Use of HAND terrain descriptor for estimating flood-prone areas in river basins

O mapeamento de áreas inundáveis em uma bacia hidrográfica é fundamental para o gerenciamento do risco de inundações, estratégias mitigadoras e sistemas de previsão e alerta, entre outros benefícios. Uma abordagem para esse mapeamento é com base no descritor do terreno HAND (Height Above Nearest Drainage), derivado diretamente do Modelo Digital de Elevação (MDE), no qual cada pixel apresenta a diferença de elevação desse ponto em relação ao ponto da rede de drenagem ao qual ele se conecta. Considerando a bacia do rio Mamanguape (3.522,7 km²; Paraíba) como área de estudo, esta pesquisa adotou esse método e verificou sua aplicabilidade quanto a cinco aspectos: consideração de uma área mínima variável espacialmente para denotar o início da drenagem; impacto de considerar o MDE sem depressões; avaliação da condiçãohidrostática; efeito de incorporação de uma rede vetorial existente; análise comparativa à morfologia da bacia em termos do perfil longitudinal dos rios. Os resultados indicaram que adotar um valor uniforme de área mínima de contribuição para início da rede de drenagem é uma simplificação que deveria ser evitada, adotando-se a variação espacial de tal parâmetro, que influi no total e na distribuição espacial das áreas inundadas. Além disso, considerar o MDE sem depressões leva a maiores valores do HAND e menor área inundada (diferença variou de 3% a 99%), comparativamente ao MDE com depressões, embora apenas 3,1% dos pixels representem depressões. É recomendado considerar o MDE sem depressões, ao passo que o pré-processamento por incorporação de rede vetorial (stream burning) gera resultados incoerentes quanto à relação do HAND com o padrão morfológico representado no MDE. Concluiuse, ainda, que a estimativa de áreas inundáveis pelo HAND não garante a condição hidrostática, mas esse desacordo abrange uma região de extensão desprezível para fins práticos.The flood hazard mapping in a river basin is crucial for flooding risk management, mitigation strategies, and flood forecasting and warning systems, among other benefits. One approach for this mapping is based on the HAND (Height Above Nearest Drainage) terrain descriptor, directly derived from the Digital Elevation Model (DEM), in which each pixel represents the elevation difference of this point in relation to the river drainage network to which it is connected. Considering the Mamanguape river basin (3,522.7 km²; state of Paraíba, Brazil) as the study location, the present research applied this method and verified it as for five aspects: consideration of a spatially variable minimum drainage area for denoting the river drainage initiation; the impact of considering a depressionless DEM; evaluation of hydrostatic condition; effect of incorporating an existing river vector network; and comparative analysis of basin morphology regarding longitudinal river profiles. According to the results, adopting a uniform minimum drainage area for the river network initiation is a simplification that should be avoided, using a spatially variable approach, which influences the amount and spatial distribution of flooded areas. Additionally, considering the depressionless DEM leads to higher values of HAND and to a smaller flooded area (difference ranging between 3% and 99%), when compared with the use of DEM with depression, despite 3.1% of the pixels representing depressions. The use of the depressionless DEM is recommended, whereas the DEM pre-processing by incorporating a vector network (stream burning) generates dubious results regarding the relation between HAND and the morphological pattern presented in the DEM. Moreover, the estimation of flooded areas based on HAND does not guarantee the hydrostatic condition, but this disagreement comprises a negligible area for practical purposes