topologia hídrica: método de construção e modelagem da base

TOPOLOGIA HÍDRICA: MÉTODO DE CONSTRUÇÃO E MODELAGEM DA BASE HIDROGRÁFICA PARA SUPORTE À GESTÃO DE RECURSOS HÍDRICOS

República Federativa do Brasil Luiz Inácio Lula da Silva Presidente Ministério do Meio Ambiente – MMA Marina Silva Ministra Agência Nacional de Águas – ANA Diretoria Colegiada José Machado – Diretor-Presidente Benedito Braga Oscar Cordeiro Netto Bruno Pagnoccheschi Dalvino Troccoli Franca Superintendência de Gestão da Informação – SGI Sérgio Augusto Barbosa Superintendente

Superintendência de Gestão da Informação - SGI

Topologia Hídrica: Método de Construção e Modelagem da Base Hidrográfica para Suporte à Gestão de Recursos Hídricos

- Versão 1.11 – 17/11/2006 -

Conselho Editorial Presidente: Benedito Braga Membros: João Gilberto Lotufo Conejo Joaquim Guedes Corrêa Gondim filho Reginaldo Pereira Miguel Paulo Lopes Varella Neto Colaboradores: Alexandre de Amorim Teixeira Alexandre do Prado Fernando Maciel Lima e Sousa Magaly Gonzales de Oliveira Marco Antônio Silva Morris Scherer-Warren Regiane Maria Paes Ribeiro Hauschild Valdevino Siqueira Campos Neto Preparador de originais: Alexandre de Amorim Teixeira Revisor de texto: José Alexandre Batista Projeto Gráfico: Superintendência de Gestão da Informação – SGI Os conceitos emitidos nesta publicação são de inteira responsabilidade dos autores. Exemplares desta solicitação podem ser solicitados para: Agência Nacional de Águas – ANA Centro de Documentação Setor Policial Sul – Área 5, Quadra 3, Bloco L 70610-200 Brasília – DF Fone: (61) 2109-5396 Fax: (61) 2109-5265 Endereço eletrônico: http://www.ana.gov.br Correio eletrônico: [email protected] ©Agência Nacional de Águas 2006 Todos os direitos reservados É permitida a reprodução de dados e informações contidas nesta publicação, desde que citada a fonte. Catalogação na fonte – CEDOC – Biblioteca

A265a Agência Nacional de Águas (Brasil) Topologia hídrica : método de construção e modelagem da

base hidrográfica para suporte à gestão de recursos hídricos : versão 1.11. / Agência Nacional de Águas, Superintendência de Gestão da Informação. Brasília : ANA, SGI, 2006.

29 p.

1. Agência Reguladora. 2. Gestão de Recursos Hídricos. I. Agência Nacional de Águas (Brasil). II. Superintendência de Gestão da Informação. III. Título.

CDU 556:528.93 (81)

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 07

1.1. Instrumentos e princípios da Política Nacional de Recursos Hídricos ............................ 07

1.2. Construção da base hidrográfica ottocodificada ............................................................... 07

2. CONSTRUÇÃO E TRATAMENTO TOPOLÓGICO DA REDE HIDROGRÁFICA .... 10

2.1. Aquisição da base cartográfica ........................................................................................... 10

2.2. Construção e edição topológica da Rede Hidrográfica ..................................................... 10

2.3. Definição da bacia de contribuição sobre a rede hidrográfica......................................... 12

2.4. Codificação de Bacias de Otto Pfafstetter .......................................................................... 13

2.4.1. Definição ............................................................................................................................. 13

2.4.2. Codificação de Ottobacias ................................................................................................ 13

2.4.3. Codificação de Cursos D´água ......................................................................................... 14

2.4.4. Rotina Topologia Hídrica ................................................................................................. 15

2.4.4.1. Funcionamento do Algoritmo ....................................................................................... 15

2.5. Sistematização de toponímia de cursos d’água (Código de Rio) ...................................... 16

2.6. Extração de informações hídricas nativas e normalização de tabelas ............................. 17

2.7. Nascente, Confluência e Foz ................................................................................................ 18

2.8. Base hidrográfica ottocodificada ........................................................................................ 18

2.9. Hidrorreferenciamento ........................................................................................................ 19

2.10. Incorporação de Informações Espaciais à Base hidrográfica ottocodificada ............... 19

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................. 28

4. REFERÊNCIAS.............. ........................................................................................................ 29

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1. INTRODUÇÃO 1.1. Instrumentos e princípios da Política Nacional de Recursos Hídricos

A Lei Federal no 9.433, de 08 de janeiro de 1997, instituiu a Política Nacional de Recursos

Hídricos (PNRH) e criou o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (SINGREH), além de tratar de outras regulamentações.

Dentre os instrumentos da Política Nacional de Recursos Hídricos, o art. 25 da referida lei estabelece que “o Sistema de Informações sobre Recursos Hídricos é um sistema de coleta, tratamento, armazenamento e recuperação de informações sobre recursos hídricos e fatores intervenientes em sua gestão”, e que “os dados gerados pelos órgãos integrantes do SINGREH serão incorporados ao Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos (SNIRH)”.

Os princípios básicos do SNIRH, citados no art. 26 da mesma lei, compreendem a descentralização da obtenção e produção de dados e informações, a coordenação unificada do sistema e o acesso aos dados e informações garantidos a toda a sociedade.

Assim, os objetivos do SNIRH são: reunir, organizar, dar consistência e divulgar os dados e informações sobre a situação qualitativa e quantitativa dos recursos hídricos no Brasil; atualizar permanentemente as informações sobre disponibilidade e demanda de recursos hídricos em todo o território nacional; e fornecer subsídios para a elaboração dos Planos de Recursos Hídricos. 1.2. Construção da base hidrográfica ottocodificada

Dentre os esforços de atendimento aos objetivos do SNIRH, especificamente no que se refere à modelagem e ao tratamento dos dados geoespaciais da rede hidrográfica que irão compor o banco de dados desse sistema, a Agência Nacional de Águas (ANA), por meio da COPPETEC/UFRJ (2001), com a contribuição do engenheiro Flávio José Lyra da Silva, começou o desenvolvimento da construção da base hidrográfica ottocodificada e passou a utilizá-la como suporte à gestão em seus processos internos. Desde então, a construção da base hidrográfica ottocodificada vem sendo aprimorada internamente na ANA e ajustada às necessidades de integração com banco de dados espaciais.

A construção da base hidrográfica ottocodificada consiste de um conjunto de processos para tratamento topológico da rede hidrográfica com base na codificação de Otto Pfafstetter (1989) e que permite associar e extrair informações a jusante e a montante de cada trecho da rede.

Os seguintes termos e expressões são adotados no contexto da base hidrográfica ottocodificada:

• Trecho de curso d’água - segmento entre uma foz e sua confluência, ou segmento entre confluências, ou segmento entre uma confluência e sua nascente;

• Curso d’água - junção de trechos de curso d’água que segue da foz à cabeceira utilizando como critério a maior área a montante a partir de cada confluência;

• Rio - junção de trechos de curso d’água contínuos que possuem a mesma toponímia; • Nascente - representação das nascentes dos cursos d’água; • Confluência-Foz - representação de todas as fozes de cursos d’água;

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• Confluência - representação das fozes de cursos d’água que não deságuam no mar; e • Foz - representação das fozes de cursos d’água que deságuam no mar.

Uma visão geral da construção da base hidrográfica ottocodificada é ilustrada na figura 1

Figura 1: Desenho esquemático resumido do processo de construção da base hidrográfica ottocodificada

Como produto da construção da base hidrográfica ottocodificada são geradas tabelas contendo informações da chamada “Topologia Hídrica”, aqui definida como um conjunto de informações agregadas e discretizadas por trecho de curso d’água tendo como referência a sua área de contribuição. Essas informações de Topologia Hídrica, importantes para os processos de gestão de recursos hídricos são as seguintes:

• código Otto Pfafstetter do curso d’água onde o trecho se insere; • código Otto Pfafstetter da ottobacia referente ao trecho; • comprimento do trecho de curso d’água, em quilômetros; • distância, em quilômetros, ao longo dos cursos d’água, do ponto de jusante do trecho à

linha de costa de referência, tendo como referência o trecho de curso d’água; • distância, em quilômetros, ao longo do curso d’água, do ponto de jusante do trecho à foz

do curso d’água onde se encontra (é o curso d’água pelo critério de Otto Pfafstetter, cujo código é dado por cocursodag);

• área, em quilômetros quadrados, da ottobacia do trecho de curso d’água; • área, em quilômetros quadrados, da bacia a montante do trecho de curso d’água de

referência (incluindo a área de contribuição do próprio trecho); • sentido em que a hidrografia foi vetorizada: “+1” de montante para jusante e “-1” de

jusante para montante;

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• código de rio correspondente ao nome do rio no trecho, obtido na carta do milionésimo, já corrigido;

• tipo de corpo de água correspondente ao nome do rio no trecho (rio, córrego, ribeirão, etc.) obtido na carta do milionésimo, já sistematizado;

• preposição de ligação entre o tipo de corpo hídrico e o nome do rio no trecho propriamente dito (de, do, da, dos, del, de las, etc.), obtido na carta do milionésimo, já sistematizado;

• nome do corpo d’água no trecho propriamente dito, obtido na carta do milionésimo, já sistematizado;

• nome completo do curso d’água (Corpodag+Ligação+Nome), obtido na carta do milionésimo, já sistematizado;

• comprimento do rio, em quilômetros; • distância, em quilômetros, do ponto de jusante do rio à linha de costa de referência; • código Otto Pfafstetter do curso d’água onde cocursodag deságua; • comprimento do curso d’água, em quilômetros; • número do trecho imediatamente a jusante da confluência; • número do trecho imediatamente a montante da confluência, no curso d’água onde

deságua; • número do trecho imediatamente a montante da confluência, no curso d’água afluente

(cocursodag); • distância, em quilômetros, da foz de curso d’água de referência até a linha de costa; • área, em quilômetros quadrados, da ottobacia do curso d’água; • margem de Curso D’água onde deságua Curso D’água de maior ordem, tendo como

referência de montante para jusante; • ordem, a partir da foz da bacia no mar (curso d’água que deságua diretamente no mar é

ordem 1, o que deságua nele é 2, e assim por diante), do curso d’água; • numeração máxima do número de algarismos do código Otto Pfafstetter de bacia, tendo

como referência o código de bacia da ottobacia; • numeração máxima do número de algarismos do código Otto Pfafstetter de curso d’água,

tendo como referência o código de curso d’água; • dominialidade do curso d’água; • longitude em coordenadas geográficas em graus decimais da foz do trecho de curso

d’água; • latitude em coordenadas geográficas em graus decimais da foz do trecho de curso

d’água; • longitude em coordenadas geográficas em graus decimais da cabeceira do trecho de

curso d’água; e • latitude em coordenadas geográficas em graus decimais da cabeceira do trecho de curso

d’água. Essas informações são produzidas a partir de rede hidrográfica unifilar e discretizada por

trechos de cursos d’água e referenciadas às áreas de contribuição de cada trecho.

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2. CONSTRUÇÃO E TRATAMENTO TOPOLÓGICO DA REDE HIDROGRÁFICA

Para a construção e o tratamento topológico da rede hidrográfica, as seguintes etapas devem

ser observadas de forma seqüencial: • aquisição da base cartográfica; • construção e edição topológica da rede hidrográfica; • delimitação das bacias hidrográficas associadas a cada trecho de curso d’água; • codificação de bacia de método de Otto Pfafstetter; • sistematização da toponímia de rios; e • incorporação das informações hídricas nativas.

2.1. Aquisição da base cartográfica

A hidrografia utilizada pela ANA na gestão de recursos hídricos é obtida a partir do

Mapeamento Sistemático Brasileiro. Para fins de aplicação da construção da base hidrográfica ottocodificada, a estrutura de dados da hidrografia deve ser vetorial. 2.2. Construção e edição topológica da Rede Hidrográfica

A aquisição da base hidrográfica ottocodificada requer a construção de uma rede unifilar,

topologicamente consistente quanto aos aspectos de conectividade, em formato de grafo (árvore) e sem confluências duplas. Esse requerimento também se aplica às tradicionais análises de rede em ambiente de Sistema de Informação Geográfica (SIG).

As representações de cursos d´água por linhas duplas ou por polígonos são adequadas para a visualização e a produção cartográfica. Entretanto, para a análise de redes e para o a construção da base hidrográfica ottocodificada, os cursos d´água devem ser representados por segmentos de linha ou arcos (que representam os trechos de curso d’água), conectados por nós (que representam a nascente, as confluências e a foz).

Para que se possa extrair a topologia da rede hidrográfica, faz-se necessário representá-la sob a forma de uma estrutura lógica encadeada em que haja somente um ponto de saída (foz ou exutório) e um caminho único entre dois pontos (uma forma de grafo matemático denominado árvore). Isso significa que, para aplicação na construção da base hidrográfica ottocodificada, cada trecho da rede deve ter um único nó de origem e um único nó de destino, e cada nó da rede deve conectar dois trechos somente (figura 2).

Figura 2: Rede hidrográfica com numeração única de trechos(números em itálico) e nós (números sublinhados).

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Assim, é necessário representar todos os trechos de curso d’água de margem dupla e os

demais corpos d’água (lagos, reservatórios e brejos) por uma linha artificial, única de centro (figura 3). Para aplicações em navegação, essa linha artificial central poderá seguir outros requisitos de representação.

Figura 3: Exemplo de edição de rede hidrográfica para formato de árvore (Legenda: Linha contínua- mantida a vetorização; Linha tracejada – vetorização eliminada; Linha pontilhada – vetorização inserida).

Em caso de bacias costeiras, utiliza-se a linha de costa como sendo o “curso d´água principal” da bacia onde a “foz” seria considerada como o ponto da linha de costa mais a Norte, em sentido horário. Por outro lado, o ponto da linha de costa mais a Sul é considerado como a “cabeceira” do “curso d’água principal” da bacia (figura 4).

Entende-se como curso d’água principal aquele que possui a foz da maior bacia. Figura 4: Exemplo de edição de rede hidrográfica para formato de árvore de bacia costeira

(Legenda: Linha contínua - mantida a vetorização; Linha tracejada – vetorização eliminada; Linha pontilhada – vetorização inserida, Linha tracejada e pontilhada – Linha costeira).

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Vale ressaltar a importância de se garantir a conectividade espacial, ou seja, estabelecer a

chamada “estrutura arco-nó”. Nesse contexto, é importante que sejam utilizadas ferramentas computacionais adequadas para a edição topológica de redes, visando a utilização em SIG. Essas ferramentas devem permitir o processamento e a extração das seguintes informações essenciais à construção da base hidrográfica ottocodificada e inerentes à modelagem de redes em SIG:

• codificação numérica e única de cada trecho de curso d’água (arco); • codificação numérica e única de cada nó da rede (nó de origem e nó de destino); e • comprimento de cada trecho.

Tradicionalmente, os aspectos operacionais de edição topológica fazem parte do escopo de

treinamentos básicos de operação dos programas computacionais de SIG. Dentro do método de construção da base hidrográfica ottocodificada, os itens acima são

armazenados em uma tabela com cinco colunas, sendo que cada uma delas contém os seguintes atributos que expressam a topologia da rede:

• a primeira coluna apresenta a numeração única do trecho; • a segunda coluna estabelece a numeração do nó de origem do trecho; • a terceira coluna define a numeração do nó de destino do trecho; • a quarta coluna contém o comprimento do trecho; e • a quinta coluna representa a área de contribuição equivalente ao trecho.

2.3. Definição da bacia de contribuição sobre a rede hidrográfica

Ao longo da rede hidrográfica pode-se determinar infinitos pontos a partir dos quais está associado uma bacia de contribuição. Para solucionar esse problema de determinações de infinitas bacias, o tratamento topológico de rede considera uma área de contribuição em um universo discretizado.

A rede hidrográfica topologicamente consistente, os traçados dos limites das bacias de contribuição de cada trecho de curso d’água e o relevo da área de estudo devem estar compatíveis entre si dentro da mesma escala de trabalho. Nas aplicações hidrológicas em SIG, os dados de relevo são comumente representados por Modelos Digitais de Elevação (MDE) hidrologicamente

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consistente. As ferramentas dos softwares de edição utilizadas devem permitir a comparação dos elementos vetoriais da rede hidrográfica com os dados de relevo.

Uma vez produzidos os limites dessas bacias de contribuição, deve ser realizada uma edição de ajuste para garantir a compatibilização entre os trechos de cursos d’água, as suas respectivas bacias e o relevo.

Com isso, considerando a segmentação de bacias, interbacias e intrabacias, é possível associar diversos atributos a cada trecho de curso d’água e a sua respectiva área de contribuição. Por outro lado, essas áreas discretizadas de contribuição podem ser agregadas para reconstituir, assim, a bacia de todos os trechos a montante considerados. 2.4. Codificação de Bacias de Otto Pfafstetter

2.4.1. Definição

A codificação de bacias de Otto Pfafstetter permite a hierarquização das bacias

hidrográficas, ou seja, a definição da posição relativa e o ordenamento entre as bacias e interbacias. De posse do código de Otto Pfafstetter pode-se identificar a posição relativa de uma bacia

ou interbacia com relação às demais, sejam estas subdivisões ou localizadas a montante ou a jusante. 2.4.2. Codificação de Ottobacias

A codificação de Otto Pfafstetter se baseia nos seguintes princípios:

• o curso d’água principal de uma bacia é sempre o que tem a maior área de contribuição a

montante; • a partir da identificação do curso d’água principal, codificam-se suas bacias afluentes

por área de contribuição; • as quatro bacias maiores recebem códigos pares que são atribuídos de jusante a

montante: a bacia mais a jusante é a de código 2, a bacia imediatamente a montante desta recebe o código 4, a próxima recebe o código 6 e a mais a montante de todas, 8; e

• as interbacias recebem códigos ímpares, sendo a da foz a número 1, a interbacia entre as bacias 2 e 4 recebe o valor 3, e assim por diante, até a última bacia de montante, que recebe o número 9.

Para melhor compreensão dos princípios da codificação de Otto Pfafstetter ver figura 5. Figura 5: Exemplo de codificação de bacia do rio Itaúnas, prefixo 75978.

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Cada bacia, interbacia e intrabacia devidamente codificada e discretizada, conforme o nível de detalhe para o trecho, passa a ser uma Ottobacia.

Cada uma das bacias determinadas pode ser novamente codificada, conforme o nível de detalhe a atingir, sendo então atribuído um algarismo adicional. As bacias pares são codificadas como uma nova bacia integral, sendo que cada afluente, no trecho correspondente à maior área de contribuição, passa a ser considerado um novo curso d’água principal. As interbacias são codificadas considerando-se o mesmo rio principal da fase anterior, restrito ao trecho incremental considerado. O processo pode ser repetido enquanto houver afluentes na rede hidrográfica representada na escala de trabalho adotada. 2.4.3. Codificação de Cursos D’água

A codificação de Otto Pfafstetter tem como foco as bacias, mas pode ser adaptada para a codificação de cursos d’água. No método de construção da base hidrográfica ottocodificada adaptou-se a codificação de bacias aos respectivos trechos de curso d’água. Nessa adaptação, o código de curso d’água deriva do próprio código da bacia, mas excluídos os últimos algarismos ímpares, que identificam as interbacias, até o próximo número par (figura 6).

Após cada trecho de curso d’água receber sua codificação, pode-se armazenar este código em banco de dados relacional e, por meio de consultas, selecionar todas as bacias e interbacias a montante e a jusante de um trecho. A codificação de bacias de Otto Pfafstetter e a sua adaptação para codificação de curso d’água atuam como índices espaciais específicos para regras de negócio nos sistemas de informação de gestão de recursos hídricos.

Figura 6: Exemplo de codificação de curso d’água da bacia do rio Itaúnas (números sublinhados). Numeração menor equivale aos algarismos que foram eliminados da codificação de bacia.

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2.4.4. Rotina Topologia Hídrica

No atual estágio do método de construção da base hidrográfica ottocodificada, a

determinação do código de Otto Pfafstetter dos trechos de curso d’água, de bacia e as informações de topologia hídrica são executadas por meio do algoritmo desenvolvido na ANA, denominado “Topologia Hídrica”. O arquivo texto de entrada deve conter os campos TRECHO, NODE, NOPARA, COMP e AREA. Cada um dos registros dessa tabela refere-se a um trecho de curso d’água ou arco e deve possuir identificação única (campo TRECHO), bem como informações topológicas dos trechos de rios, como “nó de origem” (NODE) e “nó de destino” (NOPARA), comprimento do trecho (COMP) e a área de sua Ottobacia de contribuição direta (AREA).

O resultado do processamento são duas tabelas de saída: TRECHO DE CURSO D’ÁGUA e CURSO D’ÁGUA. Essas tabelas contêm dados que representam a relação espacial entre os cursos d’água e os trechos de cursos d’água, bem como a codificação de Otto Pfafstetter de bacia e curso d’água referenciado para cada trecho. 2.4.4.1. Funcionamento do Algoritmo

Como acontece com todas as rotinas de análise de dados modelados em árvores, o algoritmo

“Topologia Hídrica” utiliza extensivamente a recursividade, isto é, a capacidade de uma rotina de um programa chamar a si mesma. Neste caso, é calcula-se primeiramente o comprimento acumulado de curso d’água e em seguida a sua área acumulada.

Na primeira etapa do processo, de posse da listagem de “nós de” e “nós para”, busca-se, a partir da seleção de trecho de curso d’água e da identificação do seu nó de foz, os demais trechos que se encaixam no seu nó de montante. Este processo é realizado iterativamente até que toda a rede hidrográfica seja percorrida.

Durante a execução, o algoritmo “Topologia Hídrica” realiza uma série de validações, a saber:

• é verificado se o nó indicado como o da foz do trecho de curso d’água existe e se a ele está ligado um único trecho;

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• é verificado se todos os trechos de curso d’água presentes no arquivo de entrada estão conexos a rede hidrográfica; e

• é verificado a ocorrência de mais de três trechos convergindo pra um mesmo nó, o que sinalizaria a convergência de dois ou mais afluentes em um mesmo ponto.

Com a rede hidrográfica estruturada topologicamente, é calculado o comprimento

acumulado de cada trecho de curso d’água até a sua respectiva foz. Neste mesmo processo é computado também a área acumulada a montante de cada trecho de curso d’água. 2.5. Sistematização de toponímia de cursos d’água (Código de Rio)

A sistematização de toponímia de cursos d’água é realizada por meio de álgebra relacional

em banco de dados. No decorrer desse texto, o termo “rio” caracteriza um ou mais trechos de curso d’água contínuos que possuem a mesma toponímia.

A codificação de Otto Pfafstetter se baseia no critério hidrológico, considerando como curso d’água principal aquele de maior área de contribuição a montante. Isto faz com que, mesmo com os seus nomes não atribuídos, os cursos d’água, já estejam matematicamente identificados. A atribuição de nomes, neste caso, fica facilitada, exigindo apenas que se faça a correspondência do código de curso d’água com o nome do rio e a sua relação com a distância à foz da bacia.

A nomenclatura dos rios adotada na base hidrográfica ottocodificada utiliza a toponímia extraída da cartografia sistemática. A sistematização divide a toponímia nos campos “corpo d’água” (decorpodag), “ligação” (deligacao) e “nome” (norio), em que corpo d’água identifica o tipo de curso d’água, tais como rio, ribeirão, córrego, cañada, fleuve, entre outros. A “ligação” compreende preposições utilizadas para ligar os “corpos d’água” com o “nome” do rio como, por exemplo, de, da(s), do(s), del, de la(s), de los, entre outros. O “nome” é a denominação que compreende o topônimo completo sem o tipo de corpo d’água que o define e de sua preposição de ligação, caso ocorra. Lembra-se que toponímias não devem ser escritas por meio de abreviações. Por exemplo, deve-se escrever “Santa Maria” e não “S. Maria”.

Depois de sistematizadas todas as partes que compõem os nomes de rios ambas são concatenadas para compor o seu topônimo completo. Para cada rio é atribuído um código único relacionado ao código de curso d’água de Otto Pfafstetter que permite distinguir dois rios homônimos em bacias diferentes.

O raciocínio utilizado para isso é o seguinte: o nome de rio completo terá seu código formado pelo código de curso d’água do trecho mais a jusante concatenado o número zero. Se já existe um nome de rio mais a jusante do curso d’água, esse receberá o código do curso d’água concatenado mais ao número 1 e assim por diante (figura 7). Esse código é chamado de código de rio (corio). O resultado desse procedimento é a existência da tabela: RIO. Os campos da tabela RIO compreendem: corio – código Otto Pfafstetter do nome do rio; decorpodag – tipo de corpo de água (Rio, Ribeirão, Córrego, etc.); deligacao – preposição de ligação (de, da, do, del, etc.); norio – nome do rio propriamente dito e noriocomp – nome completo do rio (conjugação de decorpodag + deligacao + norio).

Figura 7: Exemplo de codificação de rio da bacia do rio Itaúnas, prefixo 75978.

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2.6. Extração de informações hídricas nativas e normalização de tabelas

As informações resultantes e relacionadas à topologia hídrica são de três naturezas: nativas,

agregadas e hidrorreferenciadas. As informações nativas envolvem as informações originadas diretamente da rede hidrográfica e da construção da base hidrográfica ottocodificada, como comprimento do trecho, distância a foz da bacia ou do curso d’água, área de contribuição do trecho, área a montante, e conexão entre rios, por exemplo. As informações agregadas são as resultantes de sobreposição espacial entre um plano de informação qualquer e as Ottobacias. As informações hidrorreferenciadas resultam da agregação por proximidade das feições espaciais, tendo como referência às informações da topologia hídrica referenciadas aos trechos de curso d’água.

A construção da base hidrográfica ottocodificada também compreende o pré-processamento de informações hídricas em banco de dados geográficos com conseqüente modelagem, transformação e normalização das tabelas originais citadas A figuras 10 e 11 apresentam os diagramas de classes conceitual e físico, respectivamente, de acordo com a modelagem OMT-G proposta por Davis (2000). Já as figuras 12 a 17 apresentam os diagramas de transformação que originaram as entidades do modelo.

No final do processo são produzidas oito tabelas ou entidades:

• TRECHO_DE_CURSO_DAGUA; • CURSO_DAGUA; • RIO; • TIPO_DE_DOMINIALIDADE; • OTTOBACIA; • CONFLUÊNCIA; • FOZ; e • NASCENTE.

A tabela TRECHO_DE_CURSO_DAGUA está associada às tabelas CURSO_DAGUA e

RIO por meio da relação n:1 (Figuras 8 e 9). A tabela OTTOBACIA está relacionada com a tabela

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TRECHO_DE_CURSO_DAGUA por meio de uma relação 1:0..1, pois cada trecho de curso d’água está associado a uma Ottobacia, com exceção das Ottobacias de contribuição direta para o mar, que não possuem nenhum trecho associado. A Tabela NASCENTE está associada à tabela CURSO_DAGUA pela relação 1:1, pois cada curso d’água possui uma nascente. Já as entidades CONFLUÊNCIA e FOZ são complementares e estão associadas à tabela CURSO_DAGUA pela relação 1:0..1, pois cada curso d’água possui uma confluência ou foz.

Para facilitar a identificação dos campos das tabelas, utilizam-se as duas iniciais das variáveis para identificar o tipo de dado:

• se é chave-primária, estrangeira ou candidata utiliza o prefixo “co”; • se é dado descricional, “de”; • se é número, “nu”; e • se é nome, “no”.

2.7. Nascente, Confluência e Foz

Na base hidrográfica ottocodificada, as confluências de curso d’água que não deságuam no mar são nomeados como CONFLUÊNCIA, do contrário, FOZ. Cada curso d’água tem associado a ele uma nascente e uma confluência ou uma foz.

Figura 8: Nascente, Confluência e Foz relacionados aos códigos de cursos d’água.

2.8. Base hidrográfica ottocodificada

Por fim, ao término do processo de construção da base hidrográfica ottocodificada têm-se a rede hidrorreferenciada (trecho de curso d’água, curso d’água e rio), as ottobacias, a foz, as confluências, as nascentes e o Modelo Digital de Elevação (MDE) hidrologicamente consistente.

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2.9. Hidrorreferenciamento

Entende-se como Hidrorreferenciamento a projeção de uma feição geométrica (ponto, linha ou polígono) na rede hidrorreferenciada e a aquisição de informações dessa projeção como código de curso d’água do segmento ou trecho de curso d’água de referência e distância à foz da bacia.

Analogamente às coordenadas geográficas de latitude e longitude, no hidrorreferenciamento temos as coordenadas hidrorreferenciadas compostas pelo código de curso d’água e distância à foz da bacia.

Figura 9: Exemplo de hidrorreferenciamento de uma feição espacial pontual G (Latitude; Longitude) e sua projeção H (Código de Curso D’água; Distância à Foz da Bacia) na rede hidrorreferenciada.

2.10. Incorporação de Informações Espaciais à Base hidrográfica ottocodificada

A próxima etapa após a construção da base hidrográfica ottocodificada é a incorporação de informações espaciais a essa base. A determinação de características físicas a respeito de bacias, sejam elas provenientes de um mapa de classes, como o mapa de uso do solo, ou de uma superfície de valores, como o mapa de chuva média anual ou de altimetria, pode ser feita por meio da sobreposição desses planos de informação com as ottobacias. Esse procedimento pode ser feito por intermédio de operadores espaciais de dados geográficos inseridos em um sistema de informações geográficas.

Porém, essa solução impossibilita a obtenção de qualquer informação que não esteja agregada por ottobacia. Como exemplo, pode-se citar a determinação de informações a montante de um determinado ponto que esteja localizado no meio do caminho entre uma confluência e outra. Assim, sugere-se que se trabalhe com um modelo híbrido composto por um modelo discretizado (base hidrográfica ottocodificada) e por um modelo contínuo (área incremental determinada por modelo digital de elevação hidrologicamente consistente).

Resumindo, as informações pré-processadas são geradas a partir do cruzamento das ottobacias com os mapas temáticos. Já a informação incremental, no caso da estação ou ponto de interesse estarem localizados no meio caminho do trecho de curso d’água, será obtida por meio do

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modelo contínuo de dados. Essa informação total será obtida pela informação pré-processada somada à informação incremental

Salienta-se que, para que haja compatibilidade com as informações obtidas em ambos os modelos, a base hidrográfica ottocodificada tem que ser gerada pelo modelo contínuo ou modelo digital de elevação hidrologicamente consistente.

Figura 10: Modelo de classes conceitual.

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Figura 11: Modelo de classes físico.

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Figura 12: Bloco de Transformação 1. Geração de Curso D’água.

Figura 13: Bloco de Transformação 2. Geração de Trecho de curso D’água.

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Figura 14: Bloco de Transformação 3. Geração de Rio.

Figura 15: Bloco de Transformação 4. Geração de Nascente.

Figura 16: Bloco de Transformação 5. Geração de Confluência e Foz.

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Figura 17: Bloco de Transformação 6. Geração de dominialidade de cursos d’água.

A tabela TRECHO_DE_CURSO_DAGUA está associada aos trechos de curso d’água em base de dados espaciais e possui os seguintes campos:

• cotrecho – (código do trecho) número único que caracteriza o trecho (chave-primária); • cobacia – (código da bacia) código Pfafstetter da ottobacia referente ao trecho; • cocursodag – (código do curso d’água) código Pfafstetter do curso d’água onde o trecho

se insere; • corio – (código de rio) código de rio correspondente ao nome do rio no trecho, obtido na

carta do milionésimo, já corrigido; • nucomptrec – (comprimento do trecho) comprimento do trecho de curso d’água, em

quilômetros; • nudistbact – (distância à foz da bacia em relação ao trecho de curso d’água) Distância,

em quilômetros, ao longo dos cursos d’água, do ponto de jusante do trecho à linha de costa de referência, tendo como referência o trecho de curso d’água;

• nudistcdag – (distância à foz do curso d’água) Distância, em quilômetros, ao longo do curso d’água, do ponto de jusante do trecho à foz do curso d’água onde se encontra (é o curso d’água pelo critério de Pfafstetter, cujo código é dado por cocursodag);

• nuareacont – (área de contribuição direta da ottobacia) área, em quilômetros quadrados, da ottobacia do trecho de curso d’água;

• nuareamont – (área a montante a partir do trecho de curso d’água) área, em quilômetros quadrados, da bacia a montante do trecho de curso d’água de referência (incluindo a área de contribuição do próprio trecho);

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• nunivotto – (nível de Otto Pfafstetter da bacia) numeração máxima do número de algarismos do código Otto Pfafstetter de bacia, tendo como referência o código de bacia da ottobacia;

• nulongnopa – Longitude em coordenadas geográficas em graus decimais da foz do trecho de curso d’água;

• nulatnopa – Latitude em coordenadas geográficas em graus decimais da foz do trecho de curso d’água;

• nulongnode – Longitude em coordenadas geográficas em graus decimais da cabeceira do trecho de curso d’água;

• nulatnode – Latitude em coordenadas geográficas em graus decimais da cabeceira do trecho de curso d’água; e

• geom – campo binário longo que utiliza BLOBs para armazenar a componente espacial dos objetos. BLOBs são campos binários longos normalmente utilizados para armazenar arquivos de imagens, sons, executáveis, aplicações, entre outros.

Já os campos da tabela CURSO_DAGUA compreendem:

• cocursodag – (código do curso d’água) código Pfafstetter do curso d’água onde o trecho se insere;

• cocdadesag – (código de curso d’água onde deságua) código Pfafstetter do curso d’água onde cocursodag deságua;

• nucompcda – (comprimento do curso d’água) comprimento do curso d’água, em quilômetros;

• nutrjus – (trecho a jusante) número do trecho imediatamente a jusante da confluência • nutrmon – (trecho a montante) número do trecho imediatamente a montante da

confluência, no curso d’água onde deságua; • nutrafl – (trecho afluente) número do trecho imediatamente a montante da confluência,

no curso d’água afluente (cocursodag); • nudistbacc – (ponto em relação à bacia) distância, em quilômetros, da foz de curso

d’água de referência até a linha de costa; • nuareabacc – (área da bacia referente ao curso d’água) área, em quilômetros quadrados,

da ottobacia do curso d’água; • margem de Curso D’água onde deságua Curso D’água de maior ordem, tendo como

referência de montante para jusante; • nuordemcda – (ordem do curso d’água) ordem, a partir da foz da bacia no mar (curso

d’água que deságua diretamente no mar é ordem 1, o que deságua nele é 2, e assim por diante), do curso d’água;

• nunivotcda – (nível de Otto Pfafstetter do curso d’água) numeração máxima do número de algarismos do código Otto Pfafstetter de curso d’água, tendo como referência o código de curso d’água;

• codom – código da dominialidade do curso d’água; e

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A tabela RIO possui os campos:

• corio – (código de rio) código de rio correspondente ao nome do rio no trecho, obtido na carta do milionésimo, já corrigido;

• decorpodag – (tipo de corpo d’água) tipo de corpo de água correspondente ao nome do rio no trecho (rio, córrego, ribeirão, etc.) obtido na carta do milionésimo, já sistematizado;

• deligacao – (preposição de ligação) preposição de ligação entre o tipo de corpo hídrico e o nome do rio no trecho propriamente dito (de, do, da, dos, del, de las, etc.), obtido na carta do milionésimo, já sistematizado;

• norio – (nome de rio) Nome do corpo d’água no trecho propriamente dito, obtido na carta do milionésimo, já sistematizado;

• noriocomp – (nome de rio completo) Nome completo do curso d’água (Corpodag+Ligação+Nome), obtido na carta do milionésimo, já sistematizado;

• nucomprio – (comprimento do rio) comprimento do rio, em quilômetros; • nudistbacr – (distância à foz da bacia em relação ao rio) Distância, em quilômetros, do

ponto de jusante do rio à linha de costa de referência; e • geom – campo binário longo que utiliza BLOBs para armazenar a componente espacial

dos objetos. BLOBs são campos binários longos normalmente utilizados para armazenar arquivos de imagens, sons, executáveis, aplicações, entre outros.

A tabela TIPO_DE_DOMINIALIDADE possui os campos:

• codom (chave-primária) – código da dominialidade do curso d’água; e • dedominial – descrição do tipo de dominialidade do curso d’água: (0) – Estadual, (1)

Federal e (2) nem estadual, nem federal, internacional. A tabela OTTOBACIA está representando as Ottobacias em base de dados espaciais e possui os seguintes campos:

• cotrecho – (código do trecho) número único que caracteriza o trecho; • cocursodag – (código do curso d’água) código Pfafstetter do curso d’água onde o trecho

se insere; • cobacia – (código da bacia) código Pfafstetter da ottobacia referente ao trecho (chave-

primária); • nuareacont – (área de contribuição direta da ottobacia) área, em quilômetros quadrados,

da ottobacia do trecho;

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• nuordemcda – (ordem do curso d’água) ordem, a partir da foz da bacia no mar (curso d’água que deságua diretamente no mar é ordem 1, o que deságua nele é 2, e assim por diante), do curso d’água;

• nunivotto1 – (nível 1 de Otto Pfafstetter) primeiro algarismo do código Pfafstetter da microbacia do trecho;

• nunivotto2 – (nível 2 de Otto Pfafstetter) primeiros dois algarismos do código Pfafstetter da microbacia do trecho;

• nunivotto3 – (nível 3 de Otto Pfafstetter) primeiros três algarismos do código Pfafstetter da microbacia do trecho;

• nunivotto4 – (nível 4 de Otto Pfafstetter) primeiros quatro algarismos do código Pfafstetter da microbacia do trecho;

• nunivotto5 – (nível 5 de Otto Pfafstetter) primeiros cinco algarismos do código Pfafstetter da microbacia do trecho;

• nunivotto6 – (nível 6 de Otto Pfafstetter) primeiros seis algarismos do código Pfafstetter da microbacia do trecho;

• nunivotto – (nível de Otto Pfafstetter) numeração máxima do número de dígitos do código Otto Pfafstetter de bacia; e


3. CONSIDERAÇÕES FINAIS

A base hidrográfica ottocodificada consiste de um modelo de dados discretos, pois esta

deriva e está em conformidade com a codificação de bacias de Otto Pfafstetter, que intrinsecamente já é um modelo discreto.

A utilização dessa base em Sistema de Informações Geográficas ajuda os gestores na tomada de decisão em recursos hídricos, principalmente no que diz respeito à divisão de unidades de gestão que se baseia na divisão por bacias ou determinação de dominialidade de cursos d’água.

Vale ressaltar que a base hidrográfica ottocodificada soluciona grande parte dos problemas para gestão em recurso hídricos, mas não todos, pois esse modelo de dados espaciais discretos possui algumas limitações de escala e granularidade. Essa análise só é válida a partir do momento que a escala de análise não seja menor do que uma ottobacia ou trecho de curso d’água e que a granularidade atenda a precisão solicitada.

Como o modelo de dados espaciais discretos deriva do modelo contínuo de dados (modelo digital de elevação hidrologicamente consistente) utiliza-se um modelo híbrido de dados espaciais, contínuo e discreto, para aquisição, em qualquer escala e independente da granularidade, de informações pertinentes à tomada de decisão.

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4. REFERÊNCIAS BRASIL. Lei Federal nº 9.433, de 8 de janeiro de 1997. Institui a Política Nacional de Recursos Hídricos, cria o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos, regulamenta o inciso XIX do art. 21 da Constituição Federal, e altera o art. 1º da Lei nº 8.001, de 13 de março de 1990, que modificou a Lei nº 7.990, de 28 de dezembro de 1989. Diário Oficial [da] República Federativa do Brasil, Poder Executivo, Brasília, 9 jan. 1997. Seção 1, p. 470. DAVIS, C.A. Múltiplas Representações em Sistema de Informações Geográficos. 2000. 106p. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Instituto de Ciências Exatas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte. 2000. PFAFSTETTER, O. Classificação de bacias hidrográficas: metodologia de codificação. Rio de Janeiro, RJ: Departamento Nacional de Obras de Saneamento (DNOS), 1989. 19 p. Trabalho não publicado. PROJETO gestão dos recursos hídricos da bacia hidrográfica do Rio Paraíba do Sul, RJ. Sistema de informações e de apoio à decisão de outorga para a bacia do Rio Paraíba do Sul: PGRH-RE-03-RO. Rio de Janeiro: ANA; COPPETEC/UFRJ, 2001. 79 p.

topologia hídrica: método de construção e modelagem da base

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