Hidrograma Unitário Geomorfológico

Apresentação em tema: "Hidrograma Unitário Geomorfológico"— Transcrição da apresentação:

1 Hidrograma Unitário Geomorfológico
Geoprocessamento Hidrograma Unitário Geomorfológico

2 Estimativa do HTA usando SIG
MNT Direção de fluxo, declividade, área acumulada Velocidade de passagem por cada célula Identificação do tempo de viajem de cada célula até o exutório Montagem do histograma

3 Estimativas do HTA usando SIG

4 Estimativa do HTA usando SIG
Velocidade de passagem por cada célula S: calcula por SIG n: admite valor constante B: relaciona com área acumulada Q: relaciona com área acumulada para evento de referência.

5 Estimativa do HTA usando SIG

6 HU baseado na topologia da rede de drenagem
“Width function” HU baseado na estrutura de rede de drenagem (ordem de Strahler)

7 Ordem de Strahler 1 2 3

8 “Width function” derivada da Ordem de Strahler
1 2 3 Contar o número total de segmentos de rio. Contar o número de segmentos a cada distância topológica do exutório. Fazer tabela (ou histograma) com número relativo de segmentos a cada uma das distâncias topológicas.

9 “Width function” derivada da Ordem de Strahler
1 2 3 Este segmento está à distância 1 do exutório

10 “Width function” derivada da Ordem de Strahler
1 2 3 Estes segmentos estão à distância 2 do exutório

11 “Width function” derivada da Ordem de Strahler
1 2 3 Estes segmentos estão à distância 3 do exutório

12 “Width function” derivada da Ordem de Strahler
1 2 3 Estes segmentos estão à distância 4 do exutório

13 “Width function” derivada da Ordem de Strahler
1 2 3 Distancia Segmentos 1 2 3 4 5 6 8 7 9 10 Total = 35 segmentos

14 “Width function” derivada da Ordem de Strahler
1 2 3 Distancia relativa Frequencia relativa 1/10 1/35 2/10 2/35 3/10 4/10 4/35 5/10 6/35 6/10 8/35 7/10 8/10 9/10 10/10

15 “Width function” derivada da Ordem de Strahler
1 2 3 w(s+) s+ Equivalente ao HTA

16 Exemplo “width function” TAS

17 Sugestão de trabalho Explorar métodos de geração de hidrograma unitário geomorfológico existentes em programas Criar método novo para HU geomorfológico

18 Relação entre modelo de Nash e morfologia da rede de drenagem
K e N do modelo de Nash podem ser estimados a partir das características da rede de drenagem RA: razão entre áreas de trechos de ordem w e de trechos de ordem w+1 (!?) RB: bifurcation ratio (!?) RL: length ratio (!?) v: velocidade média de escoamento em todos os trechos L: comprimento do rio principal Beven, K. Rainfall-runoff modelling: The primer (2001) Rosso, R Nash model relation to Horton order ratios. WRR vol. 20 n. 7

19 Bifurcation ratio RB The ratio is calculated by dividing the number of first order streams by the number of second order streams, then dividing the second order streams by the next highest order, and so on. The average of all these ratios gives the bifurcation ratio. If the bifurcation ratio is low, there is a higher chance of flooding, as the water will be concentrated in one channel rather than spread out, as a high bifurcation ratio would indicate. The bifurcation ratio can also show which parts of a drainage basin is more likely to flood, comparatively, by looking at the separate ratios. Most British rivers have a bifurcation ratio of between 3 and 5.

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21 Outros termos são calculados de forma semelhante.
Veja artigo Kumar et al., 2002

22 Sub-bacias e rede de drenagem do DEM

23 Comprimento de rios

24 Comprimento de rios no TAS

25 Outros atributos que dependem da topografia

26 No Idrisi

27 W. Collischonn E. M. Mendiondo C. A. B. Mendes IPH-UFRGS
Modelos numéricos do terreno e suas aplicações a bacias hidrográficas Princípios gerais W. Collischonn E. M. Mendiondo C. A. B. Mendes IPH-UFRGS

28 Importância dos atributos topográficos
escoamento saturação solos vegetação insolação erosão qualidade da água infiltração recarga

29 Produtos derivados do MNT
Janela 3x3 MNT Célula sobre a qual se realiza a operação

30 Filtragem R W ( x2 + y2 ) y 2 x 2 y x

31 Declividade A declividade (ou inclinação) e o aspecto (ou orientação) do terreno são os atributos topográficos mais utilizados, pois exercem influência sobre o fluxo da água e são importantes para estudos de erosão, sombreamento, energia solar recebida, reflectância da superfície, temperatura, etc. A partir das derivadas direcionais em x e y tanto a declividade como o aspecto podem ser determinados. Em uma função contínua e diferenciável a obtenção dos dois parâmetros corresponderia à determinação do vetor gradiente da função. Neste trabalho a projeção do gradiente no plano é o vetor da direção de máximo crescimento da função Z(x,y) que representa o terreno.

32 Cálculo da declividade

33 Cálculo da declividade
Declividade = [(Z/y)2 + (Z/x)2 ]1/2

34 Orientação da vertente (aspect)
 = arc tg [ -(Z/y) / (Z/x) ]

35 Curvatura no plano e no perfil
Convexo Divergente Plano Divergente Côncavo Divergente Convexo Convergente Plano Convergente Côncavo Convergente

36 Curvatura A curvatura no perfil é a taxa de variação da declividade na direção da orientação da vertente. A curvatura no plano é a taxa de variação da declividade na direção ortogonal à da orientação. A curvatura no perfil é decisiva na aceleração ou desaceleração do fluxo da água sobre o terreno e, portanto, influencia a erosão do solo. Sob o ponto de vista da curvatura no perfil um terreno pode ser côncavo, convexo ou reto. Terrenos côncavos são aqueles em que a declividade diminui na direção do aspecto. Terrenos convexos aparecem quando a declividade aumenta na direção do aspecto. Por último, são denominados terrenos retos aqueles em que a declividade não se altera no perfil. A curvatura no plano influencia a acumulação da umidade e do fluxo da água superficial e sub-superficial. A partir da curvatura no plano um terreno pode ser convergente, divergente ou reto. Terrenos convergentes são aqueles em que as direções de maior declividade em diferentes pontos do terreno tendem a se encontrar. Terrenos divergentes são aqueles em que as direções de maior declividade em diferentes pontos tendem a separar-se. A convergência ou divergência no plano pode ser observada numa carta em que a topografia está representada por curvas de nível.

37 Curvatura Plano Perfil

38 Derivadas segundas sobre a janela 3x3

39 Curvatura Finalmente, o raio de curvatura é obtido pelo valor inverso da curvatura. Raios de curvatura pequenos indicam terrenos muito côncavos ou muito convexos. Raios de curvatura grandes indicam terrenos quase retos.

40 Mapas sombreados O princípio do sombreamento automático no relevo está baseado numa analogia de um material ideal, iluminado desde uma determinada direção (Horn, 1981). Este produto pode ser utilizado para estimativas do número de horas solares que cada célula do MNT recebe ou estimativas de evapotranspiração. Assim, os mapas sombreados são compostos pelo produto escalar entre o vetor de luz incidente e o vetor normal a cada célula. Salienta-se que os ângulos vertical (zenital) e horizontal (azimutal) devem ser definidos para o vetor de luz incidente.

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42 Mapas sombreados Fico devendo equação

43 hillshade do arquivo cratera

44 Hillshade sobre arquivo cratera
Sobreposição com o próprio mnt cratera

45 Exercício Utilize o arquivo SIERRADEM e calcule a declividade do terreno Utilize o arquivo do MNT do RS, filtre e calcule a declividade

46 Exercício Calcule a orientação das vertentes sobre o mnt do sierradem e crie uma paleta de cores contínua para o salto entre 0 e 360 graus.

47 Exercício Calcule o mapa sombreado do RS ao meio dia na condição de sol do solstício de verão e de inverno. Considere que todo o Estado fica na latitude 30 S.

48 Exercício Utilize a função runoff para calcular a área acumulada sobre o mnt SIERRADEM. Verifique o efeito que tem as depressões espúrias Use a função pit-removal para retirar as depressões Refaça o cálculo da área acumulada.

49 Exercício Considere que na Espanha as áreas de proteção aos mananciais correspondem a uma distância de 100 m de ambos os lados de qualquer curso d’água. Delimite estas áreas considerando que um curso d’água inicia sempre que a área de drenagem atinge um valor igual ou superior a 5 km2

50 Exercício O modelo hidrológico TOPMODEL utiliza como base a distribuição estatística do índice de saturação em uma bacia hidrográfica. O índice de saturação do TOPMODEL é calculado pela equação abaixo. Calcule Isat.

51 Exercício MINTER

52 Exercício MINTER MNT rio Palmas latlong br_latlong_sad

53 Exercício MINTER Usar project MNT rio Palmas br_latlong_sad x utm23s

54 Calcular resolução

55 Exercício rio Palmas Calcule a área acumulada
Determine a rede de drenagem considerando que inicia com A=10 km2 Determine a área da APP com 300 m de cada lado dos rios

56 Exercício Crie um arquivo vetorial com a rede de drenagem do arquivo rio Palmas. faça uma imagem sombreada do mnt da mesma região Sobreponha a drenagem sobre o arquivo vetorial

57 Exercício reservatório rio Palma
Um reservatório deverá ser construído para regularização de um rio na região Sudeste do Tocantins. O local escolhido para a construção da barragem fica entre as coordenadas: Início : E N Final : E N no sistema de coordenadas UTM-23S. O nível máximo operacional do reservatório será de 550 m de altitude e o nível mínimo operacional será de 530 m de altitude. O nível máximo maximorum deverá ser de 555 m. Para os trabalhos de análise de viabilidade preliminar desta obra obtenha as seguintes informações utilizando o MNT do SRTM: Área da bacia neste local (em km2). Área do reservatório no nível máximo operacional (em km2). Área do reservatório no nível mínimo operacional (em km2). Área que deve ser desapropriada, considerando que toda a região a uma distância menor do que 300 m do espelho d’água, na condição de nível máximo maximorum deverá ser desapropriada. Área que deve ser reflorestada com espécies nativas, considerando que toda a área da região que fica a menos do que 300 m do espelho d’água, na condição de nível máximo maximorum, deverá ser reflorestada.