Satélite monitora qualidade de água em reservatórios

Pesquisadores do Departamento de Cartografia da Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus de Presidente Prudente, aprimoraram um modelo óptico que estima a transparência da água de ambientes marinhos e costeiros para possibilitar seu uso no monitoramento remoto da qualidade da água de reservatórios, por meio de imagens de satélites.

Os resultados do estudo, realizado com apoio da FAPESP, foram publicados na revista Remote Sensing of Environment.

“A ideia do projeto é auxiliar as instituições que monitoram a qualidade de águas interiores a reduzir a necessidade de enviar equipes para realizar o trabalho de coleta em campo, que é moroso e custoso”, disse Thanan Rodrigues, pesquisadora do grupo de Sensoriamento Remoto e Tecnologia da Informação Espacial para o Monitoramento Ambiental (Sertie) da Unesp e uma das autoras do estudo, à Agência FAPESP.

Os pesquisadores utilizaram um modelo semianalítico, desenvolvido por pesquisadores americanos e chineses, para estimar a transparência da água de um sistema aquático.

A estimativa é feita pela medida de profundidade do disco de Secchi. Trata-se de um equipamento metálico, com aproximadamente 30 centímetros de diâmetro e com dois quadrantes alternados em cores preta e branca, que, atado a um cabo graduado e imerso aos poucos na água, mede a transparência do sistema aquático.

A profundidade máxima na qual o disco pode ser visualizado a olho nu é o indicador da transparência da água ou da visibilidade vertical do sistema aquático.

“Quanto maior a profundidade que o disco de Secchi atinge – enquanto continua sendo enxergado a olho nu –, maior a claridade daquele sistema, o que permite inferir a qualidade da água onde o instrumento foi lançado”, explicou Rodrigues.

“Isso sugere que a água do ambiente aquático avaliado tem menor concentração de partículas e de material dissolvido, que atenuam a penetração da luz em sistemas aquáticos”, afirmou.

O modelo desenvolvido pelos cientistas americanos e chineses relaciona essas características do sistema aquático, coletadas de amostras de água em campo, com as propriedades ópticas do sistema.

Ao ser aplicado sobre imagens de satélite, cada pixel passa a representar um valor de profundidade do disco de Secchi de cada seção do sistema aquático retratado.

O método, contudo, foi originalmente validado com dados de águas de ambientes oceânicos e costeiros, com pouca representatividade de águas interiores, que apresentam características limnológicas, como concentração de clorofila, de totais sólidos suspensos e carbono orgânico dissolvido, diferentes dos ambientes de águas interiores.

“Por mais que o modelo semianalítico apresentado na pesquisa seja baseado em algumas características matemáticas, ele não consegue representar as propriedades limnológicas e bio-ópticas das águas interiores de forma acurada”, afirmou Rodrigues.

Modelo adaptado

A fim de avaliar as limitações e o potencial do modelo desenvolvido pelos cientistas americanos e chineses para estimar a transparência da água de ambientes interiores, os pesquisadores da Unesp utilizaram-no para estudar o reservatório de Nova Avanhandava, situado no município paulista de Buritama, às margens do rio Tietê.

Para isso, inicialmente eles realizaram coletas de medidas de profundidade do disco de Secchi em campo, assim como medidas radiométricas por meio de espectroradiômetro – instrumento que permite medir a intensidade da luz incidente na coluna de água – com o intuito de estimar a componente óptica que seria adicionada ao modelo como dado de entrada. Por fim, a acurácia do modelo foi validada com dados coletados no campo.

Posteriormente, eles aplicaram o modelo sobre imagens obtidas pelo sensor Operational Land Imager (OLI), acoplado ao satélite Landsat-8 – o oitavo da série de satélites do Programa Landsat, da Nasa, e o sétimo a alcançar com sucesso a órbita terrestre.

As análises indicaram que um algoritmo utilizado pelo modelo semianalítico, aplicado às águas oceânicas e costeiras para calcular o coeficiente de absorção e de espalhamento da luz na água, impedia que fosse estimada com precisão a transparência da água do reservatório.

Com base nesses novos resultados, eles modificaram o algoritmo e constataram que, dessa forma, o modelo estimou com maior acurácia a profundidade de disco de Secchi das águas do reservatório.

“Conseguimos aplicar o modelo nas imagens obtidas pelo sensor OLI a bordo do satélite Landsat 8 e gerar um produto final, que são imagens do reservatório com as estimativas da profundidade do disco de Secchi”, disse Rodrigues.

O artigo “Retrieval of Secchi disk depth from a reservoir using a semi-analytical scheme” (doi: 1016/j.rse.2017.06.018), de Rodrigues e outros, pode ser lido por assinantes da revista Remote Sensing of Environment neste link.

Este conteúdo foi originalmente publicado no site da Agência Fapesp.