LOPES, José Wellington Batista. Modelagem hidrossedimentológica em meso-bacia do semiárido. 2013. 84 f. Dissertação (Mestrado em engenharia agrícola)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2013. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-06-23T19:38:29Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_jwblopes.pdf: 5360634 bytes, checksum: ddef6b42b7ef0773f6cc8771b3bef0ef (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2016-07-21T20:17:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_jwblopes.pdf: 5360634 bytes, checksum: ddef6b42b7ef0773f6cc8771b3bef0ef (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-21T20:17:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_jwblopes.pdf: 5360634 bytes, checksum: ddef6b42b7ef0773f6cc8771b3bef0ef (MD5) Previous issue date: 2013 / Practical problems related to water resources and the need for resolution of these was what drove the hydrological modeling, since understanding of the hydrological behavior of the basin was needed. So, this research was conducted to assess, through hydrossedimentological modeling, the behavior of a semiarid meso scale watershed as well as its water availability. The study area was the Madalena Representative Basin, Federal State of Ceará, with 124km². Rainfall, accumulated volume and sedimentation in two reservoirs were monitored. The WASA-SED (Model of Water Availability in Semi-Arid Environments Sediment Dynamics with Component) and VYELAS (Volume-Yield Elasticity) models were used in the evaluation. Some conclusions could be obtained from the results: i) Continuous monitoring of hydrological variables in watersheds of the Brazilian semiarid is necessary because the scarcity of data makes it difficult to analyze the performance of hydrological models, ii) Sedimentation measurements in reservoirs is essential for validating of sedimentological routines of model for evaluation of long periods, iii) The soil parameters are determinant in the quality of the results and details of the parameterization significantly improves the performance of the WASA model, iv) The predominance of drought scenario for the next years must affect water supply due to the low volume currently accumulated in the reservoir, v) Water availability of the strategic reservoir of the basin (Marengo reservoir) in extreme years of low rainfall, for 90% reliability yield,is 96% lower than the availability expected for regular years. / Problemas práticos relacionados aos recursos hídricos e a necessidade de resolução desses foi o que impulsionou a modelagem hidrológica, pois uma melhor compreensão do comportamento hidrológico da bacia hidrográfica se fez necessária. Assim esta pesquisa foi conduzida com o objetivo de avaliar, por meio da modelagem hidrossedimentológica, o comportamento de uma bacia hidrográfica de meso-escala no semiárido, assim como sua disponibilidade hídrica. A área foco do estudo foi a Bacia Representativa de Madalena, Ceará, com 124km². Os modelos WASA-SED (Model of Water Availability in Semi-Arid Environments with Sediment Dynamics Component) e VYELAS (Volume-Yield Elasticity) foram utilizados na avaliação. Algumas conclusões puderam ser constatadas a partir dos resultados obtidos: i) O monitoramento contínuo das variáveis hidrológicas em bacias hidrográficas do semiárido se faz necessário, pois a insuficiência de dados dificulta a análise do desempenho de modelos hidrológicos; ii) A quantificação do assoreamento em reservatórios é essencial para a validação de rotinas sedimentológicas do modelo para longos períodos de avaliação; iii) Os parâmetros do solo são determinantes na qualidade dos resultados e o detalhamento da parametrização melhora sensivelmente o desempenho do modelo WASA; iv) O predomínio do cenário de estiagem para os próximos anos compromete o abastecimento devido ao baixo volume acumulado atualmente no reservatório; v) A disponibilidade hídrica do reservatório estratégico da bacia (Marengo) em anos extremos de baixa pluviometria, para uma vazão com 90% de garantia, é 96% inferior à disponibilidade para os anos médios.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:09:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3666055 bytes, checksum: 7ce2752c773c4c2bbc3c8e1704fee6ed (MD5) Previous issue date: 2011-07-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The determination of water losses by runoff and soil is essential for understanding and quantifying the runoff-erosion processes. The use of simulated rainfall in order to obtain runoff-erosion data provides simulations under conditions that cannot always be naturally represented in the field. Thus, this study aims to evaluate the water and soil losses on erosion plots in the semiarid region of Paraíba state through simulated rainfall and runoff-erosion modeling techniques under different vegetation covers and soil moisture conditions. Thus, simulated rainfalls were performed with a mean intensity of 53 mm/h on plots installed in São João do Cariri Experimental Basin with surface cover such as native vegetation, deforested, corn and beans, which were. The simulated rainfall was applied under different soil moisture conditions, as follows: (a) dry condition with 60 min duration, (b) wet condition 24 hours after the end of the simulation in the dry condition, with 30 min duration, (c) very wet conditions 30 min after the end of the simulation in wet condition, with 30 min duration. The data of water and soil losses obtained from rainfall simulation on plots under different cover and moisture conditions were modeled using the WESP runoff-erosion model. The collected runoff-erosion data from the erosion plots showed that the runoff in all types of cover was increased according to the increasing of soil moisture. The sediment yield was higher in the dry moisture condition, because they had 60 min of duration. The values of runoff and sediment yield under wet and very wet conditions were similar in all type of surface covers. The native cover showed to be effective in protecting the soil, with very significant reductions in relation to other types of coverage. The corn and beans have showed to be ineffective to protect the soil with greater water and soil losses than those observed for the bare plots. Regarding to the runoff-erosion modeling processes on the erosion plots under different surface cover and moisture conditions, the WESP model presented excellent results when observed and simulated runoff and sediment yield data were compared. / A determinação das perdas de água e solo por escoamento superficial é essencial para o entendimento e quantificação dos processos hidrossedimentológicos. O uso de chuva simulada para a obtenção de dados hidrossedimentológicos proporciona simulações em condições que nem sempre podem ser representadas naturalmente em campo. Desta forma, o presente estudo tem como objetivo avaliar as perdas de água e solo em parcelas de erosão, na região semiárida do Estado da Paraíba, através de chuva simulada e modelagem hidrossedimentológica, sob diferentes coberturas vegetais e condições de umidade do solo. Para tanto, foram realizadas chuvas simuladas com intensidades médias de 53 mm/h em parcelas com cobertura nativa, desmatada, milho e feijão, instaladas na Bacia Experimental de São João do Cariri. As chuvas simuladas foram aplicadas variando as condições de umidade do solo, da seguinte maneira: (a) condição seca com 60 min de duração; (b) condição úmida após 24 h do término da simulação na condição seca, com 30 min de duração; (c) condição muito úmida 30 min após o término da simulação na condição úmida, com 30 min de duração. Os dados de perda de água e solo obtidos a partir de chuva simulada nas parcelas com diferentes tipos de cobertura do solo e condições de umidade foram modelados pelo modelo hidrossedimentológico WESP. Os resultados do monitoramento hidrossedimentológico nas parcelas de erosão mostraram que o escoamento superficial em todos os tipos de cobertura do solo foi maior de acordo com o aumento da umidade do solo. Já a produção de sedimentos foi maior na condição de umidade seca, por suas simulações possuírem uma duração de 60 min. Os valores dos escoamentos superficiais e produções de sedimentos das condições úmida e muito úmida foram semelhantes em todos os tipos de cobertura do solo. A cobertura nativa se mostrou eficiente na proteção do solo, apresentando reduções bastante significativas em relação aos outros tipos de cobertura. As culturas de milho e feijão se mostraram ineficientes para a proteção do solo, apresentando perdas de água e solo superiores aos observados para o solo desmatado. Em relação à modelagem dos processos hidrossedimentológicos nas parcelas de erosão com diferentes tipos de cobertura do solo e condições de umidade, o modelo WESP apresentou resultados excelentes quando comparados os valores de escoamento e produção de sedimentos observados com os calculados.

Atualmente, uma atividade que se tornou estratégica a nível nacional é o cultivo de espécies oleaginosas para o mercado alimentício e energético, em especial o plantio da palma de óleo (dendê) na região nordeste do estado do Pará, na Amazônia oriental. Esta cultura, assim como tem apresentado benefícios, como fixação do homem no campo, recuperação de áreas degradadas e redução da perda de solo, também tem apresentado riscos de ordem social e ambiental, como possíveis expropriações de terras e aumento do desmatamento e empobrecimento da diversidade ecológica. Mas se conhece pouco ainda dos impactos da expansão dessa cultura sobre o balanço hídrico e processos erosivos. Por isso, este trabalho estimou os impactos da expansão da cultura da palma de óleo na dinâmica de mudança de uso e cobertura da terra, bem como no escoamento superficial e na produção de sedimentos. Para isto, aplicou-se o modelo hidrossedimentológico Soil and Water Assessment Tool (SWAT) e o modelo de dinâmica espacial Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent (CLUES) sobre as sub-bacias não monitoradas dos rios Bujaru (SBRB) e Mariquita (SBRM), com calibração do SWAT realizada a partir da técnica de regionalização de vazão por regressão não linear e medições em campo com o molinete hidrométrico. A princípio, as equações de regressão se apresentaram eficientes nas estimativas de dados de vazão para as sub-bacias, fundamentadas no bom resultado da calibração e validação sobre as estações reais. Nas áreas de palma de óleo, o modelo foi capaz de estimar com bom grau de eficiência a evapotranspiração nestas Unidades de Resposta Hidrológica da SBRB (1089,2 mm) e da SBRM (1093,1 mm), em relação a literatura e medidas em torre de monitoramento micrometeorológico. O modelo CLUE-S foi capaz de integralizar as variáveis explanatórias com as demandas agregadas e as características de elasticidade com o objetivo de gerar cenários futuros de uso e cobertura da terra, bem como modelar a palma de óleo nas sub-bacias, identificando as variáveis biofísicas como as principais forçantes de mudança de uso e cobertura da terra. As estimativas de escoamento superficial e produção de sedimentos apontaram para uma redução na SBRB e um aumento na SBRM entre os cenários de 2008, 2013 e o cenário projetado com o CLUE-S para 2023 em especial por razão da grande variação das áreas de vegetação secundária. As áreas de Palma de Óleo tiveram menor escoamento superficial e produção de sedimentos médio mensal do período mais chuvoso em ambas sub-bacias e em todos os cenários em relação as áreas de Agricultura Geral e Pastagem. Os resultados também mostraram a boa capacidade do uso integrado dos modelos SWAT e CLUE-S na geração de dados que contribuem para a análise do impacto ambiental da expansão da palma de óleo na região nordeste do estado do Pará, sendo também importante para o planejamento e gestão ambiental rural em bacias hidrográficas não monitoradas na Amazônia Oriental, pois demonstra a eficiência do método em proporcionar o aumento dos conhecimentos do comportamento hidrológico destas bacias em relação a dinâmica espacial de uso e cobertura do solo. / Nowadays, oilseed production for food and energy has become a strategic activity at national level in Brazil, particularly oil palm crops located in the Northeast of Pará State, Eastern Amazon. Oil palm crops have shown benefits such as keeping farmers on the land, recovering degraded areas and reducing soil loss. Conversely, it may also increase social and environmental risks linked to land tenure instability and land expropriation, deforestation and biodiversity losses. In such context, there is still a lack of knowledge concerning the impacts of such crop on the local water balance and erosion processes. Thus, this research estimated the impacts of increasing oil palm crops on land use and land cover change dynamics, as well as on runoff and soil erosion processes. To do so, it was applied the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) and the spatial explicit framework Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent (CLUE-S) over two ungauged sub-basins of Bujaru (SBRB) and Mariquita (SBRM) rivers. SWAT calibration was done by the regionalization streamflow method that adopts nonlinear regression and field measurements using a current meter. Initially, regression equations were effective in streamflow data estimation for the subbasins, this was based on effective calibration and validation results upon real stations. In the oil palm crop areas, the SWAT modeling was able to successfully estimate evapotranspiration on both hydrologic response unit of SBRB (1089,2 mm) and SBRM (1093,1mm) when compared to the literature and measures in micrometeorological monitoring tower. When applying CLUE-S model it was capable to integrate explanatory variables to scenario demands and elasticity parameters determining land use/cover change. Such integration allowed modelling oil palm spatial-temporal dynamics in current and future scenario demands within the two sub-basins SBRB and SBRM, as well as the identification of biophysical variables as the core drivers of land use/cover change. Runoff and sediment yield pointed out towards a decline in SBRB and an increase in SBRM in the current scenario between 2008 and 2013, as well as in the future scenario modelled using CLUE-S land use/cover change maps for 2023, particularly because of a large variation in the dynamics of secondary vegetation between the two sub-basins. Oil palm areas had smaller monthly average runoff and sediment yield in the rainiest period in both sub-basins and in current and future scenarios regarding agriculture and pasture areas. The results also show a suitable capability of integration between SWAT and CLUE-S models when generating data that contribute to the analysis of environmental impact of oil palm expansion in the Northeast of Para State. Such contribution is also relevant to the rural environmental planning and management in ungauged river-basins in Eastern Amazon, since the results found here demonstrate the efficiency of the method in providing an improved knowledge of the hydrological behavior of these basins concerning land use and land cover changes dynamics.

Atualmente, uma atividade que se tornou estratégica a nível nacional é o cultivo de espécies oleaginosas para o mercado alimentício e energético, em especial o plantio da palma de óleo (dendê) na região nordeste do estado do Pará, na Amazônia oriental. Esta cultura, assim como tem apresentado benefícios, como fixação do homem no campo, recuperação de áreas degradadas e redução da perda de solo, também tem apresentado riscos de ordem social e ambiental, como possíveis expropriações de terras e aumento do desmatamento e empobrecimento da diversidade ecológica. Mas se conhece pouco ainda dos impactos da expansão dessa cultura sobre o balanço hídrico e processos erosivos. Por isso, este trabalho estimou os impactos da expansão da cultura da palma de óleo na dinâmica de mudança de uso e cobertura da terra, bem como no escoamento superficial e na produção de sedimentos. Para isto, aplicou-se o modelo hidrossedimentológico Soil and Water Assessment Tool (SWAT) e o modelo de dinâmica espacial Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent (CLUES) sobre as sub-bacias não monitoradas dos rios Bujaru (SBRB) e Mariquita (SBRM), com calibração do SWAT realizada a partir da técnica de regionalização de vazão por regressão não linear e medições em campo com o molinete hidrométrico. A princípio, as equações de regressão se apresentaram eficientes nas estimativas de dados de vazão para as sub-bacias, fundamentadas no bom resultado da calibração e validação sobre as estações reais. Nas áreas de palma de óleo, o modelo foi capaz de estimar com bom grau de eficiência a evapotranspiração nestas Unidades de Resposta Hidrológica da SBRB (1089,2 mm) e da SBRM (1093,1 mm), em relação a literatura e medidas em torre de monitoramento micrometeorológico. O modelo CLUE-S foi capaz de integralizar as variáveis explanatórias com as demandas agregadas e as características de elasticidade com o objetivo de gerar cenários futuros de uso e cobertura da terra, bem como modelar a palma de óleo nas sub-bacias, identificando as variáveis biofísicas como as principais forçantes de mudança de uso e cobertura da terra. As estimativas de escoamento superficial e produção de sedimentos apontaram para uma redução na SBRB e um aumento na SBRM entre os cenários de 2008, 2013 e o cenário projetado com o CLUE-S para 2023 em especial por razão da grande variação das áreas de vegetação secundária. As áreas de Palma de Óleo tiveram menor escoamento superficial e produção de sedimentos médio mensal do período mais chuvoso em ambas sub-bacias e em todos os cenários em relação as áreas de Agricultura Geral e Pastagem. Os resultados também mostraram a boa capacidade do uso integrado dos modelos SWAT e CLUE-S na geração de dados que contribuem para a análise do impacto ambiental da expansão da palma de óleo na região nordeste do estado do Pará, sendo também importante para o planejamento e gestão ambiental rural em bacias hidrográficas não monitoradas na Amazônia Oriental, pois demonstra a eficiência do método em proporcionar o aumento dos conhecimentos do comportamento hidrológico destas bacias em relação a dinâmica espacial de uso e cobertura do solo. / Nowadays, oilseed production for food and energy has become a strategic activity at national level in Brazil, particularly oil palm crops located in the Northeast of Pará State, Eastern Amazon. Oil palm crops have shown benefits such as keeping farmers on the land, recovering degraded areas and reducing soil loss. Conversely, it may also increase social and environmental risks linked to land tenure instability and land expropriation, deforestation and biodiversity losses. In such context, there is still a lack of knowledge concerning the impacts of such crop on the local water balance and erosion processes. Thus, this research estimated the impacts of increasing oil palm crops on land use and land cover change dynamics, as well as on runoff and soil erosion processes. To do so, it was applied the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) and the spatial explicit framework Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent (CLUE-S) over two ungauged sub-basins of Bujaru (SBRB) and Mariquita (SBRM) rivers. SWAT calibration was done by the regionalization streamflow method that adopts nonlinear regression and field measurements using a current meter. Initially, regression equations were effective in streamflow data estimation for the subbasins, this was based on effective calibration and validation results upon real stations. In the oil palm crop areas, the SWAT modeling was able to successfully estimate evapotranspiration on both hydrologic response unit of SBRB (1089,2 mm) and SBRM (1093,1mm) when compared to the literature and measures in micrometeorological monitoring tower. When applying CLUE-S model it was capable to integrate explanatory variables to scenario demands and elasticity parameters determining land use/cover change. Such integration allowed modelling oil palm spatial-temporal dynamics in current and future scenario demands within the two sub-basins SBRB and SBRM, as well as the identification of biophysical variables as the core drivers of land use/cover change. Runoff and sediment yield pointed out towards a decline in SBRB and an increase in SBRM in the current scenario between 2008 and 2013, as well as in the future scenario modelled using CLUE-S land use/cover change maps for 2023, particularly because of a large variation in the dynamics of secondary vegetation between the two sub-basins. Oil palm areas had smaller monthly average runoff and sediment yield in the rainiest period in both sub-basins and in current and future scenarios regarding agriculture and pasture areas. The results also show a suitable capability of integration between SWAT and CLUE-S models when generating data that contribute to the analysis of environmental impact of oil palm expansion in the Northeast of Para State. Such contribution is also relevant to the rural environmental planning and management in ungauged river-basins in Eastern Amazon, since the results found here demonstrate the efficiency of the method in providing an improved knowledge of the hydrological behavior of these basins concerning land use and land cover changes dynamics.