DELIMITAÇÃO DA PLANÍCIE DE INUNDAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO SANTA MARIA – RS COM BASE EM MODELO DIGITAL DE ELEVAÇÃO EM AMBIENTE SI

Prévia do material em texto

XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1 
DELIMITAÇÃO DA PLANÍCIE DE INUNDAÇÃO DA BACIA 
HIDROGRÁFICA DO RIO SANTA MARIA – RS COM BASE EM MODELO 
DIGITAL DE ELEVAÇÃO EM AMBIENTE SIG 
 
Rute Daniela Chaves 1*; Henrique Noguez da Cunha2; Daniela Arnold Tisot3; 
 Adalberto Koiti Miura4; Gilberto Loguercio Collares5 
 
Resumo – Para a região da Bacia Hidrográfica do Rio Santa Maria (BHRSM) delimitar a pla-
nície de inundação tem uma importância agrícola a em especial ao cultivo do arroz irrigado que é 
predominante na região. O presente estudo teve por objetivo delimitar e quantificar a área da 
planície de inundação da BHRSM. Para tanto foi utilizado um Modelo Digital de Elevação (MDE), 
hidrologicamente coerente, que possibilitou a extração dos cursos d’água e delimitação da bacia em 
ambiente de Sistema de Informação Geográfica (SIG). Com o uso do descritor de terreno Height 
Above the Nearest Drainage (HAND) se obteve informações de altitude em relação a drenagem. As 
áreas sujeitas às inundações na BHRSM foram estimadas em, aproximadamente. 11 mil ha, 
concentrando-se no centro da bacia hidrográfica. Conclui-se que a metodologia empregada obteve 
êxito para o presente estudo e a aplicação pode ser indicada para estudos relacionados ao 
delineamento de áreas inundáveis. 
 
Palavras-Chave – HAND, planície de inundação 
 
 
DELIMITATION OF FLOOD PLAIN OF THE RIVER BASIN RIVER 
SANTA MARIA – RS BASED DIGITAL MODEL OF HIGH 
ENVIRONMENTAL GIS 
 
Abstract- For the region of River Basin Santa Maria (BHRSM) delimit the flood plain has a 
special agricultural importance in the cultivation of rice that is prevalent in the region. This study 
aimed to define and quantify the area of BHRSM floodplain. For this we used a Digital Elevation 
Model (DEM), hydrologically consistent, which allowed the extraction of watercourses and delimi-
tation of the basin in Geographic Information System (GIS). Using the terrain descriptor Height 
Above the Nearest Drainage (HAND) was obtained altitude information regarding drainage. The ar-
eas subject to flooding in BHRSM were estimated at approximately 11 thousand square kilometers, 
focusing on the center of the basin. It is concluded that the method was successful for this study and 
the application may be indicated for studies related to the delineation of wetlands. 
Keywords – HAND, floodplains 
 
 
1 Mestranda no PPG em Recursos Hídricos da Universidade Federal de Pelotas – UFPel. e-mail: rutedaielachaves@gmail.com 
2 Mestrando no Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia na Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS. e-
mail: henriquencunha@gmail.com 
3 Professor Titular, Tecnólogo em Geoprocessamento na UFPel. e-mail: dtisot@hotmail.com 
4 Pesquisador, Embrapa Clima Temperado. e-mail: adalberto.miura@embrapa.br 
5 Professor Titular, PPG em Recursos Hídricos do Centro de Desenvolvimento Tecnológico da UFPel. e-mail: collares@ufepel.tche.br 
 
XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2 
INTRODUÇÃO 
Planície de inundação é a faixa do vale fluvial composta de sedimentos aluviais, bordejando o 
curso de água e periodicamente inundada pelas águas de transbordamento proveniente do rio 
(PEREZ FILHO et al., 2006). Embora esta definição seja admissível, a planície de inundação pode 
ser definida e demarcada por critérios diferentes, conforme a perspectiva e os objetivos do 
pesquisador (CHRISTOFOLETTI, 1980). 
As formações dos solos aluviais apresentam, por sua vez, deficiência de drenagem (hidromor-
fismo), ocasionando solos que contribuem para a pecuária de corte e o cultivo de cereais, como, 
arroz irrigado ( WENDT et al. , 2004). 
A bacia hidrográfica é a área de captação natural de águas pluviais e fluviais que converge os 
escoamentos para um único ponto de saída, seu exutório (TUCCI, 2002). A bacia hidrográfica é o 
ambiente fundamental de análise no ciclo hidrológico, principalmente na sua fase terrestre, que en-
globa a infiltração e o escoamento superficial (ARAÚJO et al., 2003). Sua utilização como recorte 
espacial básico para os estudos ambientais tem sido proposta por muitos autores, tendo em vista que 
as alterações decorrentes das interferências humanas sobre o ambiente refletem-se na bacia 
hidrográfica como um todo (IBGE, 2009). 
O descritor de terreno Height Above the Nearest Drainage (HAND), traduzido para “altura 
acima da drenagem mais próxima”, desenvolvido por Rennó et al., (2008), calcula, como já refere o 
nome, a altura do terreno em relação a drenagem mais próxima e tem sido avaliado em classificação 
de solos, revelando forte correlação entre as condições de água no solo, nível do lençol freático e a 
topografia (PEREIRA et al., 2011). 
Como objetivo de mapear as planícies de inundação da Bacia hidrográfica do Rio Santa 
Maria, RS, BHRSM, foi empregado o HAND, modelo que utiliza um Modelo Digital de Elevação 
(MDE) como base, associado a outros elementos do terreno, aplicado para delimitar e quantificar as 
áreas de planície de inundação com o apoio de ferramentas de Sistema de Informação Geográfica 
(SIG). 
 
MATERIAIS E MÉTODOS 
 
Localização e descrição da área de estudo 
A Bacia Hidrográfica do Rio Santa Maria – RS (BHRSM) está localizada ao sul do Estado do 
Rio Grande do Sul (RS), abrangendo os municípios de Lavras do Sul, Santana do Livramento, São 
Gabriel, Rosário do Sul, Cacequi e Dom Pedrito. Segundo FEPAM (2001), sua área totaliza aproxi-
madamente 16 mil km². 
O rio Santa Maria, que atribui o nome a bacia da área de estudo, está orientado no sentido 
Sul-Norte, com nascente a nordeste do município de Dom Pedrito e tem sua foz/exutório no Rio 
Ibicuí, no município de Cacequi. Sua aparência de “y” invertido se dá pelo encontro do seu afluente 
Ibicuí-da-Armada com o rio Santa Maria da cidade de Rosário do Sul (Figura 1). A partir deste 
confluente, o rio segue no sentido norte até seu exutório no rio Cacequi. O principal uso de água se 
destina à irrigação de cultivos de arroz, causando déficits hídricos durante o verão (SEMA, 2010) 
 
 
XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3 
 
Figura 1- Localização da área de estudo. Fonte: IBGE (2013); HASENACK, H. WEBER, E. (2010). 
Segundo um estudo realizado pela Fundação Estudual de Proteção Ambiental (FEPAM) a 
atividade agropecuária é a atividade economica em predomínio na região, voltada principalmente ao 
arroz irrigado e ao gado de corte. Os recursos hídricos da bacia vem sendo constantemente afetados 
pelo manejo agrícola incorreto com o desmatamento para expansão de lavouras, considerado o 
principal fator do aumento dos processos erosivos, formação de vossorocas e consequentemente 
transporte de sedimentos para os cursos d`água. 
A irrigação da cultura do arroz, principal atividade agrícola na bacia e com importância 
econômica significativa, se configura como um dos principais usos dos recursos hídricos da bacia 
hidrográfica, aproximadamente 147 mil l/s, durante o período de irrigação, coincidente com o 
verão, período que os demais usos também são intensos . As pastagens naturais ou implantadas 
ocupam 80% da bacia, destinando-se especialmente para o rebanho bovino que é a segunda maior 
atividade econômica observada na região da bacia (FEPAM, 2001). 
 
Procedimentos e materiais digitais 
 
Para a determinação das áreas de planícies de inundação, torna-se necessário, inicialmente, 
identificar a bacia hidrográfica e sua rede de drenagem e, a partir dela, delimitar até que altitude 
será considerada como zona de alagadiça. 
No processamento dos dados foram utilizadas as seguintes informações carto-temáticas da 
área de estudo: limites municipais (IBGE, 2013), áreas urbanas, hidrografia(HASENACK e 
 
XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4 
WEBER, 2010). Estes dados foram integrados em ambiente SIG ArcGis 9.3® com as extensões 
Spatial Analyst® e 3D-Analyst® (ESRI, 2008). 
Além dos dados já relacionados utilizou-se MDEs do projeto TOPODATA elaborados a partir 
dos dados SRTM, disponíveis no Banco de Dados Geomorfométricos do Brasil (VALERIANO, 
2008). 
Diversos autores destacam a importância da correção de altitude para obtenção de um dos 
MDE hidrologicamente coerente (PENHA e SILVA, 2012). Desta forma, o primeiro passo foi 
aplicar a ferramenta Fill presente na extensão Spatial Analyst do Arcgis, que suprime zonas de 
valores extremos (depressões e picos) eliminando as imperfeições no MDE (sinks). 
A primeira etapa da análise da topografia para resultar dados de interesse hidrológico foi a 
definição de direções de escoamento para cada elemento da matriz do MDE (COLLISCHONN et 
al., 2010). As direções de fluxo d’água foram definidas pela ferramenta Flow Direction, que 
consiste em determinar a direção do escoamento considerando a maior declividade de uma célula 
em relação a suas oito células limítrofes 
O passo seguinte foi estabelecer o conjunto de fluxo de acúmulo, com a ferramenta Flow Ac-
cumulation, atribuindo-se para cada célula um valor igual ao número de células que fluem para ela. 
Determinado o fluxo de acúmulo foi realizada a extração da rede de drenagem, condicionando um 
limiar ao qual determina os valores de acúmulo dos fluxos, após convertida em arquivo vetorial pela 
ferramenta Stream to Feature, sobre o qual foi gerado um ponto geográfico no exutório revelado. A 
partir dos dados obtidos, foi utilizada a ferramenta de delimitação de bacias hidrográficas 
Watershed para o delineamento dos limites topográficos da BHRSM. (Figura 2). 
 
 
Figura 2 - Metodologia de obtenção de uma bacia hidrográfica no ArcGis 9.3. 
 
Para determinar o represamento das águas, utilizou-se o módulo livre ‘HAND’, executável em 
IDL, desenvolvido por Rennó et al. (2008). O HAND mede a diferença altimétrica entre qualquer 
ponto da grade do MDE e o respectivo ponto de escoamento na drenagem mais próxima, conside-
rando a trajetória superficial de fluxo que liga topologicamente os pontos da superfície com a rede 
de drenagem. O resultado é uma grade representando a normalização do MDE com relação à 
drenagem (Figura 3). 
 
Determinação 
da área de 
interesse
Obtenção dos 
dados altimétricos 
MDE
Correçâo de 
falhas por meio 
do comando Fill
Determinação das 
direções de escoamento 
por meio do comando 
Flow Direction
Determinação das 
zonas de acúmulo 
pelo comando Flow 
Accumulation
Determinação dos cursos 
d'água, utilizando o 
comando Con e Stream 
to Feature
Delimitação da bacia 
hidrografica pelo 
comando Watershed
Bacia 
Hidrográfica 
da área de 
estudo
 
XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5 
 
Figura 3 -1. Grade matricial MDE; 2. Direção de fluxo; 3. Fluxo acumulado; 4. Drenagem; 5. HAND. Adaptado de Cunha et al. 
(2014). 
 
Nobre et al. (2011) enfatizam que as superfícies planas, quando utilizadas para determinar as 
direções de fluxo, deixam dúvida, no entanto as consequências não são relevantes ao processo 
HAND, pois oscilações horizontais na vazante sobre a superfície plana não tem efeito sobre a 
posição vertical relativa ao terreno circundante. 
Para determinar o nível máximo das cheias na BHRSM foram analisados dados da série histó-
rica, 2005 a 2014, do posto pluviométrico da estação 76310000, na cidade de Rosário do Sul, 
obtidos no banco de dados Hidroweb - Sistema de Informações Hidrológicas disponibilizado pela 
Agência Nacional da Água (ANA). Desta forma, as áreas alagáveis foram classificadas pela altura 
média e máxima das cheias (1,2 ≥ áreas alagáveis ≤ 9,5 m). 
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
As áreas sujeitas a inundações na BHRSM foram quantificadas em aproximadamente 11 mil 
km², o que equivale a 67% da área total da bacia, concentrando-se no centro da bacia. O algoritmo 
HAND apresentou grande potencial para determinação destas áreas (Figura 4). 
 
XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6 
 
Figura 4 - Resultado do HAND subdividido em até 9,5 m 
A BHRSM possui um relevo plano à suave ondulado envolvendo quase a totalidade da bacia. 
A análise do resultado do descritor HAND expõe essa característica através da homogeneidade 
entre o nível de inundação média de 1,2 m e a máxima de 9,5 m, mostrando a proximidade do 
lençol freático com a superfície. 
O descritor HAND para caracterizar aspectos hidrológicos da área favorece analises referentes 
ao cultivo de arroz irrigado cultura predominante na região. O método se mostrou satisfatório para 
detecção das áreas de planície aluviais. De modo a complementar o trabalho quando comparados a 
estudos anteriores sobre localização de várzeas do Estado as áreas corresponderam, sendo que as 
planícies sobrepuseram as várzeas. 
 
XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7 
Outros autores também têm obtido sucesso ao utilizar a metodologia proposta neste estudo. 
Testes realizados por Rennó et al. (2008) com o HAND em áreas da bacia amazônica, revelaram 
forte ligação entre o modelo, as classes de profundidade do lençol freático e a topografia local. 
Alfaya (2012) avaliou o uso de dados SRTM e o descritor HAND para mapear as áreas alagadas da 
calha do rio Solimões-Amazonas, utilizando análise baseada em objeto, cujos resultados revelaram 
que os dados e o método utilizados são propícios para esse tipo de mapeamento e de área de estudo. 
Os dados altimétricos das imagens do TOPODATA revelam ampla utilidade para 
fotointerpretação e análises geomorfológicas proveniente da resolução espacial que os 
processamentos realizados proporcionando uma alta qualidade visual, mas tem empregado uma 
fonte propagadora de erros em virtude de ser derivado de interpolações dos dados SRTM. Para 
diminuir os erros é aconselhável o uso de imagens com dados brutos e originais com a mesma, ou 
melhor, resolução espacial, todavia o dado é pesado para analises hidrológicas, ocasionando muito 
tempo de processamento. 
 
CONCLUSÃO 
Por apresentar uma área de captação com elevado número de canais afluentes, este estudo re-
velou que grande parte da BHRSM, principalmente próxima à rede hidrográfica, está sujeita às 
inundações. 
As planícies de inundação constituem áreas planas a levemente inclinadas, formados por solos 
derivados dos sedimentos transportados pelos rios no processo de aluviação e coluviação. Para ana-
lisar essa formação é preciso de dados e métodos compatíveis, fatores que podem alterar de acordo 
com as características da área de estudo. 
A metodologia proposta para o mapeamento das planícies de inundação na BHRSM revelou-
se adequada, com êxito no resultado obtido. O sucesso do método aplicado pode ser influenciado 
pela escolha de entrada adequada dos parâmetros. Características distintas dos dados auxiliares 
pode servir de forma diferente para objetivos específicos. Um método/parâmetro pode ser bem 
sucedido para algum estudo, mas em outro pode falhar. O método empregado pode ser 
recomendado para utilização em análises semelhantes em outros ambientes, desde que seja 
realizada a adequação dos parâmetros locais, visando a sua eficiência. 
 
AGRADECIMENTOS 
Os autores agradecem as bolsas concedidas pela CAPES, a EMBRAPA pelo suporte e aos 
programas de pós-graduação pelo apoio. 
 
 
REFERÊNCIAS 
ALFAYA, F. A. V. da S. Mapeamento das áreas alagadas da calha do rio Solimões Amazonas 
utilizando analise baseada em objeto com dados SRTM. INPE, São José dos Campos, 2012. 
ANA - Agencia Nacional de Água. HIDROWEB: Sistemade Informações Hidrológicas. Disponível 
em: hidroweb.ana.gov.br/. Acesso em 20 out 2014. 
ARAÚJO, L. E. DE et al. Bacias hidrográficas e impactos ambientais. p. 1–18, 2003. 
 
XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8 
CHRISTOFOLETTI, A. Geomorfologia Fluvial. 1. ed. São Paulo: Edgar Blucher LTDA, 1980. v. 
1. 
COLLISCHONN, W. et al. Manual de Discretização do modelo MGB-IPH. Projeto Integrado de 
Cooperação Amazônica e de Modernização do Monitoramento Hidrológico. [S.l.]: 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL. , 2010 
CURTARELLI, M.; CREMON, É. Redução do efeito dossel no MDE-SRTM utilizando técnicas de 
processamento digital de imagens. … Remoto, 15 (SBSR), 2011. 
FEPAM. Enquadramento dos recursos hídricos superficiais da bacia hidrográfica do rio Santa 
Maria. n. 51, 2001. 
FIDALGO, E. C. C.; CARVALHO JÚNIOR, W. DE; GODOY, M. D. P. Análise da qualidade do 
modelo digital de elevação para representação da bacia hidrográfica do rio Guapi-Macacu, RJ. In: 
XVI Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas e XVII Encontro Nacional de Perfuradores de 
Poços, p. 3785–3791, 2009. 
IBGE. Manual técnico de geomorfologia. Coordenação de Recursos Naturais e Estudos 
Ambientais. Rio de Janeiro: Instituto Brasileiro de Geografi a e Estatística. , 2009 
NOBRE, A. D. et al. Height Above the Nearest Drainage - a hydrologically relevant new terrain 
model. Journal of Hydrology, v. 404, n. 1-2, p. 13–29, jun. 2011. 
PENHA, A. D. L. T. DA; SILVA, D. C. DA. Correção De Erro De Altitude Em Mds Aster-Gdem 
Em Delimitação De Bacia Hidrográfica. IV Simpósio Brasileiro de Ciências Geodésicas e 
Tecnologias da Geoinformação, p. 1–9, 2012. 
PEREIRA, M. M. E. et al. Comparação entre o descritor de terreno HAND e o índice NDVI. XIX 
Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, p. 1–9, 2011. 
PEREZ FILHO, A.; ZANCOPÉ, M. H. C.; BRIGUENTI, E. C. Hierarquia fluvial e planícies de 
inundação. VI Simpósio Nacional de Geomorfologia, p. 4567, 2006. 
RENNÓ, C. D. et al. HAND, a new terrain descriptor using SRTM-DEM: Mapping terra-firme 
rainforest environments in Amazonia. Remote Sensing of Environment, v. 112, n. 9, p. 3469–3481, 
set. 2008. 
SEMA. GOVERNO DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL Secretaria do Meio Ambiente - 
Serviços e Informações - (SEMA). 
TUCCI, C.E.M. (Org.) (2002) Hidrologia: ciência e aplicação. 2. ed. Porto Alegre: Editora 
UFRGS: ABRH, 2002. 942 p. (Coleção ABRH de Recursos Hídricos; v.4) 
WENDT, W.; TOESCHER, C. F.; CAETANO, V. DA R. Comportamento de genótipos de trigo 
cultivados em dois ecossistemas de terras baixas na metade sul do Rio Grande do Sul. Embrapa 
Clima Temperado, p. 1–3, 2004.