Obtenção de níveis e declividade da linha d’água a partir de altimetria por satélite no Rio São Francisco

Abstract

Mediante os desafios da produção de dados hidrológicos convencionais, a utilização de informações obtidas por sensoriamento remoto na Hidrologia já é considerada uma fonte complementar e/ou alternativa. A altimetria por satélite (AS) é uma das técnicas que fornece dados com potencial uso em estudos hidrológicos e hidráulicos. As missões espaciais com radar altimétrico ainda hoje têm foco na obtenção dos níveis dos oceanos, calotas polares e gelo de mar, entretanto inúmeros estudos vêm demonstrando ao longo de quase três décadas a viabilidade de seu uso em águas continentais, sobretudo em rios de grande porte. A consolidação de dados de altimetria em cursos d’água de médio e pequeno porte permanece como desafio, pois à medida que se trabalha com cursos d’água mais estreitos (largura inferior a 1 km) há uma série de limitações inerentes às características de operação do altímetro e processamento dos dados que impactam na acurácia do dado obtido. Contudo, os avanços tecnológicos nos altímetros e o bom número de missões previstas tornam o uso de dados de AS ainda mais promissor. Nesse contexto, a presente pesquisa objetiva avaliar a performance da AS multimissão num rio tropical de médio porte (Rio São Francisco) e seu potencial uso na obtenção de variáveis hidráulicas. Foram utilizadas cinco missões altimétricas (Envisat, Saral, Jason, Sentinel-3 e Cryosat) e dados in situ de doze estações fluviométricas (EFs) com nivelamento altimétrico (WGS84) num trecho de 1400 km do Rio São Francisco. O fato das EFs estarem niveladas viabilizou a comparação direta de suas séries às séries de satélite, ou seja, uma análise estatística dos desvios em termos absolutos, raramente encontrada na literatura. Ademais, os dados in situ foram interpolados de forma a produzir dados sincronizados ao local e horário de passagem do satélite sobre o rio, chamadas de EVs (estações virtuais), o que reduziu em 0,29 m o RMSE (Root mean square error – raiz do erro quadrático médio). Ao todo foram analisadas 76 EVs para os satélites de órbita fixa e 850 pontos do satélite Cryosat (órbita derivativa). A partir dos dados destas EVs foi feita a análise de desempenho para os diferentes satélites e estimado o viés característico de cada um deles, algo inédito para um rio tropical de médio porte. Outras conclusões puderam ser extraídas: as características ambientais do entorno das EVs determinam o nível dos erros para diferentes satélites ocasionando grande amplitude dos desvios; os satélites Sentinel-3 apresentam performance superior aos demais, o que é atribuído a tecnologia SAR (radar de abertura sintética) aliada ao modelo de operação que usa informação prévia da altitude do alvo (open loop tracking mode) e, por fim, há uma tendência geral dos satélites em superestimar os níveis d’água. A declividade da linha d’água é uma variável de grande valia em estudos hidrológicos e hidráulicos, porém de difícil obtenção com níveis de precisão aceitáveis. Na ausência de vi Programa de Pós-graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos da UFMG dados locais disponíveis, tipicamente se utilizam dados da missão SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), com resolução espacial de 90 m. Nesse contexto, os dados consistidos de EFs niveladas e os dados livres de vieses das dezenas de EVs analisadas foram utilizados na obtenção de perfis longitudinais e de declividade da linha d’água, em diferentes escalas temporais, de forma separada e em conjunto. Os resultados obtidos, especialmente pelo modelo conjunto de EFs com EVs, foram compatíveis aos valores mencionados na literatura para o trecho do Médio Rio São Francisco, mas com uma resolução espacial superior ao SRTM.