Um banco de dados espaço-temporal para o monitoramento e modelagem do escoamento superficial em bacias hidrográficas no contexto do planejamento urbano

Abstract

O objetivo desta pesquisa é o desenvolvimento de um banco de dados espaço-temporal (BDET) que permita verificar o impacto das alterações nas características de uma bacia hidrográfica no escoamento superficial direto. O ponto central da pesquisa é o desenvolvimento/adaptação de métodos e técnicas para a incorporação da dimensão temporal em bancos de dados espaciais. Para tanto, foram consideradas as seguintes questões: a) a necessidade de levar em consideração a drenagem, no processo de planejamento do uso e ocupação do solo; b) a necessidade de considerar a bacia hidrográfica como unidade de planejamento territorial e gerenciamento dos recursos hídricos e c) o fato de os Sistemas de Informação Geográfica (SIG) atuais serem estáticos e apresentarem limitações no que diz respeito à representação e à manipulação da dimensão temporal dos dados, o que restringe sua aplicabilidade em analisar a dinâmica das alterações que ocorrem em uma bacia hidrográfica e a estimativa do seu impacto no escoamento superficial direto. A modelagem conceitual foi realizada utilizando-se as técnicas do modelo entidade-relacionamento (E-R), com base na análise semântica das variáveis envolvidas na verificação das características de uma bacia hidrográfica e na estimativa do escoamento superficial direto. A organização das alterações que ocorrem ao longo do tempo nas características da bacia hidrográfica foi efetuada a partir de uma abordagem com base no tempo. Para a estrutura de armazenamento das entidades espaço-temporais, utiliza-se a abordagem com base em objeto. Foram desenvolvidas as consultas para realizar a recuperação dos dados e para a quantificação das características de bacias hidrográficas. O método do número de curva do National Resources Conservation Service (NRCS), ou método SCS-CN, foi aplicado para estimar o escoamento superficial direto. Uma aplicação piloto foi realizada, para validar o modelo lógico e verificar a integridade do BDET. A área de estudo foi a bacia hidrográfica do rio Atuba, na região metropolitana de Curitiba, Paraná, Brasil. Esta bacia sofreu um grande processo de urbanização e atualmente é considerada a segunda bacia mais urbanizada da região. A aplicação piloto permitiu constatar que o BDET projetado atende aos requisitos e responde às consultas definidos na pesquisa, consistindo em uma tecnologia capaz de auxiliar na gestão das águas pluviais e no ordenamento territorial.

The objective of this research was to develop a spatio-temporal database to check the impact of changes in the characteristics of a watershed in runoff. The focus of this research was the development and adaptation of methods and techniques to incorporate the temporal dimension in spatial databases. Thus, we considered the following questions: i) the need to consider the drainage in the process of planning the land use; ii) the need to consider watershed as the unit of planning and management and iii) the fact that Geographic Information Systems (GIS) are currently statics and that present limitations regarding the representation and manipulation of the temporal dimension of data, which restricts their applicability to examine the dynamic changes that occur in a watershed and the estimated impact on runoff. The conceptual modeling was performed using the techniques of entity-relationship (ER), based on the semantic analysis of the variables involved in testing the characteristics of a watershed,and on the runoff estimation. The organization of the changes that occur over time in the characteristics of the watershed was made based on a time-based approach. For the storage structure of spatiotemporal entities, we used the object-based approach. Queries were developed to perform alphanumeric, spatial, temporal and spatiotemporal data and to quantify the characteristics of the watersheds. The SCS-CN method was applied to estimate the runoff. A pilot test was conducted to validate the logical model and to verify the integrity of BDET. The study area was the Atuba river watershed in the metropolitan region of Curitiba, Parana. This basin has undergone a major process of urbanization and is currently considered the second most urbanized watershed in the region. The pilot test found that the BDET designed meets the requirements and responds to queries defined in the survey, being a tool to assist in the management of stormwater and land use.