considerada na pesquisa. Isso conferiu confiabilidade nos resultados derivados do modelo, tais como: altitudes, declividades e, principalmente, o mapeamento das áreas de inundação.

Todavia, cabe salientar o desvio padrão de 0,6 metros nas cotas do MDT, pode afetar a espacialização das profundidades das áreas inundáveis, pois o nível de inundação modelado é referenciado na cota do MDT, logo essas cotas de inundação modeladas, consequentemente, terão intrínsecas em seus resultados, uma precisão vertical de ± 0,6 metros.

Outro aspecto importante a ser abordado é que esse MDT permitiu gerar um modelo hidrográfico para o escoamento superficial, canalizado nos arroios da bacia hidrográfica. Tal modelo de escoamento serviu aos propósitos da pesquisa na segunda etapa metodológica, a qual se refere ao planejamento da mobilidade rural em épocas sem enchentes.