quantificação de sedimentos na zona costeira com recurso a ...

QUANTIFICAÇÃO DE SEDIMENTOS NA
ZONA COSTEIRA COM RECURSO A
TÉCNICAS DE DETECÇÃO REMOTA
Integração dos resultados num Sistema de Informação Geográfica (SIG)
TEODORO, Ana Cláudia; ALMEIDA, César; MARÇAL, André; GOMES, Fernando Veloso
Resumo
As zonas costeiras são caracterizadas por processos altamente dinâmicos, onde fenómenos com
diferentes origens, escalas e efeitos interagem. A detecção remota tem-se mostrado um instrumento cada
vez mais poderoso para monitorizar as zonas costeiras.
Os sedimentos sólidos suspensos aumentam os valores de radiância emergente da água na região do
visível e do infra-vermelho próximo. Deste modo é possível relacionar a quantidade de sedimentos
sólidos suspensos (mg/l) e a reflectância da água do mar. A quantificação directa da concentração de
sedimentos suspensos foi feita utilizando um espectrorradiómetro e recorrendo a dois tipos de
embarcações, um helicóptero e simulações na praia. Pretendeu-se com estas medidas relacionar a curva
de reflectância da água do mar com a concentração de sedimentos sólidos suspensos. Foram testadas
imagens de satélite de 3 sensores diferentes: Landsat TM, SPOT HRV e ASTER. Foram estabelecidas
relações empíricas entre a concentração de sedimentos sólidos suspensos e a reflectância da água do mar,
para a zona do visível e infravermelho próximo. Foram ainda usados dados já calibrados para
concentração de sedimentos sólidos suspensos do sensor MODIS. A zona de estudo escolhida foi uma
faixa da costa noroeste portuguesa, compreendida entre a Aguda e Mira.
Está a ser desenvolvido um Sistema de Informação Geográfica (SIG) cujo objectivo final é ter
informação multi-espectral com actualizações periódicas, quer da linha de costa quer da distribuição
espacial da concentração de sedimentos sólidos suspensos ao longo da faixa costeira.
PALAVRAS-CHAVE: Detecção Remota; Zona Costeira; Concentração de Sedimentos Sólidos Suspensos; SIG
1. INTRODUÇÃO
A maior parte dos sedimentos provêm de processos de erosão, são transportados pelos rios e depositam-se
maioritariamente perto da costa. A diminuição do transporte sedimentar para as praias tem sido evidente na costa
portuguesa, nos últimos anos. A causa desta diminuição tem sido atribuída, principalmente, às barragens e às dragagens,
que “bloqueiam” a alimentação natural das praias. A quantificação dos sedimentos sólidos suspensos na zona costeira e a
forma como espacialmente estão distribuídos, poderá ajudar a compreender melhor este fenómeno e inferir uma
componente tridimensional na variabilidade morfológica desta zona. Nas zonas costeiras podemos encontrar grandes
variações na concentração de sedimentos suspensos, o que altera dramaticamente a resposta espectral da água. Deste
modo é possível, recorrendo a técnicas de detecção remota, estimar a concentração de sedimentos sólidos suspensos. No
entanto convém sempre relacionar estes medidas com medidas in situ.
Os principais objectivos deste trabalho são relacionar a quantidade de sedimentos suspensos (mg/l) e a reflectância da
água do mar, estabelecer uma relação entre a reflectância equivalente das imagens de satélite testadas e a concentração de
Sedimentos Sólidos Totais (SST) e integrar esses resultados e toda a informação recolhida sobre a zona de estudo num
Sistema de Informação Geográfica (SIG).

2. CARACTERÍSTICAS ESPECTRAIS DA ÁGUA
Os menores valores de absorção e dispersão da luz incidente numa coluna de água acontece na região do azul e os
menores valores acontecem na região do verde e do vermelho. Por esta razão a água pura, água que não contém matéria
orgânica e inorgânica, parece azul aos nossos olhos. No entanto a maior parte dos corpos de água não são constituídos por
água pura [1].
ESol
ATMOSFERA Lp
ECéu
Ls
Lv
Lb
ÁGUA
FUNDO
Figura 1. Radiação total recebida por um sistema de detecção remota sobre água
A resposta espectral da água (Lν) é função da concentração de água pura (W), de minerais suspensos (SM), de clorofila
(CHL), de matéria orgânica dissolvida (DOM) e da absorção e dispersão total da coluna de água onde se encontram esses
constituintes.
L =
V
f
[ W ( λ),
SM ( λ),
CHL ( λ),
DOM ( λ)
]
c
c
c
c
3. IMAGENS DE SATÉLITE TESTADAS
Foram seleccionadas para teste imagens de três sensores com resolução espectral, temporal e espacial considerada
adequada para a discriminação e classificação de zonas com diferentes concentrações de sedimentos. Foram testadas
imagens dos sensores ASTER, SPOT HRVIR e Landsat TM. As imagens foram calibradas para reflectância, corrigidas
atmosférica e geometricamente.
Satélite
Número
Bandas
N.º Bandas entre
[400-1000] nm
Resolução
Espacial (m)
Arquiv
o
desde
SPOT
(HRVIR)
Landsat
(TM)
1+4 1+3 10 e 20 1986
7 4 30 (120) 1982
TERRA 14 3 15 (30 e 90) 2000
(ASTER)
Tabela 1. Principais características das imagens dos sensores testados
4. RELAÇÃO ENTRE A REFLECTÃNCIA DA ÁGUA E A CONCENTRAÇÃO DE SEDIMENTOS SUSPENSOS
Vários estudos foram efectuados com o objectivo de relacionar a reflectância da água e a concentração de sedimentos
suspensos. No entanto poucos desses estudos tentaram usar essas relações para estimar a concentração de sedimentos
suspensos noutra data ou noutro local [2].
Ritchie et al. [3] desenvolveram um modelo empírico que pretendia estimar a concentração de sedimentos a partir de
medidas de detecção remota. A forma geral das equações que relaciona a reflectância (Y) e a concentração de sedimentos
(X) é:
Y = A + BX
ou
Y = AB X
onde: Y é a medida obtida por detecção remota (por exemplo, a reflectância); X é o parâmetro da água a analisar (por

exemplo, a concentração de sedimentos); A e B são factores empíricos.
5. METODOLOGIA
Neste trabalho são apresentados resultados obtidos por diferentes técnicas (plataformas marítimas, plataformas aéreas e
simulações) para a determinação de uma relação entre a concentração de sedimentos suspensos e a resposta espectral da
água do mar. É ainda feita uma comparação entre as várias técnicas, evidenciando as vantagens e limitações de cada uma.
Para determinar a reflectância, em qualquer uma das técnicas utilizadas, foi utilizado um espectrorradiómetro, o
FieldSpec FR, que opera entre os 350 nm e os 2500 nm. O cone de visualização deste aparelho é de 25º e a colecta dos
dados é feita através de um cabo de fibra óptica com 1.2 metros de comprimento. A qualidade dos dados depende,
principalmente, da calibração efectuada, que por sua vez está directamente relacionada com as condições luminosidade.
A concentração de sedimentos suspensos (mg/l) das amostras recolhidas, efectuada no laboratório de Engenharia
Química da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, foi obtida através de um processo de filtragem.
• Plataforma maritima
De forma a obter simultaneamente a reflectância e a concentração de sedimentos suspensos, foi realizada uma campanha,
onde foram recolhidas 10 amostras de água (cerca de 1 litro) e medida a reflectância de cada local correspondente à
amostra recolhida. Para além do equipamento necessário para efectuar estas medidas foi ainda utilizado um receptor GPS
e uma eco-sonda, para determinar a posição e a profundidade do local onde foi recolhida a amostra de água e efectuada a
medida de reflectância.
Os principais problemas desta abordagem foram, por uma lado, a dificuldade em imobilizar completamente a embarcação
devido à ondulação e a impossibilidade de nos deslocarmos para a zona de rebentação, devido às regras de segurança da
navegação marítima.
• Plataforma aérea
Figura 2. Campanha realizada usando uma embarcação
Devido aos problemas verificados com a utilização da embarcação foi necessário recorrer a uma alternativa que por um
lado fosse mais fácil de imobilizar e por outro conseguisse monitorizar a zona de rebentação. Foi utilizado um helicóptero,
que estabilizou a cerca de 2 – 3 metros da superfície do mar e foram recolhidas cerca de 30 amostras de água e medida a
reflectância da zona onde foram recolhidas as amostras. A posição do helicóptero foi obtida por GPS. Este processo é
bastante mais eficiente do que através de embarcações, mas só pode ser efectuado com pouca ondulação e além disso é
bastante dispendioso.
• Simulações na praia
Figura 3. Campanha realizada recorrendo a um helicóptero
Com o objectivo de simular diferentes concentrações de sedimentos suspensos foram realizadas 4 campanhas em

diferentes praias, de forma a considerar diferentes tipos de areia (textura, cor e tamanho do grão). Foi utilizado um
recipiente com 80 cm de altura e 40 cm de diâmetro. Para minimizar os efeitos de reflexão dos lados e do fundo, o
recipiente foi forrado com um plástico preto e completamente opaco. Foi medida a reflectância da água do mar para
várias concentrações de sedimentos e retirada uma amostra para cada medida.
Figura 4. Simulações realizadas em diferentes praias da zona de estudo
6. ZONA DE ESTUDO
Portugal possui uma faixa litoral com cerca de 900 km de extensão. O litoral entre Espinho e o Cabo Mondego enquadrase
nas situações mais problemáticas de toda a faixa costeira portuguesa. Esta zona tem apresentado, nos últimos anos,
forte tendência para o recuo da linha de costa [4]. A zona de estudo escolhida para testar a metodologia descrita foi a faixa
costeira entre Aguda e Mira, por ser uma das zonas mais instáveis da costa portuguesa.
Figura 5. Zona de estudo (Aguda – Mira)
7. ANÁLISE E CONCLUSÕES
• Na zona entre os 550 e 600 nm existe um “pico” na reflectância e a partir dos 900 nm esta é praticamente nula.
Figura 6. Relação entre a reflectância e o comprimento de onda como função da concentração de SST

• Para além de se concluir que existe uma relação directa entre a concentração de sedimentos sólidos suspensos e a
reflectância da água, podemos também concluir que as condições em que se realizam as medidas condicionam os
resultados. A influência dos fundos e do oceano aberto nas medidas de reflectância e a distribuição heterogénea
dos sedimentos na coluna de água devem ser considerados.
• Foi ainda estabelecida uma relação entre a reflectância da água do mar e a concentração de sedimentos para cada
banda do visível e do infra-vermelho próximo de cada sensor. Os resultados obtidos foram bastante consistentes
com os vários estudos já realizados.
Figura 7. Relação entre a reflectância equivalente do satélite (ASTER VNIR 1 ) e a SST
8. SIG
Uma parte integrante deste trabalho é o desenvolvimento um Sistema de Informação Geográfica, cujo objectivo é integrar
todos os dados quantitativos e qualitativos disponíveis para zona de estudo. Para esse efeito foram incorporados dados
“rasters” das folhas 133, 143, 153, 162A, 163, 173, 174, 184, 185, 195, 206 da carta militar das séries de 1974 e 1998; Dados
vectoriais da linha de costa de 1996 (INAG); Ortofotomapas de 1995 (CNIG); Imagens Landsat (1989,1992,1997), ASTER
(2001) e SPOT (1998) e dados vectoriais de alguns troços da linha de costa da zona de estudo obtidos por técnicas de GPS
cinemático (2001).
Figura 8. Diferentes tipos de dados que integram o SIG
Existe uma dificuldade evidente em definir a linha de costa. A informação vectorial da linha de costa das folhas da carta
militar está referida à cota zero. Esta cota é obtida a partir dos dados da triangulação aérea, efectuado o desenho desta a
cota constante seguindo os contornos do terreno. Com este método surgem algumas dificuldades quando as águas se
encontram acima desta linha (IGeoE, comunicação pessoal). A linha de costa, quer nos dados originários de fotografia
aérea, quer nas imagens de satélite, é definida como sendo a base da duna. Esta dualidade de critérios cria problemas na
comparação entre fontes de dados diferentes. Existem ainda amostras com valores de concentração de sedimentos sólidos

suspensos, obtidas em trabalhos de campo, cuja posição foi obtida por GPS.
Figura 9. Valores de SST
9. TRABALHO FUTURO
As imagens de satélite testadas irão ser classificadas baseadas nos critérios estabelecidos (relação entre a SST e a
reflectância) a partir dos resultados experimentais. Pretende-se comparar estes resultados com dados já calibrados para
SST (MODIS e MERIS). Pretende-se ainda incorporar no SIG mais informação sobre a zona costeira, actual e de arquivo e
criar para cada época um layer sobre SST. A base de dados associada será actualizada com toda a informação que irá
sendo reunida da zona de estudo.
AGRADECIMENTOS
Este trabalho foi realizado no âmbito do projecto COSAT (COastal zones monitoring using remote sensing SATellite data)
através de fundos POCTI/FEDER. A realização deste trabalho só foi possível devido à colaboração do Instituto de
Meteorologia, que gentilmente cedeu o espectrorradiómetro, ao Departamento de Engenharia Química da FEUP, que
cedeu as suas instalações e equipamento para realizar as filtragens, e ao auxílio da Dra. Janete Borges, Dr. Paulo Renato,
Dra. Sónia Rey, Eng. Marlene Antunes e Alexandre Dias nos trabalhos de campo.
REFERÊNCIAS
1. Jensen, J.R. Remote Sensing of the environmental. Prentice Hall Series in Geographical Information Science, 2000.
2. Ritchie, J.C., Zimba, P.V., Everitt, J.H. Remote Sensing Techniques to Acess Water Quality. Photogrammetric Engineering
& Remote Sensing, Vol. 69, N.º 6, 695-704, 2003.
3. Ritchie, J.C., McHenry, J.R., Schiebe, F.R., Wilson, R.B. The relationship of refelcted solar radiation and the concentration of
sediment in the surfece water of reservoirs. Remote Sensing of Earth Resources, Vol. III, 57-72, 1974.
4. Ângelo, C. Taxas de variação do litoral Oeste: uma avaliação temporal e espacial. Actas do Seminário “A zona costeira e os
problemas Ambientais”, 109-120, Aveiro, 1991.
Ana Cláudia TEODORO
amteodor@fc.up.pt
Ana Cláudia Teodoro é Assistente do Departamento de Matemática Aplicada da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto e
investigadora do Centro de Investigação em Ciências Geo-Espaciais da Universidade do Porto. Aluna de Doutoramento desde 2001 do
Departamento de Matemática Aplicada da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto em colaboração com a Faculdade de
Engenharia da Universidade do Porto, Mestre em Ciências da Engenharia Geográfica (2001) e licenciada em Engenharia Geográfica
(1998) pela mesma instituição. Participou como investigadora em vários projectos financiados pela Fundação de Ciência e Tecnologia:
COSAT(COastal zones monitoring using remote sensing SATellite data), SADAMOS (A study of the potential use of medium resolution
SAtellite data for the Detection And Monitoring of Oil Spill events at sea) e SATFISH (Remote Sensing Applied to Fisheries Monitoring in
the Cabo Verde Region).

Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, Departamento de Matemática Aplicada
Rua do Campo Alegre, 687
4169-007 Porto
Tel: 220100874
Fax: 220100809
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