Direções de fluxo em modelos digitais de elevação: um método com foco na qualidade da estimativa e processamento de grande volume de dados - Alexandre Copertino Jardim (2017)
As direções de fluxo são dados essenciais para modelagem hidrológica. Estas direções permitem simular o caminho que a água e materiais transportados como sedimentos, contaminantes, nutrientes, etc., podem percorrer. Das direções de fluxo são derivadas as delimitações de bacias hidrográficas, as áreas de contribuição dos rios, a rede de drenagem, o comprimento e declividade de trechos de drenagem, os descritores de terreno, o índice topográfico, entre outros. A qualidade destes produtos depende da qualidade das direções de fluxo. As direções de fluxo são extraídas de modelos computacionais de representação do relevo do terreno conhecidos como Modelo Digital de Elevação (MDE). A representação para MDE mais comum e utilizada é a grade regular retangular. Entretanto, os MDE quase sempre possuem células da sua grade onde não é possível definir uma direção de fluxo. Essas células são chamadas de fossos. A remoção dos fossos é necessária para a geração de MDE hidrologicamente consistente. Mas o processo de remoção altera os valores originais de altimetria do MDE. Essas alterações podem introduzir erros e influenciam diretamente na qualidade das direções de fluxo obtidas e, consequentemente, em todos os produtos derivados da grade de direção de fluxos. Esta Tese trata dos aspectos relevantes aos métodos de extração de direção de fluxos. São duas as principais contribuições deste trabalho: (1) apresenta inovações no método para definir direções de fluxo de MDE representado por grade regular, com melhora na qualidade da estimativa para as direções de fluxo e, consequentemente, uma melhora nos produtos derivados destas direções e, (2) projeta, implementa e testa um conjunto de funções que permite a computação destas inovações metodológicas e seu uso para trabalhar com bases de dados de MDE em escala global. Uma nova abordagem híbrida é proposta para a correção de fossos, que procura estabelecer a menor modificação do MDE original e, ao mesmo tempo, não prejudicar a qualidade das direções de fluxos e dos produtos derivados. Uma prova de conceito foi estabelecida com base em estudo comparado, para os resultados do método proposto nesta Tese. O método proposto foi avaliado contra cinco métodos presentes em diferentes ambientes computacionais de processamento para definição de direções de fluxo. Foram comparadas as diferenças entre o MDE original e o corrigido, gerado por cada método testada. As direções de fluxo foram comparadas indiretamente através da qualidade das redes de drenagem obtidas quando se utiliza cada um dos métodos. Foram utilizadas duas áreas-teste. A primeira área compreende um trecho do rio Crepori, um afluente do rio Tapajós localizado na cidade Jacareacanga do estado do Pará. A segunda área compreende toda bacia hidrográfica do Rio Purus. Esta bacia abrange os estados brasileiros do Acre e do Amazonas e parte do Peru. Em uma classificação final, utilizando métricas de qualidade que consideram dois quesitos em conjunto: (a) a menor alteração no MDE original e, (b) a qualidade das estimativas de direção dos fluxos observada indiretamente pela qualidade da rede de drenagem derivada, o método proposto desta Tese obteve o melhor desempenho.