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Modelo Digital de Elevação (DEM)

O Modelo Digital de Elevação (DEM) define a estrutura topográfica do domínio de simulação e é o controle primário na dinâmica do fluxo superficial em HydroPol2D. É uma das entradas mais críticas do modelo, pois governa os gradientes do terreno, as direções dos fluxos e a organização espacial dos processos hidrológicos.​

Função em HydroPol2D​

O DEM é usado para calcular:

  • Elevação da superfície em todo o domínio
  • Encostas locais impulsionam o roteamento do fluxo
  • Conectividade de fluxo entre células da grade
  • Limites de bacias hidrográficas e padrões de drenagem

Como o HydroPol2D opera em uma grade raster, o DEM também define a malha computacional na qual todos os processos de superfície são simulados.​

Conjuntos de dados DEM disponíveis​

Vários conjuntos de dados DEM globais de alta qualidade estão disponíveis gratuitamente e são adequados para aplicações HydroPol2D:

SRTM (Missão de Topografia de Radar Shuttle)​

  • Resolução: ~30 m (1 segundo de arco)
  • Cobertura: Quase global (±60° de latitude)
  • Amplamente utilizado e facilmente acessível
  • Pode conter vegetação e artefatos urbanos
  • Baixar: https://earthexplorer.usgs.gov/

Copérnico DEM (GLO-30 / GLO-90)​

  • Resolução: 30 m e 90 m
  • Conjunto de dados globais de alta qualidade
  • Consistência melhorada e menos vazios que SRTM
  • Recomendado para aplicações gerais
  • Baixar: https://spacedata.copernicus.eu/

FABDEM (Floresta e edifícios removidos DEM)​

MÉRITO DEM​

USGS 3DEP (Programa de Elevação 3D)​

  • Região: Estados Unidos
  • Resolução: 1 m a 10 m (dependendo da localização)
  • Inclui DEMs derivados de LiDAR de alta resolução
  • Uma das melhores fontes para estudos baseados nos EUA
  • Baixar: https://apps.nationalmap.gov/downloader/

Dados de alta resolução (recomendado)​

Se disponíveis, LiDARs baseados em LiDAR são fortemente recomendados. Vantagens:- Resolução espacial muito alta (de submetros a alguns metros)

  • Representação precisa do terreno e microtopografia
  • Melhor representação de caminhos de fluxo, canais e características urbanas

Esses conjuntos de dados são particularmente valiosos para:

  • Modelagem de inundações urbanas
  • Pequenas bacias hidrográficas
  • Análise hidráulica detalhada

Dados LiDAR (Estados Unidos)​

Os dados LiDAR para os EUA podem ser acessados ​​através de:

Essas plataformas fornecem acesso a conjuntos de dados de elevação de alta resolução derivados de levantamentos aéreos LiDAR.​

Coordenar requisitos do sistema​

O DEM deve estar em um sistema de referência de coordenadas projetadas (CRS).

  • Coordenadas geográficas (latitude/longitude) não suportadas
  • As unidades devem estar em metros
  • Distâncias e inclinações devem ser fisicamente significativas

Todas as outras entradas raster (LULC, Solo, DTB, LAI, Albedo) devem:

  • Use o mesmo CRS
  • Têm a mesma resolução espacial
  • Compartilhe a mesma extensão espacial

Definição e mascaramento de domínio​

Na prática, os rasters de entrada podem não se sobrepor perfeitamente. HydroPol2D lida com isso:

  • Definindo um domínio comum mínimo
  • Criando uma máscara onde todos os rasters necessários são válidos
  • Restringindo simulações a este domínio consistente

Isso garante:

  • Nenhum dado faltante durante a simulação
  • Acoplamento consistente entre processos
  • Estabilidade numérica

Reamostragem e alinhamento​

Se os rasters de entrada não estiverem alinhados, HydroPol2D fornece uma opção de reamostragem. Quando o sinalizador de reamostragem é ativado:

  • O DEM é automaticamente interpolado para corresponder à grade do modelo
  • Interpolação bilinear é usada

Isso permite que os usuários:

  • Integre conjuntos de dados com diferentes resoluções
  • Evite o pré-processamento manual em software GIS

No entanto, os usuários ainda devem garantir que:

  • A reamostragem não introduz artefatos
  • A resolução permanece apropriada para a escala de simulação

Recomendações de pré-processamento​

Antes de usar um DEM, os usuários devem:

  • Verifique se há valores ausentes ou vazios
  • Remova ruídos ou artefatos
  • Garanta o alinhamento adequado com outros rasters
  • Verifique CRS e unidades
  • Avalie se é necessária suavização ou filtragem

Em alguns casos, o preenchimento ou condicionamento da depressão pode ser aplicado dependendo dos objetivos da modelagem.​

Uso de DEM vs. DSM em diferentes aplicações​

Deve-se ter cuidado ao selecionar o tipo de modelo de elevação dependendo da abordagem de modelagem. Para simulações de chuva na rede, onde a chuva é aplicada diretamente em todo o domínio, é recomendado usar um DEM de terra nua. Os Modelos Digitais de Superfície (MDS), que incluem edifícios e outras estruturas elevadas, podem introduzir inclinações e barreiras artificiais que não são consistentes com os pressupostos da formulação inercial local. As arestas dos edifícios podem gerar gradientes irrealistas que levam a um comportamento de fluxo não físico. Em contraste, para simulações fluviais conduzidas por hidrogramas de afluência nos limites do domínio, os DSMs podem ser usados ​​para representar melhor as características urbanas, desde que as profundidades simuladas da água permaneçam fisicamente consistentes e não excedam as elevações dos edifícios. Portanto:

  • Aplicações de chuva na rede → use DEM em terra nua
  • Aplicações fluviais/orientadas por limites → O DSM pode ser usado com cuidado

Resumo​

O DEM fornece a base geométrica e hidráulica das simulações HydroPol2D. Sua resolução, precisão e consistência com outras entradas influenciam diretamente o desempenho do modelo, a estabilidade numérica e o realismo físico. A seleção cuidadosa e o pré-processamento do DEM são essenciais para obter resultados de simulação confiáveis.