Se você trabalha com geoprocessamento e sensoriamento remoto, muito provavelmente já se deparou com demandas de serviços voltados para a hidrologia.
Sendo uma área que apresenta estreitas relações com GIS, a hidrologia representa um amplo campo de atuação para profissionais qualificados em GIS.
Neste artigo, iremos abordar os principais conceitos e fundamentos que envolvem a utilização de GIS em estudos hidrológicos.
O que é hidrologia e qual a sua relação com GIS?
A hidrologia pode ser definida como sendo a ciência que trata dos fenômenos relativos à água em todos os seus estados, da sua distribuição e ocorrência na atmosfera, na superfície terrestre e no solo, e da relação desses fenômenos com a vida e com as atividades humanas.
É por meio de estudos hidrológicos que somos capazes de mensurar a disponibilidade de recursos hídricos, prever enchentes e secas e tomar decisões relacionadas ao uso sustentável da água em ambientes urbanos e rurais.
Para condução de estudos relacionados à hidrologia, é comum que se utilize imagens de satélite, drones e ferramentas de GIS. Isso ocorre porque estudos hidrológicos são sempre baseados em dados espaciais.
Uma vez que a hidrologia está intimamente relacionada à dados espaciais, qualquer estudo que se relaciona com hidrologia estará também vinculado a ambientes de GIS.
Por exemplo, se desejamos conhecer determinada bacia hidrográfica, é por meio da utilização de GIS que iremos delimitar os seus limites e identificar as nascentes e os cursos d’água que a compõem. Sem o GIS, essa tipologia de estudo é praticamente inviável.
Além disso, a partir do processamento de dados espaciais, somos capazes de conduzir estudos sobre redes de drenagem, declividade, escoamento ou até mesmo identificar áreas susceptíveis a risco de enchentes.
Por isso, quem deseja atuar na área necessita possuir amplos conhecimento em GIS e conhecer a fundo os conceitos e fundamentos que envolvem a hidrologia.
Para que você entenda um pouco mais sobre as relações entre GIS e hidrologia, no próximo tópico iremos abordar as principais tipologias de dados espaciais utilizados em estudos hidrológicos.
Quais tipos de dados espaciais são utilizados em estudos hidrológicos?
De forma geral, para conduzir estudos hidrológicos, dados vetoriais como pontos, linhas e polígonos e dados matriciais como imagens de satélite ou drones são utilizados em conjunto durante análises espaciais em softwares de GIS.
Entretanto, uma tipologia de dado espacial merece destaque: os Modelos Digitais de Elevação (MDE). Esses modelos podem ser obtidos a partir de satélites como SRTM, ALOS e Copernicus ou por levantamentos aerofotogramétricos com drones ou sensores LiDAR.
Eles fornecem informações sobre relevo, sendo essenciais para delimitar bacias hidrográficas, identificar redes de drenagem e analisar o escoamento da água em determinada região.
Se você não sabe muito bem o que é isso, recomendamos que acesse o conteúdo da GeoSenseintitulado “Onde Fazer o Download de Modelos Digitais de Elevação (MDE)?”.
Cabe destacar que a utilização de MDE’s obtidos por satélite apresentam a vantagem de serem gratuitos, acessíveis e representarem uma ampla cobertura da superfície terrestre. Além disso, podem ser obtidos em série temporal com bastante facilidade.
Entretanto, apresentam nível de detalhamento e resolução espacial inferior se comparados aos MDE’s obtidos por drones ou sensores LiDAR. Dessa forma, MDE’s obtidos por satélites são recomendados para estudos de hidrologia em larga escala e estudos em que não existe exigência de um alto nível de detalhamento.
Por outro lado, ao utilizar drones ou sensores LiDAR para obter MDE’s, somos capazes de obter modelos com um nível de detalhamento e resolução espacial muito superiores. Entretanto isto também estará atrelado a um maior custo de aquisição, maior tempo de processamento de dados e dificuldade em se cobrir áreas muito extensas.
Assim, modelos obtidos por drones ou LiDAR são indicados para estudos em pequena escala e em estudos que exigem um alto nível detalhamento e resolução espacial.
Embora representem a base fundamental de estudos hidrológicos, os MDE’s precisam ser processados para gerar as informações hidrológicas que desejamos obter.
Para isso, é necessário importar MDE’s para softwares de GIS e realizar análises espaciais complexas para gerar produtos como mapas topográficos, mapas de declividade, mapas de orientação de vertentes e mapas hipsométricos, entre outros.
No próximo tópico, você irá encontrar uma explicação detalhada do que cada tipologia de produto representa e qual a sua importância para a hidrologia.
Quais são os principais produtos em estudos de hidrologia?
Embora não exista uma tipologia única de produto final para estudos hidrológicos, normalmente você terá que entregar produtos baseados em diferentes tipologias de análises espaciais em formato de mapa.
Para ajudá-lo, abaixo você irá encontrar uma explicação detalhada dos principais produtos em GIS que se relacionam com a hidrologia.
- Mapa topográfico: mapas topográficos são compostos por curvas de nível que podem ser entendidas como linhas que conectam pontos de mesma altitude no terreno. Elas são fundamentais para visualizar o relevo de uma região, identificar áreas planas ou inclinadas e compreender como a topografia influencia o comportamento da água. Em estudos hidrológicos, as curvas de nível permitem definir caminhos preferenciais de escoamento, localizar áreas sujeitas a acúmulo de água e apoiar o planejamento de redes de drenagem natural ou artificial. Além disso, são utilizadas como base para gerar outros produtos, como os mapas de declividade e os mapas hipsométricos.
- Mapas de declividade: os mapas de declividade indicam a inclinação do terreno em cada ponto da superfície. Essa análise é essencial para prever o escoamento superficial, avaliar áreas suscetíveis à erosão e identificar áreas de risco. Mapas de declividade são extensamente utilizados em projetos de drenagem na agricultura e na construção civil. O mapa de declividade fornece informações que auxiliam na modelagem de enchentes, na gestão do solo e na definição de práticas de uso e conservação do solo e da água.
- Mapas de orientação de vertentes: esses mapas apresentam a direção para a qual cada superfície do terreno está voltada. Essa informação é crucial em estudos hidrológicos porque influencia diretamente na direção do escoamento da água. Essas informações são fundamentais para entendermos a distribuição de água em um terreno visando o uso e manejo sustentável da água e do solo.
- Mapas hipsométricos: os mapas hipsométricos podem ser entendidos como mapas que utilizam gradientes de cores para representar diferentes altitudes. Assim, é possível compreender a morfologia do terreno e estimar o potencial de escoamento de água em determinada área. Em estudos hidrológicos, esse tipo de mapa é utilizado para analisar a distribuição espacial das águas pluviais, identificar zonas de recarga e orientar medidas de uso, manejo e conservação da água e do solo.
- Delimitação de bacias hidrográficas: a delimitação de bacias hidrográficas é um dos produtos mais importantes em estudos de hidrologia. Essa análise define os limites e localizações de nascentes, rios, lagos e reservatórios de água. A partir dela, é possível compreender como a água se distribui em determinada região. Esse produto também serve como base para cálculos de vazão, balanço hídrico e modelagem hidrológica.
- Redes de drenagem: o mapeamento das redes de drenagem identifica os cursos d’água principais e secundários que compõem uma bacia. Essa análise permite entender a hierarquia fluvial, calcular densidade de drenagem e avaliar a capacidade de escoamento do sistema. Para a hidrologia, esse dado é essencial no monitoramento de enchentes, na análise da disponibilidade hídrica e no planejamento de obras hidráulicas, como barragens, canais e sistemas de captação de água.
- Identificação de áreas de risco: a análise de áreas de risco tem como objetivo identificar regiões vulneráveis a processos hidrológicos críticos, como enchentes, enxurradas, erosão e deslizamentos. Utilizando dados de relevo, uso do solo, precipitação e hidrografia, é possível modelar cenários de risco e propor medidas preventivas. Essa informação é crucial para a segurança em áreas urbanas e rurais, além de apoiar o planejamento territorial e a gestão de desastres naturais.
- Identificação de Áreas de Preservação Permanente (APPs): as APPs são áreas protegidas por lei, como margens de rios, nascentes e encostas íngremes. Em estudos hidrológicos, a identificação e delimitação dessas áreas garantem a proteção dos recursos hídricos e a manutenção da qualidade ambiental. O mapeamento de APPs com GIS permite avaliar a conformidade legal, planejar a recuperação de áreas degradadas e propor ações de manejo que assegurem o equilíbrio entre conservação e uso sustentável da água.
Quais softwares de GIS são mais utilizados na hidrologia?
Se você deseja atuar na área de hidrologia, deve possuir conhecimentos sólidos na manipulação de dados espaciais em ao menos um software de GIS.
Dentre as principais opções do mercado estão o ArcGIS Pro e o QGIS. No contexto dos estudos hidrológicos, o ArcGIS Pro merece destaque em razão de apresentar a ferramenta integrada ArcGIS Hidrology Tools.
Essa ferramenta apresenta funcionalidades voltadas exclusivamente para a análise hidrológica. Por meio dela, somos capazes de processar Modelos Digitais de Elevação (MDE) de forma simples e intuitiva.
Além disso, o ArcGIS Hidrology Tool é capaz de simular com bastante precisão qual seria o comportamento da água em determinada região. Ela permite criar cenários de escoamento, drenagem e acúmulo de água, essenciais na condução de estudos hidrológicos.
Outra funcionalidade de interesse está ligada à delimitação de bacias hidrográficas. Por meio da identificação de pontos de interesse, como nascentes e áreas de captação, o ArcGIS Hidrology Tool é capaz de delimitar automaticamente uma bacia hidrográfica.
Por outro lado, o QGIS também possui ferramentas similares quando integrado ao SAGA GIS ou GRASS GIS. Entretanto, para utilizar as ferramentas de hidrologia do QGIS, é necessário fazer o download de plugins e programas externos.
Se você não possui habilidades na utilização dos softwares descritos acima, recomendamos que conheça os cursos profissionalizantes da GeoSense.
No curso de Geoprocessamento e Drones na Consultoria Ambiental, você irá encontrar um módulo especial voltado apenas para Análises de Terreno e Hidrologia. Nele, você irá aprender como conduzir estudos hidrológicos do zero a partir de dados reais.
Além disso, se você ainda não é muito familiarizado com GIS, você pode acessar o módulo gratuito do nosso curso de ArcGIS Pro, clicando neste link.
Na GeoSense você aprende no seu ritmo, com suporte e acesso a materiais atualizados. Além disso, você pode acompanhar o nosso blog e acessar os nosso materiais gratuitos para ficar por dentro de tudo o que envolve a área de geotecnologias.
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