Análise do MNT parte 3 Problemas mais avançados

Apresentação em tema: "Análise do MNT parte 3 Problemas mais avançados"— Transcrição da apresentação:

1 Análise do MNT parte 3 Problemas mais avançados
Geoprocessamento Análise do MNT parte 3 Problemas mais avançados

2 Problemas adicionais Linhas de drenagem paralelas Onde inicia o rio?
Upscaling Stream burning Erros na medição de distâncias D8 x D infinito Eficiência computacional Otto bacias

3 Drenagem paralela Problema freqüente Por que ocorre
Proposta de correção Fairfield, J.; Leymarie, P. Drainage networks from grid digital elevation models, Water Resources Research, 27(5), p , 1991.

4 Drenagem paralela Fazendo rede de drenagem sobre Sierradem é possível verificar, com Zoom

5 Drenagem paralela Por que ocorre?
Áreas planas, mesmo que sejam inclinadas, não tem curvatura. Algoritmo decide para qual célula vizinha vai a água Como o terreno é reto (plano horizontal ou inclinado) a célula escolhida é sempre a mesma...

6 Drenagem paralela Algoritmo original de Jenson e Domingue:
“Se a declividade é igual para as vizinhas 1; 2 e 3 então a direção escolhida é para a célula 2.” Isto é arbitrário! Sempre a mesma decisão!

7 Drenagem paralela Proposta de correção: Introduzir componente aleatória Fairfield, J.; Leymarie, P. Drainage networks from grid digital elevation models, Water Resources Research, 27(5), p , 1991.

8 Correção da drenagem paralela
Introduzindo uma componente aleatória toda a vez que há várias direções possíveis de escoamento, como proposto no artigo citado antes, o problema das drenagens paralelas é contornado. Áreas acumuladas de drenagem (tons mais escuros indicam valores maiores) mostrando: (a) problema observado na geração de direções de fluxo em regiões planas usando o algoritmo D8, com o surgimento de rios paralelos irreais; (b) minimização do problema pela introdução de um fator aleatório no processo de atribuição de direções de fluxo em regiões planas. fonte Paz (2008) – Manual MGBGIS

9 Sugestão de trabalho Testar diferenças em produtos derivados:
Rede de drenagem; Área da bacia; Ordem do curso d’água; Etc... Acho que o TAS tem algoritmo de Fairfield, J.; Leymarie, P.

10 Upscaling Os próximos slides foram retirados da apresentação do trabalho final do Adriano Rolim da Paz (2006)

11 Ex: uma célula de 10 km de lado contém 10.000 pixels de 100m x 100m.
4 DIREÇÕES DE FLUXO DE GRANDE ESCALA Problema: - Modelo numérico do terreno: resolução de 90 m (SRTM). - Modelagem hidrológica de grande escala: usualmente células de 5 x 5 km ou 10 x 10 km. Ex: uma célula de 10 km de lado contém pixels de 100m x 100m.

12 4 DIREÇÕES DE FLUXO DE GRANDE ESCALA Solução: algoritmos de upscaling
MNT de alta resolução Solução: algoritmos de upscaling dir. de fluxo de alta resolução determinação das direções de fluxo de alta resolução (resolução do MNT disponível); áreas dren. acum. alta resolução - Determinação das áreas de drenagem acumuladas de alta resolução; direções de fluxo de baixa resolução determinação das direções de fluxo de baixa resolução (modelo hidrológico)

13 4 DIREÇÕES DE FLUXO DE GRANDE ESCALA
Diversos algoritmos de upscaling encontrados na literatura: O’Donnell et al. (1999) Wang et al. (2000); Fekete et al. (2001); Döll e Lehner (2002); Olivera et al. (2002); Reed (2003); Olivera et al. (2003); Shaw et al. (2005a, 2005b); Paz et al. (2006).

14 4 DIREÇÕES DE FLUXO DE GRANDE ESCALA
Desenvolvido algoritmo baseado no proposto por Reed (2003) Idéia geral: i. identificar um pixel dentro da célula por onde escoa o fluxo principal drenado pela célula; ii. seguir o escoamento a partir desse pixel; iii. atribuir o sentido do escoamento da célula para uma de suas vizinhas, conforme esse caminho traçado. Pixel exutório

15 5 COMPRIMENTO DOS TRECHOS DE RIO
Algoritmo desenvolvido a partir do algoritmo de upscaling de direções de fluxo Princípios gerais: - extrair comprimentos e trechos de rio usando informações de alta resolução (MNT, dir. fluxo, área drenagem); - associar os trechos de rio às células de baixa resolução; - extrair os trechos principais, que representem a ligação entre cada célula e a de jusante para a qual ela drena; - ponto base é o pixel exutório em cada célula; - para uma célula parte do trecho associado pode estar localizado fora dela (a jusante do pixel exutório), e parte dentro (a montante do pixel exutório); - não duplicidade: cada trecho só é contabilizado uma única vez; - continuidade: desde a cabeceira até o exutório, todos os trechos são associados a alguma célula.

16 5 COMPRIMENTO DOS TRECHOS DE RIO
identificação do pixel exutório em cada célula Célula do modelo hidrológico Rede de drenagem das células Área dren. acumulada de alta resol.

17 (ladoz1dx; diagonalz1,41dx)
5 COMPRIMENTO DOS TRECHOS DE RIO determinação do comprimento do trecho de rio a montante do pixel exutório percorre-se o rio no sentido inverso ao fluxo, desde o pixel exutório até sair da célula (ladoz1dx; diagonalz1,41dx) Lm = 17,1km

18 (ladoz1dx; diagonalz1,41dx)
5 COMPRIMENTO DOS TRECHOS DE RIO determinação do comprimento do trecho de rio a jusante do pixel exutório percorre-se o rio no sentido do fluxo, desde o pixel exutório até encontrar outro trecho já contabilizado (ladoz1dx; diagonalz1,41dx) Lj = 5,5 km

19 5 COMPRIMENTO DOS TRECHOS DE RIO
comprimento total associado à célula é dado pela soma dos trechos de montante e de jusante correspondentes L = Lm + Lj = 22,6 km Lj = 5,5 km Lm = 17,1km

20 6 DECLIVIDADE DOS TRECHOS DE RIO
identificação dos pontos (pixels) de montante e de jusante do trecho de rio associado a cada célula Declividade = ∆cota/L Ponto de jusante Ponto de montante

21 7 PRODUTO DERIVADO: perfil longitudinal
entre dois pontos quaisquer na rede de drenagem, percorre-se o sentido do fluxo gravando a cota e a distância.

22 Delimitação de sub-bacias
Manual Automatica Método ARCHYDRO Método Otto Pfaffstetter Método Idrisi

23 Delimitação usando o método manual
Introduzir exemplo

24 Delimitação de bacias usando ArcHydro

25 ArcHydro – Direções de fluxo

26 ArcHydro – Área acumulada

27 ArcHydro – Trechos de rio

28 ArcHydro – Junctions

29 Delimitação de bacias ArcHydro
Onde dois rios se encontram fica definido uma junction

30 ArcHydro – Sub-bacias

31 ArcHydro

32 Delimitação de sub-bacias automática: método Idrisi
45 73 2 120 45 ? 75 47 118 1 -1 Considerando p/ limite o valor 46

33 Exemplo sub-bacias método Idrisi

34 Enganando o Idrisi É possível usar o Idrisi para gerar sub-bacias com formato parecido com o ArcGis: Calcular área acumulada Usar reclass com threshold para definir drenagem Vetorizar drenagem (cada segmento de rio fica com identificador diferente) Rasterizar o vetor anterior Usar saída do passo 4 como “Seed image” na operação watershed

35 Método OTTO Material retirado do trabalho de Diogo Costa Buarque (2007): EXTRAÇÃO AUTOMÁTICA DE PARÂMETROS FÍSICOS DE BACIAS HIDROGRÁFICAS A PARTIR DO MNT PARA UTILIZAÇÃO EM MODELOS HIDROLÓGICOS

36 METODOLOGIA Otto Pfafstetter (Verdin & Verdin, 1999) a) b) c) d) e)
identificação do rio principal (a); nas confluências, o curso principal será sempre aquele que drena a maior área; a partir do exutório, selecionam-se os 4 afluentes com as maiores áreas de contribuição (b); a partir de cada um deles, deriva-se uma sub-bacia par, numeradas de 2 a 8, de jusante para montante (c); a área entre dois afluentes: bacia intermediária (d); bacias fechadas internas: rótulo 0; repete-se a divisão sempre que seja encontrado 4 afluentes (e). c) d) e)

37 APLICAÇÃO Bacia do Rio Uruguai Área de aproximadamente 207.000 km2
A bacia é formada pelo rio Uruguai e por seus afluentes e ocupa áreas pertencentes ao Brasil, a Argentina e ao Uruguai.

38 APLICAÇÃO Bacia do Rio Uruguai
MNT da Bacia disponível na resolução de 90 m (0,000833º); MNT reamostrado na resolução de 200 m (0,002º);

39 APLICAÇÃO Considerações Gerais
o exutório da bacia foi definido logo a jusante da confluência dos rios Uruguai e Quaraí; área de cabeceira igual a 5 km2; divisão de bacias com áreas maiores que 100 km2; número mínimo de pixels para o rio principal: 2; foram testados 7 níveis de divisão.

40 RESULTADOS Nível 1 Bacia do Uruguai Divisão das Sub-Bacias
Para cada nível de divisão foram obtidos arquivos raster contendo as sub- bacias codificadas. Nível 1 Bacia do Uruguai Primeiro nível apresentou bacia muita pequena (sub-bacia 1) Dificuldades em controlar áreas Das sub-bacias ímpares

41 RESULTADOS Divisão das Sub-Bacias Nível 2 Sub-bacia 7

42 RESULTADOS Divisão das Sub-Bacias Nível 3 Sub-bacia 71

43 RESULTADOS Divisão das Sub-Bacias Nível 4 Sub-bacia 713

44 RESULTADOS Divisão das Sub-Bacias Nível 5 Sub-bacia 7138

45 RESULTADOS Divisão das Sub-Bacias Nível 6 Sub-bacia 71382

46 RESULTADOS Divisão das Sub-Bacias Nível 7 Sub-bacia

47 RESULTADOS Divisão das Sub-Bacias – VERIFICAÇÃO
Agência Nacional de Águas - ANA Presente Trabalho

48 RESULTADOS Divisão das Sub-Bacias – VERIFICAÇÃO
Agência Nacional de Águas - ANA Presente Trabalho

49 Stream burning É possível melhorar a qualidade de uma rede de drenagem extraída de um MNT se o MNT for previamente condicionado. Mais usado é o método de forçar o MNT com base numa rede de drenagem vetorial obtida de outra fonte.

50 Stream burning Descrição de stream-burning usado no Hydrosheds
All rivers and lakes as identified in SWBD were deepened by 10 meters in order to force the derived flow to stay within these objects.

51 MNT-200m MNT-200m burned MNT-500m

52

53 Stream burning Uma outra forma de incluir a rede de drenagem vetorial – que não pode ser chamada stream burning – é usada no momento de interpolar, em que a rede de drenagem é informada como região mais baixa do terreno.

54 Erros na medição de distâncias

55 Erros na medição de distâncias

56 D8 x outros métodos D8 admite que o fluxo segue para uma das oito vizinhas Ver alguns artigos: Comparison of the performance of flow-routing algorithms used in GIS-based hydrologic analysis. Hydrological Processes

57 Outros métodos Interessante trabalho de comparação:
COMPARISON OF FLOW ROUTING ALGORITHMS USED IN GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEMS by Christine Suet-Yan Lam Tese disponível na Internet Sugestão de trabalho da disciplina!