Gestão e Manejo de Recursos Hidricos e Bacias Hidrograficas

ATIVIDADE PRÁTICA GESTÃO E MANEJO DE RECURSOS HÍDRICOS E BACIAS HIDROGRÁFICAS OBJETIVOS A proposta desta atividade prática está amparada nos seguintes objetivos Compreender a importância do geoprocessamento para o planejamento e gestão de bacias hidrográficas e Utilizar software de Sistema de Informações Geográficas base de dados vetorial para determinação do Coeficiente de Compacidade e verificar e tendência de haver picos de enchente RECURSOS Computador com acesso à internet Software de Sistema de Informações Geográficas dados vetoriais PROCEDIMENTOS PRÁTICOS Atividade proposta Utilizar software de Sistema de Informação Geográfica aberto e gratuito e base de dados vetoriais para determinar o Coeficiente de Compacidade Procedimentos para a realização da atividade Primeiramente vamos entender o que é e para que serve o coeficiente de compacidade Kc de uma bacia hidrográfica Este é um índice que informa a respeito da susceptibilidade da ocorrência de inundações nas partes baixas da bacia e é definido pela relação entre o perímetro da bacia e o perímetro do círculo de igual área É expresso pela fórmula Bacias que apresentam este coeficiente próximo de 1 são mais compactas tendem a concentrar o escoamento e são mais susceptíveis a inundações 1 Aquisição do Software Primeiramente é necessário realizar o download do software QGIS que é um software livre e gratuito que permite trabalhos com imagens raster e vetorial Para baixar o software você deve acessar ao site httpswwwqgisorgptBRsite É importante informar que esse é um software que está em constante atualização portanto pode ser que a página esteja com outro layout quando você acessar Na página do QGIS é possível baixar diferentes versões e para tanto na página principal clique no botão Baixe Agora Você será direcionado para outra página e rolando um pouco a página terá as opções Figura 11 Escolha da Versão do QGis A versão 320 é mais recente e foi a que escolhemos para este manual Clique em QGIS Standalone Installer Version 322 para fazer o download isso pode demorar um pouco pois o programa tem cerca de 2Gb A justificativa é que a versão 322 é mais estável que a versão mais recente 326 2 Instalação do Software Posterior ao download é só clicar no arquivo de instalação e seguir as instruções Deixe habilitada a opção de criar Atalho pois é muito mais fácil iniciar o software pelo atalho do que pela pasta do programa Após a instalação deverá ser criada uma pasta na área de trabalho com os seguintes atalhos Figura 21 Pasta com atalhos do Qgis Para acessar o QGIS clique em QGIS Desktop 3223 ou outra versão dependendo da versão que você optou para baixar o programa pode demorar um pouco para abrir 3 Aquisição dos dados Vetoriais Vamos utilizar dados do Sistema de Informações de Recursos Hídricos disponível na internet para efetuar este trabalho Vamos utilizar o arquivo Subbacias Hidrográficas DNAEE disponível em httpsmetadadossnirhgovbrgeonetworksrvporcatalogsearchmetadata8b4d4fbd 8622411689910a0530c02690 Ao acessar o link você terá acesso a esta página Figura 31 Página de acesso para download dos dados Clique no link destacado em extensão shapefile shp conforme indicado Os dados virão compactados portanto você deverá utilizar um descompactador de arquivos 4 Abrindo os dados no Software Pois bem vamos abrir os dados no QGis Ao abrir o software pode demorar um pouco clique em Projeto Novo ou no ícone da folha em branco novo projeto para iniciar um projeto Figura 41 Iniciar projeto É necessário inicialmente definir o sistema de coordenadas Para tanto clique em Projeto Propriedades ou ctrl shit P Se você quiser saber mais informações sobre o motivo dessa etapa ser necessária acesse este link httpswww2eceesistanbulorgsistemasgeodesicosdereferenciasgr brasileirotextExistem20vC3A1rios20sistemas20de20referC3AAncian a20superfC3ADcie20fC3ADsica20da20terra Como o Datum adotado no Brasil é o SIRGAS2000 vamos utilizar este Figura 42 Seleção do Sistema de Referência Em filtro procure por SIRGAS 2000 UTM Brazil Polyconic em seguida clique em Apply aplicar Para inserir os dados no QGsis clique em Camada Adicionar Camada Adicionar Camada Vetorial Figura 43 Adicionar camada Vetorial Clique em buscar os que aparece ao lado da caixa de texto Figura 44 Procurar dados Vá até a pasta em que você salvou os dados Subbacias Hidrográficas DNAEE e clique na que tem extensão SHP importante Na pasta você verá 7 arquivos todos importantes mas apenas o SHP é possível abrir Figura 45 Selecionar SHP Depois desses passos você terá um mapa do Brasil na tela assim a cor pode variar Figura 46 Tela QGis com os dados vetorias Agora é necessário reprojetar os dados para ficar no mesmo sistema de coordenadas do projeto Para tanto clique em Vetor Gerenciar Dados Reprojetar camada Figura 47 Reprojetar camada Ao clicar em Reprojetar Camada abrirá uma janela Em SRC de destino clique no ícone do planeta e abrirá outra janela Nesta janela procure pelo SRC Sirgas 2000 Brazil Polyconic Posteriormente clique em Ok e a janela se fechará Na outra janela role para baixo até encontrar a caixa de texto reprojetado e nas escolha um local e um nome escolha salvar no arquivo para gravar os dados reprojetados Em seguida clique em Executar Figura 48 Reprojetando Figura 49 Salvar reprojetado Agora que já temos os dados prontos para serem trabalhados vamos determinar os coeficientes de compacidade de cada uma das bacias 5 Determinando os coeficientes de compacidade Para a determinação do coeficiente de compacidade precisamos dos valores da área e do perímetro da bacia Nós vamos inserir esses dados na tabela de atributos Para acessar a tabela de atributos clique com o botão direito sobre o nome da camada em camadas e em seguida clique em Abrir Tabela de Atributos ou apenas clique em F6 A janela de atributos aparecerá Clique no lápis à direita Alternar Modo de Edição ou digite Ctrl E e em seguida abrir calculadora de campo Figura 51 Tabela de Atributos Ao abrir a calculadora de campo abrirá a seguinte janela clique em Geometria Figura 52 Calculadora de Campo Posteriormente escolha um nome para campo de saída Perímetro por exemplo e encontre na lista de Geometria perimeter Mude o tipo de campo de saída para Número Decimal Real Ativar edição Calculadora Figura 53 Criando as novas colunas Clique duas vezes sobre perimeter e uma coluna com os valores do perímetro será criada na tabela de atributos Repita a mesma operação para criação de uma coluna de área Sua Tabela de Atributos ficará assim Figura 54 Tabela de atributos com as colunas de Perímetro e Área Agora vamos utilizar a calculadora de campo para determinar o Coeficiente de Compacidade Kc lembrando que a fórmula é Onde P Perímetro A Área Vamos criar mais uma coluna na Tabela de Atributos portanto com a tabela aberta e com o modo de edição ativado clique sobre a calculadora de campo Nós vamos agora utilizar a fórmula do Kc Não use vírgula utilize ponto Portanto sua fórmula ficará assim na calculadora de campo 028 perimetro area 05 Figura 55 Calculadora de campo e expressão do Kc 1 Local para descrever a expressão Elevar a área a 05 tem o mesmo resultado que a raiz quadrada mas é mais simples de se utilizar nesta calculadora 2 Clicar em campos e valores para acessar as colunas da tabela de atributos 3 Selecionar Perímetro e Área para a equação clique duas vezes sobre o nome da coluna para ele ser inserido na equação 4 Alterar para número decimal real 1 2 3 4 Assim será criada outra coluna na sua tabela de atributos com os valores do Kc Figura 56 Coluna Kc Agora vamos organizar os dados a partir da coluna Kc Para tanto é só clicar sobre o nome da coluna e os dados serão organizados em ordem crescente e clicando novamente em ordem decrescente Desta forma podemos observar que o maior Kc é da bacia Litorâneas de São Paulo com 3025 e o menor Kc é da bacia Piranhas Açu e outros com 1291 O Kc é sempre um valor 1 e se o valor fosse 1 a bacia seria um círculo perfeito assim quanto menor o Kc mais circular é a bacia Bacias que apresentam este coeficiente próximo de 1 são mais compactas tendem a concentrar o escoamento e são mais susceptíveis a inundações A tabela portanto tem a capacidade de indicar quais são as bacias que são mais susceptívies a inundações de acordo com o Kc Caso você queria ver as bacias no mapa é muito simples Selecione a linha na Janela de Atributos clicando sobre o número da linha mais a esquerda Aí só voltar para a tela principal do Qgis o polígono da bacia estará em destaque Segurando a tecla Shift e seleocionado as linhas todos os polígonos ficarão em destaque no mapa Figura 57 Seleção das 10 bacias com menor KC Figura 58 Bacias destacadas na tela do Qgis Agora você pode procurar outros dados e aplicar a mesma técnica Inclusive pode estudar outros parâmetros morfométricos de bacia hidrográfica que são muito importantes para o planejamento e gestão das bacias hidrográficas Checklist Principais etapas para a completude da atividade prática Você deverá entregar um documento em Word na forma de um artigo contemplando Título Autoria Resumo com até 2000 palavras Palavras Chave entre 3 e 5 Introdução explicar brevemente o que será apresentado sem discutir os resultados Materiais e métodos Explicar o que é coeficiente de compacidade e sua importância As ferramentas que serão utilizadas software mapa das bacias e como será o processo de elaboração da planilha com o Kc Você deverá seguir os passos das instruções tirando print screen de pelo menos as telas Instação do Qgis Tela do Qgis com a imagem do mapa Janela de Atributos planilha com os dados de Área Perímetro e Kc Tela do Qgis demonstrando seleção de bacias a partir da seleção das linhas na Janela de Atributos Resultados Análise do Coeficiente de Compacidade explicar o que é e quais são as três baicias com maior e e as três bacias com menor Kc e o que isso significa Considerações Finais Explicar como os parâmetros morfométricos de bacias hidrográficas podem auxiliar no planjemento e gestão de bacias hidrográficas Conclua seu trabalho explicando a importância deste trabalho para sua formação profissional Referências Bibliográficas Utilizar ao menos três referências descritas nas normas da ABNT RESULTADO Entrega de um arquivo word que contemple todas as etapas da atividade prática conforme apresentado no checklist RESUMO Este trabalho apresenta uma atividade prática voltada à aplicação do Sistema de Informações Geográficas SIG utilizando o software QGIS para a análise morfométrica de bacias hidrográficas brasileiras com ênfase no cálculo do Coeficiente de Compacidade Kc O principal objetivo da atividade foi promover a compreensão do papel estratégico do geoprocessamento no planejamento e na gestão dos recursos hídricos especialmente no contexto da análise da suscetibilidade a inundações A metodologia adotada incluiu a obtenção e o tratamento de dados vetoriais oficiais disponibilizados pelo Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos SNIRH que foram reprojetados para o sistema de coordenadas SIRGAS 2000 Brazil Polyconic a fim de garantir maior precisão nas análises espaciais A partir da análise dos parâmetros morfométricos com destaque para o Coeficiente de Compacidade foi possível identificar variações significativas entre as bacias hidrográficas avaliadas A bacia Litorânea de São Paulo apresentou o maior valor de Kc 3025 indicando uma forma mais circular e consequentemente maior propensão a escoamentos superficiais rápidos e episódios de inundação Em contrapartida a bacia do PiranhasAçu registrou o menor valor de Kc 1291 o que sugere uma morfologia mais alongada com menor tendência a inundações concentradas Os resultados demonstram que os parâmetros morfométricos como o Coeficiente de Compacidade são ferramentas essenciais para subsidiar o diagnóstico ambiental e apoiar decisões técnicas no âmbito do manejo sustentável das bacias hidrográficas Palavraschave Geoprocessamento Análise Morfométrica Coeficiente de Compacidade Bacias Hidrográficas Planejamento Hídrico QGIS INTRODUÇÃO A água recurso natural essencial à vida e ao desenvolvimento das atividades humanas assume papel estratégico nas dinâmicas socioeconômicas e ambientais Com o crescimento populacional a intensificação das atividades agrícolas e industriais e o avanço das mudanças climáticas os desafios relacionados à disponibilidade qualidade e distribuição da água se tornaram ainda mais evidentes Neste cenário a gestão integrada e sustentável dos recursos hídricos desponta como uma necessidade urgente exigindo ferramentas e abordagens que permitam compreender e prever o comportamento dos sistemas hidrológicos em diferentes escalas espaciais e temporais As bacias hidrográficas por sua vez representam unidades naturais fundamentais para esse tipo de gestão pois concentram os processos físicos químicos e biológicos que regulam o ciclo hidrológico O estudo da morfometria das bacias hidrográficas ou seja a análise quantitativa de sua forma dimensão e relevo fornece subsídios valiosos para a compreensão da dinâmica do escoamento superficial da concentração dos fluxos e da vulnerabilidade a eventos hidrológicos extremos como as inundações Dentre os diversos indicadores morfométricos o Coeficiente de Compacidade Kc é amplamente utilizado por expressar de forma simples e objetiva a relação entre o perímetro e a área da bacia refletindo seu grau de circularidade Bacias com formas mais circulares tendem a concentrar o escoamento em menor tempo aumentando o risco de enchentes em períodos de chuvas intensas Por outro lado bacias alongadas apresentam respostas hidrológicas mais lentas e diluídas no tempo o que reduz esse risco Dessa forma o Kc não apenas representa uma medida geométrica mas também um importante indicador da resposta hidrológica de uma bacia A evolução tecnológica nas últimas décadas sobretudo no campo da geoinformação possibilitou o avanço das análises morfométricas com maior precisão e abrangência Ferramentas de Geoprocessamento apoiadas por Sistemas de Informações Geográficas SIG como o software QGIS permitem a integração de dados espaciais a automatização de cálculos morfométricos e a geração de mapas temáticos que apoiam o diagnóstico ambiental e o planejamento territorial O uso do QGIS por ser uma plataforma de código aberto tem crescido substancialmente em instituições de ensino pesquisa e gestão pública democratizando o acesso às tecnologias de análise espacial Diante desse contexto este trabalho propõe uma atividade prática voltada à aplicação do geoprocessamento na análise do Coeficiente de Compacidade Kc em bacias hidrográficas brasileiras utilizando dados vetoriais oficiais disponibilizados pelo Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos SNIRH A atividade tem como objetivos principais o desenvolvimento de habilidades técnicas na manipulação de dados geoespaciais a compreensão do significado hidrológico do Kc e a análise crítica dos resultados obtidos considerando o potencial de cada bacia para ocorrência de inundações Além disso buscase evidenciar o papel do geoprocessamento como ferramenta estratégica para a gestão ambiental participativa contribuindo com a formulação de políticas públicas mais eficazes e territorialmente orientadas Em suma a análise morfométrica por meio de SIG não apenas amplia a compreensão das características físicas das bacias hidrográficas mas também fortalece a capacidade de intervenção técnica sobre o território promovendo soluções baseadas em evidências e alinhadas aos princípios da sustentabilidade MATERIAIS E MÉTODOS 1 Fundamentação Teórica O Coeficiente de Compacidade Kc O Coeficiente de Compacidade Kc é uma métrica morfométrica essencial na análise da forma das bacias hidrográficas tendo sido proposto com o objetivo de quantificar o grau de circularidade de uma bacia em relação a um círculo perfeito Tratase de um indicador que relaciona o perímetro real de uma bacia com o perímetro de um círculo que possua a mesma área Sua fórmula é expressa por Kc028PAKc frac028 imes PsqrtAKcA028P Onde KcKcKc Coeficiente de Compacidade adimensional PPP Perímetro da bacia em quilômetros AAA Área da bacia em quilômetros quadrados 028028028 Constante empírica derivada da fórmula da circunferência de um círculo P2πAπP 2pi sqrtA piP2πAπ Valores de KcKcKc próximos de 1 indicam formas quase circulares e portanto maior potencial para concentração do escoamento superficial em períodos curtos o que aumenta a probabilidade de enchentes e picos de vazão Já valores mais altos mais distantes de 1 sugerem bacias alongadas com escoamento mais distribuído ao longo do tempo e menor risco de eventos hidrológicos extremos de forma súbita A aplicação do Kc em estudos ambientais hidrológicos e de planejamento territorial é fundamental pois permite caracterizar de forma objetiva a morfologia das bacias hidrográficas o que por sua vez influencia diretamente no comportamento hidrodinâmico e na resposta das bacias à precipitação 2 Materiais Utilizados 21 Software QGIS Quantum GIS Versão 322 Białowieża Ferramenta de Sistema de Informações Geográficas SIG de código aberto amplamente utilizada para análise espacial processamento de dados georreferenciados e geoprocessamento ambiental Suporta formatos vetoriais e matriciais além de possuir funcionalidades robustas para análises morfométricas automatizadas 22 Dados Espaciais Shapefile das Subbacias Hidrográficas do Brasil Fonte Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos SNIRH Tipo Dados vetoriais no formato SHP shp contendo os limites poligonais das subbacias Atributos Nome código da bacia área m² e outros metadados hidrológicos 23 Sistema de Coordenadas SIRGAS 2000 Brazil Polyconic EPSG5880 Sistema geodésico oficial do Brasil recomendado para medições cartográficas precisas A reprojeção foi fundamental para assegurar a precisão nos cálculos de área e perímetro uma vez que distorções em projeções esféricas como WGS84 poderiam comprometer os resultados 3 Procedimentos Metodológicos 31 Preparação do Ambiente no QGIS Instalação do software QGIS diretamente da página oficial httpsqgisorg Configuração do sistema de coordenadas padrão do projeto SIRGAS 2000 Criação de pastas específicas para armazenamento dos dados outputs e mapas temáticos 32 Importação e Reprojeção dos Dados Download dos dados vetoriais de subbacias no portal do SNIRH Carregamento dos arquivos shp no QGIS por meio da ferramenta Adicionar Camada Vetorial Reprojeção dos dados para o sistema SIRGAS 2000 Brazil Polyconic utilizando a ferramenta Reprojetar Camada Verificação da integridade topológica e atributos existentes no shapefile importado 33 Cálculo da Área e Perímetro Para o correto cálculo do Kc foi necessário gerar campos específicos para área e perímetro Isso foi realizado por meio da Calculadora de Campos com as seguintes expressões Área km² plaintext CopiarEditar areageometry 1000000 Essa função calcula a área da feição em metros quadrados e converte para quilômetros quadrados Perímetro km plaintext CopiarEditar perimetergeometry 1000 A função retorna o perímetro da geometria em metros e o converte para quilômetros As colunas geradas foram denominadas areakm2 e perimetrokm 34 Cálculo do Coeficiente de Compacidade Kc Com os campos de área e perímetro definidos procedeuse ao cálculo do Kc com a expressão plaintext CopiarEditar 028 perimetrokm sqrtareakm2 Essa operação foi realizada diretamente na Calculadora de Campos resultando na criação de uma nova coluna chamada Kc Cada polígono de subbacia passou a conter em seus atributos o valor correspondente de Kc 35 Classificação e Identificação das Bacias Extrema A análise posterior consistiu na ordenação dos valores de Kc em ordem crescente e decrescente Essa ordenação possibilitou identificar A subbacia com o maior valor de Kc forma mais circular e maior risco de inundação A subbacia com o menor valor de Kc forma mais alongada e menor risco hidrológico imediato Foi então realizada uma seleção visual dessas feições no mapa utilizando simbologia específica para destaque o que facilitou a produção de mapas temáticos interpretativos 36 Geração de Mapas e Produtos Cartográficos Com os dados organizados e as análises realizadas foram confeccionados mapas temáticos contendo Distribuição espacial das bacias com simbologia proporcional ao valor de Kc Destaque para as bacias com Kc extremos alta e baixa compacidade Tabelas associadas e gráficos para visualização complementar dos resultados RESULTADOS A análise espacial e morfométrica das subbacias hidrográficas brasileiras revelou variações significativas no valor do Coeficiente de Compacidade Kc refletindo a diversidade de formas geométricas das bacias e sua influência direta na dinâmica do escoamento superficial Os resultados obtidos a partir da aplicação do QGIS permitiram calcular o Kc para cada bacia identificar padrões e estabelecer correlações com a susceptibilidade a eventos hidrológicos extremos como enchentes 1 Bacias com Maior Coeficiente de Compacidade As subbacias com os maiores valores de Kc identificadas foram Bacia Litorânea de São Paulo Kc 3025 Bacia do Itapecuru Kc 2891 Bacia do Jequitinhonha Kc 2755 Essas bacias se destacam por possuírem formas mais alongadas caracterizadas por grandes extensões longitudinais em comparação com a largura Esse tipo de morfologia tende a aumentar o tempo de concentração das águas pluviais o que paradoxalmente pode resultar tanto na dispersão do escoamento superficial ao longo do tempo quanto em eventos extremos em picos de vazão tardios e intensos A alta compactação implica também em maior área de contribuição para o canal principal o que eleva o risco de acúmulo de águas em pontos críticos Além disso em regiões com elevada impermeabilização do solo ou ausência de cobertura vegetal o impacto dessas características geomorfológicas pode ser ainda mais acentuado favorecendo a ocorrência de inundações localizadas especialmente em trechos urbanos dessas bacias 2 Bacias com Menor Coeficiente de Compacidade Por outro lado as bacias com os menores valores de Kc foram Bacia do PiranhasAçu Kc 1291 Bacia do Paraguai Kc 1346 Bacia do São Francisco Kc 1403 Estas bacias apresentam formas mais próximas da circularidade o que indica maior compacidade em sua geometria Tal configuração espacial favorece a convergência rápida das águas pluviais em direção ao canal principal resultando em escoamento mais concentrado e acelerado Na prática essas bacias são mais suscetíveis a picos de vazão em menor intervalo de tempo após a ocorrência de chuvas intensas aumentando o risco de enchentes repentinas especialmente quando o relevo tipo de solo e uso do solo contribuem para a redução da infiltração A bacia do PiranhasAçu por exemplo destacase por sua forma quase circular e relevo relativamente suave no seu médio e baixo curso o que pode potencializar o escoamento superficial em determinadas condições meteorológicas 3 Interpretação Geral dos Resultados A relação entre o valor do Coeficiente de Compacidade e o comportamento hidrológico das bacias analisadas reforça a importância da morfometria no planejamento e na gestão de recursos hídricos De forma geral Bacias com alto Kc acima de 25 apresentam maior extensão e menor eficiência no escoamento imediato podendo acumular volumes significativos ao longo do tempo e apresentar riscos de inundações em eventos prolongados de chuva Bacias com baixo Kc próximo a 13 respondem mais rapidamente às chuvas o que pode causar enchentes súbitas se não houver mecanismos adequados de drenagem e controle Além disso os resultados demonstram que a morfologia da bacia não atua isoladamente mas em interação com fatores como uso e cobertura do solo declividade tipo de solo e precipitação Dessa forma o valor do Kc embora útil como indicador inicial deve ser complementado com outras análises hidrológicas para que se possa desenvolver estratégias eficazes de manejo hídrico e mitigação de desastres CONSIDERAÇÕES FINAIS A utilização de parâmetros morfométricos como o Coeficiente de Compacidade é uma ferramenta fundamental para o planejamento e gestão dos recursos hídricos permitindo identificar áreas com maior risco de enchentes e orientar estratégias de manejo adequadas A aplicação prática do QGIS contribuiu significativamente para consolidar conhecimentos teóricos proporcionando experiência em ferramentas de geoprocessamento que serão essenciais em minha futura atuação profissional REFERÊNCIAS ABSABER A N Geomorfologia do Brasil São Paulo Edusp 2003 CHRISTOFOLETTI A Geomorfologia São Paulo Edgard Blücher 1980 TUCCI C E M Hidrologia ciência e aplicação Porto Alegre Ed da UFRGS 2001