Made available in DSpace on 2018-08-01T22:35:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_9507_TAMÍRES PARTÉLLI CORREIA2016.pdf: 3373249 bytes, checksum: 745d9e1d9d1057a74e6d90b15125440c (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / CORREIA, Tamíres Partélli. Aplicação do modelo SWAT para simulação de cenários de uso da terra na bacia hidrográfica do Rio Jucu. 2016. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestais) Universidade Federal do Espírito Santo, Jerônimo Monteiro - ES. Orientador: Prof. Dr. Sidney Sara Zanetti. Coorientador: Prof. Dr. Roberto Avelino Cecílio. A bacia hidrográfica do rio Jucu, juntamente com a bacia do rio Santa Maria da Vitória, são responsáveis por 50% do abastecimento de água no estado do Espírito Santo, e pela produção de 11% da energia elétrica do estado, e abrigam remanescentes florestais importantes para a preservação da biodiversidade. Devido à importância dessa área para conservação e manutenção dos mananciais, faz-se necessário o uso de ferramentas que visam a otimização dos usos da terra e entendimento do comportamento da dinâmica da água na bacia hidrográfica. Entre as técnicas utilizadas para representar os processos hidrológicos, destaca-se a modelagem. Dentre os diversos modelos hidrológicos, ressalta-se o modelo SWAT (Soil and Water Assessement Tool), um modelo físico e semi-distribuído. O presente estudo teve como objetivo principal simular cenários do uso e ocupação da terra, utilizando o modelo SWAT, na bacia hidrográfica do rio Jucu, localizada no estado do Espírito Santo. Foram definidos 6 cenários para avaliar a vazão mínima, média e máxima, sendo eles: com 20% de área de floresta nativa na bacia (F20) (cenário 1); cenário 2: com 36% de área de floresta nativa na bacia (uso da terra atual) (F36); cenário 3: com 50% de área de floresta nativa na bacia (F50); cenário 4: com 100% de área de floresta nativa na bacia (F100); cenário 5: com 100% da área da bacia ocupada com cultivo de eucalipto (E100); cenário 6: com 100% da área da bacia ocupada com pastagens (P100). O modelo foi calibrado e validado para a escala diária e mensal, utilizando índices estatísticos: coeficiente de eficiência de Nash e Sutcliffe, coeficiente de eficiência de Nash e Sutcliffe modificado, coeficiente de determinação e o índice PBIAS, que indicaram o desempenho satisfatório nas fases calibração e validação do modelo. Todos os cenários comprovaram a sensibilidade do modelo às alterações de uso da terra na bacia. Para o estudo das vazões mínimas de referência (Q7,10 e Q90), que diz respeito a disponibilidade de água na bacia hidrográfica, os maiores valores foram encontrados para os cenários 4 (F100), 3 (F50), 5 (E100), 2 (F36), 1 (F20) e 6 (P100), respectivamente, em ordem decrescente. O estudo das vazões mínimas é de extrema importância para avaliar como as florestas são importantes para manter a água dentro do sistema, principalmente nos períodos secos. Já para as vazões máximas (vazões de enchentes), os maiores valores ocorreram nos cenários 6 (P100), 5 (E100), 1 (F20), 2 (F36), 3 (F50) e 4 (F100), respectivamente, também em ordem decrescente. Em relação ao cenário atual (F36), observou-se que houve aumento na vazão média nos cenários 6 (P100) e 1 (F20), e decréscimo da vazão média nos cenários 4 (F100), 3 (F50) e 5 (E100). O estudo permitiu mostrar a importância das florestas para manter uma maior regularidade dos cursos de água, associado com maiores vazões mínimas e menores vazões máximas em cenários com mais floresta, tendo ficado evidente que somente a avaliação da vazão média não é suficiente para análise do comportamento hídrico na bacia.

A expansão do cultivo de cana-de-açúcar motivada pelo aumento na demanda por etanol após lançamento da tecnologia fex fuel, resultou em grandes transformações na paisagem. O estado de São Paulo absorveu boa parte das áreas de expansão, que se instalaram em novas regiões do estado. A expansão ocorrida gera reflexões sobre os impactos ambientais negativos associados à cultura canavieira, sobretudo quanto às alterações no regime hidrossedimentológico das bacias hidrográficas. Neste contexto o presente estudo buscou avaliar a influência da expansão do cultivo da cana de açúcar sobre os aspectos hidrossedimentológicos (taxa de escorrimento superficial e produção de sedimento) em uma região onde houve um aumento significativo desta cultura. O local de estudo é a microbacia do córrego Cana do Reino, localizada no município de Votuporanga – SP. A avaliação se deu por meio de um comparativo entre as taxas de escorrimento e da produção de sedimentos para os cenários antes do período de expansão do cultivo desta cultura (2005) e após a expansão (2014), utilizando o Modelo SWAT. As simulações das vazões médias mensais apresentaram resultados satisfatórios após a calibração. Nesta etapa obtiveram-se valores para os coeficientes de eficiência de Nash-Sutcliffe (NSE), coeficiente de determinação (R²) e percentual de tendências (PBIAS) de respectivamente, 0,85, 0,82 e -1,5. Na validação observou-se valores de NSE, R² e PBIAS, iguais a 0,76, 0,81 e -9,0, respectivamente. Nas simulações contatou-se que as taxas médias de escorrimento superficial e produção de sedimentos para o cenário de 2005 foram de 44 mm e 2,6 ton.ha-1.ano-1. Para o cenário de 2014 obteve-se 70 mm e 4,5 ton.ha-1.ano-1. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que o Modelo SWAT demonstrou-se satisfatório para a análise comparativa entre os cenários. / The expansion of sugar cane cultivation motivated by the increased demand for ethanol after the launching of the fex fuel technology has resulted in major changes in the landscape. São Paulo state has absorbed many of the expansion areas settled in new regions. Such an expansion has given rise to reflections on the negative environmental impacts associated with sugarcane crop, especially regarding changes in the hydrosedimentological regime of river basins. The present study evaluates the influence of the expansion of sugar cane cultivation on hydrosedimentological aspects (rate of runoff and sediment production) in a region of significant increase in this culture. The study site is Cana do Reino watershed, located in Votuporanga city – SP. The evaluation was conducted through a comparison between the runoff rates and sediment yield for the scenarios before (2005) and after their expansion (2014) and based on SWAT model. Simulations of monthly average flow rates showed satisfactory results after calibration. Values of 0.85, 0.82 and -1.5 were obtained for the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE), coefficient of determination (R²) and percentage of trends (PBIAS), respectively. The validation showed values of NSE, R² and PBIAS of 0.76, 0.81 and -9.0, respectively. The simulations revealed the average rates of runoff and sediment yield for the 2005 scenario were 44 mm and 2.6 ton.ha-1.ano-1, whereas values of 70 mm and 4.5 ton.ha-1.ano-1 were obtained for the 2014 scenario. According to the results, SWAT model proved satisfactory for a comparative analysis between the scenarios.

Submitted by Nivaldo Carleto null (nivaldo.carleto@fatectq.edu.br) on 2016-06-20T16:52:44Z No. of bitstreams: 1 TESE-NIVALDO CARLETO-JUNHO-2016-VERSÃO FINAL.pdf: 5994341 bytes, checksum: 0eb3de1f968890a8c3dd0c412701126f (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-06-23T14:03:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 carleto_n_dr_jabo.pdf: 5994341 bytes, checksum: 0eb3de1f968890a8c3dd0c412701126f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-23T14:03:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 carleto_n_dr_jabo.pdf: 5994341 bytes, checksum: 0eb3de1f968890a8c3dd0c412701126f (MD5) Previous issue date: 2016-06-09 / No Brasil, as Estações Meteorológicas Automáticas (EMA) vêm sendo utilizadas no setor agrícola, em universidades e institutos de pesquisa. Porém, é fundamental garantir a confiabilidade dos dados meteorológicos coletados pelos sensores destas estações. Diante disso, objetivou-se neste trabalho verificar a influência da integridade dos dados (velocidade do vento, radiação solar, temperatura e umidade do ar e precipitação pluviométrica) sobre os parâmetros hidrológicos da Bacia Hidrográfica do Córrego Rico/SP utilizando o modelo SWAT. Os dados foram obtidos por três estações meteorológicas automáticas; uma da Campbell Scientific e outra da Davis Instruments instaladas no Departamento de Engenharia Rural da FCAV/UNESP (Câmpus de Jaboticabal/SP) e uma outra do Sistema Integrado de Dados Ambientais (SINDA) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), localizada próxima ao Departamento de Ciências Exatas da FCAV/UNESP. Foram aplicadas técnicas para verificar a integridade dos dados destas estações e o modelo SWAT para analisar os parâmetros hidrológicos da Bacia Hidrográfica do Córrego Rico/SP. De acordo com os resultados, verificou-se que os dados dos sensores de precipitação, de velocidade do vento, de umidade relativa do ar e de radiação solar da EMA do SINDA/INPE não foram aceitáveis devido à falta de calibração, manutenção e inspeção da estação. Como consequência, houve diferenças significativas nos parâmetros hidrológicos de saída do modelo SWAT, o que compromete o planejamento e a gestão de recursos hídricos e naturais. / In Brazil, Automatic Weather Stations (EMA) have been used in the agricultural sector, universities and research institutes. However, it is essential to ensure the reliability of meteorological data collected by the sensors of these stations. The research objective of this study was to investigate the influence of data integrity (wind speed, solar radiation, temperature and humidity and precipitation) on the hydrological parameters Basin Stream Rico/SP using the SWAT model. The data were obtained for three automatic weather stations; one of Campbell Scientific and another from Davis Instruments installed in the Department of Rural Engineering FCAV/UNESP (Jaboticabal/SP Campus) and another of the Integrated Environmental Data (SINDA) of the National Institute for Space Research (INPE), located near the Department of Exact Sciences FCAV/UNESP. Techniques were applied to verify the integrity of the data from these stations and the SWAT model to analyze the hydrological parameters Basin Stream Rico/SP. According to the results, it was found that the data precipitation sensors, wind speed, relative air humidity, and solar radiation EMA SINDA/INPE were not acceptable due to lack of calibration, maintenance and inspection season. As a result, there were significant differences in the output parameters of the SWAT hydrologic model, which undertakes the planning and management of water and natural resources.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-13T17:34:56Z No. of bitstreams: 1 FRANCISCO MIQUÉIAS SOUSA NUNES – DISSERTAÇÃO (PPGECA) 2018.pdf: 6096167 bytes, checksum: 209e0b24de3463f67f79ee188f4a1bc5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-13T17:34:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FRANCISCO MIQUÉIAS SOUSA NUNES – DISSERTAÇÃO (PPGECA) 2018.pdf: 6096167 bytes, checksum: 209e0b24de3463f67f79ee188f4a1bc5 (MD5) Previous issue date: 2018-02 / Capes / O crescimento populacional desordenado juntamente com a intensificação das atividades humanas estão acelerando as modificações dos ecossistemas naturais acarretando vários problemas ambientais, em particular , aos recursos hídricos. A necessidade da humanidade por esse recurso vem crescendo de forma rápida e incompatível com a capacidade de recuperação da natureza, causando a escassez e prejuízo na sua qualidade. Além disso, as diversas finalidades para as quais esses recursos são utilizados têm gerado um grande número de conflitos do uso e também degradação qualitativa e quantitativa dos corpos hídricos.No semiárido brasileiro, a situação de escassez hídrica compromete o desenvolvimento econômico e social da região. Assim, torna-se necessário desenvolver ferramentas adequadas para apoiar a tomada de decisão quanto ao uso dos recursos hídricos. Alterações no uso e na ocupação do solo afetam o comportamento do escoamento superficial, e a análise das tendências na vazão dos cursos d’água é importante para o planejamento do uso dos recursos hídricos e do solo. As variações no regime pluviométrico devido às mudanças climáticas também afetam a disponibilidade hídrica nas bacias hidrográficas.Este trabalho tem por objetivomodelar os processos de geração de escoamento superficial, erosão do solo e a recarga potencial subterrânea na bacia do Rio Sucuru a jusante da barragem de Sumé-PB utilizando o modelo SWAT. Foram utilizados dados de precipitação, temperatura, do período de 1994 a 2015, além de mapas de tipos de solo, uso e ocupação do solo com as mudanças observadas no período.Os parâmetros CANMAX, GWQMN, GW_REVAP, ESCO, EPCO e CN foram identificados como os mais influentes sobre o processo de geração de escoamento superficial. O valor do parâmetro GWQMN foi fixado em 2000 mm, pois nenhuma sondagem realizada na bacia indica uma profundidade do solo maior que 2,0 m. Os parâmetros CANMX, ESCO, EPCO e CN se mostraram muito influentes, pois qualquer pequena alteração para mais ou para menos, provocava uma superestimação e/ou subestimação da lâmina escoada, necessitando assim de muitas tentativas antes de obter seus valores finais. Os resultados demosntram a eficiência do modelo SWAT em quantificar e avaliar comparativamente os processos hidrossedimentologicos na região do cariri paraibano. A contribuição deste trabalho se dá pela formulação de uma metodologia para a realização de estudos hidrossedimentologicos em regiões onde não existem dados de escoamento superficial ou de produção de sedimento pela erosão. / Disorganized population growth coupled with the intensification of human activities is accelerating changes in natural ecosystems, leading to a number of environmental problems, in particular water resources. The need of mankind for this resource has been growing rapidly and incompatible with nature's capacity for recovery, causing scarcity and damage in its quality. In addition, the various purposes for which these resources are used have generated a large number of use conflicts and also qualitative and quantitative degradation of water bodies. In the Brazilian semi-arid, the situation of water scarcity compromises the economic and social development of the region. Thus, it is necessary to develop adequate tools to support the decision making regarding the use of water resources. Changes in soil use and occupation affect the behavior of surface runoff, and the analysis of trends in water flow is important for planning the use of water resources and soil. Variations in pluviometric regime due to climate change also affect water availability in river basins. This work aims to model the processes of generation of runoff, soil erosion and potential underground recharge in the Sucuru River basin downstream of the Sumé-PB dam using the SWAT model. Precipitation and temperature data were used from 1994 to 2015, as well as maps of soil types, land use and occupation with changes observed in the period. The parameters CANMAX, GWQMN, GW_REVAP, ESCO, EPCO and CN were identified as the most influential on the process of generation of surface runoff. The value of the GWQMN parameter was set at 2000 mm, since no survey conducted in the basin indicates a soil depth greater than 2.0 m. The parameters CANMX, ESCO, EPCO and CN were very influential, because any small changes for more or less, caused an overestimation and / or underestimation of the drained sheet, thus requiring many attempts before obtaining their final values. The results demonstrate the efficiency of the SWAT model in quantifying and comparing the hydrosedimentological processes in the Paraíba region. The contribution of this work is given by the formulation of a methodology for the realization of hydrosedimentological studies in regions where there is no data of surface runoff or sediment production.

A expansão do cultivo de cana-de-açúcar motivada pelo aumento na demanda por etanol após lançamento da tecnologia fex fuel, resultou em grandes transformações na paisagem. O estado de São Paulo absorveu boa parte das áreas de expansão, que se instalaram em novas regiões do estado. A expansão ocorrida gera reflexões sobre os impactos ambientais negativos associados à cultura canavieira, sobretudo quanto às alterações no regime hidrossedimentológico das bacias hidrográficas. Neste contexto o presente estudo buscou avaliar a influência da expansão do cultivo da cana de açúcar sobre os aspectos hidrossedimentológicos (taxa de escorrimento superficial e produção de sedimento) em uma região onde houve um aumento significativo desta cultura. O local de estudo é a microbacia do córrego Cana do Reino, localizada no município de Votuporanga – SP. A avaliação se deu por meio de um comparativo entre as taxas de escorrimento e da produção de sedimentos para os cenários antes do período de expansão do cultivo desta cultura (2005) e após a expansão (2014), utilizando o Modelo SWAT. As simulações das vazões médias mensais apresentaram resultados satisfatórios após a calibração. Nesta etapa obtiveram-se valores para os coeficientes de eficiência de Nash-Sutcliffe (NSE), coeficiente de determinação (R²) e percentual de tendências (PBIAS) de respectivamente, 0,85, 0,82 e -1,5. Na validação observou-se valores de NSE, R² e PBIAS, iguais a 0,76, 0,81 e -9,0, respectivamente. Nas simulações contatou-se que as taxas médias de escorrimento superficial e produção de sedimentos para o cenário de 2005 foram de 44 mm e 2,6 ton.ha-1.ano-1. Para o cenário de 2014 obteve-se 70 mm e 4,5 ton.ha-1.ano-1. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que o Modelo SWAT demonstrou-se satisfatório para a análise comparativa entre os cenários. / The expansion of sugar cane cultivation motivated by the increased demand for ethanol after the launching of the fex fuel technology has resulted in major changes in the landscape. São Paulo state has absorbed many of the expansion areas settled in new regions. Such an expansion has given rise to reflections on the negative environmental impacts associated with sugarcane crop, especially regarding changes in the hydrosedimentological regime of river basins. The present study evaluates the influence of the expansion of sugar cane cultivation on hydrosedimentological aspects (rate of runoff and sediment production) in a region of significant increase in this culture. The study site is Cana do Reino watershed, located in Votuporanga city – SP. The evaluation was conducted through a comparison between the runoff rates and sediment yield for the scenarios before (2005) and after their expansion (2014) and based on SWAT model. Simulations of monthly average flow rates showed satisfactory results after calibration. Values of 0.85, 0.82 and -1.5 were obtained for the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE), coefficient of determination (R²) and percentage of trends (PBIAS), respectively. The validation showed values of NSE, R² and PBIAS of 0.76, 0.81 and -9.0, respectively. The simulations revealed the average rates of runoff and sediment yield for the 2005 scenario were 44 mm and 2.6 ton.ha-1.ano-1, whereas values of 70 mm and 4.5 ton.ha-1.ano-1 were obtained for the 2014 scenario. According to the results, SWAT model proved satisfactory for a comparative analysis between the scenarios.

A degradação ambiental do Noroeste do Estado do Rio de Janeiro tem se intensificado nas últimas décadas devido às práticas agrícolas não preservacionistas. Esta situação, que decorre do uso inadequado do solo, tem implicado em mudanças na oferta hídrica em grau variável nos municípios da região com prejuízos econômicos nas atividades dos pequenos e médios proprietários rurais e na qualidade de vida. A abordagem para enfrentar problemas deste tipo depende da participação efetiva das instâncias de governo e dos órgãos responsáveis pela gestão dos recursos hídricos. No âmbito da hidrologia os modelos hidrológicos com base no uso e ocupação do solo são ferramentas que podem auxiliar com ótimo custo e benefício a geração de informações em bacias hidrográficas, instrumentadas ou não. Os modelos são úteis ao planejamento e à tomada de decisão por possibilitarem a previsão de vazões e simulação de cenários sobre o uso do solo e qualidade da água. Neste sentido, o presente estudo pretende dar sua contribuição ao avaliar a adequabilidade do modelo SWAT simular o processo chuva-vazão na microbacia experimental de Santa Maria e Cambiocó, com 13,5 km2, localizada na região hidrográfica do rio Muriaé, afluente do rio Paraíba do Sul. O SWAT tem sido empregado em bacias agrícolas nos EUA, na Europa e, atualmente, na China, sudeste asiático e Irã, entre outros países, e na última década maior inserção no meio acadêmico brasileiro. A versão 2005 do modelo foi utilizada por meio da sua interface SIG para simular as vazões médias diárias com base na precipitação medida no intervalo de 15 minutos no período de 2005/2006. As vazões simuladas foram comparadas com as vazões observadas no exutório da microbacia. Foram testadas as ferramentas de análise de sensibilidade e autocalibração. O método de calibração manual foi usado para o ajuste por tentativa e erro. Os parâmetros ajustados corresponderam ao CN2 e ESCO. Os valores obtidos na calibração para os coeficientes estatísticos R2, NSE, PBIAS e RSR foram 0,80, 0,80, 7,02 e 0,45, respectivamente, indicando escore muito bom, o que foi confirmado pela inspeção dos hidrogramas. As saídas validadas para período diferente da calibração forneceram para os mesmos coeficientes os valores 0,84, 0,80, 25,92 e 0,44. Os dois primeiros, com escore muito bom. O valor de PBIAS, no limite do satisfatório, e RSR, muito bom. O desempenho permitiu concluir que a simulação com o SWAT foi adequada. Em relação às pesquisas que têm sido realizadas no Brasil os valores obtidos para os indicadores foram semelhantes, indicando a capacidade do modelo para novos estudos nesta microbacia que considerem os usos consuntivos e cenários de uso do solo. / The environmental degradation in the Northwest region of the State of Rio de Janeiro has intensified in the last decades due to no preservationist agricultural practices. This arises from inappropriate land use that has been associated to changes in water supply to a varying extent in the Regions municipalities. These, has leaded to economic losses in the activities of small and medium rural homeowners, and quality of life decaying. The approach to address such problems depends on the active participation of government bodies and agencies responsible for water resources management. Hydrological simulation models can assist with great value and benefit to the generation of information in basins, instrumented or not. Models are useful for planning and decision making as they allow the discharges forecasting and simulation scenarios on land use and water quality. In this context, the study aims to make a contribution to assess the suitability of the rainfall-runoff component of the SWAT model in the Santa Maria and Cambiocó catchment, with 13.5 km2, located in Muriaés river basin, a tributary of the Paraíba do Suls river basin. SWAT has been employed in agricultural basins in the U.S., Europe, and currently in China, Southeast Asia and Iran, among other countries, and had in the last decade greater insertion in the Brazilian academia. The 2005 version of the model was used through its GIS interface to simulate the daily mean discharges based on rainfall measured at 15 minute intervals from 2005/2006. Simulated and observed discharges at catchments outlet gage station have been compared. Tools for sensitivity analysis and calibration were tested. Manual calibration adjustment was conducted with CN2 and ESCO parameters. The values obtained by calibration for the statistical coefficients R2, NSE, PBIAS and RSR were 0.80, 0.80, 7.02 and 0.45, respectively, indicating "very good" score. This was confirmed by inspection of hydrographs. The validation period for the different outputs provided the coefficients 0.84, 0.80, 25.92 and 0.44. The R2 and NSE matched a very good score. The PBIAS was at the limit of satisfactory and RSR, very good. The results showed that SWAT simulations were appropriate comparing with others studies in Brazil. The model can be recommended for further studies in this catchment for modeling consumptive uses and land use scenarios.

A degradação ambiental do Noroeste do Estado do Rio de Janeiro tem se intensificado nas últimas décadas devido às práticas agrícolas não preservacionistas. Esta situação, que decorre do uso inadequado do solo, tem implicado em mudanças na oferta hídrica em grau variável nos municípios da região com prejuízos econômicos nas atividades dos pequenos e médios proprietários rurais e na qualidade de vida. A abordagem para enfrentar problemas deste tipo depende da participação efetiva das instâncias de governo e dos órgãos responsáveis pela gestão dos recursos hídricos. No âmbito da hidrologia os modelos hidrológicos com base no uso e ocupação do solo são ferramentas que podem auxiliar com ótimo custo e benefício a geração de informações em bacias hidrográficas, instrumentadas ou não. Os modelos são úteis ao planejamento e à tomada de decisão por possibilitarem a previsão de vazões e simulação de cenários sobre o uso do solo e qualidade da água. Neste sentido, o presente estudo pretende dar sua contribuição ao avaliar a adequabilidade do modelo SWAT simular o processo chuva-vazão na microbacia experimental de Santa Maria e Cambiocó, com 13,5 km2, localizada na região hidrográfica do rio Muriaé, afluente do rio Paraíba do Sul. O SWAT tem sido empregado em bacias agrícolas nos EUA, na Europa e, atualmente, na China, sudeste asiático e Irã, entre outros países, e na última década maior inserção no meio acadêmico brasileiro. A versão 2005 do modelo foi utilizada por meio da sua interface SIG para simular as vazões médias diárias com base na precipitação medida no intervalo de 15 minutos no período de 2005/2006. As vazões simuladas foram comparadas com as vazões observadas no exutório da microbacia. Foram testadas as ferramentas de análise de sensibilidade e autocalibração. O método de calibração manual foi usado para o ajuste por tentativa e erro. Os parâmetros ajustados corresponderam ao CN2 e ESCO. Os valores obtidos na calibração para os coeficientes estatísticos R2, NSE, PBIAS e RSR foram 0,80, 0,80, 7,02 e 0,45, respectivamente, indicando escore muito bom, o que foi confirmado pela inspeção dos hidrogramas. As saídas validadas para período diferente da calibração forneceram para os mesmos coeficientes os valores 0,84, 0,80, 25,92 e 0,44. Os dois primeiros, com escore muito bom. O valor de PBIAS, no limite do satisfatório, e RSR, muito bom. O desempenho permitiu concluir que a simulação com o SWAT foi adequada. Em relação às pesquisas que têm sido realizadas no Brasil os valores obtidos para os indicadores foram semelhantes, indicando a capacidade do modelo para novos estudos nesta microbacia que considerem os usos consuntivos e cenários de uso do solo. / The environmental degradation in the Northwest region of the State of Rio de Janeiro has intensified in the last decades due to no preservationist agricultural practices. This arises from inappropriate land use that has been associated to changes in water supply to a varying extent in the Regions municipalities. These, has leaded to economic losses in the activities of small and medium rural homeowners, and quality of life decaying. The approach to address such problems depends on the active participation of government bodies and agencies responsible for water resources management. Hydrological simulation models can assist with great value and benefit to the generation of information in basins, instrumented or not. Models are useful for planning and decision making as they allow the discharges forecasting and simulation scenarios on land use and water quality. In this context, the study aims to make a contribution to assess the suitability of the rainfall-runoff component of the SWAT model in the Santa Maria and Cambiocó catchment, with 13.5 km2, located in Muriaés river basin, a tributary of the Paraíba do Suls river basin. SWAT has been employed in agricultural basins in the U.S., Europe, and currently in China, Southeast Asia and Iran, among other countries, and had in the last decade greater insertion in the Brazilian academia. The 2005 version of the model was used through its GIS interface to simulate the daily mean discharges based on rainfall measured at 15 minute intervals from 2005/2006. Simulated and observed discharges at catchments outlet gage station have been compared. Tools for sensitivity analysis and calibration were tested. Manual calibration adjustment was conducted with CN2 and ESCO parameters. The values obtained by calibration for the statistical coefficients R2, NSE, PBIAS and RSR were 0.80, 0.80, 7.02 and 0.45, respectively, indicating "very good" score. This was confirmed by inspection of hydrographs. The validation period for the different outputs provided the coefficients 0.84, 0.80, 25.92 and 0.44. The R2 and NSE matched a very good score. The PBIAS was at the limit of satisfactory and RSR, very good. The results showed that SWAT simulations were appropriate comparing with others studies in Brazil. The model can be recommended for further studies in this catchment for modeling consumptive uses and land use scenarios.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-15T11:43:49Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese_Jose_Yure_dos_Santos.pdf: 6049746 bytes, checksum: d533bc6b66a0573fffd96f9b53e94460 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-15T11:43:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese_Jose_Yure_dos_Santos.pdf: 6049746 bytes, checksum: d533bc6b66a0573fffd96f9b53e94460 (MD5) Previous issue date: 2015-12-09 / FACEPE / Este estudo teve por objetivo realizar uma analise espaço-temporal dos processos hidrossedimentológicos na Bacia do Rio Tapacurá, localizada no Estado de Pernambuco, Nordeste brasileiro, mediante utilização de um modelo hidrossedimentológico integrado ao SIG e diferentes cenários de clima e uso do solo. Para a modelagem dos processos hidrossedimentológicos da bacia, foi utilizado o modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT), além de dados de clima, elevação, mapas e dados de uso e tipos de solo. O modelo SWAT foi utilizado para analisar os processos hidrossedimentológico (escoamento superficial, vazão, propagação e produção de sedimentos) em diferentes condições de clima e uso do solo: (i) condições atuais (período de 1995−2012); (ii) condições da década de 1970 (período de 1967−1974); e (iii) cenários futuros. Para avaliar os cenários futuros, foram utilizados dados previstos pelo modelo Eta−HadGEM para os cenários RCP 4.5 e RCP 8.5, nos períodos de 2011−2040, 2041−2070 e 2071−2099, além de duas condições distintas de uso e ocupação do solo: (a) uso do solo de 2001; (b) alterações hipotéticas (intensificação da monocultura de cana-de-açúcar, expansão de áreas urbanas e supressão de áreas de vegetação nativa). O modelo foi calibrado e validado usando dados observados de vazão, e a produção de sedimentos foi verificada usando dados disponíveis na seção sedimentométrica do Rio Tapacurá. A modelagem da Bacia do Rio Tapacurá, pelo modelo SWAT, apresentou bons resultados, com valores de R², NSE e PBIAS satisfatórios, tanto na fase de calibração e validação da vazão, quanto na verificação da produção de sedimentos. Na análise das alterações ocorridas no uso e ocupação do solo da Bacia do Rio Tapacurá, constatou-se que ocorreu uma acentuada alteração no uso e ocupação do solo, quando comparados os cenários de uso e ocupação do solo da década de 1970 e o cenário do período de 1995−2012. A vegetação nativa foi suprimida consideravelmente da bacia, para dar lugar às atividades agrícolas e pecuárias, com destaque para a expansão da monocultura da cana-de-açúcar, o que ocasionou uma produção de sedimentos maior no cenário de 1995−2012. Com relação à simulação de cenários futuros de alterações no clima e uso do solo, a produção de sedimentos estimada foi maior para o cenário de alterações hipotéticas de uso do solo e o cenário RCP 8.5 de mudanças climáticas. Quando comparada ao período base (1995−2012), a produção de sedimentos é superior em ambos os cenários de uso e ocupação do solo e mudanças climáticas. Em relação ao reservatório da Barragem de Tapacurá, de acordo com as projeções futuras, haveria uma potencialização da vazão e carreamento de sedimentos. / This study aimed to carry out a spatio-temporal analysis of runoff-erosion processes in the Tapacurá River basin, Pernambuco state, northeastern Brazil, by means of a runoff-erosion model integrated to the GIS and using different scenarios of climate and land use. For the modeling of basin runoff-erosion process, the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was used in addition to climate data, elevation, maps and data use and soil types. The SWAT model was used to analyze the runoff-erosion process (surface runoff, flow, propagation and sediment yield) under different conditions of climate and land use: (i) current conditions (1995−2012 period); (ii) conditions of 1970’s decade (1967−1974 period); and (iii) future scenarios. To assess the future scenarios, data provided by the Eta-HadGEM model for RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios were used for the periods 2011−2040, 2041−2070 and 2071−2099, as well as two distinct conditions of land use and occupation: (a) land use 2001; (b) hypothetical changes (intensification of monoculture of sugarcane, expansion of urban areas and suppression of native vegetation areas). The model was calibrated and validated using observed flow data, and the sediment yield was verified using data available in sediment station at Tapacurá River. The Tapacurá river basin modelling, using the SWAT model, showed good results with satisfactory values of R², NSE and PBIAS as for the calibration and validation of the flow, as well for the verification of the sediment yield. In the analysis of changes in the land use and occupation within Tapacurá River Basin, it was found that there was a marked change in land use and occupation, when compared to the land use and occupation scenarios of 1970 and the scenario of 1995−2012. The basin native vegetation was considerably suppressed for agricultural and livestock activities, especially for the expansion of sugarcane monoculture, which caused greater sediment yield in the 1995−2012 scenario. Regarding the simulation of future scenarios of climate and land use changes, the estimated sediment yield was higher for the scenario of hypothetical changes in land use and the climate change RCP 8.5 scenario. Compared to the baseline scenario (1995−2012), the sediment yield is greater for both land use and occupation scenarios and climate changes. Regarding the Tapacurá reservoir, according to the future projections, there would be an enhancement of runoff and sediment yield.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Areas under intensive tobacco crop cultivation have been impacting the water balance and increasing soil erosion in Southern Brazil. Application of large amounts of mineral fertilizers, higher than the tobacco requirement, contributes to excessive phosphorus loads in soil and water bodies. The assessment of potential environmental impacts due to changes in land use and management practices is necessary to achieve the sustainable management of natural resources such as soil and water. In this study the hydrological processes, the sediment yield and the phosphorus transfer in the Arroio Lino watershed were evaluated by using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. The small watershed (4.18 km2 ) is located in Southern Brazil and its main land use is tobacco crop under conventional tillage. Measured streamflow and sediment yield at the watershed outlet were used for model streamflow sensitivity analysis, calibration and validation. Phosphorus loads at four sub-watersheds (A1, A2, B, C) and at the watershed outlet were used for model sensitivity analysis and calibration. A Latin Hypercube (LH) and One-factor- At-a-Time (OAT) sensitivity analysis was performed on input variables. Model calibration was performed with the Shuffled Complex Evolution Algorithm-Uncertainty Analysis (SCE-UA). Time series plots and standard statistical measures were used to verify model predictions. Adaptations of the model parameters for the reality of the region in which the watershed is located were made during the calibration and validation of the model. The predicted monthly streamflow matched the observed values, with a Nash Sutcliffe coefficient (NSE) of 0.87 for calibration and 0.76 for validation. In an attempt to account for sediment transport and deposition processes across the landscape, the SWAT model was modified to simulate landscape sediment transport capacity. The new deposition routine performed better during calibration (NSE of 0.70) than SWAT standard version (NSE of -0.14) in the studied watershed. The modified model provided reasonable simulations of sediment transport across the landscape positions. The results suggest that the integration of the sediment deposition routine in SWAT increases model predictions accuracy in steeper areas, while at the same time significantly improves the ability to predict spatial distribution of sediment deposition areas. The predicted P loads are in the order of magnitude of the measured ones, however, the model failed to predict the P loads in three sub-watersheds (A1, A2 and B). Although occupying only 29% of the total land cover, cropland is the primary source of nutrients in the watershed (80%). After calibration of streamflow, sediment yield and phosphorus loads, the simulation of distinct management scenarios was done for the Arroio Lino watershed. Three scenarios of management practices: conventional tillage (CT), minimum tillage (MT) and no-tillage cultivation (NT) with reduction of 50% of fertilizer rate application were tested over a period of 30 years. No-tillage practices did not significantly affect water yield, but greatly affected sediment yield due to reduction of soil erosion. The soluble phosphorus losses decreased mainly when the fertilizer doses decreased. The simulation results suggest that conventional tillage practices should be replaced by less intensive tillage practices in order to minimize environmental impacts caused by a single land use. / Áreas com culturas de tabaco cultivadas intensivamente, no sul do Brasil, vêm afetando a qualidade da água e aumentando a erosão do solo nesta região. A aplicação de grandes quantidades de fertilizantes minerais, maiores do que a exigência da cultura, contribui para a excessiva carga de fósforo nos solos e corpos d'água. A avaliação dos impactos potenciais das mudanças no uso e manejo do solo é fundamental para propiciar uma gestão sustentável dos recursos naturais como solo e água. Neste estudo foram avaliados os processos hidrológicos, a produção de sedimentos e a transferência de fósforo na bacia hidrográfica do Arroio Lino, por meio do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT). A pequena bacia (4,18 km2 ) localiza-se no sul do Brasil e seu principal uso da terra é a cultura de fumo sob plantio convencional. As vazões e a produção de sedimentos medidos no exutório da bacia foram utilizadas para análise de sensibilidade, calibração e validação dos parâmetros do modelo. Cargas de fósforo em quatro sub-bacias (A1, A2, B, C) e no exutório foram utilizados para a análise de sensibilidade e calibração do modelo. A análise de sensibilidade foi feita com o uso de um algoritmo que combina as técnicas de Hipercubo Latino (LH) e One-factor-At-a-Time (OAT). A calibração foi realizada com o algoritmo Shuffled Complex Evolution (SCE-UA). Análises gráficas e medidas estatísticas foram utilizadas para verificar as previsões do modelo. Adaptações nos parâmetros do modelo foram feitas durante as etapas de calibração e validação, tendo em vista a realidade da região em que a bacia está localizada. Na simulação de vazões mensais obtiveram-se valores do índice de eficiência de Nash e Sutcliffe (NSE) de 0,87 na calibração e 0,76 na validação. Com o intuito de representar melhor os processos de deposição de sedimentos nas encostas, o modelo SWAT foi modificado com a incorporação de um termo de capacidade de transporte de sedimentos na paisagem. Com a nova rotina de sedimentos obteve-se um melhor desempenho durante a calibração (NSE de 0,70) em relação ao modelo SWAT original (NSE de -0,14). As simulações com o modelo modificado foram satisfatórias para o transporte de sedimentos em diferentes posições da paisagem. Os resultados sugerem que a integração da rotina de deposição de sedimentos no SWAT aumenta a precisão do modelo de previsões em áreas mais íngremes e, ao mesmo tempo, melhora significativamente a capacidade de prever a distribuição espacial das áreas de deposição de sedimentos. As previsões de cargas de fósforo foram na ordem de grandeza das cargas medidas; no entanto, o modelo não conseguiu prever satisfatoriamente as cargas de fósforo em três sub-bacias (A1, A2 e B). Apesar das lavouras ocuparem apenas 29% da área total da bacia, de acordo com a simulação elas são a principal fonte de nutrientes na bacia hidrográfica (80%). Após a calibração da vazão, da produção de sedimentos e de fósforo, foi realizada a simulação de cenários de manejo do solo na bacia hidrográfica do Arroio Lino. Três cenários de práticas de manejo: preparo convencional (PC), cultivo mínimo (CM) e plantio direto de cultivo (NT) com redução de 50% da taxa de aplicação de fertilizantes foram testados durante um período de 30 anos. A prática de plantio direto não afetou significativamente o escoamento, no entanto afetou fortemente a produção de sedimentos devido à redução da erosão do solo. Houve redução das perdas de fósforo principalmente devido à redução das doses de fertilizantes. Os resultados indicam que as práticas de preparo convencional do solo deveriam ser substituídas por práticas de cultivo mínimo ou direto, a fim de minimizar os impactos ambientais causados por um determinado uso do solo.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-09-19T19:31:31Z No. of bitstreams: 1 EDIVALDO AFONSO DE OLIVEIRA SERRÃO – DISSERTAÇÃO (PPGMet) 2018.pdf: 5221512 bytes, checksum: 0bb1b4ee7c18b4cae80a1e0ca7a742f9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-19T19:31:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EDIVALDO AFONSO DE OLIVEIRA SERRÃO – DISSERTAÇÃO (PPGMet) 2018.pdf: 5221512 bytes, checksum: 0bb1b4ee7c18b4cae80a1e0ca7a742f9 (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / CNPq / A bacia amazônica representa a maior extensão de florestas tropicais da Terra, exercendo significativa influência no clima local e global devido aos fluxos de energia e água na atmosfera. Exerce um papel importante no sequestro de carbono, bem como na emissão de água para a atmosfera que é fundamental na manutenção da própria floresta. Vários modelos hidrológicos têm sido aplicados para os biomas do Brasil, desde bases conceituais até a inserção dos SIG’s desenvolvendo os modelos distribuídos de base física. Dentre estes, o Soil and Water Assessment Tool – SWAT é um modelo hidrológico para grandes bacias e foi desenvolvido para simular processos que ocorrem em uma bacia hidrográfica. O objetivo desse trabalho foi utilizar o modelo SWAT para simular a vazão fluvial, alguns processos hidrológicos e risco de erosão da bacia hidrográfica do rio Itacaiúnas, sudeste do Estado do Pará, bem como sua calibração e validação do modelo para a bacia de estudo. Para isto foram necessários dados de uso e ocupação do solo, tipos de solo, declividade. Bem como dados climáticos e fluviométricos de precipitação, temperatura, vento, umidade relativa, radiação solar e vazão fluvial. Os resultados demostraram que para a análise do risco de erosão para a bacia hidrográfica do rio Itacaiúnas foi constatado que ás áreas de maior risco para erosão, foram ás regiões de maior altitude com solos de fácil degradação e com uma dinâmica de uso de solo elevada, sendo estas na jusante da bacia e na porção sul do município de Marabá. Na validação da vazão obtida através do modelo SWAT, foi observado que todos os índices estatísticos aplicados mostraram que a vazão simulada tive um bom desempenho, em relação a vazão observada na estação fluviométrica da ANA. Foi validado ainda a evapotranspiração potencial simulada pelo SWAT, a partir de outros dois métodos, Linacre e Turc e observou-se que todos os índices estatísticos aplicados a evapotranspiração simulada com SWAT tive um bom desempenho em relação aos outros dois métodos de estimar evapotranspiração. Já na comparação dos métodos de Linacre teve um menor desempenho, em relação ao método de Turc, haja visto que na estimativa feita por Turc é levado em consideração radiação solar, o que torna o método mais robusto em relação a Linacre. Logo o modelo SWAT teve um bom desempenho em simular a vazão, evapotranspiração e outros processos hidrológicos para a bacia hidrográfica do rio Itacaiúnas e pode ser uma fundamental ferramenta no monitoramento hidrológico dessa bacia, além de auxiliar os tomadores de decisões em uma boa gestão dos seus recursos. / The Amazon basin represents the largest expanse of tropical rainforests on Earth, exerting significant influence on the local and global climate due to the energy and water fluxes in the atmosphere. It plays an important role in carbon sequestration as well as in the emission of water into the atmosphere that is essential in maintaining the forest itself. Several hydrological models have been applied to the biomes of Brazil, from conceptual bases to the insertion of the GIS, developing the distributed models of physical base. Among these, the Soil and Water Assessment Tool - SWAT is a hydrological model for large basins and was developed to simulate processes that occur in a watershed. The objective of this work was to use the SWAT model to simulate river flow, some hydrological processes and risk of erosion of the Itacaiúnas river basin, southeast of the State of Pará, as well as its calibration and validation of the model for the study basin. For this, data on land use and occupation, soil types and slope were required. As well as climatic and fluviometric data of precipitation, temperature, wind, relative humidity, solar radiation and river flow. The results showed that for the analysis of the erosion risk for the Itacaiúnas river basin, it was found that the areas with the highest risk for erosion were the highest altitude areas with easily degraded soils and a high soil use dynamics, being these downstream of the basin and in the southern portion of the municipality of Marabá. In the validation of the flow obtained through the SWAT model, it was observed that all the applied statistical indices showed that the simulated flow had a good performance, in relation to the flow observed in the fluviometric station of the ANA. It was also validated the potential evapotranspiration simulated by SWAT, from two other methods, Linacre and Turc, and it was observed that all the statistical indices applied to simulated evapotranspiration with SWAT performed well in relation to the other two methods of estimating evapotranspiration. In the comparison of the methods of Linacre had a lower performance, in relation to the method of Turc, since in the estimation made by Turc is taken into consideration solar radiation, which makes the method more robust in relation to Linacre. The SWAT model performed well in simulating flow, evapotranspiration and other hydrological processes for the Itacaiúnas river basin and can be a fundamental tool in the hydrological monitoring of this basin, besides helping decision-makers in a good way. management of its resources.