73 Figura 4.25 - (i) Coeficiente de atenuação espectral difusa vertical; (ii) Relação entre concentração de clorofila-a e coeficiente ponderado de atenuação vertical; (iii) Relação entre concentração de material inorgânico em suspensão e coeficiente ponderado de atenuação vertical; (iv) Relação entre a concentração de carbono orgânico dissolvido e. O mapeamento de CDOM através de imagens de satélite apresenta-se como uma ferramenta interessante para apoiar a caracterização bioóptica de sistemas hídricos e para determinar a qualidade da água (KUTSER et al., 2005a).
H IPÓTESE
Os baixos sinais retroespalhados por corpos d'água com alta absorção, como aqueles com alta concentração de matéria orgânica dissolvida, também representam obstáculos ao uso de sensoriamento remoto para mapeamento de CDOM. Assim, a aplicação, teste e adaptação das metodologias propostas para outras regiões do mundo representa um caminho possível para medir variáveis limnológicas (clorofila-a, sólidos suspensos, matéria orgânica dissolvida, temperatura, turbidez) em lagos, reservatórios e rios brasileiros. , e conseqüentemente, para o monitoramento da qualidade da água.
O BJETIVOS
Objetivo geral
Objetivos específicos
C ARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE RESERVATÓRIOS
Porém, para este trabalho, a principal divisão diz respeito à penetração da luz na água, portanto é possível dividir o reservatório em duas áreas: zona eufótica, na qual há luz suficiente para estimular a produtividade primária; e zona afótica, na qual a disponibilidade de luz permite apenas o equilíbrio entre os processos de fotossíntese e respiração ou onde não há penetração de luz (WETZEL, 2001). A profundidade da zona eufótica é especialmente importante para estudos de sensoriamento remoto porque pode ser associada a características do corpo d'água, como variação nos constituintes opticamente ativos e na estrutura da coluna d'água.
C ARACTERIZAÇÃO BIO - ÓTICA
A estrutura vertical da coluna de água em um reservatório pode ser caracterizada com base em variáveis físico-químicas e características limnológicas do reservatório, como a temperatura. Em geral, os modelos bio-ópticos tentam explicar as propriedades do corpo d'água em função da atividade biológica nesse corpo (MOREL; . MARITORENA, 2001).
C OMPONENTES BIO - ÓTICOS E ZONA EUFÓTICA
As florações de algas alteram a interação da luz ao longo da coluna d'água e provocam um aumento da produção primária integrada entre o subsolo e a borda da zona eufótica (MILUTINOVIĆ; . BERTINO, 2011). A zona eufótica é a parte da coluna d'água suficientemente iluminada pela luz solar para que ocorra o processo fotossintético e consequente produtividade primária (SOPPA et al., 2013).
S ENSORIAMENTO REMOTO DA COR DA ÁGUA
Seu limite, denominado profundidade da zona eufótica, depende da atenuação da luz ao longo da coluna d'água e pode variar de poucos centímetros em águas muito turvas até cerca de 150 metros em regiões oceânicas (SHANG et al., 2011). A profundidade da zona eufótica é uma medida da transparência da água, sendo uma propriedade importante para a produção primária e transferência de calor na camada superior dos corpos d'água (PLATT; SATHYENDRANATH, 1988; . SATHYENDRANATH et al., 1991).
P ROPRIEDADES ÓTICAS INERENTES
Onde λ é a função de espalhamento volumétrico, é a intensidade da radiação espalhada pelo feixe original em um ângulo, é a irradiância incidente em um volume de água e é a quantidade de água iluminada pelo feixe incidente. A função de espalhamento volumétrico especifica, portanto, o comportamento físico, em termos de forma e distribuição angular, do fluxo espalhado resultante do processo de espalhamento primário na coluna de água (MOBLEY, 1994; KIRK, 2011).
P ROPRIEDADES ÓTICAS APARENTES
Mobley (1994) sugere que as IOPs básicas podem ser reduzidas a um coeficiente de absorção e uma função de espalhamento volumétrico, já que esta última, quando integrada em todas as direções, representa exatamente o coeficiente de espalhamento. Para estudos de sensoriamento remoto, é mais conveniente utilizar, ou seja, considerar os valores de radiação e irradiância logo acima da superfície da água.
C ONSTITUINTES OPTICAMENTE ATIVOS
- Água pura
- Fitoplânctons
- Sedimentos em suspensão
- CDOM
Em comprimentos de onda muito curtos (400 a 500 nm), a presença de clorofila-a pode ser difícil de determinar, pois outros constituintes, como matéria orgânica dissolvida, podem afetar o sinal de radiação eletromagnética captado pelos sensores (DEKKER et al., 1995 ) . A matéria orgânica dissolvida colorida (CDOM ou matéria amarela) presente na água tem origem na decomposição de materiais vegetais como resultado da atividade fotossintética (autóctone) ou da entrada direta de material terrestre no sistema aquático (alóctone) (CHEN et al. , 2004) ).
DOC E CDOM
A fotodegradação pode afetar as propriedades ópticas da água e afetar a penetração da luz ultravioleta e da radiação PAR, alterando assim as atividades de organismos autotróficos e heterotróficos no corpo d'água (MORAN et al., 2000). Assim, embora vários estudos (FERRARI et al., 1996; FERRARI; DOWEL, 1998; KUTSER et al., 2005b; YIN et al., 2011) mostrem uma correlação positiva significativa entre absorção por CDOM e concentração de DOC em rios e lagos, indiquem , as relações entre DOC e DOC podem variar muito de acordo com a localização geográfica e a estação do ano (FERRARI et al., 1996; NELSON et al., 1998), além de sofrer influência de processos como a fotodegradação (VODACEK et al. , 1997) e atividade microbiótica (NELSON et al., 1998).
S ENSOR OLI
A plataforma LDCM possui uma órbita semelhante ao Landsat-7 e missões anteriores, permitindo a continuidade da observação da Terra e a comparação entre os dados obtidos com diferentes instrumentos (IRONS et al., 2012). A banda 2 (azul) pode ser usada para mapeamento batimétrico, a distinção entre solo e vegetação e entre vegetação conífera e decídua.
M ATERIAIS
Área de estudo
A barragem está localizada na região hidrográfica do Alto São Francisco, que compreende as cabeceiras dos rios São Francisco, Pará, Paraopeba, Indaiá e Borrachudo e seus afluentes no reservatório de Três Marias. Sua área de influência mede 57.097 km² e atravessa uma área de topografia moderadamente acidentada com montanhas e terrenos ondulados em altitudes entre 600 e 1.600 m acima do nível do mar. Além do bioma cerrado, a área de drenagem inclui manchas de Mata Atlântica, principalmente próximas a nascentes.
Equipamentos
- Espectrofotômetro PerkinElmer Lambda 35
- Spectral absorption and attenuation meter – AC-S
- HydroScat-6
- Ramses TriOS
- Sonda multiparamétrica YSI 6600
Dentre as principais atividades que ocorrem no entorno do reservatório e podem causar impactos na qualidade da água, destacam-se: a expansão urbana e a extensão das descargas sanitárias; atividades de extração mineral; silvicultura; e mineração (ALMEIDA, 2010). O Medidor de Absorção e Atenuação Espectral, conhecido pela sigla AC-S, é um instrumento projetado para medir o coeficiente total de absorção e atenuação da água em aproximadamente 80 comprimentos de onda na faixa de 400 a 750 nm, com resolução espectral de 4 nm. Várias unidades de cada módulo podem ser integradas para realizar simultaneamente medições acima da água e na coluna d'água.
A sonda multiparamétrica YSI 6600 permite analisar a qualidade da água através de sensores que coletam parâmetros como: oxigênio dissolvido; nebulosidade; condutividade elétrica; quantidade de solutos; resistividade; pH; potencial de redução de óxido;
M ÉTODOS
- Amostragem e variação espacial
- Limnologia
- CDOM
- Absorção e atenuação
- Retroespalhamento
- Propriedades óticas aparentes
- Imagens orbitais
- Modelos CDOM
Os valores de absorção foram convertidos em coeficiente de absorção de acordo com Bricaud et al. Com base nos valores fornecidos pelo ajuste, tomando como referência a absorção em 443 nm, derivou-se o espectro de absorção com CDOM (entre 380 e 700 nm) de acordo com Bricaud et al. 3.3) Onde é o coeficiente de absorção em qualquer comprimento de onda,. Os coeficientes de absorção espectral a(λ) e atenuação c(λ) foram medidos a partir do perfilamento com um espectrofotômetro AC-S (WetLabs).
O cálculo da distribuição foi realizado a partir dos dados de absorção e atenuação corrigidos pela temperatura, conforme a relação: c = a + b.
C ARACTERIZAÇÃO BIO - ÓTICA
Variação dos constituintes opticamente ativos
A Figura 4.2 mostra a distribuição espacial dos valores de concentração de clorofila de acordo com a localização das estações de amostragem. Baixos valores dispersos também foram observados nesta região, destacando a alta variação da concentração de clorofila. A razão entre a concentração de carbono inorgânico ( e variou entre 0,63 e 0,88 indicando a predominância de material inorgânico em todo o reservatório.
Essa relação, associada a uma pequena oscilação no valor de DOC, indica que a alteração ocorreu principalmente devido a alterações na concentração de sua fração inorgânica.
CDOM
De acordo com Vodacek et al. 1997), o fotobranqueamento pode reduzir a relação linear entre absorbância e DOC devido à transformação do CDOM em elementos incolores e carbono inorgânico dissolvido. A maioria das estações (66%) apresenta valores entre 0,013 e 0,016, o que está de acordo com dados ajustados obtidos por Bricaud et al. 1981) para uma série de amostras de água de diferentes regiões oceânicas. Valores acima dessa faixa também são encontrados na literatura (DEL CASTILLO et al., 1999; SCHWARZ et al., 2002) e podem ser associados à escolha da região espectral para o ajuste.
Esses valores estarão relacionados a comprimentos de onda mais curtos, principalmente o ultravioleta (abaixo de 350 nm), região em que outros elementos absorvedores, como oxigênio, brometo e nitrato, podem levar a um aumento de (TWARDOWSKI et al., 2004).
Propriedades óticas inerentes
- Coeficiente de absorção e atenuação
- Coeficiente de retroespalhamento
Para valores acima de 4,7 é possível observar uma diferença marcante entre os valores de absorbância em 650 e 675 nm. As estações P25 e P26 apresentaram valores de absorção significativamente diferentes dos demais locais de medição, principalmente em comprimentos de onda mais curtos. Os valores totais de absorção subsuperficial para três comprimentos de onda (450, 550 e 670 nm) foram correlacionados com as concentrações de compostos opticamente ativos em vinte estações de amostragem (Figura 4.14).
A variação percentual dos valores de retroespalhamento correlacionou-se positivamente com os valores de absorbância (R² = 0,83, p<0,001, para 420 nm) e as estações que apresentaram maior alteração foram as de maior absorbância (P10, P13, P26). .
Propriedades óticas aparentes
O segundo cenário seria a estratificação da coluna d'água, com mudanças na temperatura da água e na concentração de oxigênio dissolvido, conforme pode ser observado na Figura 4.24 para a estação P4. As correlações e concentrações de ingredientes opticamente ativos para vinte estações de amostragem (excluindo P25 e P26) são mostradas na Figura 4.25. Os espectros de refletância de sensoriamento remoto e refletância de sensoriamento remoto normalizado das vinte e duas estações de amostragem são mostrados na Figura 4.28.
Os valores foram integrados para as bandas dois e três do sensor OLI e a razão das bandas foi relacionada aos dados do coeficiente de absorção em três comprimentos de onda visíveis (450, 550 e 670 nm) (Figura 4.29).
Proposta de divisão ótica do reservatório
Fortes correlações foram obtidas entre a razão das bandas três e dois e os valores de 450nm e 670nm. A relação de banda permite destacar diferenças entre pontos de máxima refletância e pontos de alta absorção, que estão diretamente relacionados à concentração de ingredientes opticamente ativos e, conseqüentemente, às propriedades ópticas inerentes. Há um aumento significativo na relação entre a concentração de ingredientes opticamente ativos e os valores de absorbância após a separação dos grupos (exceto para MSI no caso de G1).
Em G1, processos autóctones como degradação de constituintes opticamente ativos e deposição de sedimentos suspensos parecem dominar o comportamento bioóptico.
M ODELAGEM CDOM/DOC
Absorption of dissolved organic matter in the sea (yellow matter) in UV and visible domains. Distributions of colored dissolved organic matter and dissolved organic carbon in the Pearl River Estuary, China. Relationship between optical properties of chromophore dissolved organic matter and total concentration of dissolved organic carbon in the southern Baltic Sea area.
Absorption spectral properties of colored dissolved organic matter (CDOM) and total suspended matter (TSM) of inland waters, Proceedings of SPIE, v. Distributions of dissolved organic carbon (DOC) and chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in coastal waters of the northern Tyrrhenian Sea (Italy). An evaluation of remote sensing algorithms for colored dissolved organic matter in complex freshwater environments.
