Opt GIS

Estimando parâmetros de qualidade da água através de imagens de satélite

O monitoramento ambiental é peça chave para o desenvolvimento de empreendimentos das mais diversas origens, em especial para aqueles cuja instalação ou operação produzam algum impacto sobre a bacia hidrográfica e seus corpos hídricos. A Política Nacional de Meio Ambiente (PNMA) e demais leis ambientais (políticas de recursos hídricos, resoluções CONAMA, leis e resoluções estaduais, etc…) definem quais tipos de empreendimentos necessitam realizar monitoramento de parâmetros ambientais sobre a bacia através estudos e relatórios de impacto ambiental para seu licenciamento. 

Monitoramento este que demanda por dados para a caracterização do estado do ambiente antes do empreendimento, durante sua instalação e operação, dados estes muitas vezes coletados através de incursões à campo o que pode gerar altos custos técnicos e financeiros. Sobretudo para a água (reservatórios e lagos), necessitando de embarcações para a coleta e pessoal especializado para coleta de amostras e processamento de análises laboratoriais das mesmas.

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Todas estas demandam um mínimo de manutenção feita em campo, sendo as metodologias por sensoriamento remoto as que demandam menos incursões à campo, necessitando coleta de dados apenas para a parametrização (calibração e validação) de modelos. 

Pode-se dizer que o sensoriamento remoto e uso de imagens de satélite é a forma mais atual de tecnologia voltada para o monitoramento ambiental, pela modelagem através de softwares e e linguagens voltadas para sistemas de informações geográficas (GIS do inglês Geographic Information System). 

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A modelagem ambiental por meio de imagens de satélite nos permite estimar de uma forma “direta” aqueles componentes presentes na água que possuem a capacidade de alterar a luz (radiação eletromagnética) durante seu percurso pelo meio aquático, denominados Componentes Ópticamente Ativos (OAC do inglês Optically Active Constituents).

Os principais OACs de interesse para o monitoramento ambiental de ambientes aquáticos marinhos, costeiros ou interiores são:

  1. A própria água é um OAC, com maior absorção em comprimentos de onda do azul e infravermelho próximo (IVP) e maior espalhamento em comprimentos de onda do azul;
  2. Clorofila-a (Chla), indicadora da presença fitoplanktônica, relacionada à produção primária no corpo hídrico. Possui bandas de absorção em comprimentos de onda do azul e vermelho, e reflexão no verde e IVP;
  3. Total de sólidos suspensos (TSS) na coluna de água, indicador da presença de sólidos (orgânicos e inorgânicos) na coluna de água, gerador de turbidez nos corpos hídricos. Possui bandas de absorção e de reflexão mais acentuadas em comprimentos de onda do azul;
  4. Matéria orgânica colorida dissolvida (CDOM do inglês Colored Dissolved Organic Matter), indicadora da origem da matéria orgânica do lago (autóctone ou alóctone). Possui banda de alta absorção em comprimentos de onda do azul em relação a outros comprimentos de onda e considerado como isento de reflexão.

Estes OACs bem como a variação na composição e concentração dos mesmos na coluna de água (absoluta e relativa entre os mesmos) possuem comportamentos espectrais específicos sendo necessárias diferentes composições de bandas nas metodologias para estimativas destes, o comportamento espectral da coluna de água analisada é resultado da combinação destes comportamentos específicos de cada um dos OACs.

Forma do espectro de amostras de água e suas aparências visuais. Fonte: [2]

Bom, a partir deste ponto podemos usar o conhecimento sobre estes comportamentos específicos ou em composição e correlacioná-los às respostas de sinal de imagens de satélite como por exemplo imagens públicas como a constelação de satélites Sentinel 2 ou a plataforma Landsat 8 para simular esta composição de OACs em corpos hídricos oceânicos, costeiros ou interiores (reservatórios e lagos).

A partir das estimativas dos OACs outros parâmetros ambientais podem ser estimados de forma “indireta” como a transparência da água em suas distintas unidades, como a profundidade do disco de Secchi, coeficientes de atenuação da radiação eletromagnética, bem como parâmetros de qualidade da água necessários às metodologias de cálculo de índices conhecidos da literatura como os de estado trófico IET e de qualidade da água IQA (CETESB)

Fonte imagens de satélite: [3]

A modelagem ambiental através de dados obtidos por sensoriamento remoto por satélites é uma ferramenta capaz de suprir a necessidade de informação ambiental para uso em sistemas de monitoramento e alerta para empreendimentos que necessitam uma recorrência significativa de coletas à campo, diminuindo a necessidade destas incursões uma vez o modelo parametrizado para a área em questão.

A Opt GIS monitora a ocorrência de macrófitas em reservatórios, com alta recorrência de imagens e com padrões de qualidade da água calibrados com os dados de sensores remotos e dados coletados em campo. Atualmente monitoramos cerca de 190 mil hectares de lâmina d’água em reservatórios no estado de São Paulo.

FONTES: 

[1] http://www.dpi.inpe.br/labisa 

[2] https://www.mdpi.com/2072-4292/11/2/169 

[3] https://earthobservatory.nasa.gov/features/ColorImage/page1.php 

[4] http://www.dpi.inpe.br/labisa/livro/ 

[5] https://www.oceanopticsbook.info/

Há 11 anos a OPT GIS vem desenvolvendo soluções de inteligência geográfica e transformação digital. 

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Visite a pagina: www.optgis.com.br

Escrito por

Victor Curtarelli 

Função: Analista Desenvolvedor
https://www.linkedin.com/in/Victor Curtarelli/

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