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Modelos para predição de sólidos dissolvidos totais, sólidos totais e turbidez no reservatório de Jaguara a partir dos dados espectrais dos satélites sentinel-2

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Silva, Willian Geraldo da
Orientador(a): Fia, Ronaldo
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Lavras
Escola de Engenharia (EENG)
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos
Departamento: Não Informado pela instituição
País: brasil
Palavras-chave em Português:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufla.br/handle/1/60347
Resumo: The objective of this study is to develop models to estimate water quality parameters such as Total Dissolved Solids (TDS), Total Solids (TS), and Turbidity in the UHE Jaguara reservoir. To achieve this, reflectance data from the MSI/Sentinel-2 sensor were used in conjunction with in situ measurements, aiming to provide more efficient and accurate water quality monitoring in this important reservoir. The input data were obtained from 21 sampling campaigns conducted between 2018 and 2023, evaluated in scenarios with and without outlier removal. The results indicated that machine learning models performed better in predicting the three parameters. The Random Forest model using band 2186 was the most effective for TDS (r = 0.84), while the 559/864 band ratio combined with the Decision Tree model stood out for TS (r = 0.51). For turbidity, the Random Forest model using all bands achieved r = 0.70. The analysis of the predictive maps confirmed the field data, showing that the highest concentrations of TDS, TS, and turbidity occurred during the rainy season, particularly in the water inflow areas of the reservoir. In addition to rainfall, factors such as effluent discharges and land use changes also influenced water quality. The combination of remote sensing data and machine learning techniques proved effective in predicting water quality parameters. This enabled more accurate estimates and continuous visualization of TS, TDS, and turbidity concentrations, representing an advancement over traditional sampling methodologies. The application of this approach in the UHE Jaguara reservoir shows potential for expansion to other reservoirs, particularly in areas with varying hydrological conditions.
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spelling Matos, Mateus Pimentel deCoelho, GilbertoBorges, Alisson CarraroBeskow, SamuelFia, RonaldoSilva, Willian Geraldo da2025-09-26T20:16:24Z2025-06-18SILVA, Willian Geraldo da. Modelos para predição de sólidos dissolvidos totais, sólidos totais e turbidez no reservatório de Jaguara a partir dos dados espectrais dos satélites sentinel-2. 2025. 117 p. Tese (Doutorado em Recursos Hídricos) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.https://repositorio.ufla.br/handle/1/60347The objective of this study is to develop models to estimate water quality parameters such as Total Dissolved Solids (TDS), Total Solids (TS), and Turbidity in the UHE Jaguara reservoir. To achieve this, reflectance data from the MSI/Sentinel-2 sensor were used in conjunction with in situ measurements, aiming to provide more efficient and accurate water quality monitoring in this important reservoir. The input data were obtained from 21 sampling campaigns conducted between 2018 and 2023, evaluated in scenarios with and without outlier removal. The results indicated that machine learning models performed better in predicting the three parameters. The Random Forest model using band 2186 was the most effective for TDS (r = 0.84), while the 559/864 band ratio combined with the Decision Tree model stood out for TS (r = 0.51). For turbidity, the Random Forest model using all bands achieved r = 0.70. The analysis of the predictive maps confirmed the field data, showing that the highest concentrations of TDS, TS, and turbidity occurred during the rainy season, particularly in the water inflow areas of the reservoir. In addition to rainfall, factors such as effluent discharges and land use changes also influenced water quality. The combination of remote sensing data and machine learning techniques proved effective in predicting water quality parameters. This enabled more accurate estimates and continuous visualization of TS, TDS, and turbidity concentrations, representing an advancement over traditional sampling methodologies. The application of this approach in the UHE Jaguara reservoir shows potential for expansion to other reservoirs, particularly in areas with varying hydrological conditions.O objetivo deste estudo é desenvolver modelos para estimar parâmetros da qualidade da água, como os Sólidos Dissolvidos Totais (SDT), Sólidos Totais (ST) e a Turbidez, no reservatório da UHE Jaguara. Para isso, foram utilizados dados de reflectância do sensor MSI/Sentinel-2, em conjunto com medições in situ, com o intuito de oferecer um monitoramento mais eficiente e preciso da qualidade da água nesse importante reservatório. Os dados de entrada foram obtidos a partir de 21 campanhas de amostragem realizadas entre 2018 e 2023, avaliadas em cenários com e sem remoção de valores atípicos. Os resultados indicaram que os modelos de aprendizado de máquina apresentaram melhor desempenho na previsão dos três parâmetros. O modelo Random Forest utilizando a banda 2186 foi o mais eficaz para TDS (r = 0,84), enquanto a razão de bandas 559/864 combinada com o modelo Decision Tree se destacou para TS (r = 0,51). Para turbidez, o modelo Random Forest utilizando todas as bandas obteve r = 0,70. A análise dos mapas preditivos confirmou os dados de campo, mostrando que as maiores concentrações de SDT, ST e turbidez ocorreram na estação chuvosa, especialmente nas áreas de entrada de água do reservatório. Além das chuvas, fatores como lançamentos de efluentes e mudanças no uso do solo também influenciaram a qualidade da água. A combinação de dados de sensoriamento remoto e técnicas de aprendizado de máquina mostrou-se eficaz na previsão de parâmetros da qualidade da água. Isso possibilitou estimativas mais precisas e a visualização contínua das concentrações de TS, TDS e turbidez, o que é um avanço em relação às metodologias tradicionais de amostragem. A aplicação dessa abordagem no reservatório da UHE Jaguara mostra o potencial para ser expandida para outros reservatórios, principalmente em áreas com diferentes condições hídricas.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESTecnológicoMeio ambienteODS 6: Água potável e saneamentoODS 9: Indústria, inovação e infraestruturaODS 15: Vida terrestreUniversidade Federal de LavrasEscola de Engenharia (EENG)Programa de Pós-Graduação em Recursos HídricosUFLAbrasilENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::RECURSOS HIDRICOSSensoriamento remotoMSI/Sentinel-2Qualidade da águaAprendizado de máquinaModelagem preditivaRemote sensingWater qualityMachine learningPredictive modelingModelos para predição de sólidos dissolvidos totais, sólidos totais e turbidez no reservatório de Jaguara a partir dos dados espectrais dos satélites sentinel-2Models for prediction of total dissolved solids, total solids, and turbidity in the Jaguara reservoir using spectral data from sentinel-2 satellitesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFLAinstname:Universidade Federal de Lavras (UFLA)instacron:UFLAinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALTexto completo.pdfTexto completo.pdfapplication/pdf3576378https://repositorio.ufla.br/bitstreams/496c6192-6662-42e8-bf8f-2678e71fe9a4/downloade420c8be60b8f8792dc6b9081dc11ad7MD51trueAnonymousREADImpactos da pesquisa.pdfImpactos da pesquisa.pdfapplication/pdf124984https://repositorio.ufla.br/bitstreams/7b86d450-c341-4957-9cd3-186646bdd3e1/download2a98e34dda46c953706fcd32dd208505MD52falseAnonymousREADLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8955https://repositorio.ufla.br/bitstreams/85742063-980b-4fe3-806a-078b6da33823/downloaddc1a173fe9489e283d3a1f54f6ab2ab9MD53falseAnonymousREADTEXTTexto completo.pdf.txtTexto completo.pdf.txtExtracted texttext/plain102925https://repositorio.ufla.br/bitstreams/c2236e73-368d-47a7-af88-1840e6014c14/download26e2882b53c5c667b926d9707fc0c058MD54falseAnonymousREADImpactos da pesquisa.pdf.txtImpactos da pesquisa.pdf.txtExtracted texttext/plain5370https://repositorio.ufla.br/bitstreams/7610e7ae-0c3b-4760-917f-257aac189ae8/download0ba271bb2df03ff1d8fba3379c585df8MD56falseAnonymousREADTHUMBNAILTexto completo.pdf.jpgTexto completo.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3729https://repositorio.ufla.br/bitstreams/afb747aa-fb38-4011-8367-38cdce7dd09d/download2d91d3607f7cca0d8fe69a0fd957a32aMD55falseAnonymousREADImpactos da pesquisa.pdf.jpgImpactos da pesquisa.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg5747https://repositorio.ufla.br/bitstreams/062e37f7-072b-4b32-b628-3b76cb312adf/download9f51d9f6b2ae9e623c72426f97abbad7MD57falseAnonymousREAD1/603472025-10-06 18:45:11.681open.accessoai:repositorio.ufla.br:1/60347https://repositorio.ufla.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufla.br/server/oai/requestnivaldo@ufla.br || repositorio.biblioteca@ufla.bropendoar:2025-10-06T21:45:11Repositório Institucional da UFLA - Universidade Federal de Lavras (UFLA)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