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O milagre da tecnologia computacional: como usar modelos digitais de elevação para automatizar o delineamento de bacias hidrográficas?
A delimitação de uma bacia hidrográfica é o processo de identificação dos limites de uma bacia hidrográfica, também comumente chamada de bacia de captação, bacia de drenagem ou bacia hidrográfica. Este é um passo importante em muitas áreas da ciência ambiental, engenharia e gestão, como o estudo de inundações, habitats aquáticos ou poluição da água. Historicamente, a delimitação de bacias hidrográficas era feita manualmente por geógrafos, cientistas e engenheiros em mapas topográficos em papel. Entretanto, com o uso de computadores e dados eletrônicos, métodos automatizados para delimitação de bacias hidrográficas foram desenvolvidos desde a década de 1980 e agora são amplamente utilizados.
Uma bacia hidrográfica é uma unidade geográfica básica em hidrologia, o estudo do movimento, distribuição e gestão da água na Terra.
Os métodos atuais de delimitação automatizada de bacias hidrográficas usam principalmente modelos digitais de elevação (MDEs), que são conjuntos de dados que representam a altura da superfície da Terra. A delimitação digital de bacias hidrográficas por meio de software especializado em modelagem hidrológica, como WMS, ou software de sistema de informações geográficas (GIS), como ArcGIS ou QGIS, ou mesmo usando linguagens de programação como Python ou R, melhorou muito a eficiência.
História da delimitação artificial de bacias hidrográficas
Os métodos tradicionais de delimitação de bacias hidrográficas geralmente são feitos à mão em mapas topográficos de papel ou usando sobreposições transparentes. Pesquisadores usam medidores para estimar a área de uma bacia hidrográfica ou digitalizam os resultados para uso em software de mapeamento. Mesmo na era digital, a delimitação manual de bacias hidrográficas continua sendo uma habilidade útil para confirmar que os limites das bacias hidrográficas gerados por software estão corretos. De acordo com o Serviço Geológico dos Estados Unidos, existem cinco etapas para delinear uma bacia hidrográfica artificial:
- Encontre pontos de interesse ao longo do rio no mapa, também conhecidos como "pontos de drenagem da bacia hidrográfica".
- Imagine ou desenhe linhas de fluxo de água apontando para baixo a partir da encosta mais íngreme dos contornos do terreno.
- Marca os pontos altos topográficos (picos) que cercam o rio.
- Marca pontos (cristas) ao longo das linhas de contorno que dividem a direção do fluxo.
- Conecte marcadores para definir a área da bacia hidrográfica.
Durante esse processo, os limites da bacia hidrográfica devem ser perpendiculares às curvas de nível passadas e não devem cruzar o rio, exceto no ponto de descarga. Embora os métodos manuais sejam mais precisos, eles estão sujeitos ao julgamento do analista e podem exigir visitas de campo para confirmar as características do terreno em alguns casos.
Vantagens da delimitação automatizada de bacias hidrográficas
A delimitação de bacias hidrográficas usando software de computador é muito mais rápida do que os métodos manuais tradicionais e os resultados são mais consistentes porque a subjetividade é eliminada. Métodos automatizados de delimitação de bacias hidrográficas têm sido amplamente utilizados nas comunidades científica e de engenharia desde a década de 1980. Nos últimos anos, cientistas até aplicaram métodos computacionais para delinear bacias hidrográficas em Marte.
A delimitação automatizada de bacias hidrográficas usa dados digitais do terreno para calcular a direção do fluxo e o fluxo acumulado por meio de modelos digitais de elevação (MDEs).
Existem duas maneiras principais de obter modelos digitais de elevação. A primeira era por meio da digitalização e escaneamento de mapas topográficos em papel, enquanto agora é principalmente por meio do uso de tecnologia de sensoriamento remoto aéreo ou por satélite. Para obter resultados confiáveis de delimitação de bacias hidrográficas, o modelo digital de elevação primeiro precisa ser processado ou "condicionado" para preencher depressões e calcular a direção do fluxo e o fluxo acumulado.
Desenvolvimento de ferramentas de software
Softwares especializados para delimitação de bacias hidrográficas originaram-se do FORTRAN, como CATCH e DEDNM. Com o uso de Sistemas de Informação Geográfica (SIG) e software de modelagem hidrológica, ferramentas de delimitação de bacias hidrográficas foram integradas a muitos softwares GIS populares, como ArcGIS, QGIS e GRASS GIS. Há também programas independentes de delimitação de bacias hidrográficas, como o TauDEM, e diversas ferramentas de sites específicas para cada região que fornecem funcionalidades adicionais, como estatísticas de vazão e análise da qualidade da água.
No processo de automação, como algoritmos de cálculo de direção de fluxo como D8 e D∞, a escolha entre diferentes algoritmos também afetará a precisão dos resultados.
Apesar da eficiência significativa da delimitação eletrônica de bacias hidrográficas, esses métodos nem sempre são corretos, pois podem surgir erros de problemas como a precisão e a resolução dos dados digitais do terreno. Além disso, muitas organizações ainda enfatizam que os resultados automatizados precisam ser verificados para verificar sua precisão.
À medida que avançamos para um futuro automatizado, como podemos garantir que as informações que obtemos sejam realmente úteis para gerenciar nosso ambiente?
