Capes – PrInt: Tecnologias Ambientais propõem pesquisas em direção a segurança hídrica

Responsáveis por uma parte significativa do número de catástrofes naturais registradas no mundo, com numerosas perdas humanas, ambientais e materiais, as enchentes e inundações são alvo crescentes de estudos quando se pensa em cidades inteligentes, preparadas para reverter esses e outros fenômenos.

Esse desafio está sendo encabeçado na UFMS pelo Programa de Pós-graduação em Tecnologias Ambientais (PPGTA), com a participação de pesquisadores estrangeiros, no projeto de pesquisa Capes-PrInt “Águas urbanas: em direção a segurança hídrica”.

A proposta é desenvolver um sistema em tempo de real de alerta de cheias considerando múltiplas incertezas, inicialmente chamado de Sistema de Alerta e Previsão de Inundação (SAPI).

Traçador sendo inserido numa lagoa de controle de enchente com ilhas de vegetação flutuante de tratamento da água. Modelagem feita com Computational Fluid Dynamics pela UFMS em parceria com MIT.

Entre os objetivos estão analisar a incerteza das variáveis de entrada e sua propagação no modelo, avaliar dados de radar meteorológico a partir de dados pluviométricos observados, desenvolver e avaliar métodos para gerar mapas de cobertura do solo e modelos digitais do terreno, os quais são necessários como dados de entrada para o sistema de alerta e estabelecer diretrizes de projeto para Floating Treatment Wetlands (FTWs) para fins de tratamento de águas pluviais, além de mapear e caracterizar as florestas urbanas.

Campo Grande, capital de Mato Grosso do Sul, que todos os anos registra fortes pontos de inundação, com transbordamento de córregos e rios, será a cidade modelo na pesquisa. “Queremos desenvolver uma metodologia que seja tocada aqui em Campo Grande, que tenha impacto na sociedade, e que possa ser replicada em qualquer lugar do mundo a partir do sistema de alerta para enchentes”, explica o professor José Marcato Junior, coordenador do projeto.

Pela UFMS compõem ainda a lista de pesquisadores os professores Paulo Tarso Sanches de Oliveira, Johannes Gérson Janzen, Dulce Buchala Bicca Rodrigues, Letícia Couto Garcia e Rafael Dettogni Guariento. Os pesquisadores estrangeiros convidados são Peter Troch (University of Arizona), Hoshin Gupta (University of Arizona), Franz Rottensteiner (Leibniz Universitat Hannover), Heidi Nepf (Massachusetts Institute of Technology), Hans-Gerd Maas (Technische Universitat Dresden), Annete Eltner (Technische Universitat Dresden), Jose Goes Vasconcelos (Auburn University), Stefan Hagemann (Helmholtz-Zentrum Geesthacht), Farid Melgani (Universita Degli Studi di Trento), Rui Miguel Lage Ferreira (Universidade de Lisboa) e Mark Nearing (United States Department of Agriculture).

Modelagem

Para chegar ao alerta, os pesquisadores partirão de dados de captação da água de chuva, nível dos rios, de vazão, ou seja, irão avaliar dados de radar meteorológico a partir de dados pluviométricos observados. “Temos dados de precipitação, coletados por pluviômetros, mas também dados de satélite e de radar meteorológico. Então, a ideia é saber quão confiáveis são esses dados. Num sistema de alerta eu preciso ter dados de entrada, eu tenho que conhecer a precipitação, mas se tiver problema no pluviômetro, aqui em solo, por exemplo, temos vários outros dados que podem dar suporte nessa modelagem”, explica Marcato.

Na área de mapeamento são aplicadas técnicas de deep learning, que é aprendizado de máquina, com a finalidade de contribuir para se ter uma maior acurácia no mapeamento, em modelagem 3D, contando ainda com o uso de Veículos Aéreos Não-Tripulados (VANT). Com o mapa de cobertura do solo, é possível saber onde há áreas permeáveis e impermeáveis, conhecer o terreno, porque a água tende a ir para lugares mais baixos, conforme o relevo.

“Temos um modelo hidrológico, das bacias hidrográficas urbanas e a partir disso temos estimativas, sabemos onde estará ocorrendo essas situações de inundação. A ideia é ajustar esse modelo, e que seja realmente útil, não seja um modelo teórico e que no final a população esteja ciente de onde estão as situações de alagamento no município”, completa Marcato.

Dentro dessa proposta de sensoriamento remoto com VANT, o professor Marcato participará em julho/agosto deste ano do IGARSS 2019, um dos maiores eventos na área, que será realizado em Yokohama, no Japão. Um dos trabalhos que irá apresentar tem coautoria da pesquisadora Annete Eltner da TU Dresden. A pesquisadora já participou de banca sendo essa uma das primeiras qualificações de mestrado do PPGTA com pesquisador internacional.

“Estamos colhendo os frutos da internacionalização, que foi bastante impulsionada com a realização no ano passado do evento “IEEE/GRSS-Young Professionals & ISPRS WG V/5 and Student Consortium SS”, que teve como tema “Fotogrametria com VANT e Aprendizado de Máquina Aplicada: Tendências Emergentes e Desafios para a Observação da Terra”, com apoio financeiro da UFMS, ilustra o professor.

Além disso, trabalho do grupo de pesquisa foi vencedor do Grand Challenge da Geoscience and Remote Sensing Society (GRSS), estando entre uma das cinco melhores equipes com sistema de monitoramento em florestas (incluindo as urbanas, foco do presente projeto) e fazendas, a partir da criação de VANT. “O projeto será apresentado no Japão pelo acadêmico David Robledo Di Martini. O foco desse projeto é a questão de mapeamento de vegetação, que tem relação com a chuva, apresentando assim relação com o projeto PrInt”.

Já o professor Paulo Tarso Sanches de Oliveira deu o start nas missões, com a ida em abril deste ano para a University of Arizona, nos Estados Unidos. Em 2021, ele atuará como professor visitante na Instituição americana.

Tarso coordena o grupo de pesquisa em Hidrologia e Segurança Hídrica, que atua na aplicação de dados geodésicos e de sensoriamento remoto na hidrologia, erosão e conservação dos solos, modelagem, dinâmica de sistemas ambientais, processos hidrológicos, segurança hídrica e water-energy-food nexus.

Em pós-doutorado no Massachusetts Institute of Technology (MIT), o professor Johannes Gérson Janzen desenvolve, em projeto de pesquisa conjunto com a Instituição americana, propostas de como as cidades podem se adaptar para evitar ou diminuir novas inundações.

Os pesquisadores observaram que os lagos vegetados são uma boa alternativa ao problema. “Os lagos vegetados são um tipo de espaço verde projetado para armazenar e tratar a água da chuva, ao mesmo tempo em que proporciona benefícios estéticos, ecossistêmicos e recreativos às cidades”, afirma Johannes Janzen, coordenador do projeto no Brasil.

Esses wetlands, que compõem um dos objetivos do PrInt, “possuem um alto potencial ecológico e baixo custo do ciclo de vida, protegem as áreas urbanas contra enchentes e oferecem espaço para recreação e embelezamento da cidade”.

Em junho próximo, o PPGTA recebe o professor e pesquisador José Goes Vasconcelos Neto, da Auburn University e há expectativa de vinda ainda este ano do professor Peter Troch, da University of Arizona.

Pelo PrInt, mais três missões acontecem em 2020, três em 2021 e outras duas em 2022. Estão previstas sete bolsas para Doutorado Sanduíche e custeio de quatro bolsas para cursos de aperfeiçoamento no exterior, em summer/winter schools.

Serão oferecidas disciplinas na pós-graduação com os professores visitantes no PPGTA, com 15/45 horas/aula, além de palestras e desenvolvimento de pesquisa, com valor total financiado de R$ 1,1 milhão.

“Esses professores virão para disseminar o que têm de conhecimento e aproveitar para fazer as reuniões do próprio projeto, para efetivar as parcerias internacionais. Esse é um dos principais objetivos do PrInt, a troca de informações e as pessoas terem interesse de pesquisar aqui”, aponta o professor Marcato.

Parcerias

Para o pesquisador José Goes Vasconcelos Neto, da Auburn University, o manejo de águas pluviais em áreas urbanas é uma tarefa dispendiosa e difícil que exige mais estudos.

“Nos EUA, houve um aumento constante nas regulamentações ambientais com relação às características hidrológicas e de qualidade da água do escoamento urbano que é descarregado em corpos d’água naturais. Desafios com a quantidade de chuva, mudanças nas características de precipitação e o avanço das novas práticas de Infraestrutura Verde e Desenvolvimento de Baixo Impacto vêm levando os pesquisadores a responder novas questões sobre como fornecer um gerenciamento mais efetivo das águas pluviais. Muitas dessas questões também são compartilhadas por nossos colegas no Brasil, e a necessidade de aplicar ferramentas hidrológicas e hidráulicas mais precisas para desenvolver projetos mais eficientes é óbvia”, afirma José Vasconcelos.

Ele espera que tanto a Auburn University quanto a UFMS se beneficiem dessa colaboração e isso traga melhorias tangíveis e práticas para as comunidades urbanas e o meio ambiente. “Conheço em primeira mão a qualidade das pesquisas desenvolvidas no Brasil e o esforço de professores e pesquisadores das universidades brasileiras. Acho que haverá muito benefício nessas pesquisas conjuntas, pois as universidades no Brasil têm uma forte colaboração com profissionais e designers, tanto no país quanto no exterior, à medida que esses desafios de engenharia são compartilhados e as soluções são criadas juntas”, completa.

A professora Anette Eltner, da TU Dresden, acredita que a parceria das Instituições trará uma combinação de experiência técnica e metodológica, especialmente em aplicações hidrológicas com VANT. “A TU Dresden proporciona conhecimento relacionado a importantes aspectos sobre acurácia e integração de dados, e experiência em aplicações de VANT no contexto de monitoramento hídrico e a UFMS proporciona importante campo de aplicação e experiência na aplicação de métodos de Deep Learning”.

 

Paula Pimenta