Monitoramento contínuo de material particulado em suspensão por Radiometria Hiperespectral IN-SITU de alta frequência : desenvolvimento de uma metodologia inovadora aplicada à corpos hídricos continentais.

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Borges, Henrique Dantas
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/47976
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, Pós-Graduação em Geociências Aplicadas, 2023.
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spelling Monitoramento contínuo de material particulado em suspensão por Radiometria Hiperespectral IN-SITU de alta frequência : desenvolvimento de uma metodologia inovadora aplicada à corpos hídricos continentais.Sensoriamento remotoMonitoramento contínuoMaterial Particulado em Suspensão (MPS)Radiometria de superfícieRadiometriaTese (doutorado) — Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, Pós-Graduação em Geociências Aplicadas, 2023.O monitoramento das concentrações de material particulado em suspensão (MPS) é um recurso crucial para a gestão de bacias hidrográficas e reservatórios. No entanto, em muitos casos, as condições ambientais da água e a concentração do MPS podem mudar rapidamente, de modo com que metodologias tradicionais de medição, por oferecerem dados com baixa resolução temporal, não sejam suficientes para elucidar adequadamente a dinâmica destes ambientes aquáticos. Nesse contexto, a utilização de dados de radiometria de superfície é potencial alternativa para aprimorar a capacidade de se monitorar a dinâmica do MPS e de outros componentes opticamente ativos (COAs) em águas continentais. Apesar desta tecnologia ser amplamente usada na calibração de dados de satélite, ela praticamente não é aplicada como ferramenta direta de monitoramento de corpos d’água. Por isso, este estudo propõe a utilização de estação composta por sensores hiperespectrais para mensurar a concentração de sedimentos em suspensão de forma contínua e em alta-frequência. Os resultados obtidos são apresentados nos capítulos 3, 4 e 5. No capítulo 3, um conjunto de dados radiométricos in-situ de superfície são coletados de forma contínua e diferentes métodos são utilizados para obter espectros de refletância de sensoriamento remoto (Rrs). Algoritmos de inversão, para a obtenção de concentrações de MPS, também foram aplicados e avaliados. Uma sequência de processamento é proposta, que reduz variabilidades indesejadas no conjunto de dados, alcançando valores de diferença percentual absoluta (DPA) de 10,4% em condições de céu nublado e de 4,6% em céu aberto, quando comparadas a valores de DPA de 88,2% e 13,2% usando uma abordagem de cálculo simples. Dessa forma, é constatado que a abordagem de processamento proposta é eficaz na obtenção de concentrações de MPS, mesmo em condições de iluminação adversas, reduzindo o coeficiente de variação (CV) da concentração de MPS de 69,5% para 2,7%. No capítulo 4, são apresentados e analisados os dados de radiometria da superfície da água obtidos durante o período noturno no reservatório da UHE Queimado. Para suprir a falta de radiação solar no período noturno, é utilizada iluminação artificial. Com isso, dados radiométricos são mensurados e, após correções, são obtidos valores de refletância noturna - inéditos na literatura - e de concentrações de MPS. Uma abordagem inicial encontra um DPA de 18%, à 550 nm, que é reduzido à 10% após aplicações de algoritmo de correção. Os dados obtidos mostram concordância com os valores obtidos durante o dia, demonstrando o sucesso da proposta. No capítulo 5, são analisados dados obtidos, continuamente, durante 7 dias, em estação radiométrica instalada em uma galeria de águas pluviais em ponto localizado junto à saída do efluente de uma estação de tratamento de esgoto, no bairro do Riacho Fundo – DF. Combinando dados de vazão com os dados de concentração de MPS obtidos a partir dos dados radiométricos é possível analisar a dinâmica sedimentar da galeria de água e estimar a descarga total de sólidos provenientes da drenagem urbana. É constatado que 72% do transporte de sedimentos na galeria ocorre em apenas 1 evento de vazão, correspondente a 1,6% do tempo total de monitoramento. De modo geral, o trabalho mostra a viabilidade do uso de dados de radiometria in-situ e abre caminho para o uso dessa técnica não invasiva no monitoramento de alta frequência de concentrações de MPS em águas continentais.Monitoring the concentrations of suspended particulate matter (SPM) is a crucial resource for managing watersheds and reservoirs. However, in many cases, environmental conditions of water and SPM concentrations can change quickly, making traditional measurement methodologies, which provide low temporal resolution data, inadequate for properly understanding the dynamics of these aquatic environments. In this context, the use of above-water radiometry data is a potential alternative for improving the ability to monitor the dynamics of SPM and of other optically active components (OACs) in continental waters. Despite this technology being widely used in satellite data calibration, it has been hardly applied as a direct water body monitoring tool. Therefore, this study proposes the usage of a hyperspectral sensor station to measure continuously and with high frequency suspended sediment concentrations. The results obtained are presented in chapters 3, 4 and 5. In chapter 3, a set of in-situ above-water radiometry data is continuously collected, and different methods are used to obtain remote sensing reflectance spectra (Rrs). Inversion algorithms for obtaining SPM concentrations were also applied and evaluated. A processing sequence is proposed, which reduces unwanted variations in the data set, achieving unsigned percentage difference (UPD) values of 10.4% in cloudy and 4.6% in clear-sky conditions, when compared to UPD values of 88.2% and 13.2% using a simple calculation approach. Thus, it is found that the proposed processing approach is effective in obtaining SPM concentrations, even under adverse lighting conditions, reducing the coefficient of variation (CV) of SPM concentration from 69.5% to 2.7%. In chapter 4, surface water radiometry data obtained during the night period in the Queimado hydroelectric dam reservoir are presented and analyzed. To compensate for the lack of solar radiation during the night period, artificial lighting is used. This allows radiometric data to be measured, and after corrections, night reflectance values - unprecedented in the literature - and SPM concentrations are obtained. An initial approach finds an UPD of 18%, at 550 nm, which is reduced to 10% after applying a correction algorithm. The data shows agreement with values obtained during the day, demonstrating the success of the proposal. In chapter 5, data obtained continuously for 7 days at a radiometric station installed in a stormwater gallery in a location next to the effluent outlet of a sewage treatment plant in the Riacho Fundo neighborhood in Brazil are analyzed. Combining flow with SPM concentration data obtained from the radiometric station allows for the analysis of the sedimentary dynamics of the water gallery and the estimation of the total solid discharge of the urban drainage. This chapter shows that 72% of the total sediment transport in the gallery occurs in a single flow event, which corresponds to 1.6% of the total monitoring time. Overall, this work shows the feasibility of using in-situ radiometric data and opens the way for the use of this non-invasive technique in the high-frequency monitoring of MPS concentrations in continental waters.Instituto de Geociências (IG)Programa de Pós-Graduação em Geociências Aplicadas e GeodinâmicaMartinez, Jean Michel MarcelCicerelli, Rejane EnnesBorges, Henrique Dantas2024-03-06T14:16:20Z2024-03-06T14:16:20Z2024-03-062023-02-24info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfBORGES, Henrique Dantas. Monitoramento contínuo de material particulado em suspensão por Radiometria Hiperespectral IN-SITU de alta frequência, Desenvolvimento de uma metodologia inovadora aplicada à corpos hídricos continentais.. 2023. xii, 113 f., il. Tese (Doutorado em Geociências Aplicadas e Geodinâmica) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/47976porA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-03-06T14:16:20Zoai:repositorio.unb.br:10482/47976Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-03-06T14:16:20Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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