Aplicação de Geotecnologias em
Sistemas de Abastecimento de Água
Campina Grande, 11 de maio de 2011.
Envolve grande quantidade de informações provenientes de

fontes de distintas naturezas, como projetos e planejamento,
operação e manutenção do sistema hidráulico, gerência de infraestrutura, gerência de fugas e gerência administrativa;

Sua eficiência fundamenta-se em transformar as decisões em
ações eficazes;

Implantação efetiva é onerosa e requer preparação (corpo
técnico).
Os softwares de aplicação do SIG são capazes de:
• Realizar operações espaciais da base de dados;
• Organizar e manipular as relações topológicas entre as
feições representadas no mapa;
• Ligar conjunto de dados diferentes, utilizando a
localização geográfica como chave de ligação.
Modelagem Ambiental da Bacia Hidrográfica Ömerli,
em Istambul, Turquia, usando Sensoriamento Remoto
e Técnicas de Geoprocessamento.
Istambul é a maior cidade da Turquia, a quinta maior do
mundo e a mais populosa da Europa, com 12 782 960
habitantes e uma taxa de crescimento anual de 4,6%.
O Reservatório de Ömerli fornece 40% da demanda global
de água da Grande Metrópole de Istambul.
Possui um reservatório com capacidade de 214,4 milhões
de m³ e uma captação anual de 220 milhões de m³.
A área do reservatório é de 23 km² e uma área de drenagem
total de 621 Km².
O principal objetivo do estudo é avaliar a qualidade desse
corpo d’água utilizando tecnologias GIS e RS de apoio à
gestão operacional.
O estudo está centrado no aumento da população na área
de influência da Barragem do Lago Ömerli e a diminuição
na qualidade da água.
Foram utilizadas imagens do IRS-1C LISS, IRS-1C PAN e
LANDSAT – 5TM.
O programa indiano de Satélites de Observação da Terra
IRS (Indian Remote Sensing Satellite) oferece uma ampla
possibilidade de acesso às imagens em diversas resoluções
com satélites especializados em coletar dados de forma
temática.
Os primeiros satélites experimentais Bhaskara 1 e Bhaskara
2 foram lançados em 1979 e 1981 equipados com sensores
multiespectrais idênticos.
A segunda geração de satélites iniciou-se com o
lançamento do IRS-1C em 1996, que levou a bordo sensores
multiespectrais e pancromáticos, capazes de gerar imagens
com melhor resolução espacial (5 metros) e possibilitar
estudos inéditos em áreas urbanas, estimativas de safras
agrícolas e levantamentos de recursos naturais.
O Regulamento criado pelo Conselho de Autoridade da
Água de Istambul (ISKI) dividiu a região em 4 tipos de
áreas protegidas:
Zona de Proteção Absoluta (0 a 300m);
Zona de Proteção de Curto Alcance (300 a 1000m);
Zona de Proteção de Médio Alcance (1000 a 2000m);
Zona de Proteção de Longo Alcance (mais de 2000 m).
Existem 26 áreas de assentamento urbano, onde 3 destes
estão localizados na zona de proteção absoluta.
Sensores ópticos passivos de satélites podem medir
quantidade de radiação solar em vários comprimentos de
onda refletida pela superfície da água e podem ser
correlacionados com parâmetros de qualidade de água.
A avaliação ambiental da bacia enfatiza a importância de
fontes pontuais, especialmente de origens domésticas
como as mais relevantes fontes poluidoras.
Na parte sudoeste da bacia, entre 1985 e 1990, a população
teve um aumento de 35,67%.
Os dados digitais multiespectrais do LANDSAT 5 TM é
usado para investigação da qualidade da água.
O IRS-1C LISS, IRS-1C PAN e LANDSAT – 5TM foram
utilizados para a investigação do uso da terra.
Escala 1: 5.000 em mapas topográficos digitais.
Software de processamento de imagens: Erdas Imagine 8,7
O ERDAS IMAGINE é uma suite completa projetada
especificamente para criar, gerenciar e processar imagens
digitais, permitindo a extração de informações com
rapidez e facilidade, independente da experiência do
usuário.
Seu amplo conjunto de ferramentas simplifica e otimiza o
fluxo de trabalho, permitindo o desenvolvimento de todas
as atividades necessárias para criar informação geoespacial
e apresentá-la em formatos que variam de mapas
impressos a modelos 3D.
ERDAS IMAGINE é o líder mundial em software de autoria
de dados geoespaciais.
Vantagens:
* Fácil de aprender
* Aumento da produtividade
* Precisão
* Flexibilidade incomparável
* Inventor do software comercial de sensoriamento remoto.
Análise do uso da terra:
a) IRS-1C LISS + PAN – 1998;
b) IRS-1C LISS + PAN – 2000;
c) Landsat 5 TM – 2006.
Análise da qualidade da água:
a) LANDSAT 5 TM – 1997;
b) LANDSAT 5 TM – 2001;
c) LANDSAT 5 TM – 2006.
As imagens resultantes do LANDSAT 5 TM mostram uma
mudança da qualidade da água entre 1997 e 2006,
demonstrando sua utilidade para o monitoramento.
A ISKI decidiu tomar medidas específicas para reduzir este
impacto. Logo, foi construída uma Estação Elevatória para
recolher as águas residuais e transmitir para a Estação de
Tratamento de Esgoto.
Os efluentes tratados são eliminados sem qualquer dano
ao meio ambiente.
* Baixa densidade nos assentamentos na zona de proteção
absoluta;
* Estabelecimento de áreas de lazer;
* Controlar o desmatamento;
* Proteção das florestas públicas e privadas;
* Trabalhar a arborização do local;
* Viabilizar fertilizantes naturais para as plantações;
* Remover indústrias que lançam resíduos perigosos;
* Tratar as águas residuais para posteriormente serem
lançadas.
Uma Implementação em SIG para Suporte ao
Dimensionamento Hidráulico em Sistemas de
Fornecimento de Água.
Mostrar a viabilidade do uso de Sistema de Informação
Geográfica aplicado ao dimensionamento hidráulico de
sistemas de abastecimento de água sob pressão através da
aplicação de uma interface chamada UFCnet.
UFCnet trabalha incorporada a um SIG com dados
espaciais (ArcMap) e utiliza rotinas do simulador
hidráulico EPANET, permitindo, assim, a comunicação
entre essas duas tecnologias.
A interface UFCnet é um software de pré-processamento
que tem como principal objetivo a criação de um arquivo
de entrada de dados para o simulador hidráulico EPANET.
Esta interface faz a comunicação dinâmica entre o sistema
ArcMap e o simulador EPANET; e foi desenvolvida para dar
suporte ao dimensionamento hidráulico de sistemas de
abastecimento de água.
O componente EPANET realiza a simulação de período
estendido dentro de redes de tubulação sob pressão do:
•
Comportamento hidráulico;
•
Comportamento da qualidade da água.
O componente ArcMap é um poderoso SIG que representa
um conjunto de ferramentas poderosas para mapeamento,
relatórios e análise baseada em mapa.
Figura 1: Diagrama de fluxo de processo mostrando a integração ArcMap-EPANET.
Os layers utilizados no exemplo de aplicação desta
interface representam arruamentos (Figura 2) e curvas de
nível (Figura 3) do conjunto habitacional no Eusébio-CE
(sistema de teste).
Carregando estes testes layers na janela de mapa do SIG
ArcMap através de comandos de interface UFCnet, obtémse o cenário (Figura 4), a partir do qual serão inseridos os
componentes hidráulicos deste sistema teste.
Figura 2: Arruamentos de conjunto
habitacional no Eusébio-CE.
Fonte: Tibúrcio (2006).
Figura 3: Cotas de conjunto habitacional no
Eusébio-CE.
Fonte:Tibúrcio (2006).
Figura 4: Arruamentos e curvas de nível de conjunto habitacional no
Eusébio-CE.
Fonte:Tibúrcio (2006).
O passo seguinte consiste em gerar e exportar a descriçãobase do sistema de teste inicializar o simulador EPANET
com este sistema carregado em sua janela de mapa.
Figura 5: Ambiente de inicialização do simulador EPANET – tipo de operação.
Fonte: Tibúrcio (2006).
Considerando a opção Simulação da rede e das adutoras, é necessário o
fornecimento de informações sobre a fórmula de perda de carga e
sobre a opção de cálculo para vazões nodais para o software UFCnet.
Neste software incorporado no SIG ArcMap, a fórmula de perda de
carga é indicada no ambiente de seleção de opções de simulação
hidráulica do sistema, conforme Figura 6.
Figura 6: Ambiente de edição –
opções de simulação .
Fonte: Tibúrcio (2006).
Considerando a fórmula de Darcy Weisbach e as vazões
baseadas no número médio de ligações a cada 100m e
confirmando essas informações, o simulador EPANET será
inicializado com o sistema de teste em sua área de
trabalho, conforme Figura 7.
Figura 7: Sistema de teste –
simulação da rede e das adutoras.
Fonte: Tibúrcio (2006).
Considerando a opção Projeto/Dimensionamento da rede,
são necessárias, igualmente, informações iniciais
consideradas, este software envia para o simulador
EPANET apenas a rede em si, excluindo-se as adutoras e
substituindo os reservatórios de nível variável por
reservatórios de nível fixo, conforme a Figura 8.
Figura 8 – Sistema de teste
projeto/desenvolvimento da rede
Fonte: Tibúrcio (2006).
Se for selecionada a opção Projeto/Desenvolvimento das
adutoras, um diálogo para seleção da adutora será liberado,
conforme a Figura 9 e esse software passará para o EPANET
apenas a adutora em si, excluindo-se a rede de distribuição e
substituindo os reservatórios de nível variável por reservatórios
de nível fixo, conforme Figura 10.
Figura 9: Ambiente de inicialização do
simulador EPANET – adutora.
Fonte: Tibúrcio (2006).
Figura 10: Sistema de teste – projeto/
desenvolvimento das adutoras
Fonte: Tribúcio (2006)
Em face da utilização do geoprocessamento através do
ArcMap 9.0, sua ferramenta computacional adotada nesta
pesquisa, e dos resultaos obtidos, conclui-se portanto, que
a aplicação de SIG em estudos hidráulicos é viável.
As vantagens da utilização do SIG ArcMap 9.0
através desta interface são:
• Digitalizar componentes hidráulicos por coordenadas,
permitindo, assim, uma aproximação de um modelo em
análise de uma situação real;
•Dimensionar componentes do sistema;
• Fornecer informação relacionada à operação do sistema;
• Selecionar opções de simulação hidráulica;
• Carregar o layout do sistema na área de trabalho do
EPANET;
• Visualizar a descrição-base do sistema;
•Mostrar o relatório da última simulação;
• Alterar duração da simulação;
• Alterar diâmetros de tubulação;
•Desfazer edição de diâmetros;
• Gerar novo relatório;
• Visualizar os dados hidráulicos dos componentes após
cada simulação;
• Alterar componentes hidráulicos;
• Mover componentes para coordenadas apropriadas, entre
outras; tem, enfim, a possibilidade de ser continuamente
melhorada para atender as novas exigências do projetista
de redes de abastecimento de água.
Base Cartográfica Digital
Instrumento de Gestão no Sistema de
Abastecimento de Água
•Uma base digital tem uma visão do mundo real discriminada na
forma de camadas, na qual cada camada representa um aspecto da
realidade.
•As feições do mundo real de caráter geográfico, para fins de
representação na base digital, são individualizadas e armazenadas
separadamente em níveis lógicos.
•A natureza espacial em conjunto com seus atributos deverão ser
traduzidos ou codificados para uma estrutura de dados usada pela
base digital.
•Em um SAA as informações gráficas de rede são armazenadas em
coordenadas vetoriais, com tipologia arco-nós onde os arcos têm um
sentido de fluxo e os nós têm atributos do sistema, possibilitando a
realização de análises.
•Considerando que o trecho de cada tubulação de um SAA pode conter
um volume muito grande de informações importantes para a gestão do
sistema:
•Estado de conservação;
•Gastos com manutenção;
•Material;
•Diâmetro de tubulação;
•Idade da tubulação;
•Profundidade;
•Tipo de consumidor e etc.
•A quantidade de dados resultante deste nível de organização do
sistema de abastecimento demanda uma solução mais especializada do
que um simples desenho em computador, por esta razão, recorre-se à
estruturação da base digital, visando a exportação desses dados para um
SIG, onde a manipulação de grandes volumes de informações é feita de
forma mais rápida e eficiente.
O município de Goiânia está
localizado no estado de Goiás, na
região Centro-oeste do Brasil, entre
as
coordenadas
geográficas
16°27’00’’
Sul,
16°01’50’’
Sul,
49°27’00’’ Oeste e 49°04’12’’ Oeste.
Figura 1: Localização da área de estudo –
Bairros de Goiânia.
A rede de distribuição de
água Parque Atheneu –
Jardim Mariliza é composta
de 02 bairros da região Sul
da cidade de Goiânia.
Figura 2: Detalhe da área de estudo em
sobreposição a ortofoto.
A base cartográfica digital da rede
de distribuição de água do sistema
Parque Atheneu – Jardim Mariliza
já se encontrava com todos os
elementos da rede digitalizados:
válvulas de redução; válvulas de
pressão; hidrantes; reservatórios;
rede primária e secundária.
Sendo que os atributos desses
elementos estavam separados por
layers, com informação do tipo de
material e diâmetro conforme pode
ser observado na Figura 3.
Figura 3: Base cartográfica digital da área em
estudo.
•Um dos grandes problemas encontrados nas bases digitais são a
falta de dados digitais acessíveis adequados, confiáveis e
atualizados.
•A base digital da rede de distribuição de água do Parque
Atheneu – Jardim Mariliza apresenta basicamente a falta de
estruturação dos dados digitais adequados para um SIG. Diante
dessa situação foi realizada a edição cartográfica da rede, com o
objetivo de se reconhecer um SIG.
•Para isso são apresentados os métodos para a estruturação da
base digital:
•Estruturação dos dados para o meio digital;
•Edição gráfica, que implica na construção da tipologia e
colocação da simbolização escolhida mais os elementos de
texto;
•Exportação da base digital para o SIG.
•Embora a base digital já estivesse concebida pela empresa de
abastecimento foi necessária a adequação dos dados: verificação de
conectividade, transformação de linhas em polilinhas, criação de
pontos de intersecção entre linhas, eliminação de linhas duplicadas.
•A rede de distribuição foi devidamente estruturada, em duas
entidades vetoriais, pontos e linhas;
•Esta modelagem caracteriza melhor as redes de distribuição, onde os
equipamentos da rede válvulas, hidrantes e nós de consumo foram
representados como pontos e a representação do traçado da rede como
linhas, de forma a atender as necessidades do trabalho;
•Nesta etapa foi utilizado o software Autocad Map 2004.
•Este
software possui ferramentas de edição cartográfica,
possibilitando a realização da consistência desses dados, dando ênfase
para SIGs;
•Trata um elemento único e distinto de forma que este possa ser
representado por um conjunto de dados geométricos em um mapa
com coordenadas e informações topológicas.
A topologia é gerada usando o
recurso de criação topológica do
AutoCadMap, onde é possível fazer
a interconexão das ligações.
Assim as informações sobre essas
ligações e a relação entre elas são
armazenadas como dados de
objetos em cada ligação.
Isso torna possível analisar a
topologia da rede para calcular o
caminho mais curto entre dois
pontos, calcular a melhor rota de
um ponto a outro, ou localizar um
ponto que esteja fora da rede.
Figura 4: Interface AutoCadMap para criação
de tipologia.
Nesta etapa os dados que foram tratados no software AutoCadMap 2004 são
exportados para o formato ShapeFile (SHP);
SHP:
estrutura de dados que armazena a geometria e informação de atributos para
características geográficas em um conjunto de dados;
Esses dados foram adicionados como temas: lotes, arruamento, curvas de nível,
equipamento e rede de distribuição, no software ArcView 3.2.
Após os temas serem adicionados foi possível fazer consultas aos atributos
técnicos sobre um trecho da rede: diâmetro da tubulação, extensão da rede, tipo
de material, alterações e atualização dessas informações, geração de gráficos,
novos mapas, do SAA sempre q necessário.
Figura 5: Sistema de informações geográficas da rede de
distribuição de água na área piloto.
•Quando se trata de um sistema de grande complexidade, como um
sistema de abastecimento para uma cidade, o nível de informação é
muito grande e as mudanças no sistema são diárias, muitas vezes essas
mudanças não são disponibilizadas para todos os setores de uma
empresa de saneamento.
•Assim
um SIG mostra resultados técnicos
demonstrando o funcionamento real dos sistemas.
importantes,
•Há necessidade de maiores investimentos na área tecnológica para
que ocorram mudanças neste setor.
•Necessita-se, ainda, de investimentos em cursos de atualização
continuada para os integrantes da equipe, para o despertar da importância
não só da temporalidade dos arquivos como também de utilização de
novos softwares nesta área.
•Para que ocorra melhoria no processo de atualização e geração de novas
Bases Digitais de Dados Espaciais mais confiáveis é importante monitorar
o crescimento urbano e consequentemente a expansão da rede de
distribuição de água, traçando os vetores de tal crescimento, observando
ainda tendências futuras da expansão e os eventuais impactos ambientais
dele decorrentes.
•Este estudo possibilitou organizar esses dados e possibilitar a atualização
dos mesmos, tratando os dados digitalizados e preparando-os.