Simulação hidrossedimentológica de grandes bacias com o uso de dados medidos in situ e imagens de sensoriamento remoto : estudo de caso da bacia do Rio Paraíba do Sul

Abstract

Simulações hidrossedimentológicas são de difícil realização devido à escassez temporal e espacial de dados medidos, de grande importância para calibração e validação de modelos. Neste contexto, diversas técnicas vêm sendo desenvolvidas, nas últimas décadas, para estimativa de dados hidrológicos e sedimentológicos. Uma delas é a extração de uma correlação da reflectância espectral da faixa do vermelho (0,64-0,67 μm) de imagens de sensoriamento remoto com a concentração de sólidos em suspensão (CSS) em rios. Este trabalho prevê a utilização desta técnica como auxílio à verificação de um modelo em atual desenvolvimento, o modelo MGB-SED, acoplado ao modelo hidrológico MGB-IPH, capaz de representar a estimativa da geração de sedimentos na bacia e a simulação do transporte de sedimentos em rios de forma integrada à simulação hidrológica e hidráulica em grandes bacias. Como estudo de caso, para a simulação do modelo, foi escolhida a bacia do rio Paraíba do Sul, uma grande bacia, onde se encontram três importantes Estados do Brasil, que apresenta baixa quantidade disponível de dados medidos e seu rio principal apresenta uma grande largura, capazes de enquadrar facilmente pixels de imagens de satélites. Estes fatores somados justificam a escolha da bacia para realização desse trabalho. Os resultados obtidos através do modelo hidrológico MGB-IPH apresentaram-se promissores exibindo resultados considerados em mais de 60% das métricas avaliadas muito satisfatórios e insatisfatórios em menos de 10% das análises tanto para o período de calibração, quanto para o período de validação. Os dados de sedimentos disponíveis na bacia do rio Paraíba do sul apresentam déficit em quantidade e disponibilidade temporal o que dificultou o processo de calibração do modelo de sedimentos MGB-SED. A partir da inserção do ajuste parâmetros α e β da equação de MUSLE no modelo foi possível gerar resultados capazes de representar os dados observados de forma satisfatório tanto no período de calibração quanto no período de validação dos dados. Os dados dos satélites Landsat foram obtidos através de uma nova plataforma de aquisição de dados (Google Earth Engine) que possibilitou rápida extração de dados para diferentes pontos pré-determinados que apresentaram altas correlações entre os dados de CSS simulados pelo modelo de sedimentos com valores superiores a 0,7, resultados estes superiores à própria correlação com os dados de concentração de sedimentos observados. A análise da correlação dos dados se mostrou promissora na avaliação do modelo para os períodos simulados promovendo maior confiança nas simulações a partir de uma disponibilidade de dados superior aos dados medidos e melhor distribuição temporal.

Hydrosedimentological simulations are difficult to perfor m due to the temporal and spatial scarcity of measured data, of great importance for calibration and validation of models. In this context, several techniques have been developed in the last decades for the estimation of hydrological and sedimentological d ata. One of them is the extraction of a spectral reflectance correlation of the red range (0.64 0.67 μm) of remote sensing images with the concentration of suspended solids (CSS) in rivers. This work predicts the use of this technique as an aid to the veri fication of a model in the current development, the MGB SED model, coupled with the MGB IPH hydrological model, capable of representing the estimation of sediment generation in the basin and simulation of sediment transport in rivers integrated with hydrol ogical and hydraulic simulation in large basins. As a case study, for the simulation of the model, the Paraíba do Sul river basin was chosen, a large basin, where three important states of Brazil are found, which presents a low available amount of measured data and its main river presents a great width , capable of easily framing satellite image pixels. These added factors justify the choice of the basin to carry out this work . T he results obtained using the MGB IP H hydrological model presented promising results with more than 60% of the metrics considered very satisfactory and unsatisfactory in less than 10% of the analyzes for both the calibration p a nd the validation period. Th e sediment data available in the Paraíba do Sul river basin show a deficit in quantity and temporal availability, which made it difficult to calibrate the sediment model MGB SED sediment model.