Sensoriamento remoto de parâmetros hidráulicos geométricos para estimativas da vazão de um rio de médio porte

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Évelyn Márcia Pôssa
• Orientador(a): Philippe Maillard
• Banca de defesa: Eber Jose de Andrade Pinto, Walter Collischonn, Otto Correa Rottuno Filho, Cristina Helena Ribeiro Rocha Augustin
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Geografia
• Departamento: IGC - DEPARTAMENTO DE GEOGRAFIA
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Sensoriamento remoto; Vazão; Rio de médio porte; Largura fluvial; Imagem de satélite; Altimetria radar; Extração de superfície de água
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/1843/34343; https://orcid.org/0000-0003-2617-9136

Imagens de satélite são valiosas para o registro da ocorrência e da dinâmica espaço-temporal dos rios do mundo, especialmente para regiões sem ou com baixa densidade espacial de estações de monitoramento. Com a expansão da observação da Terra por satélites, o regime fluviométrico está sendo observado a partir de diferentes técnicas de sensoriamento remoto (altimétricas ou de imageamento) e em diferentes frequências e resoluções. Porém, os parâmetros técnicos de muitos sensores limitam observação de rios de menores proporções ($<$~800~m de largura), o que resultou em uma lacuna na literatura pertinente em relação a esse porte de rio. Assim, o objetivo central da pesquisa é de investigar a extração e o uso de séries temporais de parâmetros hidráulicos geométricos, derivados de multissensores orbitais, para a estimar a vazão fluvial de um rio de médio porte. A primeira fase investiga o nível de acurácia na detecção de superfícies de água pelos dados das missões Sentinel-1, Sentinel-2 e Landsat-8 e por sete algoritmos classificadores (k-means, Expectation Maximization, Random Forest, k-nearest neighbors, Maximum Likelihood Classification, Support Vector Machine, Mahalanobis). Os resultados mostraram que as três missões permitem atingir acurácias acima de 86\%, usando classificadores relativamente simples. Baseando-se em princípios de geometria hidráulica, a segunda fase tem como objetivo propor um esquema metodológico para aplicação de série temporal de largura de rio para estimar a vazão em trechos sem monitoramento in situ. Propõe-se um método de implementação de estação virtual (largura-vazão), baseado em análise estatística-espacial, que, em 70\% das situações investigadas, retornou modelos com bons ajustes (NSE ~0,7). A terceira fase propõe uma metodologia para combinar séries temporais de largura e nível de água (derivado de altimetria radar) para estimar a vazão. Os melhores modelos alcançaram valores de NSE de 0,5 e 0,8. A inserção da variável nível de água gerou um impacto positivo na redução do erro de previsão percentual para as baixas vazões da área teste (tempo de permanência superior a 57% ~420m³/s), quando comparadas às estimativas realizadas somente a partir da série temporal da largura. Um procedimento de recuperação sistemática da morfologia fluvial, combinando dados de satélite a dados in situ, revelou que a calha da área teste apresenta seções que variam de trapezoidal a retangular. Os resultados da pesquisa evidenciam o quão promissora é a aplicação de dados orbitais para inferir a vazão de rios de médio porte, posicionando-se na literatura pertinente como amparo teórico aos estudos futuros que envolvam o uso de parâmetros hidráulicos geométricos derivados de dados orbitais em rios dessas proporções.