Estudo da dinâmica espaço-temporal do fluxo de sedimentos a partir das propriedades ópticas das águas no reservatório de Três Marias - MG

Abstract

A sociedade moderna ampliou consideravelmente a diversidade de uso da água. Hoje em dia, a água é bem de consumo final ou intermediário na quase totalidade das atividades humanas. Em um país como o Brasil que possui grande parte de sua matriz energética originada do seu excelente potencial hídrico é fundamental o aprofundamento em estudos e tecnologias relacionados ao entendimento dos ecossistemas aquáticos continentais. É na lacuna de limitações do monitoramento espacial e temporal das técnicas convencionais de amostragem que o sensoriamento remoto se insere como uma das tecnologias capaz de ampliar a representatividade das amostras. O objetivo desta tese é estimar a concentração dos sedimentos em suspensão em reservatórios por meio de imagens do satélite MODIS e das propriedades ópticas da água adquiridas com espectrorradiometria de campo. Além de fornecer estimativas sobre a dinâmica espaço-temporal dos fluxos de sedimento que aportam o reservatório de Três Marias. Para isso, é necessário compreender como os sedimentos se comportam no reservatório e como afetam a resposta espectral das águas. A metodologia desenvolvida nesta pesquisa envolveu levantamento de campo do material em suspensão e das propriedades ópticas das águas do reservatório. A caracterização das propriedades ópticas das águas permitem entender os processos de interação entre a radiação eletromagnética com o corpo d'água. As propriedades ópticas medidas a partir da espectrorradiometria de campo foram: Reflectância de sensoriamento remoto, reflectância volumétrica e coeficiente de atenuação vertical da luz. Essas propriedades permitiram estimar as propriedades de coeficiente de absorção, de espalhamento e de retroespalhamento da radiação pelo corpo d'água. Análises de correlação entre as propriedades ópticas da água e a concentração de material em suspensão se mostraram bem robustas com valores de R² acima de 0,9 para todas as propriedades. Entre as propriedades ópticas medidas a reflectância de sensoriamento remoto foi utilizada para simular as respostas espectrais do sensor MODIS. Os dados do sensor MODIS simulados são correlacionados com o material em suspensão. Essa correlação se mostrou bastante robusta com R² de 0,93 para a banda do vermelho e 0,92 para a banda do infravermelho mostraram uma boa possibilidade de se estimar valores de concentração a partir da reflectância do sensor MODIS. As análises de correlação com o material em suspensão foram utilizadas para definir as curvas de calibração para estimar valores de concentração de sedimentos a partir do sensor MODIS. Os valores de concentração estimados foram validados a partir da comparação com as concentrações mensuradas em campo. Os resultados mostram que os dados de satélite conseguem acompanhar de maneira robusta as variações de concentração ao longo do reservatório, permitindo analisar a dinâmica de fluxos de sedimentos espacialmente e temporalmente. Essa tese demonstra a possibilidade de utilizar imagens de sensoriamento remoto para monitorar de maneira criteriosa a dispersão da pluma de sedimentos e suas variações sazonais dentro do reservatório, além da possibilidade de analisar os parâmetros dos constituintes da água por meio das suas propriedades ópticas. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Modern society has significantly expanded the diversity of water use. Today, water is final or intermediate consumer product in almost of all human activities. In a country like Brazil, which has most of its energy originated from its excellent water potential is very important improvements in technologies and studies related to the understanding of aquatic ecosystems. Is in the gap of spatial and temporal monitoring limitations of conventional sampling techniques that remote sensing is included as one of the technologies capable of enhancing the representativeness of samples. The objective of this thesis is to test the effectiveness of t suspended sediment concentration estimates in reservoirs using MODIS satellite images and the optical properties of water measured with field spectroradiometry. In addition to providing estimates of the spatial and temporal sediment fluxes dynamics that contribute to the Três Marias Reservoir. For this it is necessary to understand the behavior of sediments in the reservoir and how they affect the color of the waters. The methodology involves field research of the suspended material and the optical properties of the reservoir water. The characterization of the optical properties of water allow us to understand the processes of interaction of electromagnetic radiation with water. The optical properties measured from the field spectroradiometry were: remote sensing reflectance, irradiance reflectance and vertical attenuation coefficient of light. These properties allowed us to estimate the properties of the absorption coefficient, scattering and backscattering of radiation by water. A correlation between the optical properties of water and the concentration of suspended material was very robust with R² values above 0.9 for all properties. Among the optical properties of water measures the reflectance remote sensing was used to simulate the spectral response of MODIS. Correlation analysis with suspended material are used to define the calibration curve to estimate values of sediment concentration from MODIS datas. The estimated concentration values are validated by comparing with the concentrations measured in the field. The results show that the satellite data can robustly monitor the variability of concentration along the reservoir, allowing to analyze the dynamics of sediment flows spatially and temporally. This thesis demonstrates the possibility of using remote sensing images to monitor very carefully the dispersion of sediment plume and seasonal variations within the reservoir, plus the ability to analyze parameters of the constituents of the water using their optical properties.