Mapping and interpretation

Na seção anterior, 5.2, foi discutida a grande quantidade de parâmetros envolvida nas simulações com o SWAT. Para facilitar o manejo e as operações executadas com esses dados, o modelo faz interface com uma plataforma de SIG, à qual compete também localizar geograficamente todos os fenômenos simulados, executar o delineamento automático da bacia, e promover a álgebra de sobreposição dos parâmetros correspondentes aos mapas de declividade, de solos e de cobertura.

Portanto, pode-se afirmar que uma das principais vantagens associadas à aplicação do SWAT para avaliar a produção de sedimentos em uma bacia hidrográfica é a possibilidade da inserção de grande quantidade de informações na rotina do modelo a partir de mapas digitais alimentados em uma plataforma de SIG com interface com o Swat2005. Além disso, o SIG possibilita que parte dos resultados seja interpretada através de mapas.

Neste trabalho foi utilizado o software Arcgis 9.3 como ferramenta de SIG, cuja interface com o modelo SWAT recebe a denominação de ArcSwat (versão 2.3.4).

Para ilustrar a participação do SIG no processo de simulação com o SWAT, a Figura 5.5 apresenta um fluxograma com as etapas resumidas que compõem uma simulação qualquer, que começa com o processo de reunir os dados climáticos, pedológicos, de cobertura do solo e topográficos.

A partir da topografia da bacia, representada pelo MDT, o SWAT em interface com o SIG deriva a distribuição de declividades e comprimentos de declive, e desenvolve a etapa de delineamento da bacia, a partir da qual se definem os limites da bacia, a rede hídrica e as sub-bacias. A seguir, na seção 5.3.1, o processo de delineamento da bacia será explanado da maneira como é executado pelo SWAT.

Figura 5.5 – Fluxograma do processo de simulação com o SWAT.

5.3.1 Delineamento da Bacia Hidrográfica e Definição da Rede Hídrica.

A execução do modelo SWAT requer que estejam previamente estabelecidos os limites físicos dentro dos quais deve desenvolver suas rotinas. Esses limites são as bordas da bacia hidrográfica, a rede hídrica e a definição das sub-bacias. A

determinação dos mesmos compreende a primeira etapa a ser cumprida para a execução das simulações, sendo concebida automaticamente com base no modelo digital de terreno (MDT) disponível, restando ao usuário controlar alguns poucos detalhes e parâmetros. De todo modo, pretende-se com esta seção elucidar resumidamente as técnicas envolvidas nesse processo de delimitação da bacia, tendo como referência os trabalhos de Jeson e Domingue (1998) e DeBarry (2004).

O MDT, enquanto imagem do tipo raster, composta de um conjunto de células ou pixels, possibilita que se determinem os limites da bacia hidrográfica, a provável rede hídrica e o delineamento das sub-bacias através de técnicas que serão abordadas nesta seção. Essas técnicas geralmente são baseadas em operações de vizinhança, nas quais cálculos e decisões são realizados para uma determinada célula do MDT com base nos valores contidos nas oito células espacialmente adjacentes.

Os procedimentos iniciais de utilidade geral para a determinação desses aspectos da bacia hidrográfica são divididos em três etapas: a) preenchimento de depressões do MDT, b) determinação da direção do fluxo para cada pixel, e c) determinação da acumulação do fluxo, na qual cada célula recebe um valor igual ao total de células que lhe drenam.

I. Preenchimento de Depressões

Os MDTs quase sempre contêm depressões que podem se configurar como bloqueio ao desenho do percurso do fluxo. Diante disso, a primeira etapa tem como objetivo reajustar o MDT para “corrigir” essas depressões e possibilitar o desenvolvimento de cursos sem interrupções que contemplem toda a bacia hidrográfica. Para tanto, as células que contém depressão são elevadas à altura da célula com menor elevação dentre as células adjacentes. Cada célula de um MDT corrigido fará parte de pelo menos um percurso decrescente de células que se direciona para os limites do conjunto total de dados, sendo o percurso composto por células que são adjacentes horizontalmente, verticalmente ou diagonalmente dentro do raster.

II. Direção do fluxo

A segunda etapa necessária para o processo de delimitação física da bacia hidrográfica é a determinação do conjunto com a direção do fluxo, de maneira que se registre a direção através da qual a água escoará pixel a pixel, considerando para cada célula as elevações das oito células de entorno.

Quando o procedimento de direção do fluxo é aplicado a um MDT com depressões corrigidas, todas as células obrigatoriamente terão um valor de direção de fluxo e está inserida dentro de um percurso que se encerra no limite do conjunto de dados, assim como ilustra a Figura 5.6. Nessa figura é possível observar o conjunto de células com seus valores de elevação e o vetor resultante de direção de fluxo.

Figura 5.6 – Conjunto de células com suas elevações e a direção do fluxo definida.

Fonte: DeBarry (2004)

De posse da direção do fluxo já é possível delimitar a bacia hidrográfica desde que se tenha um ponto ou um conjunto de pontos de interesse, exutórios, nos quais a bacia deve se encerrar, direcionando para os mesmos o fluxo hídrico gerado.

Em geral, o exutório, ou o ponto extremo mais baixo de uma bacia ou sub- bacia se configura como um ponto de análise, podendo ser este a confluência de trechos de rio, pontes, reservatórios ou barragens, áreas-problema (ou áreas de interesse), pontos onde estão instaladas estações fluviométricas ou sedimentológicas, ou qualquer outro tipo de exutório que encerra a área de análise. Na verdade, trata-se do ponto de interesse final para o qual a avaliação deve se

endereçar. Logo, é coerente que o delineamento da bacia considere não somente os pontos de maiores elevações, mas também os pontos de interesse.

III. Acumulação do fluxo

A terceira etapa faz uso do conjunto de direção de fluxo para criar o conjunto de acumulação do fluxo, no qual será atribuído a cada célula um valor igual ao número de células que fluem para a mesma. Dessa forma, células cujo valor de acumulação de fluxo é zero, ou para as quais nenhuma outra célula encaminha fluxo, geralmente correspondem a padrões de pico ou de borda. A Figura 5.7a exemplifica a determinação da direção e da acumulação do fluxo para o mesmo conjunto de células da Figura 5.6. Por outro lado, a Figura 5.7b, com base no que foi discutido, expõe o traçado dos limites de uma bacia ainda diante do mesmo conjunto de células.

Figura 5.7 – a) Conjunto de células com suas elevações e acumulação do fluxo definida; b) Conjunto de células com suas elevações e delimitação dos limites de uma bacia

5.4 EXECUÇÃO DO MODELO EM DIFERENTES CENÁRIOS DE