Degradação de redes de drenagem via upscaling das direções de fluxo a partir de MDT lidar de alta resolução espacial

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Almeida, Ana Alice Rodrigues Dantas
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
Texto Completo: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/31384
Resumo: Digital Elevation Models (DEM) are a useful tool for hydrological studies, providing information about the terrain topography and allowing the extraction of hydrologic aspects of watersheds. The availability of free global spatial data with spatial resolution greater than 1 km, such as the SRTM DEM with resolutions of 30 and 90 meters, enables several application possibilities. However, in the case of large-scale hydrology, which works with basins larger than 10,000 km², there is a need to degrade the spatial resolution in order to reduce processing and storage costs. In this sense, there are scale-shifting procedures for degrading the spatial resolution, such as resampling the DEM and upscaling the flow directions. COTAT+ is an upscaling method that allows the degradation of spatial resolution from the adoption of two parameters: the minimum upstream flow path (MUFP) and the area threshold (AT) and was applied in this research to degrade a 1 m LiDAR DTM to 30 and 100 m spatial resolutions. The study area is a sub-basin (21.7 km²) inserted in the Riacho das Garças watershed (4,094 km²), in the semi-arid region of Pernambuco. A comparison was made between the performance of COTAT+ and resampling by the mean for extraction of drainage networks and watershed. For the application of COTAT+, two approaches were considered regarding the value of the parameters: (i) the adoption of the values indicated in a previous study, with another approach; and (ii) four variations for MUFP (1/10, 1/7, 1/4 and 1/3) and AT (-50%, -25%, 25% and 50%). The evaluation metrics used were visual inspection, mean distance (MD), percent within buffer (PWB), river lengths, and drainage area analysis. The results demonstrated the superior performance of upscaling over resampling in degrading the drainage networks, regardless of parameter variation, for the two resolutions considered. Furthermore, the drainage network plotting by resampling generated inconsistencies, such as displacements and spatial distance from the 1 m reference, as well as significant changes in river lengths.
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In this sense, there are scale-shifting procedures for degrading the spatial resolution, such as resampling the DEM and upscaling the flow directions. COTAT+ is an upscaling method that allows the degradation of spatial resolution from the adoption of two parameters: the minimum upstream flow path (MUFP) and the area threshold (AT) and was applied in this research to degrade a 1 m LiDAR DTM to 30 and 100 m spatial resolutions. The study area is a sub-basin (21.7 km²) inserted in the Riacho das Garças watershed (4,094 km²), in the semi-arid region of Pernambuco. A comparison was made between the performance of COTAT+ and resampling by the mean for extraction of drainage networks and watershed. For the application of COTAT+, two approaches were considered regarding the value of the parameters: (i) the adoption of the values indicated in a previous study, with another approach; and (ii) four variations for MUFP (1/10, 1/7, 1/4 and 1/3) and AT (-50%, -25%, 25% and 50%). The evaluation metrics used were visual inspection, mean distance (MD), percent within buffer (PWB), river lengths, and drainage area analysis. The results demonstrated the superior performance of upscaling over resampling in degrading the drainage networks, regardless of parameter variation, for the two resolutions considered. Furthermore, the drainage network plotting by resampling generated inconsistencies, such as displacements and spatial distance from the 1 m reference, as well as significant changes in river lengths.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESOs Modelos Digitais de Elevação (MDE) são uma ferramenta útil para estudos hidrológicos, fornecendo informações sobre a topografia do terreno e permitindo a extração de aspectos hidrológicos de bacias hidrográficas. A disponibilidade de dados espaciais gratuitos a nível global, com resolução espacial superior a 1 km, a exemplo do MDE SRTM com resoluções de 30 e 90 metros, permite diversas possibilidades de aplicação. No entanto, no caso da hidrologia de grande escala, onde se trabalha com bacias com dimensões superiores a 10.000 km², há a necessidade de degradar a resolução espacial com o intuito de reduzir custos de processamento e armazenamento. Nesse sentido, tem-se os procedimentos de mudança de escala para degradação da resolução espacial, como a reamostragem do MDE e o upscaling das direções de fluxo. O COTAT+ é um método de upscaling que permite a degradação da resolução espacial a partir da adoção de dois parâmetros: o caminho mínimo de montante (MUFP) e a área mínima incremental (AT), e foi aplicado nesta pesquisa para degradar um MDT LiDAR de 1 m para as resoluções espaciais de 30 e 100 m. A área de estudo é uma sub-bacia (21,7 km²) inserida na bacia hidrográfica do Riacho das Garças (4.094 km²), no semiárido de Pernambuco. Foi realizada a comparação entre o desempenho do COTAT+ e da reamostragem pela média para extração de redes de drenagem e bacia hidrográfica. Para a aplicação do COTAT+, foram consideradas duas abordagens quanto ao valor dos parâmetros: (i) a adoção dos valores indicados em estudo anterior, com outro enfoque; e (ii) quatro variações para o MUFP (1/10, 1/7, 1/4 e 1/3) e AT (-50%, -25%, 25% e 50%). As métricas de avaliação utilizadas foram a inspeção visual, distância média (DM), percentual dentro do buffer (PWB), comprimentos de rio e análise de área de drenagem. Os resultados demostraram o desempenho superior do upscaling frente à reamostragem ao degradar as redes de drenagem, independente da variação dos parâmetros, para as duas resoluções consideradas. Além disso, o traçado da rede de drenagem pela reamostragem gerou inconsistências, como deslocamentos e distanciamento espacial da referência de 1 m, além de alterações acentuadas no comprimento dos rios.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia Civil e AmbientalPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil e AmbientalUFPBPaz, Adriano Rolim dahttp://lattes.cnpq.br/2069883404215099Almeida, Ana Alice Rodrigues Dantas2024-08-13T16:06:28Z2023-04-042024-08-13T16:06:28Z2023-02-16info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/31384porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2024-08-14T06:06:40Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/31384Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2024-08-14T06:06:40Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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