Estimation of Water Volume in Reservoirs Using Spectral Indices: A Case Study with NDVI in the Milagres Reservoir (Pernambuco, Brazil)
DOI:
https://doi.org/10.29150/jhrs.v13.5.p668-681Keywords:
Monitoring, Water security, SemiaridAbstract
The mapping of land use and land cover is essential for understanding changes in the terrestrial environment, identifying natural transformations, and human interventions over different periods and locations. However, traditional data collection and analysis methods for monitoring water bodies can be expensive and labor-intensive, especially in extensive areas. In this context, Remote Sensing stands out as an accessible technique that utilizes satellite images and drones to monitor the Earth. This study focuses on the use of the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Normalized Difference Water Index (NDWI) to monitor water bodies, with a specific focus on the Milagres Reservoir, part of the São Francisco River Integration Project with the Northeastern Basins (PISF) in Pernambuco, Brazil. NDVI is employed to distinguish aquatic areas, while NDWI values are explored to identify the presence of water. Landsat-8 satellite images were processed using the QGIS software, including atmospheric correction to enhance image quality. The obtained data were compared with information provided by the Ministry of Regional Development (MIDR), enabling the creation of a Water Level-Area-Volume (WAV) curve and the development of polynomial equations to estimate water volumes based on NDVI values. The results showed statistically acceptable correlations between estimated and real values, especially for water levels and areas. However, volume values exhibited larger discrepancies, suggesting the need for periodic reviews of the reservoir's bathymetry. It is recommended to explore images from other satellites, such as Sentinel-2A and CBERS 4A, to improve result accuracy. Additionally, the inclusion of NDWI in the methodology can enrich the analysis, providing a more comprehensive view of water resource distribution. In summary, this study offers a promising approach for remote water body monitoring, with the potential to enhance water resource management in regions like Brazil's Northeastern semi-arid area.
References
Alvarenga, A.S., Moraes, M.F., 2014. Processamento digital de imagens LANDSAT–8 para obtenção dos índices de vegetação NDVI e SAVI visando a caracterização da cobertura vegetal no município de Nova Lima-MG. Portal MUNDOGEO.
ANA (Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico), 2020. Disponível em: https://www.gov.br/ana/pt-br
APAC (Agência Pernambucana de Águas e Clima), 2023. Projeto de Integração do Rio São Francisco. Disponível em: https://www.apac.pe.gov.br/pisf
Barbosa, C.C.F., Novo, E.M.L.M., Martins, V.S., 2019. Introdução ao Sensoriamento Remoto de Sistemas Aquáticos: princípios e aplicações. 1 edição. INEP, São José dos Campos.
Barros, A.S., Farias, L.M., Marinho, J.L.A., 2020. Aplicação do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) na Caracterização da Cobertura Vegetativa de Juazeiro do Norte–CE. Revista Brasileira de Geografia Física 13, 2885-2895.
Carmo, M.V.N.S., Lima, C.H.R., 2020. Caracterização Espaço-Temporal das Secas no Nordeste a partir da Análise do índice SPI. Revista Brasileira de Meteorologia 35, 233-242.
Falco, J.G., 2008. Estatística Aplicada. EduUFMT, Cuiabá. UFPR, Curitiba.
Gondim, J., Fioreze, A.P., Alves, R.F.F., Souza, W.G., 2017. A seca atual no Semiárido nordestino –Impactos sobre os recursos hídricos. Parcerias Estratégicas 22, 277-300.
Leonardo, H.R.A.L., Salgueiro, C.O.B., Almeida, D.N.O., Santos, S.M., Oliveira, L.M.M., 2021. Sensoriamento Remoto Aplicado na Geoespacialização do Reservatório Poço da Cruz-PE e seu Entorno. Revista Brasileira de Geografia Física 14, 3592-3607.
McFeeters, S.K., 1996. The use of the Normalized Difference Water Index (NDWI) in the delineation of open water features. International Journal of Remote Sensing 17, 1425-1432.
Menezes, R.B.G.G., 2021. Análise do espelho d’água do reservatório de Sobradinho utilizando o sensoriamento remoto. Recife: A Autora.
MIDR (Ministério da Integração e do Desenvolvimento Regional). Portal do Ministério da Integração e do Desenvolvimento Regional: Institucional.
PERNAMBUCO (Secretaria de Infraestrutura e Recursos Hídricos), 2022. Plano Estadual de Recursos Hídricos de Pernambuco: tomo I: diagnósticos. / Secretaria de Infraestrutura e Recursos Hídricos. Secretaria Executiva de Recursos Hídricos (Seinfra), Recife.
QGIS Development Team, 2022. QGIS Geographic Information System. Versão 3.16: Hannover. [s.l.]: Open-Source Geospatial Foundation Project. Disponível em: http://qgis.osgeo.org.
Rani, N., Mandla, V.R., Singh, T., 2017. Evaluation of atmospheric corrections on hyperspectral data with special reference to mineral mapping. Geoscience
Frontiers 8, 797-808.
Rouse, J.W., Haas, R.H., Schell, J.A., Deering, D.W., 1974. Monitoring vegetation systems in the great plains with ERTS. Earth Resources Technology Satellite Symposium 1, 309-317.
Santos, D.N., Silva, V.P.R., Sousa, F.A.S., Silva, R.A., 2010. Estudo de alguns cenários climáticos para o Nordeste do Brasil. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental 14, 492-500.
Silva, C.A.S., 2020. Contabilidade de Custos Análise teórica para a relação volume versus custo de produção por análise de regressão. Augusto Guzzo Revista Acadêmica 1, p. 13-32.
Silva, E.J., Coelho, F., Silva, W.P., 2017. Sensoriamento remoto no monitoramento da qualidade dos recursos hídricos. Cadernos UniFOA 12, 121-130.
Soares, D.R., 2023. Dinâmica espaço-temporal de coberturas hídrica e vegetal por sensoriamento remoto na bacia do rio Brígida. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife.
Souza, D.F., Gonzalez, G.D.D., Teixeira Filho, J., 2019. Variação temporal do índice de vegetação normalizada como ferramenta de identificação dos açudes na bacia hidrográfica do Ribeirão das Cabras. Revista Cerrados (Unimontes) 17, 222-239.
United States Geological Survey (USGS), 2023. Landsat 8/9 Products, accessed 2023 at URL https://earthexplorer.usgs.gov/
Vasconcellos, R.C., Beltrão, N.E.S., Firmino, F.A.B., Silva, S.M.A., Farias, M.H.C.S., 2016. Potencialidades da aplicação do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) em políticas de regularização ambiental: um estudo em Paragominas, Pará, Brasil. Anais do Congresso Amazônico de Meio Ambiente & Energias Renováveis. Belém, Pará, Brasil. v. 2.
World Water Council, 2018. Strategy: Water Security, Sustainability and Resilience. Marseille.
Zanotta, D., Zortea, M., Ferreira, M. P., 2019. Processamento de imagens de satélite. Oficina de Textos: São Paulo.
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