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Título: Integração de dados de campo e sensoriamento remoto no estudo do fluxo de água e matéria no Arquipélago de Anavilhanas, Rio Negro - Amazonas, Brasil
Autor: Marinho, Rogério Ribeiro
Orientador: Filizola Junior, Naziano Pantoja
Coorientador: Martinez, Jean-Michel
Palavras-chave: Hidrologia
Água preta
Rio Multicanal
Sensoriamento remoto
Bacia Amazônica
Data do documento: 19-Dez-2019
Editor: Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA
Programa: Clima e Ambiente - CLIAMB
Abstract: Rio Negro is the sixth largest river in the world in water volume and the largest black water ecosystem in the Amazon basin. Its lower course is a unique and important region with hundreds of islands, lakes and channels, and include the second largest fluvial archipelago in the world, called Anavilhanas. This whole region is a global biodiversity hotspot, it supports the livelihood of hundreds of local communities and is a destination for ecotourists. Despite its importance, little is known about the water properties of this region and how human activities, such as the construction of dams, impact its properties and functioning of this ecosystem. The Rio Negro basin has the lowest density of hydrological monitoring stations among other large Amazon rivers. On the other hand, advances in remote sensing technology can fill gaps in hydrological and water quality data. Here I explore how we can use remote sensing data and methods to better understand the dynamic between water, matter and the use of natural resources in this region. Specifically, I aimed at understanding the spatial and temporal variability of water flows, suspended sediments concentration (SSC) and dissolved organic carbon (DOC) in the lower Rio Negro, especially in the channels of the Anavilhanas archipelago, through data integration hydrological and remote sensing data (field radiometry, Terra/Aqua, Sentinel-1, Sentinel-2 and Sentinel-3 satellites). The results indicate that in the 2016-2017 hydrological year the average SSC in Rio Negro was 3.06 mg L-1 and the average DOC concentration was 9.60 mg L-1. Suspended sediment flow between 1 and 9 million tons per year and flow of dissolved organic carbon in the order of 11 million tons per year were estimated for the Rio Negro basin. The flow of dissolved organic carbon was directly related to the Rio Negro liquid discharge, with higher and lower values occurring in the periods of high and low waters, respectively. The peak of discharge of suspended sediment near Manaus occurred in September, with a lag of two months in relation to that observed upstream of the Anavilhanas archipelago. It was identified retention of 60% of suspended sediment from the Rio Negro reaching the archipelago. Due to the high amount of DOC and low SSC load, Rio Negro has very low values of reflected energy (Rrs <0.018 sr-1 in the visible) and great light absorption (≈ 8.00 m-1 at 440 nm). The variability of the reflected energy throughout the hydrological year was controlled by the inflow of suspended sediment from the Rio Branco, (the major tributary of the Rio Negro basin) that changed the optical properties of the Rio Negro in Anavilhanas. Evaluations of multispectral satellites to estimate SSC in Anavilhanas showed better results with the red band (650–690 nm). Empirical models show that the green/red band ratio can be used as an indicator of the dissolved organic carbon of the Rio Negro. The hydrogeomorphological scenario characterized suggests a slow and continuous process of retention of the suspended solid load in Anavilhanas, with a sedimentation rate approximately eight times lower than those estimated during the archipelago's formation period. I conclude that the Anavilhanas fluvial system acts as a water reservoir and suspended sediment sink in the lower course of the Rio Negro, mainly the period of greatest influence of the Rio Solimões backwater effect. This study presents data on the lower course region of Rio Negro that can be used in future scientific studies and decision-making, for example to asses extreme weather events in the region or the impact the construction of Bem Querer hydroelectric power plant in the Rio Branco.
Resumo: O Rio Negro é considerado o sexto maior rio do mundo em volume de água e o maior ecossistema de águas pretas da bacia Amazônica. Em seu baixo curso destacam-se na paisagem centenas de ilhas, lagos e canais do arquipélago de Anavilhanas, cujo nível de base é controlado pelo Rio Solimões. O barramento hidráulico do Rio Solimões sobre o Rio Negro influencia seu regime hidrológico, o transporte de sedimento suspenso e de carbono orgânico dissolvido. Para um melhor entendimento das relações entre água, matéria e o uso dos recursos naturais na região são necessários dados e o desenvolvimento de modelos apropriados. No entanto, a bacia do Rio Negro possui a menor densidade de estações de monitoramento hidrológico em comparação aos grandes rios Amazônicos. Por outro lado, avanços na tecnologia de sensoriamento remoto têm contribuído para superar lacunas de dados hidrológicos e da qualidade d’água. Esta pesquisa teve como objetivo entender a variabilidade espacial e temporal dos fluxos de água, de concentração de sedimentos suspensos (CSS) e do carbono orgânico dissolvido (COD) no baixo Rio Negro, especialmente nos canais do arquipélago de Anavilhanas, através da integração de dados hidrológicos, da qualidade d’água com dados de sensoriamento remoto (radiometria de campo, dados dos satélites Terra/Aqua, Sentinel-1, Sentinel-2 e Sentinel-3). Resultados obtidos indicam que no ano hidrológico 2016-2017 a CSS média no Rio Negro foi de 3,06 mg L-1 e a concentração média do COD foi de 9,60 mg L-1. Estimou-se para a bacia do Rio Negro um fluxo de sedimento suspenso entre 1 e 9 milhões de toneladas por ano e um fluxo de carbono orgânico dissolvido da ordem de 11 milhões de toneladas por ano. O fluxo de carbono orgânico dissolvido apresentou relação direita com o regime de descarga líquida do Rio Negro, com maiores e menores valores ocorrendo nos períodos de cheia e seca, respectivamente. O pico de descarga do sedimento suspenso próximo de Manaus ocorre em setembro, com defasagem de dois meses em relação ao observado a montante do arquipélago de Anavilhanas. Identificou-se retenção de 60% de sedimento suspenso do Rio Negro que aporta no arquipélago. Em função da elevada quantidade de COD e baixa carga de CSS o Rio Negro apresenta valores muito baixos da energia refletida (Rrs < 0,018 sr-1 no visível) e grande absorção da luz (≈ 8,00 m-1 em 440 nm). A variabilidade da energia refletida ao longo do ano hidrológico é controlada principalmente pelo aporte de sedimento suspenso do Rio Branco que altera as propriedades ópticas do Rio Negro em Anavilhanas. Avaliações de satélites multiespectrais para estimar a CSS em Anavilhanas mostraram melhores resultados com a banda do vermelho (650–690 nm). Modelos empíricos mostram que a razão de bandas verde/vermelho pode ser utilizada como indicador do carbono orgânico dissolvido do Rio Negro. O cenário hidrogeomorfológico caracterizado sugere um lento e contínuo processo de retenção da carga sólida suspensa em Anavilhanas, com uma taxa de sedimentação aproximadamente oito vezes menor que as estimadas no período de formação do arquipélago. Conclui-se que o sistema fluvial de Anavilhanas atua como reservatório de água e sumidouro de sedimento suspenso no baixo curso do Rio Negro, principalmente o período de maior influência do barramento hidráulico do Rio Solimões. Este estudo da hidrologia do arquipélago de Anavilhanas apresenta dados que podem servir de linha de base para avaliar os impactos de eventos climáticos extremos na região ou em virtude do represamento do Rio Branco devido à construção da hidrelétrica de Bem Querer.
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