DETECÇÃO DE SÓLIDOS SUSPENSOS A PARTIR DE DADOS ORBITAIS OLI NO ESTUÁRIO DO RIO SUBAÉ, BAÍA DE TODOS OS SANTOS, BAHIA.¶

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Resumo¶

O presente trabalho descreve o procedimento metodológico para detectar e estimar a concentração do Total de Sólidos Suspensos (TSS) com uso da banda $\lambda_{4}$ (0.63 - 0.69 μm) do sensor OLI a bordo do satélite Landsat 8. A estimativa dos valores de TSS se deu com a aplicação de um modelo linear empírico e técnicas de sensoriamento remoto da cor da água. A análise de resíduos revelou uma baixa variação para as concentrações estimadas pelo modelo para todos os pontos. Os resultados indicaram que o procedimento é uma opção viável e de baixo custo para o monitoramento da qualidade da água do Rio Subaé e da Baía de Todos os Santos.

Palavras-chave: Sensoriamento Remoto; Cor da água; TSS.

1. Introdução¶

O Rio Subaé é um dos três principais afluentes da Baía de Todos os Santos (BTS) e, apesar de descargas modestas ($4,5 m^{3}/s$), é a segunda fonte mais importante de água doce e material em suspensão desta baía (CRA, 2004).

Durantes as décadas de 60 até os 3 primeiros anos da década de 90, funcionou uma fábrica de fundição de chumbo primária na bacia hidrográfica do Subaé, em Santo Amaro, a qual liberou grandes quantidades de metais, especialmente Pb e Cd.

Reis (1975) mostrou que as concentrações de Cd e Pb nas águas de Subaé excederam os limites de tolerância da Organização Mundial de Saúde. Também foram relatadas altas concentrações de metais traços em sedimentos e moluscos coletados no estuário de Subaé (Tavares, 1996; CRA, 2004).

Porém mesmo diante de um problema desta magnitude, os estudos sobre o material particulado em suspensão na BTS (Moura, 1979; Wolgemuth et al., 1981; Santos, 2005; Oliveira, 2014) e no Rio Subaé (Hatje et al., 2006) foram pontuais.

Dessa forma, considerando que a cor das águas costeiras está diretamente ligada às suas propriedades ópticas inerentes (absorção e espalhamento) e que estas propriedades variam conforme a concentração, natureza e tipos de Componentes Opticamente Ativos (COA) (KIRK, 1983), o presente estudo apresenta a aplicação de um modelo linear para detectar e quantificar a carga de material sólido suspenso com o uso de dados orbitais do sensor OLI a bordo do satélite LANDSAT-8.

2. Materiais e Métodos¶

2.1. Seleção e aquisição da imagem de satélite¶

Foi adquirida gratuitamente 1 imagem Landsat 8 do sensor OLI (Operational Land Imager) através do portal on line} do serviço geológico americano - USGS (_U.S. Geological Survey), disponível na página: https://earthexplorer.usgs.gov. A imagem escolhida foi do dia 10/12/2013 por ser a mais próxima dos dados de TSS coletados in situ no dia 11/12/2013 a fim de validar o modelo.

2.2. Processamento Digital¶

Todo o processamento digital foi realizado através do software Terrset\textsuperscript{@} versão 18.31.

2.2.1. Correção atmosférica¶

Os valores físicos de reflectância da superfície da água foram obtidos através do modelo de correção atmosférica denominado de Cos (t) (Chavez, 1996). Esse modelo incorpora todos os elementos do DOS - Dark Objection Subtraction (para remoção de neblina), porém estima os efeitos da absorção por gases atmosféricos e espalhamento Rayleigh.

2.2.2. Máscara Booleana¶

A máscara foi elaborada através do coeficiente normalizado entre as bandas OLI $\lambda_{3}$ e $\lambda_{5}$. O coeficiente foi proposto por McFeeters (1996) que o denominou de Normalized Difference Water Index (NDWI) (Equação 1). Seu resultado é uma imagem cujos pixels oscilam entre -1 a 1 (-1 a 0 para a terra e de 0 a 1 para a água). Isso permite que a imagem seja reclassificada gerando uma nova imagem na qual os valores negativos são transformados em 0 e valores positivos em 1.

Onde $\lambda_3$ e $\lambda_5$ representam as bandas 3 e 5 do sensor OLI.**~}

2.2.3. Comprimento de onda $\lambda$ aplicado ao modelo¶

A banda $lambda_4$ é sensível à reflectância na região do espectro eletromagnético compreendido entre 0,63 - 0,69 μm. Este intervalo capta a luz refletida por pigmentos vermelhos, característicos das partículas inorgânicas em suspensão típicas de águas do Caso 2 (Nichol, 1993). Além de apresentar uma menor penetração na coluna d'água, até 5m (Green et al., 2000) em águas oligotróficas, com pouca concentração de COA.

2.2.4. Eliminação de Ruídos nos valores de reflectância}¶

O filtro mediano 3x3 foi aplicado para remoção de ruído aleatória.

2.2.5. Escalonamento dos dados de reflectância¶

O arquivo de saída das imagens possuem valores de reflectância, expressa em formato de número real, com variação de 0 a 1. O modelo linear aplicado foi calibrado a partir de valores que variavam de 0 a 100. Com isso foi necessário multiplicar a banda $\lambda_4$ por 10.

2.2.6. Aplicação do Modelo¶

O modelo aplicado foi desenvolvido através do método da calibração direta (Acker et al., 2005), por Falcão Filho et al., (2016):

Onde Ln(TSS) é a concentração de Total de Sólidos Suspenso (mg/l) em Logaritmo natural na base (e); 1.258760 é o intercepto em $y$; 1.980676 é o coeficiente angular (ambos constantes numéricas); $\lambda$ é o comprimento de onda centralizado específico do sensor (Falcão Filho et. al, 2016)

2.2.7. Determinação das concentrações de TSS na imagem¶

Cada píxel da imagem possui um valor que precisa ser transformado em valores físicos de concentração de TSS (mg/L). Para isso foi calculado o antilog natural através do módulo Transform. De forma automática, o módulo calcula o antilog natural de um píxel onde o mesmo é elevado a uma potência igual àquele número.

2.3. Análise de Resíduos¶

A eficácia da aplicação do modelo foi avaliada usando a análise dos resíduos. Foi empregada a Equação 4 para calcular os resíduos em cada ponto (MATOS, 1995).

Os Resíduos representam a diferença entre o valor observado e o que foi predito pelo modelo de regressão (MATOS, 1995). Sendo assim a} corresponde aos valores reais de TSS e **â corresponde aos valores gerados pelo modelo. Os dados de TSS coletados in situ e utilizados para a análise de resíduos foram disponibilizados pelo projeto COPPEUFRJ, uma cooperação do grupo de Oceanografia física da UFBA e UFRJ.

3. Resultados e discussões¶

A análise de resíduos revelou que, em todos os pontos, o modelo superestimou as concentrações de TSS. Todas as diferenças nas estimativas foram abaixo de 1 mg/L, exceto para os pontos 5 e 9, onde o modelo apresentou concentrações de 2,32 e 2,84 mg/L. A menor diferença foi no ponto 7, onde o modelo superestimou em apenas 0,11mg/L. As maiores diferenças nas concentrações de TSS podem ser explicadas pela localização do ponto 5 na saída do canal de Itaparica, e do ponto 9 no canal do Rio Paraguaçu (Figura 1).

O Rio Subaé apresentou valores com uma variação de 0,3 a 18,4mg/L. O valor máximo foi localizado na desembocadura do estuário na BTS. O valor mínimo foi localizado no canal fluvial onde ainda foi observado uma concentração máxima de 9,9mg/L.

Apesar da diferença de um dia entre os dados de TSS e os dados de reflectância, e considerando ainda a rápida dinâmica comum a ambientes estuarinos, ambos os conjuntos de dados foram obtidos no mesmo horário e correspondem a maré de quadratura na preamar.

4. Considerações finais¶

As concentrações de TSS estimadas corroboraram com estudos anteriores que mostraram que a turbidez na BTS é considerada baixa com o aumento dos valores em direção ao interior, próximo a desembocadura dos Rios, a exemplo do Subaé. Apesar da baixa superestimativa apresentada pela análise de resíduos é possível tornar o modelo ainda mais próximo do real calibrando-o através da aquisição de dados in situ coincidentes com dados orbitais. Esse estudo é inovador para a região e apresenta baixo custo para o monitoramento da qualidade da água, além de possibilitar estimavas de TSS até 45 anos no passado.

Referências Bibliográficas¶

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