14h luiza gontijo

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Univ. Federal de Minas Gerais

´ Determina¸c˜ao de curva “Cota X Area” do Reservat´orio da UHE de Trˆes Marias com o Uso de Radar Altim´etrico e Imagens Orbitais ´ Luiza Gontijo Alvares de Campos Abreu, MSc Philippe Maillard, PhD luizagontijoaca@ufmg.br http://www.igc.ufmg.br/ Instituto de Geociˆ encias - Programa de P´ os-Gradua¸c˜ ao em Geografia Universidade Federal de Minas Gerais

7 de Junho 2016 Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

1 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Univ. Federal de Minas Gerais

Introdu¸c˜ao

Monitoramento dos recursos h´ıdricos ´e uma quest˜ao crucial com o aumento da popula¸c˜ao e da demanda por ´agua (Cr´etaux e Birkett, 2006).

O monitoramento sistem´atico da varia¸c˜ao espacial e temporal do volume armazenado nos lagos, com precis˜ao e regularidade, ´e importante para compreendermos a dinˆamica dos processos ambientais (Winter, 1995).

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

2 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Univ. Federal de Minas Gerais

Introdu¸c˜ao

Balan¸co Hidrol´ogico de Lagos/Reservat´ orios: ∆Volume = Fluxo de Entrada + Fluxo de Sa´ıda Estudos recentes sobre altimetria por sat´elite combinados com imagens orbitais demonstraram o grande potencial dessas t´ecnicas para estimar o volume de ´agua e sua varia¸c˜ao temporal.

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

3 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Introdu¸c˜ao -

Univ. Federal de Minas Gerais

Objetivos do Trabalho

Objetivo Geral Apresentar um m´etodo que combine a altimetria radar e imagens, ambos gerados por sat´elite, do reservat´ orio da UHE de Trˆes Marias para estimar varia¸c˜ao de n´ıvel e ´area e criar um modelo de curva ´ “Cota X Area”, obtido totalmente por sensoriamento remoto e compar´a-lo aos dados medidos in situ pela CEMIG.

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

4 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Univ. Federal de Minas Gerais

´ Area de Estudo - Reservat´orio UHE Trˆes Marias Reservat´orio da UHE de Trˆes Marias • Localizado a 270 km de Belo Horizonte. ´ • Unico reservat´ orio do Alto S˜ao Francisco.

• Primeiro empreendimento de grande porte com m´ ultiplas finalidades do Brasil (Cachapuz, 2006).

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

5 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Dados Utilizados -

Univ. Federal de Minas Gerais

In situ - CEMIG

Dados di´arios da esta¸c˜ao de monitoramento UHE Trˆes Marias Barramento do n´ıvel do reservat´ orio foram disponibilizados, de Janeiro/2000 at´e Junho/2015. ´ Dados das curvas “Cota × Area”e tamb´em foram fornecidos.

Informa¸c˜oes do Levantamento Aerofotogram´etrico.

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

6 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Dados Utilizados -

Univ. Federal de Minas Gerais

Altimetria Radar

Altimetria por sat´elite foi desenvolvida, a princ´ıpio, para estudar geof´ısica terrestre e f´ısica oceˆanica (Kaula et al., 1970).

A medida que os sensores melhoravam, a altimetria teve seu campo de utiliza¸c˜ao aumentado, fornecendo dados para Geod´esia, oceanografia, glaciologia e hidrologia continental (Vignudelli et al., 2011).

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

7 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Dados Utilizados -

Univ. Federal de Minas Gerais

Altimetria Radar

• Environmental Satellite -

Envisat Lan¸cado em mar¸co de 2002, fruto da parceria da ESA com a ASC. Composto por 10 instrumentos, entre ele o alt´ımetro RA-2.

(Gardini et al., 1995).

Deu continuidade `as medi¸c˜ oes feitas pelo ERS-1 e 2 e teve uma vida u ´til acima da expectativa.

Em abril de 2012, encerrou suas atividades.

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

8 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Dados Utilizados -

Univ. Federal de Minas Gerais

Altimetria Radar

• Satellite with ARgos and

ALtiKa - SARAL Parceria entre ISRO e CNES, lan¸cado em fevereiro de 2013, com o prop´osito de continuar as observa¸c˜oes do Envisat. Leva abordo quatro instrumentos, entre eles o alt´ımetro AltiKa (Richard et al., 2008; Bronner et al., 2013).

Sat´elite de dimens˜ao bem menor que o Envisat, ainda est´a ativo.

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

9 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Dados Utilizados -

Univ. Federal de Minas Gerais

Altimetria Radar

Altimetria por radar: distˆancia entre o sat´elite e a superf´ıcie abaixo que reflete os pulsos emitidos do radar abordo do sat´elite.

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

10 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Dados Utilizados -

Univ. Federal de Minas Gerais

Altimetria Radar

As medidas sofrem influˆencia de diversos fatores e, por isso, necessitam passar por corre¸c˜ oes f´ısicas e atmosf´ericas.

Hw = αs − (ρ + iono + dry + wet + pt + set) + GC • αs altitude do sat´ elite • ρ amplitude do pulso

u ´mida • pt varia¸c˜ ao de mar´e polar

emitido • iono varia¸c˜ oes da Ionosfera • dry press˜ ao, troposfera sem

umidade

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

• wet umidade, troposfera

• set varia¸c˜ ao da superf´ıcie

terrestre (“mar´e terrestre”) • GC fator de corre¸c˜ ao para

ge´ oide Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

11 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Dados Utilizados -

Univ. Federal de Minas Gerais

Imagens Orbitais

• Landsat

Programa iniciado na d´ecada de 1970, lan¸cou 8 sat´elites.

Ser˜ao usados dados de trˆes sat´elites do programa: 41 imagens Landsat 5 TM 13 imagens Landsat 7 ETM+ 19 imagens Landsat 8 OLI

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

12 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Metodologia -

Univ. Federal de Minas Gerais

Altimetria Radar

Uma vez obtidos os dados de altimetria atrav´es das plataformas online (CTOH e AVISO+), eles s˜ao processados com o uso da aplica¸c˜ao SWGTOOL. SWGTOOL permite extrair dados de altimetria para lagos ou rios, dependendo da necessidade do usu´ario.

A aplica¸c˜ao j´a realiza as corre¸c˜ oes para a obten¸c˜ao do n´ıvel de ´agua para cada data.

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

13 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Metodologia -

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Univ. Federal de Minas Gerais

Altimetria Radar

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

14 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Metodologia -

Univ. Federal de Minas Gerais

´ Area do Espelho D’´agua

Imagem Landsat 8 OLI do dia 12/05/2013:

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

15 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Metodologia -

Univ. Federal de Minas Gerais

´ Area do Espelho D’´agua

Foi usada a banda do infravermelho nas faixas de λ 1550 − 1750 nm para L5TM e L7ETM+ (banda 5), e λ 1570 − 1650 nm para L8OLI (banda 6).

Uso do infravermelho nessa faixa espectral apresenta melhor performance ao separar fei¸c˜ oes de ´agua das demais na imagem (Maillard et al., 2012; Ji et al., 2009; Xu, 2006).

As imagens foram classificadas usando a seguinte express˜ao condicional: If (input1 > 0 and input1 ≤ 25) then 1 else 0

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

16 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Resultados -

Univ. Federal de Minas Gerais

´ Areas

Grande varia¸c˜ao do espelho d’´agua do reservat´ orio considerando o per´ıodo de 2000 a 2015.

Figura: Novembro de 2014

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

Figura: Abril de 2008.

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

17 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Resultados -

Univ. Federal de Minas Gerais

´ Areas

O m´etodo de classifica¸c˜ao para obter a ´area de ´agua foi bem sucedido ao separar o objeto de interesse do restante da imagem.

A m´edia dos erros absolutos entre as ´areas obtidas pelas imagens Landsat e os valores dados pela CEMIG foi de 9, 9 km2 .

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

18 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Resultados -

Univ. Federal de Minas Gerais

N´ıvel

Para cada data foram obtidos 12 valores de n´ıvel, referentes a cada Esta¸c˜ao SWG. Para a an´alise, foi feita a m´edia dos 12 valores das esta¸c˜oes.

Foi notado um desvio sistem´atico de 0, 56 m entre os dados SWG e in situ, resultado melhor que o apresentado anteriormente no artigo de Abreu e Maillard (2014) que foi de 1, 33 m.

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

19 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Resultados -

Univ. Federal de Minas Gerais

N´ıvel

A melhoria da diferen¸ca sistem´atica pode ser atribu´ıda a ajustes no SWGTOOL que corrigiram erros gerados pelos seguintes fatores: • O elipsoide usado pelo Envisat e pelo Saral possui uma diferen¸ca de 70 cm em rela¸c˜ ao ao GRS80 (comunica¸c˜ ao pessoal com St´ ephane Calmant).

• Foi relatado que o retracker Ice1 (usado no estudo) possui um desvio entre 60 a 85cm (Cr´ etaux et al., 2009).

• Uma diferen¸ca de 10 cm entre o datum vertical EGM96 usado pelo Envisat e pelo Saral e o datum Imbituba usado pela CEMIG foi notada (Luz, 2002).

• Outras fontes de erro no processo de corre¸c˜ao dos dados.

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

20 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Resultados -

Univ. Federal de Minas Gerais

N´ıvel

O erro m´edio quadr´atico encontrado, ap´ os subtrair a diferen¸ca sistem´atica, foi de 0, 70 m.

Previamente o erro encontrado foi de 0, 24 m, esse aumento no erro pode ser atribu´ıdo ao aumento do n´ umero de medi¸c˜oes usadas: 9 para 102.

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

21 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Resultados -

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Univ. Federal de Minas Gerais

N´ıvel

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

22 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Resultados -

Univ. Federal de Minas Gerais

´ Rela¸c˜ao N´ıvel e Area

Foram encontradas 16 datas correspondentes entre dados de imagem e medi¸c˜ao de n´ıvel por altimetria.

Foram feitas as regress˜ oes linear e n˜ao linear para: ´ • Esta¸c˜ oes SWG vs Area ´ N´ıvelSWG = 541, 9646 + 0, 030(Area) 2 ´ ´ N´ıvelSWG = −0, 00002(Area) + 0, 0642(Area) + 530, 53

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

23 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Resultados -

Univ. Federal de Minas Gerais

´ Modelo de Area e N´ıvel

175 datas com dados obtidos por sensoriamento remoto, sendo imagens ou n´ıvel d’´agua por altimetria sat´elite.

73 datas de imagens Landsat 102 datas de N´ıvelSWG 57 imagens n˜ao possuem informa¸c˜ao sobre N´ıvelSWG 86 medidas de N´ıvelSWG n˜ao possuem imagens Landsat correspondentes

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

24 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Resultados -

Univ. Federal de Minas Gerais

´ Modelo de Area e N´ıvel

´ O modelo para determina¸c˜ao de Area e N´ıvel foi escolhido a partir das rela¸c˜oes estabelecidas.

As equa¸c˜oes do modelo s˜ao: ´ Modelo = N´ıvelSWG − 541, 9646 Area 0, 030 ´ N´ıvelSWG = 541, 9646 + 0, 030(Area)

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

25 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Resultados -

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Univ. Federal de Minas Gerais

´ Modelo de Area e N´ıvel

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

26 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Resultados -

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Univ. Federal de Minas Gerais

´ Modelo de Area e N´ıvel

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

27 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Univ. Federal de Minas Gerais

Conclus˜ao

Os resultados gerados podem ser usados para o monitoramento sazonal do reservat´orio de Trˆes Marias auxiliando na compreens˜ao dos diferentes processos que comp˜ oem o balan¸co hidrol´ogico do lago.

A metodologia desenvolvida pode ser aplicada em outros lagos e reservat´orios, uma vez que a altimetria por sat´elite n˜ao est´a limitada somente aos sensores Envisat e SARAL.

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

28 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Univ. Federal de Minas Gerais

Conclus˜ao

O uso de dados de altimetria por sat´elite com referˆencia global permite que compara¸c˜ oes com outros lagos e reservat´orios em outras partes do mundo seja feita de maneira mais f´acil e tamb´em que uma base de dados possa ser criada e alimentada com estas informa¸c˜oes para pesquisas futuras, dando acesso a dados de n´ıvel de ´agua para o p´ ublico geral.

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

29 / 30

Introdu¸c˜ ao ´ Area de Estudo Dados Utilizados Metodologia Resultados Conclus˜ ao

Univ. Federal de Minas Gerais

Conclus˜ao

Com a quantidade de miss˜ oes presentes e futuras, a evolu¸c˜ao dos sensores radar e suas potencialidades de aplica¸c˜ao, a altimetria por sat´elite tende a tornar-se cada vez mais proveitosa para os estudos em hidrologia.

A altimetria por sat´elite torna-se um recurso cada vez mais operacional no monitoramento hidrol´ ogico n˜ao s´ o de lagos e reservat´orios, mas de hidrologia continental como um todo.

Luiza Gontijo A. de C. Abreu

Junho de 2016

I Simp´ osio Bacia Hidrogr´ afica S˜ ao Francisco

30 / 30