Livro   ecobatimetria
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Livro ecobatimetria Document Transcript

  • 1. Universidade Federal de Campina Grande - UFCGConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq EDITORES Jógerson Pinto Gomes Pereira José Geraldo de Vasconcelos Baracuhy 1a EDIÇÃO Campina Grande - PB, 2008
  • 2. Coordenador Geral Prof. Dr. José Geraldo de Vasconcelos Baracuhy (UFCG) Vice-coordenador Prof. Dr. Dermeval Araújo Furtado (UFCG) Projeto Gráfico (capa e miolo) Luiz Felipe de Almeida Lucena - Projetos e Consultoria em Design UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCG Avenida Aprígio Veloso 882, Bodocongó - CEP: 58109-970 Campina Grande - PARAÍBA LICTA - Laboratório Interdisciplinar de Ciências e Tecnologias Agroambientais BLOCO CP - Fone: (83) 3310-1491 / 3310-1486 www.deag.ufcg.edu.br/licta e-mail: licta@deag.ufcg.edu.br 1a edição / 1a impressão (2008): 250 exemplares Direitos Reservados: A reprodução não-autorizada desta publicação, no todo ou em parte, constitui violação dos direitos autorais (Lei no 9.610). É permitida a reprodução parcial do conteúdo desta publicação desde que citada a fonte. Livro confeccionado com recursos oriundos do CNPq, referente ao edital MCT/CNPq/CTHIDRO: 37/2006P436e Pereira, Jógerson Pinto Gomes Ecobatimetria - Teoria e Prática / Jógerson Pinto Gomes Pereira, José Geraldo de Vasconcelos Baracuhy. - Campina Grande: Gráfica Agenda, 2008. 84p. il. ISBN: 978-85-60592-06-7 1. Ecobatimetria 2. Ecobatímentro 3. Posicionamento Global I. Baracuhy, José Geraldo de vasconcelos II. Título CDU 556
  • 3. Editores Jógerson Pinto Gomes PereiraP ossui doutorado em Agronomia (Energia na Agricultura) pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (2000). Tem experiência na área de Engenharia Agrícola. Atuandoprincipalmente nos seguintes temas: Plantio direto, força de tração,mecanização, resistência à penetração. José Geraldo de V. BaracuhyG raduado em Agronomia pela Universidade Federal da Paraíba (1978), possui também graduação em Direito pela Universidade Estadual da Paraíba (1993), especialização emAgronegócio pela Universidade Federal da Paraíba (1998),especialização em Agente de Difusão e Inovação Tecnológica pelaUniversidade Federal do Espírito Santo (1996), especialização emGestor de Parque de Maquinaria Agrícola pelo Instituto Cori (1989),mestrado em Ciência do Solo pela Universidade Federal do RioGrande do Sul (1982) e doutorado em Recursos Naturais [CampinaGrande] pela Universidade Federal da Paraíba (2001). Atualmente éprofessor da Universidade Federal de Campina Grande. Temexperiência na área de Recursos Florestais e Engenharia Florestal, comênfase em Conservação da Natureza, atuando principalmente nosseguintes temas: Deterioração ambiental, recursos hídricos, diagnósticosócio-econômico, diagnóstico físico-conservacionista e modelosestatísticos.
  • 4. APRESENTAÇÃO
  • 5. SUMÁRIOCapítulo 1 13Capítulo 2 35Capítulo 3 53Capítulo 4 69Capítulo 5 77
  • 6. CONCEITOS DE ECOBATIMETRIA, GPS,NAVEGAÇÃO E PRECISÃO
  • 7. 1. INTRODUÇÃO O que é Batimetria? Batimetria é a ciência para determinação e representação gráfica do relevo defundo de áreas submersas (mares, lagos, rios). É expressa cartograficamente por curvasbatimétricas que unem pontos da mesma profundidade, à semelhança das curvas de níveltopográficas. A Etimologia da palavra Batimetria origina-se da língua inglesa Bathmeter (batho +meter) que significa medida de profundidade. O que é Ecobatimetria? Ecobatimetria é a medição das profundidades submersas com um aparelhodenominado de ecobatímetro. O que são ecobatímetros? Os ecobatímetros são os equipamentos utilizados pela Batimetria para medir aprofundidade que utilizam ondas de radar. O equipamento consiste em uma fonte emissorade sinais acústicos e um relógio interno que mede o intervalo entre o momento da emissãodo sinal e o instante em que o eco retorna ao sensor, Figura 1.1. O som é captado pelotransdutor que consiste basicamente de um material piezoelétrico que converte as ondas deretorno do eco em sinais elétricos. Os ecobatimetros fornecem informações pontuais deprofundidade no local imediatamente abaixo do transdutor, ou seja, indica a distânciavertical entre o casco do barco, aonde está instalado o sensor, e o piso aquático. Figura 1- Ecobatímetro utilizado nos levantamentos de profundidade dos rios e mares. O que é levantamento ecobatimétrico? Os levantamentos ecobatimétricos consistem na determinação da variação daprofundidade do leito do rio em determinadas seções. O material necessário para essadeterminação é composto de rastreadores de satélite NAVSTAR, denominado GPS, duplafreqüência (L1 e L2), rádios para correções de coordenadas em tempo real, ecobatímetro 13
  • 8. digital e analógico de registro contínuo, com transdutor instalado em um dos bordos daembarcação, Figura 2. Figura 2 - Composição logística para operação ecobatimétrica. A atividade consiste na obtenção das coordenadas de um ponto fornecido pelo GPS,em tempo real, e a profundidade desse ponto fornecida pelo ecobatímetro. Esse sistema égerenciado por programas computacionais específicos que permitem posterior análise dosdados e geração de perfis longitudinais, mapas temáticos, visualizações em três dimensões,entre outros recursos de trabalho, úteis para tomada de decisão, Figura 3. Figura 3 - Imagem de profundidade a partir de dados batimétricos. O que é geoprocessamento? É um sistema complexo que permite a representação de uma área geográfica pormeio da captura, armazenamento, processamento e modelagem de dados referenciados a umsistema de coordenadas geográficas ou planas em meio digital, preservando-lhe suascaracterísticas reais: construções civis, áreas de matas, hidrografia, acidentes geográficos, aexemplo do Universal Transverso Mercator (UTM). As principais técnicas de aquisição de dados são o sensoriamento remoto e o 14
  • 9. posicionamento por satélites. Os softwares são ferramentas de trabalho valiosos nesseprocesso, e são denominados de Sistema de Informações Geográficas (SIG) responsável pelaautomatização da produção de documentos cartográficos. A expansão das técnicas de geotecnologia tem abrangido diversas áreas doconhecimento científico como cartografia, transporte, mineração, saúde, telecomunicações,saneamento, e, principalmente, no estudo da preservação ambiental. Histórico e batiscafo A Hidrografia é uma das ciências mais antigas no mundo, e o batiscafo foi o aparelhodestinado à medição das profundezas dos oceanos. Analogamente, é como um balão livre, cujointerior contém um líquido mais leve que a água, desempenhando o mesmo papel do gás emum balão, enquanto uma provisão de granalha, que se desprende, substitui o lastro de areia. NaFigura 4 se tem uma representação primitiva da determinação de perfil submerso. Figura 4 - Determinação primitiva de profundidade. Hidrografia no Brasil A Hidrografia e a navegação no Brasil estão ligadas à tradição, a ciência e a arte.Iniciou-se com a defesa do território e com a formação da própria nação nos 7.367km delinha da costa atlântica brasileira. No ano de 1500, parcela da costa norte do país erarepresentada a partir da carta de marear de Mestre João. 15
  • 10. 2. Investigação de áreas submersas: fundamentos e métodos geofísicos Ultimamente, tem se ampliado o interesse ambiental no estudo de impacto de áreassubmersas, particularmente de áreas costeiras, onde é notável o crescimento da ocupação. Sãoinúmeros os projetos em andamento para implantação de dutos submarinos, portos,plataformas de extração de material de construção, barragens, túneis, pontes, ilhas artificiais,etc. Os métodos de observação direta, muito comum e preciso na investigação geológica dasuperfície, não são aplicáveis na exploração de áreas submersas como fundos de rios, de lagosou do mar, tendo em vista as dificuldades de acesso ao local de interesse e imprecisão dasferramentas convencionais no ambiente aquático. Neste caso, recorre-se aos métodosgeofísicos, pois que, permitem a obtenção de dados detalhados sobre a morfologia dasuperfície de fundo, como também da subsuperfície, possibilitando a identificação daespessura das camadas geológicas rasas e da profundidade do embasamento cristalino, fatoresfundamentais de obras de engenharia. A morfologia da superfície de fundo é estabelecida em detalhes pela Ecobatimetria, e,também pela Sonografia. A espessura dos estratos rasos de sedimentos inconsolidados e aconformação do embasamento acústico (limite de penetração do sinal acústico) podem serobtidas através do método de Perfilagem Sísmica Contínua. Os métodos Perfilagem Sísmica Contínua, Ecobatimetria e a Sonografia, têm vastaaplicação na geologia de engenharia já que possibilitam a obtenção de dados que irão subsidiara implantação de obras civis em áreas submersas. Tem também grande aplicação nomapeamento geológico básico e na mineração, além de permitir o estudo de processossedimentares atuais em áreas submersas subsidiando estudos sobre assoreamento. Em situações especiais, pode-se recorrer a outros métodos geofísicos também úteisno levantamentos de áreas submersas, como a Magnetometria, utilizada no mapeamento deocorrências de intrusões ígneas e falhas e em operações de localização de tubulações metálicassoterradas e a Refração Sísmica, empregada no mapeamento da distribuição da velocidade depropagação das ondas sísmicas nos sedimentos inconsolidados. É escopo deste livro o estudo pedagógico da Ecobatimetria, suas características,vantagens, limitações e aplicações. Este método tem vasta aplicação na confecção de cartasnáuticas, nos estudos para implantação de rotas de navegação e monitoramento de processosde erosão e assoreamento de reservatórios. Os equipamentos utilizados são bastante portáteiso que propicia ao método grande versatilidade operacional. a) Equipamentos Os equipamentos geofísicos utilizados na investigação de áreas submersascompõem-se de uma fonte de sinais sísmicos, de um receptor (transdutor eletromecânico oupiezoelétrico) e um sistema de gravação e impressão do sinal sísmico. Dentre os fabricantes deequipamentos de sísmica para investigação rasa de áreas submersas no mundo, destaca-se:Canadá (Huntec), EUA (EG&G, Klein) ou Inglaterra (Geoacustics). O Brasil ainda não fabrica equipamentos desta natureza. Mas, os utiliza, a exemplo doIPT nos ensaios de Perfilagem Sísmica Contínua, com o equipamento Hidrosonde M2A, defabricação canadense. Para os ensaios de Sonografia, utiliza o equipamento Hydroscan KleinSide Scan Sonar, modelo 530, de fabricação norte-americana. A Figura 1.5 ilustra embarcaçãocom equipamentos geofísicos em operação. 16
  • 11. Figura 5 – Ilustração de embarcação no levantamento sísmico. b) Aplicações A utilização dos métodos geofísicos na investigação de áreas submersas permite adefinição da espessura da cobertura sedimentar rasa e o mapeamento das principaiscaracterísticas geológicas e topográficas da superfície de fundo: formatos litológicos,estruturas e topografia. Estes dados subsidiam estudos no planejamento da ocupação e naimplantação de obras civis como pontes, portos, barragens, mineração, sondagens, dragagens,escavações em geral, controle de rotas de navegação. Contribui ainda, no conhecimentogeológico regional e no controle ambiental. O levantamento geofísico efetuado na fase inicial da investigação permite, ainda,otimizar o planejamento da execução das demais técnicas de investigação (sondagensmecânicas, coletas de amostras da superfície de fundo, etc.). Na implantação de dutos submarinos, por exemplo, a caracterização da superfície defundo (topografia e feições geológicas - estruturas, contatos geológicos) e dos estratossedimentares rasos, torna-se fator fundamental já que irá condicionar a distribuição dos dutosna superfície de fundo e o tipo de operação de escavação a ser executada. A presença de ondas de areia de grande porte, por exemplo, pode inviabilizar aimplantação de uma determinada obra, já que estão intimamente relacionadas a fundosbastante dinâmicos resultantes da atuação de fortes correntes. Um exemplo de aplicação dosmétodos geofísicos de investigação de áreas submersas está ilustrado na Figura 6. Essesestudos subsidiam rota de navegação em portos e barragens. A identificação de ondas de areiasde grande porte (3-4m) na superfície de fundo do rio indica que a cobertura sedimentar rasa ébastante dinâmica, conseqüência de grande mobilidade sazonal em alguns trechos do rio. Apartir dos resultados obtidos neste estudo, concluiu-se que a implantação de qualquer obracivil no trecho estudado, deve ser necessariamente precedida de estudos detalhados dosprocessos de sedimentação e de constituição do perfil da topografia de fundo, visando garantirsegurança à navegação e durabilidade da obra. 17
  • 12. Figura 6 - Esquema da Perfilagem Sísmica Contínua. Além de importante ferramenta na investigação geológica de superfícies submersas,estes métodos geofísicos são também aplicados em operações de busca e salvamento, seja deembarcações ou equipamentos naufragados, seja na localização de pontos de rompimento dedutos submarinos. A Figura 7 mostra o esquema da técnica de Sonografia, em que se podemlocalizar embarcações naufragadas. Figura 7 - Esquema da Sonografia mostrando embarcação naufragada. c) Apresentação dos resultados A apresentação dos resultados da investigação sísmica de áreas submersas podeocorrer nas mais variadas formas: mapa de localização dos perfis executados, mapabatimétrico, mapa de embarcações naufragadas, mapa de contorno estrutural. A Figura 8ilustra uma das formas de apresentação de resultados de um levantamento geofísico emambiente aquático. 18
  • 13. Figura 8 - Zoneamento de profundidade de pequeno lago. Radar de penetração no solo O Radar de Penetração ou GPR (Ground Penetrating Radar) é a técnica de se usarondas de rádio, com freqüências entre 1 e 1.000 MHz, para mapear estruturas e feições emsubsolo ou em construções de concreto. Esse método base-se nos princípios de propagação decampos eletromagnéticos no solo, através de antena(s) transmissora(s) que emite para ointerior do solo, pulsos eletromagnéticos. Analogamente, parte da energia emitida àpropagação de ondas sísmicas, retorna à superfície ao atingir o ponto observado, Figura 9. Figura 9 - Perfil a partir de dados com GPR. O campo eletromagnético se espalha ou é atenuado pelos materiais naturais a que estásubmetido. As variações nas propriedades elétricas do meio (condutividade/resistividade)limitam a aplicabilidade desse método de investigação, em que,.os meios de alta condutividade 19
  • 14. inviabilizam a aplicação do método GPR. Na maioria das situações geológicas, as propriedadeselétricas tendem a ser o fator dominante que controla as respostas do radar. Em geral, asvariações magnéticas são desprezíveis. Esse sistema foi criado originalmente para utilização em terra, todavia, recentesadaptações têm mostrado a viabilidade de aplicação do GPR no estudo de áreas submersasrasas, visando a detecção da espessura de camadas de assoreamento em reservatórios e em rios,da espessura de depósitos arenosos de interesse para construção civil e no controle ambiental. Esse método pode vir a substituir a perfilagem sísmica contínua, que utiliza boomerse sparkers, e em condições de coluna dágua menor que 5m de profundidade não ofereceresultados satisfatórios. O IPT projetou catamarãs especiais para transporte das antenas doGPR de até 50MHz, viabilizando a aquisição de dados sobre lâmina dágua, Figura 10. Figura 10 - Catamarã é utilizado na investigação de áreas submersas. 3. Aspectos gerais e práticos do trabalho de campo Para a execução de ensaios geofísicos sobre lâmina dágua em lagos, canais e rios,utilizam-se normalmente duas embarcações. A maior delas com dimensões de até 20m2(10mx2m) devendo possuir área livre para instalação dos equipamentos e cobertura, paragarantir proteção de intempéries como sol e chuva. A embarcação deve possuir motor com potência em torno de 40 CV, pois além detransportar os equipamentos geofísicos (cerca de 600Kg) e um mínimo dois tripulantes, 20
  • 15. rebocará a fonte de sinais (comumente boomer ou sparker) e o sensor (hidrofone) que juntospodem ultrapassar 100Kg. No caso do GPR, reboca-se um catamarã contendo o par deantenas, que irão emitir e receber os sinais eletromagnéticos. A outra embarcação, de menor,será utilizada como apoio ao levantamento, de pessoal e equipamentos. Os métodos utilizados para o posicionamento da embarcação, e, portanto dos perfisgeofísicos podem ser aqueles convencionais (triangulação topográfica) ou métodos maismodernos de posicionamento por satélite. No primeiro, três teodolitos são instalados nasmargens do local de interesse, em pontos com coordenadas conhecidas. A posição daembarcação é tomada a intervalos de tempo fixos e predeterminados (geralmente 30 segundosou 1 minuto) o que é feito através de comunicação por rádio entre os topógrafos e aembarcação. Nesse levantamento é importante a visita prévia à área de interesse para asinstalação dos marcos de referência necessários à triangulação dos teodolitos. No sistema mais moderno, uma antena deve ser instalada na embarcação pararecepção de sinais de satélites, obtendo-se, também a intervalos de tempo predeterminados, aposição da embarcação. Em ambos os sistemas, é importante a confecção preliminar de plantas dos perfis aserem estudados, para verificar a área de estudo. Evidentemente, que o posicionamento porsatélite é o mais indicado, pois, além da maior precisão, possibilita a confecção imediata daplanta de navegação. Outras vantagens desse sistema em relação ao convencional é quedispensa o conhecimento antecipado das coordenadas do local, tem maior agilidade nolevantamento, apresenta maior precisão e menor custo final. Resumo de projetos desenvolvidos pelo IPT na investigação de áreas submersas a) Levantamento de Sísmica (refração e reflexão) batimetria, e topografia na regiãodos reservatórios Edgard de Souza e Pirapora em áreas da implantação do canal de retificaçãodo Rio Tietê e zonas de influência. Local: Santana do Parnaíba, SP. Cliente: ELETROPAULO,1994. Área de aplicação: barragens, retificação de canais. b) Aplicação do Sonar de Varredura Lateral na Investigação do assoalho marinhopara fixação de plataforma exploratória de petróleo. Ilhéus (BA). Cliente: Estudos e Projetosde Engenharia (ENGEVIX S.A) 1985. Área de aplicação: prospecção de petróleo. c) Ensaios de Perfilagem Sísmica Contínua e Sonografia na Costa da Ilha Comprida,litoral sul do estado de São Paulo. Cananéia. Cliente: SICT/Pró-Minério, 1985. Área deaplicação: prospecção de minerais pesados. d) Levantamento de Sísmica (refração, up-hole e reflexão) e topografia na área docanal superior e inferior do Rio Pinheiros, trecho Usina Elevatória de Pedreira - estrutura doRetiro. São Paulo. Cliente: ELETROPAULO, 1986. Área de aplicação: barragens, retificaçãode canais. e) Ensaios Sísmicos (refração e reflexão) na área de implantação do aproveitamentohidráulico do Rio São Francisco. Ibó-Orocó. Cliente: CHESF, 1986. Área de atuação:barragens, portos. 21
  • 16. f) Ensaios sísmicos em lâmina dágua na área do Canal de Santos. Santos. Cliente:Figueiredo Ferraz/Sondotécnica, 1988. Área de aplicação: túneis. g) Perfilagem sísmica, batimetria e sonar de varredura lateral no local de implantaçãoda UHE de Ilha Grande no Rio Paraná. Guairá. Cliente: ELETROSUL, 1986. Área deaplicação:implantação de portos, barragens e rotas de navegação. h) Ensaios de Sísmica de Reflexão no Rio Ji-Paraná na área de interesse do sítio JP-14.Rio Ji-Paraná (RO) Cliente: CNEC, 1986. Área de aplicação: implantação de portos ebarragens. i) Ensaios geofísicos na área de interesse à implantação do aproveitamento múltiplono Rio Paranapanema. Ourinhos (PR). Cliente: CESP, 1994. Área de aplicação: navegação.j) Investigação geofísica na Barragem de Castanhão: refração, perfilagem sísmica contínua esonografia. Castanhão: Cliente: Andrade Gutierrez, 1997. Área de aplicação: barragens,geotecnia Resumo da investigação geofísica em áreas submersas na solução de problemas geológicos e geotécnicos EXEMPLO 1 - Local: Canal da Ilha Anchieta - Continente (Ubatuba, SP).Equipamento geofísico: Hidrosonde M2A, Huntec. Objetivos: geologia básica (estudo daevolução costeira do Estado de São Paulo). Características definidas no registro: topografia defundo plana, topografia irregular do embasamento, espessura dos estratos sedimentaresintermediários. EXEMPLO 2 - Local: Canal de Santos (SP). Equipamento geofísico: HidrosondeM2A, Huntec. Objetivos: geologia de engenharia (construção de túnel subaquático).Características definidas no registro: topografia de fundo plana, espessura dos estratossedimentares, topografia do embasamento acústico e plotado registro de campo; mapa delocalização dos perfis executados; mapa batimétrico; mapa de isoespessura de sedimentos emapa de profundidade do embasamento. EXEMPLO 3 - Local: Tanegashima, Sul do Japão. Métodos utilizados: PerfilagemSísmica Contínua; Sonografia e Ecobatimetria de precisão. Equipamento geofísico: EG&GBoomer System; EG&G Side Scan Sonar SMS 960; Ecobatímetros de Precisão (PDR).Objetivos: geologia de engenharia (construção de uma estação subaquática para criação depeixes). Características definidas no registro: topografia de fundo plana, espessura dos estratossedimentares, topografia do embasamento acústico e plotado registro de campo daSonografia; mapa de localização dos perfis; mapa batimétrico e mapa de característicasgeológicas do assoalho marinho. EXEMPLO 4 - Local: Rio Xingu (PA). Métodos utilizados: Perfilagem SísmicaContínua. Equipamento geofísico: Perfilador Huntec, Hidrosonde M2A. Objetivos: geologiade engenharia (construção de portos, barragens e implantação de rota de navegação). 22
  • 17. Características definidas no registro: espessura dos estratos sedimentares, topografia de fundoe do embasamento acústico com topografia de fundo irregular e característica de fundosrochosos; ondas de areia característica de fundos dinâmicos e resultantes de processossedimentares de alta energia; topografia de fundo plana com pacote de sedimentos aluvionaresde cerca de 15 metros. EXEMPLO 5 - Local: Reservatório Guarapiranga (SP). Métodos utilizados:Perfilagem Sísmica Contínua e Sonografia. Equipamento geofísico: Perfilador Huntec(Boomer) e Sonar Klein Hydroscan 530. Objetivos: pesquisa de potencial mineral eassoreamento de reservatórios. Características definidas no registro: espessura dos estratossedimentares (aluviões) topografia de fundo e do embasamento acústico, sendo plotado mapade localização dos perfis geofísicos; registro da Perfilagem Sísmica contínua; e registro obtidoatravés da Sonografia. 4. Sistema de Posicionamento Global a) Conceito de GPS O Sistema de Posicionamento Global, conhecido por GPS (do acrónimo doinglês Global Positioning System) ou NAVSTAR-GPS (NAVigation Satellite with Tme andRanging) é um conjunto integrado de processos que controla o sistema de radionavegaçao,desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos EUA com o objetivo de ser o principalsistema de navegação. Os civis começaram a usar o GPS durante a década de 1980,especialmente para tarefas de posicionamento geodésico. Existem atualmente dois sistemas efetivos de posicionamento por satélite; o GPSamericano e o Glonass russo. Há dois outros sistemas em implantação, o Galileo europeu e oCompass chinês. O sistema pode ser utilizado por qualquer pessoa, gratuitamente, necessitandoapenas de um receptor que capte o sinal emitido pelos satélites, e, tem abrangência global epermite atividades que precisem de posicionamento. Assim como outros sistemas de radionavegação, todos os satélites enviam seus sinaisde rádio exatamente ao mesmo tempo, permitindo ao receptor avaliar o lapso entreemissão/recepção. A potência de transmissão é de apenas 50 Watts. O sistema GPS está dividido em três segmentos: espacial, de controle e de usuários. O segmento espacial é constituído por 24 satélites em órbita a 20.200 km de altitude.Cada satélite move-se, acima da superfície da Terra, numa velocidade de 2.000 mph,completando uma órbita a cada 12 horas. Estes satélites emitem simultaneamente sinaiscodificados, Figura 11, que contém: - código de precisão (P); - código geral (CA) e informação de status. Os receptores GPS apresentam precisão de centímetros, e necessitam captar ainformação simultânea de no mínimo quatro satélites. 23
  • 18. Figura 11 - Conjunto de satélite em torno da Terra. As órbitas são arranjadas para que cada satélite repita a mesma trajetória uma vez acada 24 horas. Assim, em qualquer ponto da Terra, num dado momento, é possível obterinformações de no mínimo quatro satélites. Dessa forma, utilizando-se os receptores de GPS,é possível localizar qualquer ponto por meio de suas coordenadas, isto é, latitude e longitude(Coordenadas Geográficas) ou mN e mE (UTM - Universal Transversa de Mercator), ou aindaoutro sistema coordenadas qualquer. Já o sistema de controle écomposto por uma estação de controlemestre (GPS Master Control Station)localizada na base da Força AéreaAmericana, no Colorado, e quatro outrasestações de monitoramento, localizadasem torno da Terra (Havaí, Nova Zelândia,Índia e no meio do Atlântico). Estasestações monitoram e controlam ossistemas dos satélites GPS,acompanhando suas rotas, velocidades elocalizações. As estações transmitemdados para os satélites em órbita, que, porsua vez, os retransmitem de volta a Terrapara uso nos receptores GPS. Figura 12 - Aparelho de GPS de navegação O sistema de usuário é constituído por um receptor GPS (GPSR) descodifica astransmissões do sinal de código e fase de múltiplos satélites e calcula a sua posição com basenas distâncias a estes. A posição é dada por latitude, longitude e altitude referentes ao sistemaWGS84. Os receptores GPS de navegação vêm numa variedade de formatos, de dispositivosintegrados dentro de carros, telefones, e relógios, a dispositivos dedicados somente ao GPSpropriamente dito, Figura 12. 24
  • 19. O sistema foi declarado totalmente operacional apenas em 1995. Seudesenvolvimento custou 10 bilhões de dólares. Consiste numa "constelação" de 28 satélitessendo 4 sobressalentes em 6 planos orbitais. Cada um circunda a Terra duas vezes por dia auma altitude de 20.200km e a uma velocidade de 11.265Km/h. Os satélites têm a bordorelógios atomicos e constantemente difundem o tempo preciso de acordo com o seu própriorelógio, junto com informação adicional como os elementos orbitais de movimento, tal comodeterminado por um conjunto de estações de observação terrestres, Figura 13. Figura 13 - Visualização dos relógios em tela do aparelhos de GPS O receptor capta os sinais de quatro satélites para determinar as suas própriascoordenadas, e tambem o horário da leitura. O mesmo calcula a distância a cada um dos quatrosatélites pelo intervalo de tempo entre o instante local e o instante em que os sinais foramenviados, esta distância é chamada pseudodistância, Figura 14. Di st ân Cada sinal do satélite fornece a cia posição do satélite e o momento preciso em que o sinal foi enviado A distância a partir do satélite até um ponto no terreno é encontrada pelo tempo que os sinais emitidos pelo Latitude, longitude e elevação são satélite levam para atingir o determinadas por triangulação a receptor GPS parti de sinais recebidos de 4 satélites Figura 14 - Esquema do envio de sinais através de quatro satélites. 25
  • 20. b) Fatores que afetam a precisão do sistema A fonte inicial de erro foi a Selective Availability – SA (disponibilidade seletiva)imposta intencionalmente como fator de projeto pelo Departamento de Defesa dos EUA. Osistema passou ao uso geral, reservando aos militares americanos melhores precisões. Aindahoje, todos os satélites emitem a degradação SA por conveniência de segurança. Outro fatorque afeta a precisão é a geometria de distribuição dos satélites, ou seja, a localização dossatélites entre si e a posição do receptor GPS. Por exemplo, se um receptor GPS estiverlocalizado sob quatro satélites e todos estiverem no mesmo plano da abóbada celeste, suageometria é considerada pobre. Em que, esse receptor não seja capaz de se localizar, pois todasas medidas de distância provêm de uma direção geral. Dessa forma, mesmo que o receptorofereça a leitura de uma posição, a precisão não será boa. Mas, supondo que esses mesmosquatro satélites, estejam separados em intervalos de 90º a norte, sul, leste e oeste, oferecerá umageometria é ótima, pois as medidas provirão de várias direções. A importância da geometria dos satélites torna-se importante quando se usa oreceptor GPS próximo a edifícios, áreas montanhosas ou vales. Se algum dos sinais forbloqueado, a posição relativa dos demais determinará a precisão, ou mesmo se a posiçãoobtida. Um receptor de qualidade indica não apenas os satélites disponíveis, mas também ondeestão distribuídos no céu (azimute e elevação) permitindo ao operador saber se o sinal de umdeterminado satélite está sendo obstruído. Outros tipos de erros são devido a interferência dareflexão do sinal em algum objeto; atraso na propagação dos sinais devido aos efeitosatmosféricos e alterações do relógio interno. O receptor GPS é projetado para compensar osefeitos desses últimos. Em síntese, as possíveis imprecisões não acrescentam muitos erros. Um tipo de GPSchamado GPS Diferencial, ou DGPS, pode reduzir estes erros significativamente. Na tabelaabaixo se observa o impacto dos erros em uma previsão típica, Tabela 1.Tabela 1 - Resumo das fontes de erro do GPS Erro típico em metros GPS DGPS (por satélite)Relógio do satélite 1,5 0Erros de órbita 2,5 0Ionosfera 5,0 0,4Troposfera 0,5 0,2Ruído do receptor 0,3 0,3Multipath 0,6 0,6 Até meados do ano 2000 o departamento de defesa dos EUA impunha a chamada"disponibilidade selectiva", que consistia em um erro induzido ao sinal impossibilitando queaparelhos de uso civil obtivessem uma precisão inferior a 90 metros, hoje em desuso. 26
  • 21. c) Aplicações do GPS As características como praticidade, precisão e adaptabilidade, têm favorecido aaplicação do GPS na aviação, em geral, e, na navegação marítima. Qualquer pessoa que queirasaber a sua posição, encontrar o seu caminho para determinado percurso, conhecer avelocidade e direcção do seu deslocamento, também, pode-se beneficiar com o sistema.Atualmente, o sistema está sendo muito difundido em automóveis com sistema de navegaçãode mapas, que possibilita uma visão geral da área que o usário está percorrendo. O GPS tem-se tornado cada vez mais popular entre: geólogos, geógrafos, arqueólogos,guardas-florestais, técnicos de prospecção e exploração de recursos naturais além debombeiros ciclistas, balonistas, pescadores, ecoturistas, ou por leigos que queiram beneficiar-se pela tecnologia do sistema na posição e orientação de suas viagens, Figura 15. Figura 15 - Modelo de receptor GPS para veiculo. A comunidade científica utiliza-o pelo seu relógio altamente preciso, na razão demicro-segundos. Naturalmente, a localização do ponto onde a leitura está sendo lida é pode serimportante. Agrimensores diminuem custos e obtêm levantamentos precisos maisrapidamente com o GPS. Exemplares específico desses aparelhos com precisão de 1m têmcusto aproximado de U$ 3.000. Existem receptores ainda mais precisos, em torno de 0,01m, decusto muito mais alto. A obtenção de dados nesses receptores é mais lenta. Com a popularização do GPS e sua adoção pelo ramo agrícola, surgiu aagricultura de precisão, em que uma máquina agrícola provida de receptor GPS armazenadados relativos à produtividade em um cartão magnético que, tratados por softwareespecífico, produz um mapa de produtividade da lavoura. As informações permitemtambém otimizar a aplicação de corretivos de solo e fertilizantes, mapear produtividade eáreas degradadas. d) Tipos de receptores Existem diferentes receptores GPS, desde os de multifunções até os externos, quesão ligados por cabo ou ainda por bluetooth. Geralmente, eles são categorizados para finsgeodésicos, topográficos e de navegação. 27
  • 22. A diferenciação entre essas categorias, além do preço de aquisição, é, principalmente,devido à precisão alcançada, ou seja, a razão da igualdade entre o dado real do posicionamento,e o oferecido pelo equipamento. Os receptores geodésicos são os mais acurados, com precisão de milímetros. Essesreceptores são capazes de captar as duas frequências emitidas pelos satélites (L1 e L2)possibilitando, assim, a eliminação dos efeitos da refracção ionosférica. Os receptores topográficos captam apenas a freqüência L1, e têm também elevadaprecisão, em torno de centímetros. Ambas as categorias têm aplicações técnicas e características próprias como o pós-processamento de seus dados, ou seja, há necessidade de interpretação e execução dessainstruções para a devida precisão de seus dados. A categoria mais usada é a de navegação, não precisa pós-processar seus dados, pois aprecisão inferior aos receptores topográfico e geodésico, sendo o mesmo destinado para usodiversos como de esporte de orientação e navegação de veículos, estando associados aequipamentos como computadores portáteis, celulares, relógios, etc. e) Parâmetros para seleção de um bom receptor: · Número de canais; · disponíveis; Mapas · Luminosidade do(a) ecrã/tela; · Autonomia; · Robustez. 28
  • 23. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASAYRES-NETO, A. & AGUIAR, A.C.K.V. Interpretação de Reflexões de Side Scan Sonar:uma proposta de nomenclatura e padronização de métodos. In: CONGRESSOINTERNACIONAL DA SOCIEDADE BRASILEIRADE GEOFÍSICA, 3, SBGf, Rio deJaneiro. Boletim de Resumos Expandidos, v. 1, p.399-403. 1993.Batimetria. Disponível no site: http://www.g oogle.com.br/search?hl=pt-BR&cr=countryBR&defl=pt&q=define:Batimetria&sa=X&oi=glossary_definition&ct=title, em 19/12/07Ecobatímetro. Dicionário Náutico. Disponível no site: http://www.transportes-xxi.net/tmaritimo/dicionario#, em 23/02/08GALLEA, C.; SOUZA, L.A.P. & BIANCO, R. A geofísica marinha de alta resolução:características e aplicações. In: CONGRESSO INTERNACIONAL DA SOCIEDADEBRASILEIRA DE GEOFÍSICA, 2, Rio de Janeiro, Boletim de Resumos Expandidos, v.1.1989.G O R G U L H O, M i g u e l . O q u e é G P S . D i s p o n í v e l n o s i t e :http://www.maregps.com.br/nova%20mare/sistema_gps.htm#FATORESQAFETAM, em19/03/08.GUIMARÃES, C. L. Geotecnologia na determinação do assoreamento do açudeCachoeira do Alves, Itaporanga (PB) um desenvolvimento metodológico. CampinaGrande: UFCG, 112p. 2007 (Dissertação de Mestrado).História da Hidrografia no Brasil. Disponível no site:http://www.google.com/search?q=cache:kpMlLaiGG1kJ:www.geologia.ufpr.br/graduacao/ g e o f i s i c a 2 0 0 7 / S u b m e r s a s. p d f + o + q u e + % C 3 % A 9 + e c o b a t i m e t r i a & h l = p t -BR&ct=clnk&cd=5&gl=br, em 25.02.08IPT. Aplicação do sonar de varredura Lateral na Investigação do assoalho marinho parafixação de plataforma exploratória de petróleo. Ilhéus (BA): Rel. IPT nº: 22.199, 1985.___. Ensaios de perfilagem sísmica contínua e sonografia na costa da Ilha Comprida. Litoralsul do estado de SãoPaulo. Cananéia (SP): Rel. IPT nº: 22.021 1985.___. Ensaios de sísmica de reflexão no Rio Ji-Paraná na área de interesse do sítio JP-14local. Ji-Paraná (RO): Rel. IPT nº: 23888, 1986.___. Ensaios geofísicos na área de interesse à implantação do aproveitamento múltiplo do: RioParanapanema. Ourinhos (PR): Rel. IPT nº: 31632, 1994.___. Ensaios sísmicos em lâmina dágua na área do Canal de Santos. Santos: Rel. IPT nº: 26043,1988.___. Ensaios sísmicos (refração e reflexão) na área de implantação do aproveitamentohidráulico do São Francisco. Ibó-Orocó (BA/PE): Rel. IPT nº: 23.600, 1986. 29
  • 24. ___. Investigação geofísica na Barragem de Castanhão: refração, perfilagem sísmica contínua esonografia. Castanhão (CE): Rel. IPT nº:35.363, 1997.___. Levantamento de sísmica (refração e reflexão) batimetria, e topografia na região dosreservatórios Edgard de Souza e Pirapora em áreas da implantação do canal de retificação doRio Tietê e zonas de influência. Santana do Parnaíba: Rel. IPT nº: 20.949, 1994.___. Levantamento de sísmica (refração, up-hole e reflexão) e topografia na área do canalsuperior e inferior do Rio Pinheiros, trecho Usina elevatória de Pedreira - estrutura do Retiro.São Paulo: Rel. IPT nº: 23.599, 1986.___. Perfilagem sísmica, batimetria e sonar de varredura lateral no local de implantação daUHE de Ilha Grande. Guairá (PR): Rel. IPT nº: 24087, 1986.___. Quantificação de dados de perfilagem sísmica e sonografia obtidos na costa da IlhaComprida, litoral sul do Estado de São Paulo. Cananéia-Iguape (SP): Rel. IPT nº: 22.928, 1985.MAHIQUES, M.M. Considerações sobre os sedimentos de superfície de fundo da Baiada Ilha Grande, Estado do Rio de Janeiro. Dissertação de Mestrado, Instituto Oceanográficoda Universidade de São Paulo, 2 v., 139p. 1987.MILANI, E.J. Anomalias gravimétricas em Bacias do tipo rift: exemplos brasileiros. In:CONGRESSO INTERNACIONAL DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE GEOFÍSICA,2, Salvador, Ba. Boletim de Resumos Expandidos. SBGf, v.1, p.172-176 (Palestra Técnica).1991.ORCIOLI, P.R.A. & SANTARELLI, M.R. A sísmica marinha rasa como auxílio nas obrascivis. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOLOGIA, 30, Recife. Anais... SBG, v.5,p.2299-2311. 1978.SOUZA, L.A.P. As técnicas geofísicas de sísmica de reflexão de alta resolução e sonografiaaplicadas ao estudo de aspectos geológicos e geotécnicos em áreas submersas. In:CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOLOGIA, 35,Belém, PA. Anais...SBG, v.4, p.1551-1564. 1988.SOUZA, L.A.P. & MAHIQUES, M.M. Sísmica de alta resolução aplicada à sedimentação naregião costeira de Ubatuba (SP). In: SIMPÓSIO SOBRE OCEANOGARFIA, 2, InstitutoOceanográfico - IO/USP. Boletim deResumos v.1. p. . 1991.SOUZA, L.A.P.; SILVA R.F.& IYOMASA, W.S. Métodos de Investigação. In: Oliveira,A.M.S.& Brito S.M.A.(Eds.). Geologia de Engenharia. São Paulo : ABGE, 1998. Cap. 11.Publicação IPT 2551. 1998.SUGUIO, K.; TESSLER, M.G.; FURTADO, V.V.; ESTEVES, C.A. & SOUZA, L.A.P. de.Perfilagens geofísicas e sedimentação na área submersa e Barra de Cananéia (SP). In:SIMPÓSIO SOBRE ECOSSISTEMAS DA COSTASUL E SUDESTE BRASILEIRAS,Cananéia, SP. Publ., ACIESP, v.1. p.234- 24. 1987. 30
  • 25. Capítulo 2José Luciano Santos de LimaJógerson Pinto Gomes PereiraSilvana Fernandes NetoAgradecimentos especiais ao Prof. Paulo Guilherme de A. Albuquerque (Engenharia de Pesca da UFRPE) e ao Prof. de Navegação, Ricardo Gomes (UFRPE)
  • 26. 1. INTRODUÇÃO Conceito de Navegação Navegação é a ciência de conduzir sobre a superfície aquática uma embarcaçãocom posições monitoradas em quaisquer instantes da travessia. Por embarcação entende-se qualquer construção flutuante de madeira, metal,fibra ou combinação de materiais, providos de instrumentos náuticos, de segurança e deregistros junto aos órgãos oficiais, com o fim específico de transportar pessoa e produtos,Figura 2.1. Figura 2.1. Embarcações diversas. 35
  • 27. Para a Navegação, a Terra é considerada esférica, apesar de sua forma geóide. a) Classificação de Navegação - Navegação Costeira - Navegação Estimada - Navegação Astronômica - Navegação Eletrônica A Navegação Costeira é aquela balizada à vista do continente através de acidentesnaturais ou artificiais como: montes, falésias, torres, faróis, edificações, etc. A Navegação Estimada pode ser balizada à vista de terra ou não, em que aembarcação encontra-se em uma posição associada aos fatores tempo e velocidade, a partirde posição conhecida, seguindo uma direção. A Navegação Astronômica é específica para o posicionamento da navegação emalto-mar, tendo-se como referência os corpos celestes como lua, estrelas, planetas e sol. A Navegação Eletrônica estabelece a posição da embarcação através deequipamentos eletrônicos como radar, satélites, computador, GPS, etc. b) Linhas Imaginárias da Cartografia O conhecimento da curvatura da terra da Terra e sua representação maisadequada em uma superfície plana resultaram em diversos tipos de projeções, cada umacom características próprias. Destaca-se entre as mais estudadas as projeção de Mercator,de Mollweide, de Goode e de Van der Grinten, Figura 2.2. a d b e c Figura 2.2. Representação dos formatos esférico e geóide da Terra (a) e projeções de Mercator (b) de Mollweide (c) de Goode (d) e de Van der Grinten (e). 36
  • 28. A projeção de Mercator tem sido a mais difundida, pois a direção, posição e distânciapodem ser obtidas com facilidade. Foi idealizada por Gerardo Mercator no Século XVI (ano1608?) e é a projeção usada nas cartas brasileiras e estrangeiras. O estabelecimento das convenções dos paralelos e dos meridianos, que são as linhasimaginárias para a localização de qualquer ponto no globo terrestre através das coordenadasgeográficas, Figura 2.3. Denomina-se de Equador ou linha equatorial, a linha que divide a Terra em duaspartes iguais, estabelecendo o Hemisfério Norte e o Hemisfério Sul. A latitude indica o quantoum ponto está afastado dessa linha, para o Norte ou para o Sul. Outras linhas paralelas aoEquador são chamadas de Paralelos, sendo os principais o Trópico de Câncer (ao Norte) e oTrópico de Capricórnio (ao Sul). As linhas perpendiculares ao Equador e que se cruzam nos extremos do globo oupólos são denominadas de Meridianos. Estabeleceu-se o Meridiano de Greenwich como areferência para dividir a Terra no Hemisfério Leste (ou Oriental) e Hemisfério Oeste (ouOcidental). A longitude indica o quanto o ponto está afastado dessa linha a leste ou a oeste. Figura 2.3 - Representação do Equador, paralelos e meridianos. A latitude é representada por e é a distância angular entre o plano que contem oEquador e a linha de interseção do ponto observado com o centro do globo. A longitude tem arepresentação e é o ângulo entre o plano do Meridiano de Greenwich e o Meridiano do pontoestudado, Figura 2.4. A latitude e longitude são expressas em graus, minutos e segundos. Nalinha do Equador o valor da latitude é 0°e no Meridiano de Greenwich o valor dalongitude é 0°. Figura 2.4. Latitude e longitude de um ponto local 37
  • 29. 2. Cartas e Convenções a) Conceito de Orientação Por convenção Orientação é o alinhamento do Norte com o norte do terrenorepresentado. A orientação dos mapas prescinde o conhecimento dos pontos cardiais. Em virtude da rotação, o sol surge sempre do mesmo lado do horizonte chamado deleste e realiza um caminho pelo céu até o horizonte oposto, denominado oeste. Esse percurso échamado de Movimento Aparente do Sol. A partir daí, estabeleceu-se os pontos cardeais oufundamentais, e os pontos colaterais, largamente representados pela Rosa-dos-ventos, Figura2.5. Esse roteiro foi utilizado na orientação dos mapas dos povos antigos. a b Figura 2.5. Movimento aparente do sol (a) e a Rosa-dos-Ventos (b). b) Direção Verdadeira A combinação da rosa-dos-ventos com uma agulha magnetizada originou abússola moderna, importante instrumento de navegação e alinhamento do mapa com oterreno. O eixo da Terra tem um desvio de 23,6° em relação ao seu eixo aparente, daísendo determinado o Norte Magnético ou Norte Verdadeiro, Figura 2.6. Declinação magnética Direção Norte-Sul Direção Norte-Sul magnética geográfica Figura 2.6. Representação do Norte Magnético que é o da orientação da bússola. 38
  • 30. Direção Verdadeira é a inclinação em graus (entre 000° a 360°) no sentido horário daposição de uma embarcação a partir do meridiano local com o Norte Verdadeiro. A projeçãodessa linha em dois meridianos, denomina-se direções recíprocas, Figura 2.7. A obtenção dadireção recíproca dá-se somando ou subtraindo 180°. A determinação da direção é a mais importante tarefa do(a) navegador(a). Figura 2.7. Direções recíprocas. c) Tipos de direção - Rumo - Proa - Marcação A direção de rumo é o ângulo horizontal que a embarcação faz sobre a superfíciedágua a partir do Norte como direção de referência. É expressa em graus no sentido horárioentre 000° a 360°. A sua representação gráfica na carta náutica é a trajetória da embarcação. A direção de proa é a projeção angular que a embarcação faz com a direção dereferência. É expressa em graus a partir da direção de referência com a mesma convenção que adireção de rumo. A direção de marcação é o ângulo entre a linha de referência e a visada. Os tipos dedireção de marcação são: - Marcação verdadeira - Marcação relativa 39
  • 31. A marcação verdadeira é o ângulo entre o Norte e o ponto de referência. A marcação relativa é o ângulo entre a linha visada e a linha de referência. Nesse caso,adota-se a proa como direção de referência, Figura 2.8. Figura 2.8 - Estabelecimento da marcação verdadeira e relativa. d) Unidade de distância náutica A unidade de distância náutica é a milha (1.852 m) determinada pela Equação (1). CT MN = (1) Act Em que: MN é a milha náutica; CT a circunferência da Terra (m) aproximadamente 40.000.000 m; Act é o arco da circunferência da Terra (min) 360 x 60= 21.600. Donde se obtém que 1 de arco ou de latitude é igual a 1 milha náutica. Esse valorfoi referendado pelo Bureau Hidrográfico Internacional em 1929. Existem outras unidades de distância derivadas do sistema inglês de medidas eamplamente usadas em navegação, a saber: - Pé (ft) que vale 0,305 m, usada como distância vertical; - Jarda (yd) que equivale a 0,915 m, usada para distância horizontal; - Braça (fht) que mede 1,830 m, comumente usada para profundidade; - Nó - usada para velocidades, valendo 1 m/h. 40
  • 32. e) Conceito de cartas náuticas É uma representação bidimensional da superfície da Terra, traçada em escala. Podeabranger toda a superfície do globo como o Mapa Mundi, largamente difundido, ourepresentar áreas específicas da hidrografia, obedecendo às convenções da Cartográfica. As cartas náuticas dividem-se em: - Cartas gerais - Cartas particulares - Cartas especiais As cartas gerais abrangem grandes extensões de mar e da costa. Destina-se ànavegação longe do continente. As principais indicações são as profundidades e eventuaisperigos. Os pontos diários das grandes travessias também nela são registrados. As cartas particulares compreendem áreas relativamente menores, mas ricas eminformações. Quando se trata de acesso a um porto são chamados de planos. As cartas especiais são associadas a equipamentos eletrônicos. Elas indicam asmelhores rotas para cruzar os mares. As cartas com latitudes acima de 70° são consideradas deespeciais. Nas cartas náuticas o Norte está sempre na direção superior. f) Escala A escala é a proporção entre as dimensões do elemento desenhado no mapa com otamanho real. Por exemplo, a escala de 1:50.000 representa que 1 mm no papel corresponde àdimensão de 50.000 mm na vida real. A carta náutica é provida de uma simbologia apropriada. As principais informaçõesnelas contidas são: - Título da carta e o número de ordem - Altitudes e sondagens - Notas sobre precauções - Observação sobre continuação da carta - Auxílios à navegação - Rosas dos ventos O título da carta e o número de ordem indicam o país, a parte do litoral e o trecho quea carta cobre. Por exemplo: Carta 1600 – Brasil – Costa sul - do Rio de Janeiro a São Sebastião. As altitudes mostradas nas cartas são sempre expressas em metros, e, referem-se àsalturas das ocorrências geográficas. As sondagens referem-se ao menor nível de água local,também registrados em metros. As notas sobre precauções são escritas em vermelho e devem ter especial atençãopelo navegante. A observação sobre a continuação da carta é escrita em carmim junto às laterais emargens, e, indicam a direção da carta-continuação e seu número. Pode reportar-se a outrascartas com maior precisão desse trecho. Exemplo: continua para leste na carta 1500. Os auxílios à navegação são faróis, rádios-farol, bóias e balizas que são indicadas nascartas náuticas. Por exemplo, ao lado do Farol da Ilha Raza está escrito: Alt Lp B E 15 seg 10125M RC 315 KHz Contínuo IH, significando o seguinte: 41
  • 33. - Alt Lp B E 15 seg: farol de lampejos alternados, brancos e encarnados e a repetiçãodesses sinais a cada 15 segundos; - 101: é a altitude do farol em relação ao nível do mar; - 25M: é a distância alcançada pelo farol em milhas, no caso, 25 milhas; - 315 KHz: é a freqüência de emissão do sinal em quiloHertz, no caso, 315 KHz; - IH: é a representação desse sinal. A rosa-dos-ventos quando está representada de forma única, ela tem sua direção N-Sverdadeiros da Terra. E, quando há duas representações concêntricas, a interna tem aorientação N-S magnética, e está escrito o valor da declinação magnética. Há também a observação com símbolos e abreviaturas. As cartas náuticas registram ainda uma série de informações úteis: qualidade dofundo, setores de visibilidade dos faróis, dados sobre as marés, linhas isobatimétricas eisogônicas. Há ainda a representação das alturas dos pontos percebíveis do mar: construções,antenas, morros, etc. Essas cartas registram também os perigos, tais como: pedras, bancos de areia,embarcações soçobradas, entre outros. 2.3. Instrumentos e Navegação Eletrônica Os principais fatores determinantes das instrumentações de bordo imprescindíveissão o tamanho da embarcação e a finalidade de seu uso, mas, as principais ferramentas para o(a)navegador(a) são instrumentos de medida das direções, de distância, de velocidade, deprofundidade, de obtenção de dados meteorológicos, entre outros. a) Instrumentos de medida de direções A agulha é o principal instrumento de medida de direção a bordo das embarcações,sobretudo àquelas amadoras, Figura 2. 9. Figura 2.9. Agulhas típicas de embarcações simples. A alidade manual é uma agulha inserida em uma cuba cilíndrica, provida de pulseirapara empunhadura do pulso do(a) observador(a), Figura 2.10. 42
  • 34. Figura 2.10. Modelo de alidade manual. O taxímetro é composto de um prato graduado em graus provido de uma réguahorizontal giratória, cujas extremidades são providas de duas pínulas que permite oalinhamento ao ponto observado, Figura 2.11. Figura 2.11. O taxímetro usa o princípio da alidade. b) Instrumentos de medidas de distância e de velocidade Os estadímetros são instrumentos que determinam a distância entre 200 e10.000 m, a partir da altura do objeto visado de até 200 metros. Tem como princípio defuncionamento as imagens diretas e refletidas associadas a uma escala de distância, Figura 2.12. 43
  • 35. Figura 2.12. O estadímetro determina a distância percorrida da embarcação. O odômetro de superfície determina a distância navegada. Consiste de pequenahélice ligada ao aparelho registrador por um cabo flexível, Figura 2.13. A graduação desseaparelho é em milhas náuticas. Esse aparelho apresenta algumas limitações como: nãoregistrar a velocidade, enroscar-se a plantas aquáticas e deve ser removido se odeslocamento da embarcação for de popa. Os sextantes são instrumentos que se baseiam também na altura do objeto conhecido e visado, determinando o seu ângulo vertical. E, fazendo-se uso do c o n h e c i m e n t o t r i g o n o m é t r i c o, determina-se a distância do observador. Há tabelas apropriadas que associa os ângulos às distâncias em milhas, Figura 2.14.Figura 2.13. Odômetro de superfície. Figura 2.14. Modelo de sextante. 44
  • 36. Os velocímetros registram a velocidade de deslocamento do barco. O equipamento éprovido de painel graduado com escala unido à hélice ligado ao aparelho registrador por umcabo flexível unido a uma hélice situada no casco. Alguns velocímetros são equipados aindacom mecanismos que determinam a distância percorrida, Figura 2.15. Figura 2.15 - Velocímetro Existem alguns procedimentos práticos para a determinação da velocidade, como aTabela RPM/Velocidade que se baseia na rotação do motor e velocidade resultante. Um outro método aplicado a pequenas velocidades, consiste em se lançar um objetovisível e flutuante na proa e determinar o tempo em que o mesmo passa pela popa. Faz-senecessário o uso de um cronômetro. c) Instrumentos de determinação de profundidade O prumo de mão, provavelmente, é um das mais antigas ferramentas do(a)navegador(a). Ele consiste de uma chumbada e uma linha com marcas igualmente espaçadas. Adeterminação da profundidade se faz lendo-se a marca da linha à mão do(a) observador(a)após se lançar uma chumbada em direção ao fundo da água até tocar a superfície submersa. Os ecobatímetros são instrumentos que determinam a profundidade a partir doregistro do eco de sinal sonoro emitido. d) Instrumentos meteorológicos O tempo é o parâmetro mais importante para os freqüentadores do mar. E, umconhecimento elementar sobre Meteorologia aliado aos indicadores de pressão e temperaturaatmosférica permitem prevê-lo suficientemente, eliminando eventuais acidentes. A pressão atmosférica é determinada pelo barômetro. A unidade de leitura dobarômetro é o mm de Hg. Quando o ar está seco a leitura do barômetro é baixa e é sinal dechuva próxima, e, quando o ar está frio a leitura é alta, Figura 2.16. 45
  • 37. Figura 2.16. Barômetro. Os termômetros determinam a temperatura. Existe uma variedade muito grandede termômetros. A combinação das leituras do barômetro e do termômetro permite a previsão dotempo consoante a Tabela 2.1.Tabela 2.1. Previsão do tempo a partir das leituras do barômetro e termômetro. Comportamento da leitura no Barômetro Termômetro Previsão do tempo Em ascensão Em ascensão Quente e seco Em ascensão Estacionário Tempo bom Em ascensão Em declínio Ventos Estacionário Em ascensão Tempo bom Estacionário Estacionário Tempo incerto Estacionário Em declínio Chuva provável Em declínio Em ascensão Tempo incerto Em declínio Estacionário Chuva provável Em declínio Em declínio Chuvas fortes O anemômetro também é o instrumento de grande utilidade para o sistema denavegação. Deriva-se do grego anemus (vento) e metro (medida), utilizado para medir avelocidade do vento. Há uma variedade de modelos para uso em terra e para atividade náuticas,Figura 2.17.Figura 2.17. Modelo de anemômetro. 46
  • 38. Há outros instrumentos complementares às necessidades de navegação, desde os detraçar e plotar como réguas de paralelas e compasso a binóculos, cronógrafo e lanterna. 2.4 Navegação Eletrônica Entre os equipamentos eletrônicos mais difundidos na navegação amadora estão oradar e o radiogoniômetro, Figura 2.18. O radar determina a marcação e a distância que um determinado alvo encontra-se daembarcação. O nome radar provem de uma sigla da língua inglesa (RAdio Detection And Range)que significa detecção e telemetria pelo rádio. Ele é constituído de antena (transmissora-receptora) transmissor e indicador. O princípio de funcionamento é o seguinte; umatransmissão de pulso eletromagnético, de alta potência e curto período é emitido. A medidaque se propaga pelo espaço, esse feixe se alarga em forma de cone, até atingir ao alvo que estásendo monitorado. Daí, é refletido, e, retorna para a antena, que nesse momento passa a serreceptora desses sinais. Como é conhecida a velocidade de propagação do pulso, e o tempo dechegada do eco, então, calcula-se a distância do objeto. Pela defasagem de freqüência entre osinal emitido e recebido, é possível se saber se o alvo está se afastando, ou se aproximando daestação, procedimento conhecido como Efeito Doppler. Figura 2.18. Modelos de Radar As principais vantagens do uso do radar são: - Pode ser usado sob condições de má visibilidade, independente da velocidade daembarcaçao; 47
  • 39. - Não é afetado por outros sinais eletrônicos; - Localiza e acompanha temporais violentos; - Permite a determinação com rapidez de rumos e velocidades de embarcações àderiva, evitando o risco de colisões. O radiogoniômetro utiliza as propriedades das ondas de rádio e consiste de umaparelho receptor acoplado provido de um disco, com escala de 0° a 360°, e uma antenagiratória. Os sinais captados provêm de uma estação radiogoniométrica ou radiofarol. Asfaixas de freqüência dessas estações vai de 190 a 500 KHz. Comumente, outras faixas podemser utilizadas (535 A 1620 KHz das estações comerciais, 1850 a 2850 KHz do serviço móvelmarítimo ou 2185 KHz do socorro internacional). Existem vários modelos, mas basicamentetodos dispõem de seletor de faixa, interruptor, controle de volume, botão de sintonia einterruptor do oscilador de freqüência. As marcações radiogoniométricas são afetadas pelas instalações metálicas dasembarcações (mastro, antenas, etc.) pela pouca visibilidade noturna, refração terrestre devido aobstáculos e fenômenos meteorológicos. Daí, é de praxe se compensar esses desvios através decalibragens adequadas, em torno de 10°. Algumas estações radiogoniométricas são capazes de emitir sinais a mais de 150milhas de distância entre emissor e receptor. Nesse caso, considera-se a curvatura da Terraatravés da marcação de Mercator. Quando o transmissor e emissor estão na mesma latitudenão há necessidade de correções. Em alto mar o uso do radiogoniômetro é impreciso, mas de grande auxílio quando semantem o sinal da estação transmissora pela proa até o avistamento da terra e ancoragem daembarcação. 48
  • 40. Capítulo 3Carlos Lamarque GuimarãesIsnaldo Cândido da Costa
  • 41. Levantamento Batimétrico Automatizado Os recursos hídricos potáveis estão se exaurindo, e grande parte desse problema deve-se aos assoreamentos que ocorrem nos reservatórios que abastecem os centros urbanos. Portanto, faz-se necessário gerenciar as fontes e os reservatórios de águas que se podem beber de maneira constante e responsável. O grande número de reservatórios brasileiros encontra-se total ou parcialmente assoreado, principalmente os de médio (500 a 1.000km) e de pequeno porte (100 a 500km) consoante classificação do porte dos cursos dágua. A erosão é a principal causa do assoreamento em fontes hídricas, e também é aforma mais prejudicial de degradação do solo. Além de reduzir sua capacidade produtivapara as culturas com a perda da fertilidade do solo, ela causa sérios danos ambientais:elevação da temperatura do solo, aumento da evaporação, intensificação da concentraçãode sais, etc. Neste contexto, é de grande importância o estudo de métodos quequantifiquem o grau de assoreamento de reservatórios, como rios e lagos. O métodotradicional de levantamentos batimétricos, usando, essencialmente, teodolitos,atualmente está em desuso em função de três fatores altamente relevantes na execuçãode projetos de engenharia de um modo geral: Custo de execução; Tempo de execução; Grau de confiabilidade dos resultados Com o avanço, cada vez mais intenso, da tecnologia, surgiu um método delevantamento batimétrico relativamente de baixo custo, reduzido tempo de execução ecom alto grau de confiabilidade. Este método faz uso de diversos conhecimentos dacartografia, posicionamento por satélites e geoestatística. E, é denominado deLevantamento Batimétrico Automatizado ou Levantamento Batimétrico Apoiado porGPS. É, atualmente, o método utilizado para se calcular o grau de assoreamento dasfontes hídricas em geral. a) Recursos materiais Os equipamentos que compõem o levantamento batimétrico automatizado são muitos, e, por isso, recomenda-se listá-los antes do transporta a campo para qualquer registro de dados. Preliminarmente, os componentes essências são: Barcos; Ecobatímetro; Dois exemplares de GPS topográfico; GPS de navegação; LapTop; Microcomputadores; Softwares específicos para essa tarefa; Baterias (12V); Nível topográfico; 53
  • 42. b) Recursos metodológicos Calibração O ecobatímetro é um instrumento que mede a profundidade, via emissão de pulsosacústicos no fundo do corpo dágua, e mensura o tempo de deslocamento do sinal acústicopela conversão do intervalo de tempo da distância percorrida da onda entre o transdutor e ofundo do reservatório. Na prática essa velocidade do som varia por fatores tais como:temperatura, salinidade e turbidez da água. Assim, para minimizar a influência dessesparâmetros, e, para uma melhor precisão das medidas de profundidade, realiza-se umasistemática de calibração, duas vezes ao dia, em locais distintos, com 1 a 5 metros deprofundidade, espaçados de metro em metro, utilizando uma placa metálica (Figura 3.1)submergida verticalmente, onde se calibra o ecobatímetro pela alteração da velocidade do somemitido pelo mesmo, de modo que a sonda registre a mesma profundidade em que se encontraa placa (Figura 3.2).Figura 3.1. Placa de calibração. Figura 3.2. Gráfico da calibração efetuadaentre 1 a 05 metros de profundidade. Execução Na coleta das coordenadas, utiliza-se uma das técnicas de posicionamento porsatélite. O posicionamento relativo cinemático com correção pós-processada éatualmente mais utilizado que o posicionamento relativo cinemático em tempo real,devido a maior precisão do primeiro. Em ambos os casos, é necessário a utilização dos dadoscaptado por outro GPS, cuja posição de coordenadas é conhecidas. As linhas batimétricas são planejadas logo após o levantamento do contorno da fonte hídrica, com distanciamento fixo entre elas, distribuído por todo o reservatório. As linhas batimétricas servem de guia para a coleta das profundidades e devem, quando possível, posicionar-se de forma perpendicular às margens do reservatório, para facilitar a navegação (Figura 3.3). Ao longo do percurso da coleta de dados de profundidade é recomendado manter uma velocidade máxima de deslocamento do barco de 10 km/h, pois até esta velocidade consegue-se manter o transdutor e a antena GPS na posição vertical à lamina dágua, evitando assim, uma inclinação do feixe de ondas acústicas e conseqüentes erros de leituras. 54
  • 43. Para configuração dos GPS (da Base e Móvel) deve-se manter o mesmo sistema decoordenadas e também o mesmo datum, no caso de levantamento no Brasil, SAD 69 (SouthAmerican Datum). A taxa de armazenamento de coordenadas entre eles deve ser igual,preferencialmente. Figura 3.3. Linhas batimétricas espaçadas a 50 m, Açude Epitácio Pessoa,Boqueirão (PB). Após a análise e correção dos dados levantados, é realizado o processo deinterpolação, que é um procedimento de estimação do valor de um atributo em locais nãoamostrados, a partir de pontos amostrados na mesma área ou região, utilizando o softwareespecífico pelo método Kriging. Trata-se de método geoestatístico que leva em consideraçãoas características espaciais de autocorrelação de variáveis regionalizadas, estipulando umagrade matricial de interpolação m x m, em metros. E, a partir dos dados interpolados, calcula-se o volume atual do reservatório. O software SURFER é utilizado para estimar o reticulado, sendo fornecidos n valores conhecidos (Z1, Z2,..., Zn) regularmente distribuídos ou não. O valor a ser interpolado para qualquer nó da rede é determinado pela expressão: Em que: Gj é o valor estimado para o nó j; n é o número de pontos usados para a interpolação; Zi é o valor estimador no ponto i de valor conhecido; Wij é o peso associado ao valor estimado i. 55
  • 44. As vantagens desse método são: - Ótima fidelidade aos dados originais; - Boa suavidade das curvas interpoladas; - Precisão geral, de acordo com tabela de comparação entre algoritmos, (Tabela 3.1, Landim, 2000). Como desvantagem desse método, está na incapacidade de levantamentos acimada cota do nível dágua. Portanto, o levantamento batimétrico automatizado é recomendávelem reservatório com a cota de nível d`água igual à cota da soleira.Tabela 3.1. Tabela de comparação de algoritimos (Landim, 2000).COMPARAÇÃO ENTRE ALGORITMOS (Atribui-se o escore 1 ao melhor evento e 5 ao pior) Fidelidade aos Suavidade das Velocidade de Precisão Geral Algoritmo dados originais curvas computaçãoTriangulação 1 5 1 5Inverso da distância 3 4 2 4Superfície/Tendêcia 5 1 3 2Mínima curvatura 4 2 4 3Krigagem 2 3 5 1c) Produtos obtidos com o levantamento batimétrico automatizado Os principais produtos obtidos através do levantamento batimétrico automatizado são: 1. Área inundada atualizada do reservatório; 2. Mapeamento do espelho dágua atual e identificação de todas as ilhas existentes; 3. Obtenção das respectivas profundidades; 4. Modelagem do relevo submerso; 5. Determinação do volume atual do reservatório; 6. Determinação para o levantamento efetuado, a tabela cota x área x volume; 7. Subsidiar informações aos órgãos competentes, para tomadas de decisõespresentes e futuras no gerenciamento e utilização racionalizada dos mananciais.d) Estudo de Caso: Levantamento Batimétrico Automatizado do AçudeBodocongó, Campina Grande (PB) Construído e inaugurado entre 1915 e 1916, face à carência de água na cidade deCampina Grande, o Açude Bodocongó foi o resultado de uma ação conjunta da Prefeitura deCampina Grande, na gestão de Cristiano Lauritzen e do Governo Federal. 56
  • 45. A partir da década de 1930, apesar do alto grau de salinidade da água, algumasempresas se instalaram às suas margens, especificamente o Curtume Vilarim, a fábrica têxtilCotonifício e o Matadouro Público. Nesse período houve o surgimento de todo o bairro deBodocongó, promovendo enorme pressão a esse manancial, que culminou com o depósito deconsiderável quantidade de substâncias orgânicas solúveis e insolúveis, dentre as quais,substâncias inorgânicas como arsênico e cromo, em níveis de concentração perniciosos àsvidas vegetais e animais desse reservatório. Ao longo dos anos, somado ao uso indiscriminadode suas águas, o açude Bodocongó passou a receber resíduos sanitários domésticos, industriaise até hospitalares, o que tem comprometido a qualidade de suas águas. Dentro desse contexto,a UFCG tomou a iniciativa de avaliar a qualidade da água dessa bacia hidráulica, fazendo ainda,o levantamento batimétrico apoiado por GPS, em outubro de 2002. Histórico Os dados representativos das características geométricas do açude (tabelas cota-área-volume) datam da época dos projetos dos barramentos (ou seja, mais de 30 anos, em diversoscasos). Assim, surge a necessidade de atualização dos dados que determinam a capacidade doaçude e a área do espelho dágua, face à ocorrência da crescente intervenção antrópica nessereservatório, cujas margens, visivelmente encontra-se alteradas pelo uso indevido do solo,erosão e o deposição de material erodido por escoamento superficial, reduzindo suacapacidade de armazenamento. Os levantamentos batimétricos consistiram, essencialmente, da mensuração docontorno, da dimensão e da posição relativa da superfície submersa do açude, proporcionandoo acompanhamento das alterações do relevo submerso. Envolveu tipicamente diversas etapas,que se sucederam desde o planejamento até a apresentação de resultados numéricos e gráficos,sendo permeados por atividades de coleta de dados no campo e de processamento dos dadoscoletados. O levantamento batimétrico convencional envolve a coleta de dados deprofundidade da água em pontos situados ao longo de diversas seções transversais doreservatório, sendo o posicionamento do barco, sobre determinado ponto, feito através deequipamentos topográficos convencionais. A cada seção levantada, os equipamentos sãodeslocados ao longo das margens do reservatório, muitas vezes em locais de difícil acesso. Estemétodo requer uma equipe de campo numerosa, além de demandar grande dispêndio detempo, devido à necessidade de locação prévia, a partir de teodolitos, do ponto da seçãotransversal a ser medido. Tal procedimento acarreta um elevado acréscimo de custos,inviabilizando, por vezes, o levantamento. O uso do Sistema de Posicionamento Global (GPS) na locação do ponto que sedeseja medir, aliado ao emprego de um eco-sonda (para a determinação da profundidade doreservatório naquele mesmo ponto), permite a aquisição de maior número de dados, em umintervalo de tempo reduzido e com custo muito mais satisfatório. Os equipamentos foram acondicionados em um barco, e a aquisição de dadosocorreu à medida que o barco se deslocava ao longo de diversas seções transversais doreservatório. Esse procedimento de coleta de dados supera os levantamentos batimétricosconvencionais, devido ao aumento da resolução espacial e à precisão do trabalho. Após a aquisição dos dados no campo, os pontos coletados via receptor de GPS jáestavam geo-referenciados, de modo que a etapa de processamento dos dados consistiu, a 57
  • 46. grosso modo, da triagem dos dados, feita com o auxílio de um sistema computacional, seguidada geração das curvas de nível do leito do reservatório e da determinação das áreas das curvasgeradas e do volume correspondente a intervalos fixos de cota, no caso, adotou-se a cadametro.Os objetivos específicos deste trabalho foram: Avaliar a taxa de assoreamento do açude Bodocongó; Determinar a área da bacia hidráulica do reservatório; Construir mapas de isolinhas batimétricas e de localização; Construir a curva-chave do manancial (cota x área x volume). Material utilizado No levantamento batimétrico automatizado do Açude Bodocongó foramutilizados os seguintes equipamentos: - Estação GPS; - Ecobatímetro; - Barco. O GPS, que o um método de sistema de posicionamento, foi desenvolvido peloDepartamento de Defesa, Marinha e Aeronáutica dos Estados Unidos. Tem a denominaçãooriginal de NAVSTAR (Navigation System Using Time and Ranging). Atualmente, conta comuma constelação de 27 satélites espaciais, sendo que, na tomada de pontos, 24 são usados e trêsficam de reserva. Esse sistema foi projetado para fornecer posicionamento com precisão,durante 24 horas por dia, em qualquer lugar da superfície terrestre. Na coleta de campo, foi utilizada uma estação receptora de GPS da marca Ashtechmodelo Reliance (Figura 3.4) cuja precisão na determinação das posições dos pontos coletadosé inferior a 1 metro. Figura 3.4. GPS instrumento de posicionamento. 58
  • 47. O ecobatímetro é um equipamento empregado na mensuração da profundidade desuperfícies submersas, cujo princípio de funcionamento se fundamenta na utilização do tempode percurso de uma onda sonora emitida por um sensor imerso na água. O cálculo do valor daprofundidade baseia-se na velocidade do som no meio e no tempo gasto pela onda parapercorrer a distância de ida e volta entre o sensor e o leito do reservatório. O sensor deve serinstalado no fundo ou na lateral do barco, ligeiramente abaixo da linha dágua e voltado parabaixo. É fundamental que o ecobatímetro tenha capacidade de enviar os dados serialmentepara outros equipamentos e que utilize algum tipo de protocolo padrão. O ecobatímetro utilizado foi da marca Furuno modelo FCV-668 (Figura 3.5) o qual,dentre outros recursos, permite visualizar, em tempo real, o perfil do leito do reservatório epossui função de alarme, que possibilita uma navegação mais segura em zonas rasas. Com oobjetivo de verificar a precisão do equipamento, alguns testes de calibração foram realizadosdentro do açude, em locais de profundidades conhecidas, onde era possível confrontar asleituras do ecobatímetro e as leituras reais. Estes testes incluíram pontos com até 4 m deprofundidade, onde foi possível manter o barco firmemente ancorado. Figura 3.5. Ecobatímetro acondicionado a barco. Barco O barco utilizado durante a coleta dos dados era de alumínio modelo Petty, movidoa motor de combustão interna de 15 HP (Figura 3.6). Para prover a alimentação necessária aos diversos equipamentos instalados foiutilizada uma bateria veicular da marca Moura de 12V. O barco era dotado de estruturaapropriada para o acondicionamento dos sensores (antenas do GPS e do rádio e sonda doecobatímetro) e demais equipamentos utilizados. Os equipamentos mais sensíveis (estaçãoGPS e a unidade central do ecobatímetro) foram acondicionados em um gabinete que osprotegeram da radiação solar e da umidade. 59
  • 48. Figura 3.6. Barco provido de instrumentos para levantamentos batimétricos. Procedimento de campo As atividades desenvolvidas no contexto deste levantamento batimétrico foramdivididas em três etapas, a saber: Coleta dos dados; Processamento dos dados; Geração de produtos. A coleta de dados desenvolvida no campo englobou duas atividades: a coleta dedados de posição dos limites do reservatório e a coleta de dados de posição e profundidade depontos internos do açude. Em ambos os casos, a estação GPS foi programada para coletar os dados a cada 5 segundos. Os dados foram coletados para a cota do nível de água na ocasião do levantamento (507,98m). O deslocamento do barco deu-se a uma velocidade de 5Km/h, visando garantir a precisão do trabalho. A primeira atividade, realizada caminhando-se a pé, permitiu fazer a determinação do perímetro do reservatório. Após a obtenção e armazenamento dessa informação de contorno, efetuou-se a coleta de dados dos pontos no interior do reservatório, a partir do deslocamento do barco por linhas transversais aproximadamente eqüidistantes. A distância entre as linhas consecutivas foi aproximadamente de 10m. O número total de pontos coletados foi de 462, sendo que 145 foram coletados no contorno do açude, e os 317 restantes no interior do reservatório (Figura 3.7). 60
  • 49. Uma vez obtidos os dados do contorno e do interior do açude, iniciou-se a etapa deinterpolação dos pontos, com o propósito de obter uma malha mais densa das informações deposição e profundidade, a fim de possibilitar o traçado das curvas de profundidade ouisolinhas batimétricas da bacia hidráulica do açude (Figura 3.8). Figura 3.7 - Mapa de contorno do Açude Bodocongó. Figura 3.8 - Isolinhas batimétricas do Açude de Bodocongó 61
  • 50. As áreas entre as diversas curvas batimétricas foram calculadas, permitindo-se adeterminação do volume armazenado entre as mesmas. O volume acumulado até a cota dasmargens do açude foi inferido do somatório dos volumes armazenados entre as diversascurvas de nível. Nesta etapa, foi utilizado o software Surfer 7, aplicativo destinado àmodelagem tridimensional de dados.Para a construção do mapa de localização da área em estudo foi utilizado outro programa, o MapInfo 6.5, um SIG que suporta o processamento de dados brutos exportadospelo aplicativo Reliance no formato mif. Após a importação dos dados, foram gerados osplanos de informações de interesse. A partir do processamento dos dados relativos à batimetria automatizada realizadano açude Bodocongó, foram gerados, em meio digital e impresso em papel, os seguintesprodutos: - Mapa de curvas de nível da parte com água da bacia hidráulica do açude Bodocongó,eqüidistantes de 1 metro; - Mapa de localização da área de estudo; - Tabela cota-área-volume levantada pela batimetria, (Tabela 3.2).Tabela 3.2. Cota x Área x Volume do Açude Bodocongó COTA (m) ÁREA (m 2 ) VOLUME(m 2 ) 502,00 ------ ------ 503,00 24.918 3.067 504,00 97.608 76.780 505,00 142.667 194.628 506,00 193.618 364.152 507,00 241.274 581.734 507,98 371.897 873.308 A tabela cota x área x volume permite a determinação do volume acumulado domanancial a partir de simples leituras de cota. Estas leituras são realizadas após a instalação, emcampo, de réguas linimétricas (graduadas em 1m cada) niveladas e fixadas em estacas demadeiras. Para as leituras de cotas em que não há um volume correspondente na tabela cota xárea x volume, utiliza-se o método da interpolação linear para a obtenção do volume desejado. A geração dos produtos supracitados possibilitou a determinação das informaçõessumariadas na Tabela 3.3. 62
  • 51. Tabela 3.3. Caracterização do Açude de Bodocongó. Item Valor Área da bacia hidráulica (m2) 3.713.897 Perímetro (m) 3.877 Volume estimado (m3) 873.308 Volume assoreado estimado(m3) 146.692 Taxa de assoreamento (%) 14,38 Profundidade máxima (m) 5,60 Profundidademédia (m) 2,35 Estes valores foram obtidos tomando-se como base o levantamento do projetooriginal feito pelo DNOCS, que obteve o volume máximo 1.020.000 m3 na cota 508,00m. Aárea da bacia hidráulica levantada estava localizada na Longitude entre 35º 54 37,49“ W a 35º55 27,95“ W, e Latitude entre 7º 12 35,42“ S a 7º 12 56,28“ S.Referências Bibliográficas ÁLVARES, M. T.; FERNANDES, S. M. C.; PIMENTA, M. T.; VERÍSSIMO, M. R.. Monitorização Batimétrica em Albufeiras. Lisboa: Instituto da Água, Direção de Serviços de Recursos Hídricos. 2001. ATECEL / LMRS-PB 1998. Levantamento batimétrico automatizado do Açude Epitácio Pessoa. Boqueirão, Paraíba, Brasil. Relatório Final. BRASIL. Instrução técnica. Procedimentos para L H categoria "A" de batimetria, geodésia e topografia. Brasília: Marinha do Brasil, Diretoria de Hidrografia e Navegação. 2002 BRASIL. Projeto implementação de práticas de gerenciamento integrado de bacia hidr og ráfica para o Pantanal e Bacia do Alto Para guai. ANA/GEF/PNUMA/OEA, disponível no site: http://www.ana.gov.br/gefap/arquivos/RE%20Subprojeto%202.3.pdf, em 24/02/08 ELIAS, A. R.; MONICO, J. F. G.; IMAI, N. N. Levantamento Batimétrico Apoiado por GPS. Presidente Prudente: UNESP - Departamento de Cartografia. Esteio / Engenharia e Aerolevantamentos S. A. Batimetria Lagoa da Conceição, Florianópolis – Santa Catarina, Brasil. Relatório Final. Fundação Cearense de Meteorologia / Ministério da Ciência e Tecnologia. 1996. Uso de batimetria automatizada. Fortaleza: FCM/MCT. LACHAPELLE, C. 1998. Hydrography (ENGO 545). Departament of Geomatics Engineering. Lecture Notes 10016.FALL 1998, September. LANDIM, P. M. B. Introdução aos métodos de estimação espacial para confecção de mapas. Rio Claro: UNESP - Departamento de Geologia Aplicada, IGCE. 2000 63
  • 52. MACHADO, W. C.; SILVA, R. A. C.; ITAME, O. Y.; CAMARGO, P. O.; LUIZ, S. Levantamento Batimétrico do Reservatório do Rio Santo Anastácio. Presidente Prudente: UNESP, Departamento de Cartografia. Manual de Instruções - TechGeo, GPS GTRA. 1998Manual de Instruções. GPS GTR1 – TechGeo,Manual de Instruções – SONARLITE, OHMEX INSTRUMENTS, Sonarlite Portable Echo Sounder System (System Guide).Manual do Usuário e Guia de Referência, GARMIN GPS 76.MONICO, J. F. G. Posicionamento pelo Navistar, GPS, Descrição, fundamentos e aplicações. Presidente Prudente: UNESP - Departamento de Cartografia. 1998Instrução Técnica A06-A. Procedimentos para levantamentos hidrográficos (L H ) executados por entidades extra marinha. Brasília: Marinha do Brasil, Diretoria de Hidrografia e Navegação.SIGHT- GPS. Curso de batimetria automatiz ada. Boqueirão -PB. 2003SIGHT, GPS. Curso de levantamento geodésico e topográfico e utilização dos GPS Techgeo GTR1 e GTRA. Boqueirão -PB. 2003SEMARH / LMRS-PB. 2000. Levantamento batimétrico automatizado do açude Tauá. Guarabira, Paraíba. Relatório Final.SEMARH / LMRS-PB.. Levantamento batimétrico automatizado do açude Engenheiro Ávidos. Cajazeiras, Paraíba. Relatório Final. 1999SEMARH / LMRS-PB. Levantamento batimétrico automatizado do açude Engenheiro Arco Verde. Condado, Paraíba. Relatório Final. 1998 64
  • 53. Capítulo 4Jógerson Pinto Gomes PereiraSilvana Fernandes Neto
  • 54. Introdução Para a descrição deste Capítulo admitiu-se a realização de levantamento dedados de profundidade de uma bacia hidráulica, utilizando o equipamento chamadoecobatímetro, com o suporte do GPS. O levantamento ecobatimétrico demandouatividades teóricas e de campo. A primeira atividade consistiu em um estudo preliminar daárea, sendo executado em laboratório, com planejamento das linhas ecobatimétricas oude navegação a serem plotadas, análise e processamento de dados previamente coletadasna visita de reconhecimento da área de estudo. A segunda tarefa destinou-se nadeterminação do nível dágua, levantamento planimétrico do contorno do manancial eaquisição de dados de posição e de profundidade da bacia hidráulica. Utilizaram-se os seguintes materiais: GPS de navegação Barco motorizado de até 15 CV e com capacidade mínima de 300 kg. Ecobatímetro e transdutor Teodolito Computador de bordo Bateria de 12 V Câmara fotográfica digital (opcional) Imagens de satélites Landsat5-TM (opcional) Alguns softwares possíveis de serem utilizados (a) Para planejamento e execução (Trackmaker, AutoCad) (b) Para pós-processamento dos dados do GPS (Reliance) (c) Processamento da profundidade (Sonarlite) (d) Processamento de imagens (Spring, Idrisi) (e) Gerar modelo digital de área (Surfer, ArcView) (f) Ajustes e eliminação de leituras imprecisas (MapInfo) O Processamento de Dados consiste na captura, armazenamento e otratamento de informações georreferenciadas, resultando em modelagens e elementosquantitativos. Todo este processo é alvo de estudo da ciencia de Geoprocessamento. Para a obtenção dos dados da área de estudo, adotou-se os seguintes passos: 1° Passo: Localizar geograficamente a bacia hidráulica; 2° Passo: Determinar a área e o perímetro do manancial; 3° Passo: Converter as coordenadas em meio digital; 4° Passo: Identificar as principais drenagens; 5° Passo: Eleger a metodologia para o levantamento batimétrico; 6° Passo: Determinar o nível dágua do reservatório através da leitura das réguas linimétricas ou das cotas altimétricas; 7° Passo: Plotar o perfil longitudinal do açude. Algumas informações são imprescindíveis, por exemplo, dados referentes aoclima, vegetação e ao tipo de solo do entorno da área. O tipo de solo e a cobertura vegetalinfluenciam a quantidade de sedimento dentro do reservatório. A partir da fixação de um ponto de base à margem do reservatório, comcoordenadas conferidas por GPS, inicia-se o processo de obtenção dos dados com a 69
  • 55. ecobatimetria. Este ponto pode estar fixado próximo ao sangradouro (parte de maiorprofundidade) Figura 4.1. Com o GPS móvel determinam-se as linhas de navegação e ascoordenadas dos pontos de registro. Figura 4.1. Ponto de referência na margem da barragem. Preferencialmente, com o GPS deve-se fazer leitura no limite entre o solo e a lâminadágua. Comumente, essa condição não é possível devido algumas dificuldades, então serecorrem a alguns artifícios, como o de registrar leituras de dentro do barco a partir da distânciade 10m da margem, ajustando-se essa discrepância com auxílio de algum software, porexemplo, o AutoCad. Deve-se atentar durante o levantamento para obstáculos: vegetação das margens,presença de plantas aquáticas, afloramento rochoso, cercas, entre outras. Existem vários procedimentos para a definição do espaçamento (tempo de coletaentre pontos) e posicionamento das linhas de navegação, para obtenção dos dadosbatimétricos. CARVALHO et al. (2000) sugere um modelo em função da capacidade deacumulação de água do reservatório, Tabela 4.1.Tabela 4.1. Espaçamento dos pontos para leitura batimétrica, em função do tamanho doreservatório. Capacidade Espaçamento dos pontos Freqüência de Tipo (106 m3) para leitura levantamento (m) (ano) Grande > 100 200 10 Médio 10 a 100 50 5 Pequeno < 10 20 2 70
  • 56. Definida a orientação das seções batimétricas e contorno do açude, fazem-se asleituras nos pontos estabelecidos. A navegação em tempo real se dá através de computador debordo onde consta o croqui da área plotada na tela de navegação, sempre com auxílio do GPS,com isto é possível conhecer a posição geográfica, altitude, data, hora, velocidade e direção. Para maior segurança e confiabilidade do procedimento de aquisição dos dados,realiza-se uma leitura de profundidade utilizando equipamento tradicional (trena métrica eprumo) escolhendo-se pontos ao acaso e conferindo-lhes com o método utilizado. Adota-se uma velocidade de deslocamento da embarcação, por exemplo: 10 km/hpara uma obtenção homogênea dos dados evitando leituras discrepantes. Os dados de posição geográfica e profundidade devem ser pós-processados eorganizados em tabelas ou arquivos distintos para facilitar a interpretação posteriormente emlaboratório. A lamina dágua está constantemente sujeita a oscilações, devido as condiçõesclimáticas (precipitações, evaporação), tipo de rocha, entre outras, sofrendo variações. Asleituras são realizadas através da régua linimétrica, Figura 4.2. Figura 4.2. Régua linimétrica determina a cota dágua do reservatório. O volume de sedimento assoreado é a diferença ente a capacidade indicada noprojeto topográfico original da construção da barragem e a determinada pelo levantamentobatimétrico recente. É importante comparar e avaliar a capacidade do uso do solo e cobertura vegetal doentrono da área. Isso pode ser realizado utilizando imagens de satélite, por exemplo, LandSat5-TM ou CBERS.O Processamento de Dados, no seu significado mais amplo, vem sendo empregado emtrabalhos de pesquisas dentro de praticamente todos os ramos da ciência, e especificamente nolevantamento batimétrico. O capítulo consistiu em apresentar procedimentos práticos naobtenção de profundidade de uma bacia hidráulica aliado ao sensoriamento remoto, tãocomum na manutenção dos reservatórios de água no Brasil. Foi destacado ainda que essas 71
  • 57. técnicas vêm sendo amplamente utilizadas pelo incremento tecnológico do GPS e softwaresespecíficos, servindo de importante ferramenta para as atividades de monitoramento dosaçudes, lagos, oceanos e para os processos de tomada de decisão de órgãos governamentais,instituições de pesquisas e particulares.Referências BibliográficasCARVALHO, N.O.; JÚNIOR, N.P.F.; SANTOS, P.M.; LIMA, J.E.F.W. Guia de avaliação deassoreamento de reservatório. Brasília: ANEEL, 2000.GUIMARÃES, Carlos Lamarque. Geotecnologia na determinação do assoreamento do açudeCachoeira do Alves, Itaporanga/PB: um desenvolvimento metodológico. Campina Grande:UFCG, 2007, 112p. (Dissertação de Mestrado)MONICO, J.F.G. Posicionamento pelo NAVSTAR-GPS: descrição, fundamentos eaplicações. Presidente Prudente: UNESP, 2000. 72
  • 58. Capítulo 5Jógerson Pinto Gomes Pereira
  • 59. Relatório Final São várias as técnicas utilizadas para o posicionamento de uma embarcação noambiente aquático. Primeiramente, o ser humano recorreu aos métodos expeditos danavegação astronômica, Figura 5.1. Com o avanço da ciência e da tecnologia, outrosmétodos e aparelhos foram sendo empregados, e, possibilitaram confiabilidade àNavegação, especialmente na determinação de posicionamentos. A partir de 1985, o sistema de navegação por satélites GPS foi introduzido, e, vemsendo utilizado nesse sentido, satisfatoriamente, em função da disponibilidade contínuade leituras, fácil aplicação e independência das condições meteorológicas. A compatibilidade e precisão do Ecobatímetro e GPS tem sido motivo deadoção dessa técnica na obtenção de pontos de controle no relevo aquático, nageodinâmica, na observação das marés, no monitoramento de plataformas, e,principalmente, na determinação do assoreamento dos lagos e rios. E, foi escopo do presente trabalho, apresentar a Ecobatimetria assistida peloGPS, que funciona como o sistema de posicionamento tridimensional da embarcação,fazendo-se mister, o conhecimento prévio e preciso da antena do barco e seu ângulo deinclinação. Quando se utiliza o sistema GPS apenas para o posicionamento bidimensionale a aparelhagem ecobatimétrica, deve-se registrar a ordenação das profundidades e odeslocamento vertical da embarcação.Mas, como transformar essas informações em um documento denominado relatório?Esse assunto é o escopo do presente capítulo, apresentado de forma facilitada parainteresse de quantos estejam envolvidos nesse mister, sejam estudantes, técnicos oupesquisadores. Figura 5.1. Astrolábio, instrumento de bordo usado nas grandes navegações. 77
  • 60. 5.1. O que é o relatório final? É o documento escrito e final da atividade de pesquisa, feito pelo(a) pesquisador(a)ou pela equipe de pesquisa, relatando as atividades executadas. É feito durante ou após aconclusão do estudo.5.2. Para que fazer o relatório final? É uma forma de documentar o estudo; Pode ser exigência dos clientes; Possibilita reflexão sobre o passado e o futuro da pesquisa; Facilita a previsão de atividades a serem desenvolvidas a curto e médio prazos;5.3. Níveis de conhecimento Leigo (eu acho que...); Técnico (localiza o problema e a resolve o problema); Científico (é investigativo procurando respostas para questões do tipo: quando o fato ocorreu? Como? Por quê?...). Portanto, deve-se planejar o que se vai fazer como princípio da investigação para: Ordenar idéias; Desenhar os experimentos; Organizar os resultados; Interpretar os dados obtidos; Concluir.5.4. Como fazer o relatório final? Para registrar a experiência ou estudo batimétrico faz-se necessário elaborar umdocumento final que obedece a alguns formatos padronizados. O relatório consistente depende de objetividade e boa tomada de dados. Organize-see anote todas as ocorrências relevantes durante a prática. Use uma caderneta de campo, oubloco apropriado para essas anotações, datando-as. Nesse relatório devem-se descreverexperiência efetuada, o procedimento adotado, materiais necessários, os dados medidos etransformados em planilhas, gráficos ou mapas, e, finalmente, as conclusões. O relatório pode ser dividido em várias partes para melhor organizá-lo, obedecendoa uma seqüência: a) Formular a hipótese (problema); b) Realizar a atividade de campo; c) Registrar e interpretar os dados; d) Divulgar os resultados. 78
  • 61. 5.5. Sugestão da forma como se escrever o relatórioDeve ser escrito com a fonte Times New Roman ou Arial tamanho 12.ÞÞ ser o padrão A4 (a cor branca tem sido substituída pelo reciclado).O papel deveÞ em relação às bordas do papel devem ser de 3 cm na parte superior da página, deAs margens2,5cm à esquerda e de 2 cm tanto à direita quanto na parte inferior do papel.O espaçamento entre linhas deve ser de 1,5 e de 6 entre parágrafos.ÞA numeração da página deve ser no canto superior da direita do papel e com algarismosÞarábicos para as páginas textuais.Þ específicas da ABNT para este fim, devendo-se consultar ainda asHá normasrecomendações da instituição promotora do estudo.É de bom alvitre que o verbo deva está no impessoal, de preferência na 3ª pessoa do singular.ÞOs períodos devem ser curtos e na ordem direta (sujeito-verbo-complemento).Deve-se ainda, uniformizar os tempos dos verbos (se passado ou presente). Observar asÞregras gramaticais, sobretudo a pontuação e usar vocabulário claro. A estruturação do relatório, a título de sugestão, pode ser ordenada como a seguir: 5.5.1. Cabeçalho O cabeçalho contém a identificação da instituição, local de realização da coleta dedados, nome do técnico, título do assunto, data. O cabeçalho deve ocupar a primeira página que se torna a página de título. Sugestão de Capa UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS NATURAIS UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA AGRÍCOLA LABORATÓRIO INTERDISCIPLINAR DE TECNOLOGIAS AGROAMBIENTAIS Relatório de Estágio Assoreamento do Riacho de Bodocongó Autor(a)(s) Campina Grande 2008 5.5.2. Sumário O sumário ou índice, indica as partes principais e suas páginas, dando a visão deconjunto dos pontos abordados. É formado pela página que se segue à do título. 79
  • 62. Sumário 1. Apresentação 2. Desenvolvimento 2.1. Localização Geográfica 2.2. Caracterização do Entorno 2.3. Ações Antrópicas 3. Materiais e Métodos 3.1. Materiais 3.2. Métodos 3.3. Modelamento Matemático 4. Resultados e Discussões 4.1. Mapas Batimétricos 4.2. Perfis Batimétricos 4.3. Registros Anteriores 4.4. Gráficos 5. Conclusões 6. Referências de Literatura 6.1. Impresso 6.2. Eletrônico 7. Anexos 5.5.3. Apresentação É a parte de explicação geral daquilo que se estudou e consiste no relato completo eobjetivo do assunto, desde a importância, hipótese e justificativa. 5.5.4. Introdução Apresenta o conteúdo do tratado, com as definições e teorias para situarem asexperiências, o método utilizado para conduzir o estudo. Deve-se referenciar a literaturaconvenientemente (podendo ser material impresso ou eletrônico). Devem-se observar asregras de citações de autores. O objetivo deve ser citado. Trata-se de descrição sucinta do que se pretende obter daexperiência. O verbo deve ser citado no infinitivo, e que possua sentido próprio, completo,como exemplos: construir mapas, determinar cotas de profundidades, etc. Introdução e Objetivo(s) podem ser tratados em uma única seção. À medida que se escreve, mostrar como as atividades já desenvolvidas se relacionaaos objetivos da pesquisa, Figura 5.2. Exponha e discuta brevemente as etapas anteriores e posteriores da pesquisa,destacando os desdobramentos e modificações feitas no projeto original. Descreva e avalie a atual etapa em que se encontra o trabalho, indicando o que foifeito e o que falta para concluí-lo. Pode-se informar os problemas e as dificuldades com que o(s) pesquisador(es) e aequipe de pesquisa se defrontam para a realização da pesquisa. Relacione os trabalhos que resultaram da pesquisa: trabalhos apresentados em 80
  • 63. Figura 5.2. O planejamento e a partilha de conhecimento é fundamental ao relatório. 5.5.5. Recursos materiais Este item dá credibilidade ao relatório, devendo ser citado os equipamentosutilizados e quando for o caso o arranjo experimental. 5.5.6. Procedimento Experimental Descrever o procedimento adota no levantamento de campo. Isto é, descrever o que ecomo foi feito, e quando necessário, justificar e discutir a escolha. Deve-se registrar a estimativados erros nos dados devido aos aparelhos e procedimentos empregados. Descrever as técnicas adotadas, observando a seqüência cronológica. O registro desses procedimentos deve permitir sua reprodução por outro(a)pesquisador(a). 5.5.7. Resultados e análise dos dados Os resultados podem ser agrupados em tabelas, gráficos etc., que devem sernumerados sequencialmente (Tabela 1, Tabela 2...). O título da tabela deve ser informativo ebreve, colocado acima e justificado à esquerda. Também se podem usar notas diretamenteabaixo da tabela ou em no rodapé da página. A partir dos resultados, podem-se utilizar algum modelo matemático para melhorinterpreta-los. 81
  • 64. Discutir os resultados obtidos. Sempre que possível, comparar os resultados comoutros já conhecidos ou esperados teoricamente. Procure perguntar para si mesmo, o que asrespostas significam? Como elas ajudam a resolver a hipótese?... A sua opinião sobre a situação analisada também pode ser citada. 5.5.8. Conclusões A conclusão deve permitir ao leitor (a) elaborar melhor juízo sobre o que foiestudado, a partir dos dados encontrados. Entre esses, quais os mais significativos noestudo? Procure responder se há perspectiva de se aprofundar e continuar o trabalho. Avalie se os procedimentos adotados intervieram nos resultados encontrados. Sehouve falhas, como supera-los? 5.6. Alguns detalhes para sobre a confecção do relatório: Em todos os itens, pode e deve se referir aos livros-textos, a sites na Internet e àprópria guia da experiência. Havendo necessidade de citar grandezas, adotar o Sistema Internacional deUnidades. Numerar as figuras e gráficos e citá-los ao longo do texto. Divida seu tempo e não deixe para a última hora, Figura 5.3. Depois de concluídoo trabalho, reveja-o cuidadosamente. Leia outros relatórios e faça esboços. Figura 5.3. O relatório não deve ser elaborado em cima da hora. 82
  • 65. Referências BibliográficasAQUINO, Ítalo de Souza. Como escrever artigos científicos: sem arrodeio e sem medo daABNT. 3ª ed. João Pessoa: UFPB, 2007.BÊRNI, Duilio de Avila (coord.) Técnicas de pesquisa em economia: transformandocuriosidade em conhecimento. São Paulo: Saraiva, 2002.LAKATOS, Eva Maria; MARCONI, Marina de Andrade. Metodologia do trabalho científico:procedimentos básicos, pesquisa bibliográfica, projeto e relatório, publicações e trabalhoscientíficos. São Paulo: ATLAS,1983http://euclides.if.usp.br/~ewout/ensino/geral/000008.html, em 05/03/08.http://www.malhatlantica.pt/estudoacompanhado/fazer_relat.htm, em 05/03/08. 83
  • 66. Consultoria em Design Rua Antônio Bezerra Paz, 97 - Bodocongó 58109-230 - Campina Grande - PB (83) 3333-1371 / 9975-6587 lufelpe@gmail.com