Categoria de Pesquisa: Pesquisa Aplicada
Palavras-Chave: Hidrologia, Altimetria espacial, Sistema de informações geográficas, Modelagem.
Custo Total:R$ 356.500,00
Tema de Pesquisa: Meio ambiente
Ano de Início: 2005
Áreas de Conhecimento: Geodésia, Geografia Física.
Objetivos:
Constitui principal objetivo do Projeto Cash - Balbina: "Avaliar a utilização de técnicas de altimetria espacial para monitorar os aportes líquidos da bacia do rio Uatumã na área a montante do reservatório da UHE de Balbina". Para isso, se pretende atingir oito metas específicas:
1.Viabilizar um canal para a obtenção de dados de altimetria espacial com o Laboratoire d'Etude em Geophysique et Océanographie Spatiales (LEGOS) de Toulouse, França;
2.Criar na Universidade do Amazonas um núcleo de conhecimento na temática além de uma base de dados de altitude dos planos d'água com os dados fornecidos pelo LEGOS;
3.Estabelecer uma rede hidrológica virtual, com o uso da altimetria espacial, na bacia hidrológica de interesse;
4.Melhorar a qualidade das medidas altimétricas através de procedimentos matemáticos, computacionais e coleta de dados GPS no campo em colaboração com pesquisadores do LEGOS e do Programa HIBAM
(http://www.ana.gov.br/hibam);
5.Definir uma metodologia de trabalho para monitoramento das variações dos níveis dos planos d'água na Amazônia com o uso da altimetria espacial;
6.Selecionar um conjunto de dados hidrológicos derivados da tecnologia da altimetria espacial para o desenvolvimento de aplicações práticas, passíveis de utilização em outras áreas da bacia Amazônica;
7.Realizar medições hidrológicas com o uso de técnicas inovadoras, especialmente com o uso de Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) , visando um acoplamento com os dados espaciais;
8.Elaborar um modelo hidrológico de previsão de aportes d'água no reservatório da UHE Balbina com dados da altimetria espacial e de ADCP, visando utilizar a metodologia em outras áreas tanto já em aproveitamento, pela Eletronorte, quanto como auxiliar nos estudos de planejamento de uso de futuros potenciais.
Justificativa:
Em 1991 Engman e Gurney, previam a utilização de medições espaciais, na hidrologia, com o uso de satélites. No entanto, os mesmos autores constataram a dificuldade de medir uma das principais variáveis do ciclo hidrológico, a vazão dos rios, a qual não poderia ser realizada diretamente por técnicas espaciais. Nos últimos anos, a utilização da tecnologia espacial permaneceu restrita a estudos do uso e ocupação do solo, através do uso de modelos omada daquelas questões iniciais, quanto a estimar as vazões e regionalizar seus valores, no meio continental, a partir de dados espaciais derivados de satélites altimétricos. No atual monitoramento hidrológico da Amazônia, em escala continental, se dispõe unicamente de uma rede hidrométrica convencional (http://www.ana.gov.br ), com cerca de 300 estações para medição de níveis (com um pequeno percentual de estações automáticas) onde em pouco mais de 50% são realizadas determinações de vazão com uma freqüência não superior a 4 vezes ao ano. Além dessa rede, com o intuito de viabilizar o monitoramento hidrológico dos reservatórios, em especial os hidrelétricos, uma outra rede baseada nos reservatórios das usinas hidrelétricas, foi estabelecida segundo a Resolução nº 396 da Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL. O uso da informação hidrológica, bem como a produção de modelos hidrológicos para acoplamento com os demais parâmetros como por exemplo o fluxo de matéria em suspensão (MES), tem sido pouco explorado. Uma primeira abordagem utilizando SIG foi realizada por Eid (1999), sendo que depois disso pouca contribuição foi realizada com relação ao uso do SIG para modelar os fluxos de MES na Amazônia. O uso da tecnologia espacial para o monitoramento hidrológico é inexiste em caráter operacional e apenas os resultados de alguns esparsos testes científicos foram até então realizados (Alsdorf et al., 2001; de Oliveira Campos et al. 2001), no entanto esses resultados evidenciam um grande potencial inclusive para a avaliação de áreas de sedimentação. Especificamente no caso do reservatório da UHE Balbina, um experimento de correlação entre os dados do satélite TOPEX/POSEIDON, com os dados da régua instalada na barragem está sendo realizado, os primeiros resultados vêm comprovando o potencial de uso desta tecnologia em áreas de grandes planos d'água (Filizola et al., in prep). Dados mais atuais (Seyler et al.; in press) dão conta dos usos que se pode fazer da altimetria espacial na hidrologia, bem como para a modelagem de fluxos, especialmente em uma bacia hidrográfica das dimensões da Amazônica. Segundo esses estudos, os dados de altimetria espacial são úteis tanto para a construção de cenários, quanto para a previsão de aportes hídricos, além de possibilitarem a avaliação de áreas de sedimentação potencial. Alguns projetos internacionais têm sido montados para averiguar as aplicações práticas desta tecnologia. No Brasil ainda não existem iniciativas. A presente proposta tem essa retenção, buscando harmonizar o país com essa tecnologia e trabalhando para que ela tenha uso direto num setor de importância capital para a Amazônia, como é o caso do setor elétrico. Direciona-se, mais especificamente aos reservatórios da usinas hidrelétricas instaladas na região, que necessitam de dados cada vez mais refinados com vistas a uma otimização de sua operação, ou ainda no inventário de novos aproveitamentos. De imediato se pode citar, por exemplo, o estabelecimento de redes hidrométricas virtuais de monitoramento e também do uso desses dados para dar suporte à elaboração de modelos hidrológicos de previsão de níveis ou ainda dos aportes líquidos a uma área piloto como é o caso do reservatório da UHE Balbina.
Metodologia:
Para realizar a proposta, além do auxílio da Eletronorte, solicitado no escopo desta proposta, uma associação entre os grupos do Programa HIBAM, Brasil e França, já foi estabelecida, principalmente pelo fato de o acesso às informações aos dados de altimetria espacial ser feito através dos laboratórios franceses identificados a seguir. Esta colaboração se dá atualmente entre Pesquisadores do Centro de Ciências do Ambiente (CCA) e do Núcleo Interdisciplinar de Energia, Meio Ambiente e Água (NIEMA), ambos da Universidade Federal do Amazonas com pesquisadores do Laboratório de Estudos em Geofísica e Oceanografia Espacial (LEGOS) e do Laboratório de Mecanismos de Transferência em Geologia (LMTG), ambos da Universidade Paul Sabatier de Toulouse, França. Pretende-se intensificar este relcionamento buscando a obtenção dos dados de altimetria espacial da região do reservatório da UHE Balbina junto ao LEGOS, que detém a tecnologia e o direito de trabalhá-la para o governo francês. Esses contatos têm sido mantidos há dois anos através da realização de missões de campo entre pesquisadores do LEGOS e do Programa HIBAM na Amazônia em atividades de calibração das medidas altimétricas na bacia do rio Negro e que desejamos realizar também no reservatório da UHE Balbina. Após a obtenção dos dados, bem como de suas instruções de identificação será construída uma base de dados de altitude dos planos d'água na bacia a montante do reservatório da UHE Balbina, dados estes obtidos a partir de medidas altimétricas padrão existentes. As medidas padrão denominadas Geophyscial Data Records - GDR, originadas a partir do "tracking" nominal do sinal do radar, com as informações fornecidas pelo LEGOS compõem o padrão denominado "Produto GDR" das missões TOPEX/POSEIDON (primeira órbita datada de agosto de 1992 a agosto de 2002; segunda órbita após setembro 2002), Jason (sob a órbita 1 do TOPEX/POSEIDON) e ENVISAT. Os trabalhos de melhoria das medidas altimétricas farão uso das medidas brutas (formas de ondas, dentro dos produtos SDR) das mesmas missões altimétricas. As características dessas medidas já encontram-se identificadas.
Para o posicionamento do traço descrito pela órbita dos satélites, serão utilizadas imagens de média a alta resolução da bacia hidrográfica: imagens LANDSAT, SAR JERS e algumas cenas SPOT para regiões específicas. Essas imagens serão adquiridas no escopo do Programa HIBAM e disponibilizadas para o grupo brasileiro na UFAM, para o uso específico nesta proposta de projeto. Para a constituição da base de dados de altitude dos planos d'água para a bacia do Uatumã, serão utilizados os passos como mostrado por Birkett (1998) e depois verificado pelo LEGOS (Mercier, 2001; de Oliveira Campos et al., 2001; Maheu et al., 2003; Samain et al.; 2003) para a utilização das medidas altimétricas padrão de "tracker" tipo oceano e que permitem construir séries temporais de altitude dos planos de água sobre os grandes rios e zonas de inundação na Amazônia, com uma precisão da ordem de 10 cm. O trabalho consiste em desenvolver um método de tratamento operacional e refinamento das medidas altimétricas padrão obtidas sobre a Amazônica continental, para a área da bacia do rio Uatumã. O intuito é identificar intersecções de traços de satélite com os diferentes cursos d'água da rede hidrográfica da bacia com o suporte de imagens de satélite de alta resolução e dos dados das estações das redes hidrométricas existentes, para selecionar os melhores locais; onde se podem obter medidas altimétricas válidas. A partir destes resultados da altimetria espacial, a pretensão é construir séries temporais de dados de planos d'água para tais localidades. Esses pontos de intersecção serão identificados em Sistema de Informações Geográficas e irão constituir uma rede hidrométrica aqui denominada Rede Hidrométrica Virtual. Os dados dessa rede serão então trabalhados em sistemas de modelagem hidrológica clássicos (série HEC) incorporando o suporte de SIG, desde que dados adicionais estejam disponíveis. Para melhorar as medidas altimétricas dois procedimentos básicos serão realizados: i) Utilização de medidas altimétricas brutas, forma de onda, nos produtos Sensor Data Record - SDR, onde serão aplicados algoritmos de otimização de cálculo da altura altimétricas sobre águas continentais ("retracking") em desenvolvimento pela equipe do LEGOS de Toulouse, França, em parceria com a equipe HIBAM (http://www.ana.gov.br/hibam); ii) Otimização de correções geofísicas e ambientais, utilizando-se dos procedimentos computacionais associados aos resultados de missões de campo para estabelecimento de referenciais altimétricos com o uso de técnicas de GPS (Sistema de Posicionamento Global). Os estudos de "re-tracking" têm sido conduzidos para possibilitar o uso do sinal do radar sobre os continentes. Para a efetiva utilização do sinal radar são necessários trabalhos de campo para o posicionamento dos traços e a obtenção "in loco" dos valores altimétricos de referência, que possibilitarão o uso de uma referência absoluta para o processamento subseqüente dos dados, já que o fato de as réguas usualmente utilizadas nas estações hidrométricas na Amazônia utilizam referências de nível arbitrárias. Para definir um conjunto de dados hidrológicos que poderão ser derivados da base de dados de altitudes de planos d'água, de forma a possibilitar o desenvolvimento de metodologias de obtenção desses mesmos dados através de combinações com medições "in loco" e também pela modelagem serão testados procedimentos como:
i)Combinar as altitudes derivadas das altitudes espaciais e das alturas de água obtidas "in loco" visando restituir séries de níveis d'água diários nos pontos de intersecção dos cursos d'água com os traços do satélite;
ii)Estimar a declividade da linha d'água dos rios para a interpolação entre as medidas de satélite e aquelas obtidas "in loco" ; e
iii) Nivelar as estações hidrométricas da rede local em relação a um referencial absoluto.
A partir destes resultados pretende-se avançar para:
a)Avaliar um conjunto de parâmetros (largura do plano d'água, morfologia das margens, estrutura das zonas adjacentes ao curso d'água, características da vegetação sobre e ao redor do plano d'água, variações sazonais de nível d'água, orientação do curso d'água em relação ao traço do satélite, situação do plano d'água em relação ao nadir do satélite, estrutura contínua ou por partes do plano d'água) que influem na obtenção de uma medida altimétrica recorrente e de qualidade, a partir do que serão definidos padrões; b)Definir um número de estações virtuais das quais será possível obter os níveis d'água a partir das altitudes dos satélites, verificar com que freqüência temporal e quantas medidas "in loco" serão necessárias para calibrar as medidas de satélite e para a elaboração de modelos de propagação de cheias e de demais eventos críticos;
c)Analisar a possibilidade de desenvolver métodos para a estimativa de vazões a partir dos níveis d'água e de parâmetros morfológicos e dinâmicos medidos ou derivados de dados espaciais, incluindo o uso de medidas ADCP; e
d)Analisar o uso de medidas de satélite para o desenvolvimento de métodos de cálculo da variabilidade dos volumes de água estocados e liberados visando estabelecer um modelo hidrológico da bacia do rio Uatumã. Finalmente se pretende elaborar um modelo hidrológico de previsão de níveis d'água no reservatório da UHE Balbina com base na informação compilada da base de dados de altimetria espacial desenvolvida no projeto, calibrada em terra com o uso de técnicas GPS (Kosuth et al., 2002). Após essa calibração, os dados serão analisados, preparados e inseridos em modelos hidrológicos clássicos adaptados para SIG, do tipo HEC-GEOHMS, como descrito por Oliveira (1999). Os resultados desta modelagem serão calibrados tanto com o uso de dados de redes convencionais quanto com o uso de dados da altimetria espacial.
fonte: Formulário de Projeto da ANEEL
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