Open Journal Systems

RESPOSTA ESPECTRAL DA ÁGUA COM DIFERENTES CONCENTRAÇÕES DE SÓLIDOS EM SUSPENSÃO

Makele Rosa de Paula, Franciele de Lima Sarmento, Felipe Correa dos Santos, Edison Antonio Alberti, Everson Mattos, Waterloo Pereira Filho, Fabio Marcelo Breunig

Resumo


O sensoriamento remoto é uma técnica cada vez mais utilizada para obter informações ambientais. Assim, avaliamos a resposta espectral da água submetida a diferentes concentrações de Totais de Sólidos em Suspenção (TSS). O experimento foi conduzido em um ambiente controlado com o uso de uma caixa de água, a qual foram adicionadas frações de Latossolo Vermelho. Os dados de TSS oscilaram de zero, água limpa, até 318 mg/l. Os dados de reflectância foram obtidos com o uso do espectrorradiômetro FieldSpec (400 a 900 nm). O aumento de TSS levou a dois efeitos distintos quanto a reflectância de acordo com a faixa espectral: i) diminuição da reflectância na faixa de 400 a 525 nm e ii) aumento na reflectância nos comprimentos de onda maiores do que 525 nm. Este quadro proporcionou correlações significativas e negativa para o intervalo de 400 a 510 nm e significativas e positivas entre 584 e 822 nm. Foram testadas diferentes funções matemáticas para a estimativa de TSS a partir da reflectância nos comprimentos de onda que apresentaram as melhores correlações. O melhor modelo foi o polinomial com R² de 0,82 em 741 nm. Portanto, o TSS, constituído de Latossolo Vermelho, altera a reflectância da água a níveis possíveis de serem detectados com recursos de sensoriamento remoto, principalmente na borda vermelha e infravermelho próximo.


Palavras-chave


Sensoriamento Remoto; Total de Sólidos em Suspensão; Qualidade da água.

Referências


AHEARN, D. S.; SHEIBLEY, R. W.; DAHLGREN, R. A; ANDERSON, M.; JOHNSON, J.; TATE, K. W. Land Use and Land Cover Influence on Water Quality in the Last Free-Flowing River Draining the Western Sierra Nevada, California. Journal of Hydrology, v. 313, n. 3-4, p. 234–247, 2005.

APHA - American Public Health Association. Standard Methods for the Examination of Water and Waster water. 21 ed. Sprimgfield: Byrd Prepress, 2005.

ARRAUT, E. M.; RUDORFF, C. M.; BARBOSA, C. C. F.; CARVALHO, J. C.; FILHO, W. P.; NOVO, E. M. L. M. Estudo do comportamento espectral da clorofila e dos sólidos em suspensão nas águas do Lago Grande de Curuai (Pará), na época de seca, através de técnicas de espectroscopia de campo. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 12., 2005, Goiânia. Anais... Goiânia: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2005, p. 2447-2456.

ASD (Analytical Spectral Devices, Inc.). FildSpec HandHeld Spectroradiometer: User’s Guide. Disponível em: . Acesso em 14 de Nov. 2013.

BRAMLEY, R. G. V.; ROTH, C. H. Land-Use Effects on Water Quality in an Intensively Managed Catchment in the Australian Humid Tropics. Marine and Freshwater Research, v.53, p. 931–940, 2002.

BREUNIG, F. M.; PEREIRA FILHO, W.; GALVÃO, L. S.; WACHHOLZ, F. Assessing the Long-Term Variability of TSS and Chlorophyll in Subtropical Reservoirs Using MODIS Data. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, v. 9, p. 5406-5412, 2016.

BREUNIG, F. M.; PEREIRA FILHO, W.; GALVÃO, L. S.; WACHHOLZ, F.; CARDOSO, M. A. G. Dynamics of Limnological Parameters in Reservoirs: A Case Study in South Brazil Using Remote Sensing and Meteorological Data. Science of the Total Environment, V. 574, 253–63, 2017.

CARVALHO, N. O. Hidrossedimentologia prática. 2. ed. rev., atual. e ampliada. Rio de Janeiro: Interciência, 2008. 602 p.

CHEN, Z.; CURRAN, P.J.; HANSOM, J.D. Derivative Reflectance Spectroscopy to Estimate Suspended Sediment Concentration. Remote Sensing of Environment, v. 40, n. 4, p. 67-77, 1992.

CURRAN, P. J.; NOVO, E. M. L. M. The relationship between suspended sediment concentration and remotely sensed spectral radiance: a review. Journal of Coastal Research, v. 4, n. 3, p. 351-368, 1988.

DALL'OLMO, G.; GITELSON, A. A.; RUNDQUIST, D. C.; LEAVITT, B.; BARROW, T.; HOLZ, J. C. Assessing the potential of SeaWiFS and MODIS for estimating chlorophyll concentration in turbid productive waters using red and near-infrared bands. Remote Sensing of Environment, v.96, p.176–187, 2005.

DOXARAN, D.; FROIDEFOND, J. M.; CASTAING, P. A reflectance band ratio used to estimate suspended matter concentrations in sediment-dominated coastal waters. Remote Sensing, v. 23, n. 23, p. 5079-5085, 2002.

FRITZ, S.C. Lake Development and Limnological Response to Prehistoric and Historic Land-Use in Diss, Norfolk, UK. The Journal of Ecology, v. 77, n. 1, p. 182–202, 1989.

GITELSON, A.; GARBUZOV, G.; SZILAGYI, F.; MITTENZWEY, K. H.; KARNIELI, A.; KAISER, A. Quantitative Remote Sensing Methods for Real-Time Monitoring of Inland Waters Quality. International Journal of Remote Sensing. v. 14, n. 7, p. 1269–1295, 1993.

GITELSON, A.A.; SCHALLES, J.F.; HLADIL, C.M. Remote chlorophyll-a retrieval in turbid, productive estuaries: Chesapeake Bay case study. Remote Sensing of Environment, v.109, n. 4, p. 464–472, 2007.

HAN, L.; RUNDQUIST, D. C. The response of both surface reflectance and the underwater light field to various levels of suspended sediments: preliminary results. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, v.60, n. 12, p. 1463-1471, 1994.

HAN, L.; RUNDQUIST, D. C. Spectral characterization of suspended sediments generated from two texture classes of clay soil. Remote Sensing, v. 17, n. 3, p. 643-649, 1996.

HAN, L. Spectral reflectance with varying suspended sediment concentrations in clear and algae-laden waters. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, v. 63, n. 6, p. 701-705, 1997.

HESTIR, E.L.; BRANDO, B.; CAMPBELL, G.; DEKKER, A.; MALTHUS, T. The relationship between dissolved organic matter absorption and dissolved organic carbon in reservoirs along a temperate to tropical gradient. Remote Sensing of Environment, v. 156, p. 395–402, 2015.

JENSEN, J. R. Sensoriamento remoto do ambiente: uma perspectiva em recursos naturais. São José dos Campos, SP: Parêntese, 2009. 598p.

KIRK, J. T. O. Ligth and photosynthesis in aquatic ecosystems. 2ed. Cambridge University Press: New York, 1994.

LATRUBESSE, E. M., STEVAUX, J. C.; SINHA, R. Tropical rivers. Geomorphology, v. 70, p. 187–206, 2005.

LATRUBESSE, E. M. Amazon lakes. In: BENGTSSON, L.; HERSCHY, R. W.; FAIRBRIDGE, R. W. (Orgs.), Encyclopedia of Lakes and Reservoirs. 2012. p. 13–26.

LIU, Y.; BRALTS, V. F.; ENGEL, B. A. Evaluating the Effectiveness of Management Practices on Hydrology and Water Quality at Watershed Scale with a Rainfall-Runoff Model. Science of the Total Environment, v. 511, p. 298–308, 2015.

LODHI, M. A.; RUNDQUIST, D. C.; HAN, L.; KUZILA, M. The potential for remote sensing of loess soils suspended in surface waters. Journal of the American Water Resources Association, v. 33, p. 111-117, 1997.

LODHI, M. A.; RUNDQUIST, D. C.; HAN, L.; KUZILA, M. S. Estimation of suspended sediment concentration in water using integrated surface reflectance. Geocarto International Centre, v. 13, n. 2, p. 11-15, 1998.

LONDE, L. R. ALCANTARA, E.; JARDIM-LIMA, D.; SOPPA, M.; CLARO, M.; RUDORFF, C. M.; NOVO, E. M. L. M.; CALIJURI, C. Comparação entre Técnicas para Análise do Comportamento Espectral da Clorofila-a no Reservatório de Salto Grande (SP). In: SIMPÓSIO REGIONAL DE GEOPROCESSAMENTO E SENSORIAMENTO REMOTO, 3., 2006, Aracaju. Anais... Aracaju: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2006.

MANTOVANI, J. E. Comportamento espectral da água: faixas espectrais de maior sensibilidade ao fitoplâncton na presença de matéria orgânica dissolvida e de matéria inorgânica particulada. 1993, 99 f. Dissertação (Mestrado em Sensoriamento Remoto) – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, 1993.

MONTANHER, O. C. Modelos empíricos para estimativa da concentração de sedimentos em suspensão em rios amazônicos de águas brancas à partir de imagens Landsat 5. 2013, 125 p. Dissertação (Mestrado em Sensoriamento Remoto) – Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, São José dos Campos.

NETER, J.; KUTNER, M.H.; NACHTSHEIM, C.J.; WASSERMAN, W. 1996. Applied linear statistical models. 4a. ed. McGraw-Hill, Irwin.1388 pp.

NOVO, E. M. L. M. Comportamento Espectral da Água. In: MENESES, P. R.; MADEIRA NETTO, J. da S. (Orgs.). Sensoriamento Remoto: Reflectância dos Alvos Naturais. Brasília: UnB; Planaltina: Embrapa Cerrados, 2001, 6, p.203-222.

NOVO, E.M.L.M. Sensoriamento remoto: princípios e aplicações. São Paulo: Blucher, 4. ed., 2010. 388p.

ODERMATT, D.; GITELSON, A.; BRANDO, V. E.; SCHAEPMAN, M. Review of Constituent Retrieval in Optically Deep and Complex Waters from Satellite Imagery. Remote Sensing of Environment, v.118, p.116 – 126, 2012.

SHI, K.; ZHANG, Y.; ZHU, G.; LIU, X.; ZHOU, Y.; XU, H.; QIN, B.; LIU, G.; LI, Y. Long-term remote monitoring of total suspended matter concentration in Lake Taihu using 250 m MODIS-Aqua data. Remote Sensing of Environment, v. 164, p. 43-56, 2015.

SILVA, A. P. S.; DIAS, H. C. T.; BASTOS, R. K. X.; SILVA, E. Qualidade da água do reservatório da Usina Hidrelétrica (UHE) de Peti, Minas Gerais. Revista Árvore, v. 33, n.6, p. 1063-1069, 2009.

STEFFEN, C. A., MORAES, E. C., GAMA, F. F. Tutorial radiometria óptica spectral. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 8. 1996. Salvador. Anais... Salvador: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 1996.

TIAN, L.; WAI, O. W. H.; CHEN, X.; LIU, Y.; FENG, L.; LI, J.; HUANG, J. Assessment of Total Suspended Sediment Distribution under Varying Tidal Conditions in Deep Bay: Initial Results from HJ-1A/1B Satellite CCD Images. Remote Sensing. v. 6, p. 9911-9929, 2014.

TSAI, F.; PHILPOT, W. Derivative analyses of hyperspectral data. Remote Sensing of Environment, v. 66, n. 1, p. 41 – 51, 1998.

TUNDISI, J.G.; MATSUMURA-TUNDISI, T.; ARANTES JUNIOR, J. D.; TUNDISI, J. E. M.; MANZINI, N. F.; DUCROT, R. The response of Carlos Botelho (Lobo-Broa) reservoir to the passage of cold fronts in reflected by physical, chemical and biological variables. Brazilian Journal of Biology: Revista Brasleira de Biologia, v. 64, n. 1, p. 177-186, 2004.

TYLER, A.N.; SVAB, E.; PRESTON, T.; PRESING, M.; KOVACS, W. A. Remote sensing of the water quality of shallow lakes: A mixture modelling approach to quantifying phytoplankton in water characterized by high-suspended sediment. International Journal of Remote Sensing, v. 27, n. 8, p. 1521–1537. 2006.

WANG, J. J.; LU, X. X. Estimation of Suspended Sediment Concentrations Using Terra MODIS: An Example from the Lower Yangtze River, China. Science of the Total Environment, v. 408, p. 1131 – 1138, 2010.

WANG, Y.; XIA, H.; FU, J.; SHENG, G. Water quality change in reservoirs of Shenzhen, China: Detection using LANDSAT/TM data. Science of the Total Environment, v. 328, n. 1-3, p. 195–206, 2004.

WATANABE, F. S. Y.; IMAI, N. N.; BARBOSA, C. C. F.; ARAUJO, A. P. Avaliação do comportamento espectral da água: estudo de caso do alto curso do rio Paraná (Presidente Epitácio – SP). In: Simpósio Brasileiro de Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação, 3., 2010, Recife. Anais... Recife: UFPE, 2010, p. 001-008.




DOI: http://dx.doi.org/10.5380/raega.v50i0.77005