Delimitação automática de Bacia hidrográfica usando MapWindow GIS

Entende-se por Bacia Hidrográfica todo o conjunto de terras que fazem a drenagem da água das precipitações para esse curso de água e seus afluentes, e isto se dá por meio da formação da bacia que, obedece a topografia, orientando os cursos d’água das áreas mais altas para as mais baixas até encontrar o seu exutório.

No tutorial de hoje será mostrado como delimitar uma bacia hidrográfica de forma semi-automatizada usando o plugin Watershed Delineation do MapWindow GIS. Este plugin nada mais é que o programa TAUDEM (Terrain Analysis Using Digital Elevation Models) que nada mais é que um conjunto de ferramentas para a extração e análise de informações hidrológicas da topografia, com base num Modelo Digital de Elevação. É uma aplicação desenvolvida pelo prof. David Tarboton e mantida pelo Hydrology Research Group da Universidade Estadual de Utah-EUA. Recentemente foi lançada a versão 5.0 do programa, que pode ser executado stand alone ou através de plugin tanto no MapWindow quanto no ArcGIS.

Para realizar o download do TAUDEM, acesse o link: http://hydrology.usu.edu/taudem/taudem5.0/downloads.html

Para este tutorial utilizamos o TAUDEM embarcado no MapWindow.

Então, vamos ao que interessa.

Primeiramente, a sua área de interesse deve ter sido importada para dentro do MapWindow, como na figura abaixo.

Todo o processo de delimitação da bacia hidrográfica se resumirá ao plugin

1. SELECIONANDO UM MDE

Depois te ter aberto o seu MDE no MapWindow, se faz necessário que o mesmo seja selecionado para dentro do TAUDEM, afim de que os cálculos possam ser executados. Para isto, clique no menu Watershed Delineation -> Advanced TauDEM Functions -> Select Base DEM Grid.

Em seguida, selecione o MDE que você está trabalhando e clique em OK.

Aparentemente não acontecerá nada, mas o seu MDE já está pronto para os algoritmos rodarem sobre ele.

OBSERVAÇÃO: Caso a versão do seu MapWindow não consiga realizar este procedimento, ignore este passo.

2. PREENCHENDO BURACOS

Este procedimento remove as células sem informações do MDE, uniformizando-o afim de garantir a conectividade hídrica nas bacias contidas neste MDE.

Clique em Watershed Delineation -> Advanced TauDEM Functions -> DEM Processing Functions -> Fill Pits

Na janela de diálogo Fill Pits, clique em Compute.

O resultado deverá se assemelhar ao da figura abaixo.

3. DIREÇÃO DE FLUXO PELO MÉTODO D8

O método de cálculo da direção de fluxo é o D8, que consiste em determinar a direção de maior declividade de um pixel/célula em relação a seus 8 pixels vizinhos. Segundo Mendes e Cirilo (2001) apud Costa et. al., a direção de fluxo d8 tem a finalidade de estruturar uma grade onde o valor de cada pixel representa a direção do escoamento da água, sempre do pixel vizinho de maior valor de altitude para o de menor valor de altitude.

Então, clique em Watershed Delineation -> Advanced TauDEM Functions -> DEM Processing Functions -> D8 Flow Directions

Na janela de diálogo D8 Flow Directions clique em Compute.

Automaticamente, o programa calculará primeiro a declividade (Slope Grid)…

…para em seguida calcular a direção de fluxo (Flow Direction)

4. DIREÇÃO DE FLUXO D-INFINITY

O método direção de fluxo pelo método D-Infinit, segundo Tarboton (1997) apud Carvalho (2007) atribui um sentido de fluxo baseado na inclinação mais íngreme em uma faceta triangular. Este sentido é medido em radianos, contado no sentido horário a partir do leste, permitindo ângulos contínuos de fluxo e o particionamento da direção entre dois ou mais pixels/células vizinhos.

Assim, clique em Watershed Delineation -> Advanced TauDEM Functions -> DEM Processing Functions -> Dinf Flow Directions

Na janela de diálogo D-Infinity Directions clique em Compute.

Automaticamente, o programa calculará primeiro a declividade, novamente…

…para em seguida calcular a direção de fluxo, novamente.

Compare na figura abaixo a direção de fluxo a partir dos métodos D-Infinity e D8.

5. ÁREA DE CONTRIBUIÇÃO PELO MÉTODO D8

Entendemos como área de contribuição a própria bacia hidrográfica. Para determiná-la precisaremos de um exutório.

Exutório é um ponto de um curso d’água onde se dá todo o escoamento superficial. Geralmente o exutório de uma bacia hidrográfica é a sua foz, mas também pode ser uma barragem, uma estação de coleta ou mesmo qualquer ponto de interesse a ser estudado.

Para este tutorial será preciso um arquivo shapefile contendo o ponto correspondente ao seu exutório.

Partindo da ideia que você não possui o seu exutório, será necessário criá-lo.

Para isso, criaremos uma área de contribuição geral, baseada no seu retângulo envolvente.

Clique em Watershed Delineation -> Advanced TauDEM Functions -> DEM Processing Functions -> D8 Contributing Area.

Na janela D8 Contributing Area, deixe as opções configuradas como estiverem e em seguida clique em Compute.

Esta tarja negra que aparece na figura acima, não sei ao certo o que é. Acredito que seja um bug do programa ou problema na renderização da placa de vídeo. Espero que não ocorra com você.

O resultado deverá se parecer com este.

Para criar o exutório, clique no ícone Create New Shapefile

Na janela seguinte, aponte para o diretório onde deseja salvar seu arquivo e no campo Shapefile Type, selecione a opção Point. Depois é só clicar em OK.

Possivelmente uma janela de advertência abrirá informando que o shapefile criado não possui um sistema de coordenadas mas o programa assumirá que o sistema de coordenadas será o mesmo do projeto. Basta clicar em OK.

Então, vá até o seu ponto de interesse onde deseja marcar o exutório, e dê um clique no pixel correspondente. Perceba que você acabou de criar o seu exutório.

Finalizada esta parte de criação do exutório, voltemos à determinação da área de contribuição de sua bacia hidrográfica.

Novamente, vá em Watershed Delineation -> Advanced TauDEM Functions -> DEM Processing Functions -> D8 Contributing Area.

Preste atenção. Na janela de diálogo D8 Contributing Area, marque a caixa de seleção Upstream of Outlets e vá até o diretório onde se encontra o shapefile correspondente ao exutório e selecione-o. Depois, basta clicar em Compute.

Você deverá ter um resultado que se assemelhe a este.

5. ÁREA DE CONTRIBUIÇÃO PELO MÉTODO D-INFINITY

O método D-Infinity criará apenas a área coletora (Catchment Area) da bacia hidrográfica hidrográfica.

Clique em Watershed Delineation -> Advanced TauDEM Functions -> DEM Processing Functions -> Dinf Contributing Area.

Na janela de diálogo D-Infinity Contributing Area, o exutório já estará selecionado, bastando só você clicar em Compute.

E o resultado deverá se parecer com a imagem abaixo.

6. HIERARQUIA FLUVIAL

A hierarquia fluvial adotada no TauDEM segue a classificação de Strahler (1952).

Clique em Watershed Delineation -> Advanced TauDEM Functions -> DEM Processing Functions -> Grid Network Order and Flow Path Lengths.

Na janela de diálodo Grid Network, marque a caixa de seleção Network defined from raster grid threshold. No campo Threshold Value digite 0 (zero) e, marque a caixa de seleção Upstream of Outlets Only. Em seguida, clique em Compute.

Os resultados são os seguintes:

(A) Strahler Network Order Grid

(B) Longest Upslope Length Grid

(C) Total Upslope Length Grid

7. REDE DE DRENAGEM COMPLETA

Para determinar a sua rede drenagem com base na bacia hidrográfica, clique em Watershed Delineation -> Advanced TauDEM Functions -> DEM Processing Functions -> Full River Network Raster.

Na janela Stream Delineation, no campo Stream delineation method (lado direito), selcione a terceira opção. Logo abaixo, na lacuna correspondente a Order threshold digite 3 (três). Em seguida marque a caixa de seleção Upstream of outlets only e depois clique em Compute.

Esta última seleção faz com que apenas sejam consideradas as drenagens que estejam a montante do exutório.

Este foi o resultado.

8.FUNÇÕES DE PROCESSAMENTO DE REDE E BACIA HIDROGRÁFICA

Para preparar o raster para os processamentos seguintes, clique em Watershed Delineation -> Advanced TauDEM Functions -> Network and Watershed Raster Upstream of Outlets.

Na janela Stream Delineation, no campo Stream delineation method (lado direito), selcione a terceira opção. Logo abaixo, na lacuna correspondente a Order threshold digite 3 (três). Em seguida marque a caixa de seleção Upstream of outlets only e depois clique em Compute.

Esta última seleção faz com que apenas sejam consideradas as drenagens que estejam a montante do exutório.

Em seguida, clique em Watershed Delineation -> Advanced TauDEM Functions -> Network and Watershed Processing Functions -> Stream Order Grid and Network Files.

Na janela de diálogo Stream Order/Network, veja se todas as caixas de seleções estão devidamente marcadas e assim clique em Compute.

Aguarde o processamento terminar e confira o resultado.

Neste procedimento as sub-bacias serão geradas, as topologias de rede serão ajustadas de forma que todas as conexões estejam topologicamente conectadas e em seguida proceder-se-á a conversão da rede de drenagem para shapefile.

Vá novamente em Watershed Delineation -> Advanced TauDEM Functions -> Network and Watershed Processing Functions -> Stream Shapefile an Watershed Grid.

Nesta janela. apenas clique em Compute.

O resultado são as sub-bacias em formato raster e a rede de drenagem já se encontra vetorizada.

O procedimento agora consistirá em converter as sub-bacias em vetor. Para isto, vá novamente em Watershed Delineation -> Advanced TauDEM Functions -> Network and Watershed Processing Functions -> Watershed Grit to Shapefile.

Na janela de diálogo, clique em Compute.

E, por fim o resultado deverá se parecer com este.

Parabéns. Você acabou de delimitar sua bacia hidrográfica e rede de drenagem.

Por hoje é  só, pessoal. Até a próxima.

 

Referências:

http://bibdigital.sid.inpe.br/rep-/dpi.inpe.br/sbsr@80/2008/10.25.17.54

http://www.labhidro.ufsc.br/Artigos/b295.pdf

http://bibdigital.sid.inpe.br/rep-/dpi.inpe.br/sbsr@80/2008/11.17.23.15

http://repositorio.bce.unb.br/bitstream/10482/3522/1/2007_PauloRobertodeSousaCarvalho.pdf

http://mtc-m12.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/marciana/2004/03.01.08.09/doc/publicacao.pdf

About these ads