O entendimento da dinâmica hidrossedimentológica em uma bacia hidrográfica pode ser realizado pelo monitoramento das variáveis hidrossedimentológicas e pela modelagem desses processos. Nesse contexto, essa pesquisa analisou a eficiência do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT) na previsão dos processos hidrossedimentológicos na bacia do Taboão (Pejuçara, RS), considerando as saídas (vazão e produção de sedimentos) em um passo de tempo mensal e diário. Para tal, foram utilizados dados de chuva horária dos anos 2008 a 2016, monitorada em quatro pluviógrafos instalados na bacia (PVGs 34, 40, 43 e 51), e dados climáticos da estação meteorológica de Cruz Alta. As informações de vazão, para os anos de 2011 a 2016, foram obtidas por meio da conversão dos dados de nível de água monitorados no exutório da bacia, utilizando uma curva-chave cota x vazão. A concentração de sedimentos suspensos (CSS), para os anos de 2013 a 2015, foi estimada por meio de modelos de redes neurais artificias (RNAs), empregando como entrada dados de turbidez e de nível de água, monitorados no exutório da bacia. O preenchimento das falhas dos registros de precipitação horária foi executado por meio de modelos de Combinações de RNAs (CRNAs) associados à média simples (MS) ou à média ponderada pelo inverso da distância (MP), utilizando como entrada dados pluviométricos dos postos vizinhos. As falhas nos dados de nível de água foram preenchidas por modelos de RNAs, que usaram como entrada níveis de água monitorados em sub-bacias embutidas ou adjacente à bacia do Taboão (bacias do Donato, Turcato, Alemão e Andorinhas), e dados de precipitação média dos quatro pluviógrafos utilizados nessa pesquisa Foram determinadas as defasagens temporais entre os níveis de água das diferentes bacias, e testados o uso da precipitação média com aplicação de filtro temporal linear e/ou exponencial. Os registros falhos nos dados de turbidez foram preenchidos por modelos de RNAs, que empregaram como entrada informações de nível de água monitoradas, de 10 em 10 minutos, no exutório da bacia. A calibração do modelo SWAT para a previsão dos processos hidrológicos foi realizada usando dados de vazão, diários e mensais, para os anos de 2013, 2014 e 2016 e; a etapa de verificação foi executada para os anos de 2011 e 2015. Considerou-se o Método de Green & Ampt para determinação da infiltração de água no solo e 2 anos (2008-2009) para período de aquecimento do modelo SWAT. A calibração do modelo para a produção de sedimentos foi realizada para os anos de 2013 e 2015 e o processo de verificação foi efetuado para o ano de 2014. A calibração e a análise de sensibilidade dos parâmetros foram realizadas com auxílio do SWAT-CUP, utilizando o algoritmo SUFI-2. O coeficiente de Nash–Sutcliffe (NS) das RNAs para preenchimento das falhas de precipitação variou entre 0,35, classificado como “Insatisfatório”, e 0,86, avaliado como “Muito Bom”, considerando critérios propostos por Moriasi et al. (2007). Das 13 RNAs desenvolvidas para preenchimento das falhas nos níveis de água, apenas uma delas foi classificada como de desempenho “Satisfatório” durante o treinamento e; as demais enquadraram-se como de desempenho “Muito Bom”. Na etapa de verificação, sete RNAs foram consideradas com desempenho “Muito Bom” e cinco com “Bom” desempenho No preenchimento das falhas de turbidez, das cinco RNAs desenvolvidas, quatro mostraram “Bom” desempenho durante o treinamento, e uma rede teve desempenho “Muito Bom”; enquanto que, no processo de verificação, duas RNAs tiveram desempenho “Muito Bom”, uma delas foi classificada com desempenho “Bom” e; duas RNAs foram consideradas com desempenho “Satisfatório”. As estatísticas de desempenho dos modelos de RNAs desenvolvidos para o preenchimento das falhas de nível de água, de turbidez e de precipitação também demonstraram que tais redes representam uma alternativa interessante para a obtenção de séries contínuas desses dados, possibilitando o uso posterior dos registros para a modelagem hidrossedimentológica. A calibração do modelo SWAT para estimativa da vazão mensal mostrou desempenho “Muito Bom” (NS=0,78), e para a determinação da vazão diária foi considerado “Bom” (NS=0,72). Na etapa de verificação, o modelo manteve o “Bom” desempenho (NS=0,68) para estimativa da vazão diária, decaindo para desempenho “Satisfatório” (NS=0,64) para a simulação em escala mensal. Para a estimativa da produção de sedimentos mensal, o desempenho do modelo foi considerado “Bom” tanto na calibração (NS=0,66) quanto na verificação (NS=0,70). Na escala diária o desempenho foi “Satisfatório” para a calibração (NS=0,64) e “Insatisfatório” para a verificação (NS=0,38) Tais resultados indicam que o modelo SWAT é uma ferramenta promissora para aplicações na previsão hidrossedimentológica na bacia do Taboão, especialmente em termos de simulações dos processos hidrológicos. No entanto, existem limitações para aplicações na estimativa da produção de sedimentos, sobretudo quando considerados os processos em escala diária. Essas limitações são consequência da presença de processos erosivos na bacia (voçorocas), que não são simulados pelas rotinas presentes no modelo SWAT, bem como pelo escoamento dominante ser do tipo subsuperficial, com ocorrência de pipping; indicando-se, portanto, adequações nas rotinas do modelo para melhor representatividade desses processos. / The understanding of hydrosedimentological dynamics in a watershed can be obtained by monitoring the hydrossedimentological variables and by modeling these processes. In this context, this research analyzed the efficiency of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) in predicting the hydrosedimentological processes in the Taboão basin (Pejuçara, RS), considering the outputs (flow and sediment production) in a monthly and daily time step. For that, hourly rainfall data from 2008 to 2016 were monitored at four pluviographs installed in the basin (PVGs 34, 40, 43 and 51), and climate data were obtained from the Cruz Alta meteorological station. The flow information for the years 2011 to 2016 was obtained by converting the monitored water level data into flow by using a rating curve. The suspended sediment concentration (SSC), from 2013 to 2015, was estimated using artificial neural network (ANN) models, using as input turbidity and water level data, monitored in the basin. The filling of the hourly rainfall records was performed by models of Combinations of RNAs (CRNAs) associated with the simple mean (MS) or weighted mean to the inverse distance (MP), using as input rainfall data from the neighboring stations. Failures in the water-level data were filled by RNA models, which used as input water levels monitored in sub-basins adjacent or embedded to the Taboão basin (Donato, Turcato, Alemão and Andorinha basins), and mean precipitation data of the four pluviographs used in this research. The temporal lags between the water levels of the different basins were determined and the use of the average precipitation with linear and exponential temporal filters was tested The turbidity data records were filled by RNA models, using water level information monitored at every 10 minutes. The SWAT model calibration for predicting the hydrological processes was performed using daily and monthly flow data for the years 2013, 2014 and 2016 and the verification step was performed for the years 2011 and 2015; considering Green & Ampt Method for infiltration estimation and 2 years of warm-up period (2008-2009). The calibration of the model for sediment yield was performed for the years 2013 and 2015 and the verification process was carried out for the year 2014. The calibration and sensitivity analysis of the parameters were performed with the assistance of SWAT-CUP, using the SUFI-2 algorithm. The Nash-Sutcliffe Coefficient (NS) of the RNAs used to fill precipitation faults varied between 0.35, classified as "Unsatisfactory", and 0.86, evaluated as "Very Good", considering criteria proposed by Moriasi et al. (2007). Of the 13 RNAs developed to fill water level failures, only one of them was classified as a "Satisfactory" performance during training and; the others have been classified as "Very Good" performance. In the verification step, seven RNAs were considered to have "Very Good" performance and five had "Good” performance. In the fulfillment of the turbidity faults, of the five RNAs developed, four showed "Good" performance during the training, and one network had "Very Good" performance; while in the verification process two ANNs performed "Very Good", one of them was classified as "Good" and; two ANNs were considered to have "Satisfactory" performance The performance statistics of the ANN models developed to fill the water level, turbidity and precipitation failures also demonstrated that such networks represent an interesting alternative to obtain continuous series of these data, allowing the later use of the records for hydrossedimentological modeling. In the verification processes, the model maintained a “Good” performance (NS=0.68) to estimate the daily flow, decreasing to "Satisfactory" performance (NS=0.64) for the monthly scale simulation. For the estimation of sediment yield the model performance was considered "Good" for monthly calibration period (NS=0.66) and also for the verification (NS=0.70). In daily scale the performance was "Satisfactory" for calibration (NS=0.64) and “Unsatisfactory” in the verification (NS=0.38). These results indicate that the SWAT model is a promising tool for applications in the hydrosedimentological forecasting in the Taboão basin, especially in terms of hydrological processes simulations. However, there are limitations to applications in the estimation of sediment production, especially when considering daily scale processes. These limitations are due to the presence of erosive processes in the basin (gully erosion), which are not simulated by the routines present in the SWAT model, as well as by the existence of the lateral flow with occurrence of pipping; indicating, therefore, the need for adjustments in the routines of the model to better represent these processes.

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.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 4305629 bytes, checksum: bea76d1e03a0b9ec81399e4e6223b32d (MD5) Previous issue date: 2013-02-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The inadequate occupation, lack of planning, management and conservation of watersheds have triggered environmental degradation processes, such as, reduced water infiltration into the soil, increasing runoff that contributes to the transport of sediments and nutrients to watercourses, and compromises environmental quality of aquatic systems and the environment. The main sources of these processes of deterioration of water bodies is a diffuse source pollution as a result of the intensification and expansion of agriculture and livestock without preparation techniques, soil management and conservation. Because of these numerous factors acting together, the river basin Piranga can be considered with a high level of environmental complexity and therefore deserves special attention. In order to identify and quantify the magnitude of these processes we used the Soil and Water Assement Tool (SWAT) which is a hydrologic model developed to simulate physical processes (natural and anthropogenic), streamflow forecasting, runoff, erosion and transport of sediment and nutrients from watersheds under different managements. To ensure consistency in the data generated after the simulation and the consequent applicability in the study area and its extrapolation to other areas, we performed a calibration and validation in order to extract the maximum potential of the model and features. The calibration and validation made use of the optimization algorithm Sequential Uncertainty Fitting version 2 (SUFI-2) which provided an uncertainty analysis by graphical analysis bands than 95PPU together with the R-factor and Rfactor. Also available is a statistical summary which shows the efficiency coefficient of Nash and Sutcliffe and Determination R2. It was used as a reference fluviometric seven seasons and three monitoring stations of sediment and nutrients. The loads (in kg.ha-1) of sediment yield and nutrient losses, nitrate (NO3) and total phosphorus (TP), are presented considering the hydrological response units (HRU) for the use and occupation. The results of the calibration and validation of the model for flow, sediment and nutrients were satisfactory considering the complexity of multiple processes working in Piranga River watershed. / A ocupação inadequada, a falta de planejamento, manejo e conservação das bacias hidrográficas têm desencadeado processos de degradação ambiental, tais como, redução da capacidade de infiltração de água no solo, aumento do escoamento superficial que contribui para o transporte de sedimentos e nutrientes para os cursos d água, e compromete a qualidade ambiental do sistema aquático e do meio ambiente. As principais fontes causadoras desses processos de deterioração dos corpos hídricos é a poluição de origem difusa, como resultado da intensificação e expansão da agricultura e pecuária sem técnicas de preparo, manejo e conservação do solo. Devido a esses inúmeros fatores atuando conjuntamente, a bacia hidrográfica do Rio Piranga pode ser considerada com alto nível de complexidade ambiental e, portanto merece atenção especial. Com a finalidade de identificar e quantificar a magnitude desses processos utilizou-se o Soil and Water Assement Tool (SWAT) que é um modelo hidrológico desenvolvido para simular processos físicos (naturais e antrópicos), previsão de vazões, escoamento superficial, erosão e transporte de sedimentos e nutrientes de bacias hidrográficas submetidas a diferentes manejos. Para garantir consistência aos dados gerados após a simulação e à conseqüente aplicabilidade na área em estudo ou sua extrapolação a outras áreas, foi realizada a calibração e a validação a fim de se extrair o máximo das potencialidades e recursos do modelo. A calibração e a validação fizeram uso do algoritmo de otimização Sequential Uncertainty FItting versão 2 (SUFI-2) que forneceu uma análise de incerteza através de análise gráfica das bandas de 95% de predição de incerteza (95PPU), acompanhado do R-fator e P-fator. Também é disponibilizado um sumário estatístico onde são apresentados os coeficientes de eficiência de Nash e Sutcliffe e o de Determinação R2. Utilizou-se como referência sete estações fluviométricas e três estações de monitoramento de sedimento e nutrientes. As cargas (em kg.ha-1) de produção de sedimentos, e perdas de nutrientes, nitrato (NO3) e fósforo total (PT), são apresentadas considerando as unidades de resposta hidrológica (HRU) quanto ao uso e ocupação. Os resultados da calibração e validação do modelo para vazão, sedimentos e nutrientes foram satisfatórios considerando a complexidade de vários processos atuantes na Bacia Hidrográfica do Rio Piranga.

O entendimento da dinâmica hidrossedimentológica em uma bacia hidrográfica pode ser realizado pelo monitoramento das variáveis hidrossedimentológicas e pela modelagem desses processos. Nesse contexto, essa pesquisa analisou a eficiência do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT) na previsão dos processos hidrossedimentológicos na bacia do Taboão (Pejuçara, RS), considerando as saídas (vazão e produção de sedimentos) em um passo de tempo mensal e diário. Para tal, foram utilizados dados de chuva horária dos anos 2008 a 2016, monitorada em quatro pluviógrafos instalados na bacia (PVGs 34, 40, 43 e 51), e dados climáticos da estação meteorológica de Cruz Alta. As informações de vazão, para os anos de 2011 a 2016, foram obtidas por meio da conversão dos dados de nível de água monitorados no exutório da bacia, utilizando uma curva-chave cota x vazão. A concentração de sedimentos suspensos (CSS), para os anos de 2013 a 2015, foi estimada por meio de modelos de redes neurais artificias (RNAs), empregando como entrada dados de turbidez e de nível de água, monitorados no exutório da bacia. O preenchimento das falhas dos registros de precipitação horária foi executado por meio de modelos de Combinações de RNAs (CRNAs) associados à média simples (MS) ou à média ponderada pelo inverso da distância (MP), utilizando como entrada dados pluviométricos dos postos vizinhos. As falhas nos dados de nível de água foram preenchidas por modelos de RNAs, que usaram como entrada níveis de água monitorados em sub-bacias embutidas ou adjacente à bacia do Taboão (bacias do Donato, Turcato, Alemão e Andorinhas), e dados de precipitação média dos quatro pluviógrafos utilizados nessa pesquisa Foram determinadas as defasagens temporais entre os níveis de água das diferentes bacias, e testados o uso da precipitação média com aplicação de filtro temporal linear e/ou exponencial. Os registros falhos nos dados de turbidez foram preenchidos por modelos de RNAs, que empregaram como entrada informações de nível de água monitoradas, de 10 em 10 minutos, no exutório da bacia. A calibração do modelo SWAT para a previsão dos processos hidrológicos foi realizada usando dados de vazão, diários e mensais, para os anos de 2013, 2014 e 2016 e; a etapa de verificação foi executada para os anos de 2011 e 2015. Considerou-se o Método de Green & Ampt para determinação da infiltração de água no solo e 2 anos (2008-2009) para período de aquecimento do modelo SWAT. A calibração do modelo para a produção de sedimentos foi realizada para os anos de 2013 e 2015 e o processo de verificação foi efetuado para o ano de 2014. A calibração e a análise de sensibilidade dos parâmetros foram realizadas com auxílio do SWAT-CUP, utilizando o algoritmo SUFI-2. O coeficiente de Nash–Sutcliffe (NS) das RNAs para preenchimento das falhas de precipitação variou entre 0,35, classificado como “Insatisfatório”, e 0,86, avaliado como “Muito Bom”, considerando critérios propostos por Moriasi et al. (2007). Das 13 RNAs desenvolvidas para preenchimento das falhas nos níveis de água, apenas uma delas foi classificada como de desempenho “Satisfatório” durante o treinamento e; as demais enquadraram-se como de desempenho “Muito Bom”. Na etapa de verificação, sete RNAs foram consideradas com desempenho “Muito Bom” e cinco com “Bom” desempenho No preenchimento das falhas de turbidez, das cinco RNAs desenvolvidas, quatro mostraram “Bom” desempenho durante o treinamento, e uma rede teve desempenho “Muito Bom”; enquanto que, no processo de verificação, duas RNAs tiveram desempenho “Muito Bom”, uma delas foi classificada com desempenho “Bom” e; duas RNAs foram consideradas com desempenho “Satisfatório”. As estatísticas de desempenho dos modelos de RNAs desenvolvidos para o preenchimento das falhas de nível de água, de turbidez e de precipitação também demonstraram que tais redes representam uma alternativa interessante para a obtenção de séries contínuas desses dados, possibilitando o uso posterior dos registros para a modelagem hidrossedimentológica. A calibração do modelo SWAT para estimativa da vazão mensal mostrou desempenho “Muito Bom” (NS=0,78), e para a determinação da vazão diária foi considerado “Bom” (NS=0,72). Na etapa de verificação, o modelo manteve o “Bom” desempenho (NS=0,68) para estimativa da vazão diária, decaindo para desempenho “Satisfatório” (NS=0,64) para a simulação em escala mensal. Para a estimativa da produção de sedimentos mensal, o desempenho do modelo foi considerado “Bom” tanto na calibração (NS=0,66) quanto na verificação (NS=0,70). Na escala diária o desempenho foi “Satisfatório” para a calibração (NS=0,64) e “Insatisfatório” para a verificação (NS=0,38) Tais resultados indicam que o modelo SWAT é uma ferramenta promissora para aplicações na previsão hidrossedimentológica na bacia do Taboão, especialmente em termos de simulações dos processos hidrológicos. No entanto, existem limitações para aplicações na estimativa da produção de sedimentos, sobretudo quando considerados os processos em escala diária. Essas limitações são consequência da presença de processos erosivos na bacia (voçorocas), que não são simulados pelas rotinas presentes no modelo SWAT, bem como pelo escoamento dominante ser do tipo subsuperficial, com ocorrência de pipping; indicando-se, portanto, adequações nas rotinas do modelo para melhor representatividade desses processos. / The understanding of hydrosedimentological dynamics in a watershed can be obtained by monitoring the hydrossedimentological variables and by modeling these processes. In this context, this research analyzed the efficiency of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) in predicting the hydrosedimentological processes in the Taboão basin (Pejuçara, RS), considering the outputs (flow and sediment production) in a monthly and daily time step. For that, hourly rainfall data from 2008 to 2016 were monitored at four pluviographs installed in the basin (PVGs 34, 40, 43 and 51), and climate data were obtained from the Cruz Alta meteorological station. The flow information for the years 2011 to 2016 was obtained by converting the monitored water level data into flow by using a rating curve. The suspended sediment concentration (SSC), from 2013 to 2015, was estimated using artificial neural network (ANN) models, using as input turbidity and water level data, monitored in the basin. The filling of the hourly rainfall records was performed by models of Combinations of RNAs (CRNAs) associated with the simple mean (MS) or weighted mean to the inverse distance (MP), using as input rainfall data from the neighboring stations. Failures in the water-level data were filled by RNA models, which used as input water levels monitored in sub-basins adjacent or embedded to the Taboão basin (Donato, Turcato, Alemão and Andorinha basins), and mean precipitation data of the four pluviographs used in this research. The temporal lags between the water levels of the different basins were determined and the use of the average precipitation with linear and exponential temporal filters was tested The turbidity data records were filled by RNA models, using water level information monitored at every 10 minutes. The SWAT model calibration for predicting the hydrological processes was performed using daily and monthly flow data for the years 2013, 2014 and 2016 and the verification step was performed for the years 2011 and 2015; considering Green & Ampt Method for infiltration estimation and 2 years of warm-up period (2008-2009). The calibration of the model for sediment yield was performed for the years 2013 and 2015 and the verification process was carried out for the year 2014. The calibration and sensitivity analysis of the parameters were performed with the assistance of SWAT-CUP, using the SUFI-2 algorithm. The Nash-Sutcliffe Coefficient (NS) of the RNAs used to fill precipitation faults varied between 0.35, classified as "Unsatisfactory", and 0.86, evaluated as "Very Good", considering criteria proposed by Moriasi et al. (2007). Of the 13 RNAs developed to fill water level failures, only one of them was classified as a "Satisfactory" performance during training and; the others have been classified as "Very Good" performance. In the verification step, seven RNAs were considered to have "Very Good" performance and five had "Good” performance. In the fulfillment of the turbidity faults, of the five RNAs developed, four showed "Good" performance during the training, and one network had "Very Good" performance; while in the verification process two ANNs performed "Very Good", one of them was classified as "Good" and; two ANNs were considered to have "Satisfactory" performance The performance statistics of the ANN models developed to fill the water level, turbidity and precipitation failures also demonstrated that such networks represent an interesting alternative to obtain continuous series of these data, allowing the later use of the records for hydrossedimentological modeling. In the verification processes, the model maintained a “Good” performance (NS=0.68) to estimate the daily flow, decreasing to "Satisfactory" performance (NS=0.64) for the monthly scale simulation. For the estimation of sediment yield the model performance was considered "Good" for monthly calibration period (NS=0.66) and also for the verification (NS=0.70). In daily scale the performance was "Satisfactory" for calibration (NS=0.64) and “Unsatisfactory” in the verification (NS=0.38). These results indicate that the SWAT model is a promising tool for applications in the hydrosedimentological forecasting in the Taboão basin, especially in terms of hydrological processes simulations. However, there are limitations to applications in the estimation of sediment production, especially when considering daily scale processes. These limitations are due to the presence of erosive processes in the basin (gully erosion), which are not simulated by the routines present in the SWAT model, as well as by the existence of the lateral flow with occurrence of pipping; indicating, therefore, the need for adjustments in the routines of the model to better represent these processes.

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2016-01-27T16:49:12Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Bruna Ferreira da Silva - 2015.pdf: 4555183 bytes, checksum: 0ef2a345cd917eedfa28915f7328adb7 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-01-28T11:49:25Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Bruna Ferreira da Silva - 2015.pdf: 4555183 bytes, checksum: 0ef2a345cd917eedfa28915f7328adb7 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-28T11:49:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Bruna Ferreira da Silva - 2015.pdf: 4555183 bytes, checksum: 0ef2a345cd917eedfa28915f7328adb7 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-11-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Hydrological models have been a enough useful tool to management and decision-making support in river basin water resources planning since they are able to reproduce discharges and transport of sediments as well as to simulate different scenarios of land use and water quality. The main objective of this study is to perform the hydrossedimentological modeling of the Samambaia river basin Stream by applying the software SWAT. The study area is located in the north of the city of Goiânia and it has undergone an intense process of urbanization. Daily discharges and suspended sediment concentrations data were collected during 18 months in a specific section of the stream. The monitored data set has been used to analyze the influence of distinct parameters in the SWAT model adjustment. The results of the sensitivity analysis showed the parameters of soil evaporation compensation factor (Esco), threshold depth of water in the shallow aquifer required for return flow to occur (Gwqmn), available water capacity (Sol_Awc) and the depth of the soil layer (Sol_Z) as the most sensitive to simulations in terms of discharge, and the management practices and soil conservation parameter (Usle_P) to simulations in terms of suspended sediment concentrations. Best settings obtained for the precision statistics (Nash-Sutcliffe Coefficient - COE) were of 0.56 to 0.72 for calibration in terms of discharges and of 0.56 to 0.69 for calibration in terms of suspended sediment. The performance showed that the simulation with SWAT was adequate in relation to researches conducted in Brazil, whose values for model indicators are quite similar. / O uso de modelos hidrológicos tem sido uma alternativa bastante explorada para o planejamento e a tomada de decisão relacionados ao gerenciamento de bacias hidrográficas, por possibilitarem a estimativa de vazões, transporte de sedimentos e simulação de cenários sobre o uso do solo e qualidade da água. O principal objetivo deste trabalho é realizar a modelagem hidrossedimentológica da bacia hidrográfica do Córrego Samambaia por meio da aplicação do modelo SWAT. A área de estudo localiza-se na região norte da cidade de Goiânia e vem passando por um processo de urbanização intenso. Foram monitorados, durante 18 meses, vazões e concentração de sedimentos em suspensão diários em uma seção no curso d’água. Tais dados foram utilizados para a análise da influência de distintos parâmetros no ajuste do modelo SWAT. Os resultados da análise de sensibilidade apontaram que parâmetros de fator de compensação da evaporação do solo (Esco), profundidade limite de água no aquífero raso para ocorrer o fluxo de retorno (Gwqmn), capacidade de água disponível (Sol_Awc) e a profundidade da camada do solo (Sol_Z) como os mais sensíveis para as simulações em termos da vazão, e a prática de manejo e conservação do solo (Usle_P) para as simulações com ajuste em termos da concentração de sedimentos em suspensão. Os melhores ajustes obtidos nas estatísticas de precisão (Coeficiente de Nash-Sutcliffe - COE) foram de 0,56 a 0,72 para as simulações em termos da vazão e de 0,56 a 0,69 para as simulações em termos do sedimento em suspensão. O desempenho permitiu concluir que a simulação com o SWAT foi adequada em relação às pesquisas que têm sido realizadas no Brasil, cujos valores obtidos para os indicadores são semelhantes.

Neste trabalho foi proposta uma estratégia de modelagem hidrológica para a transformação chuva vazão da Bacia do Ribeirão da Onça (B.R.O) utilizando-se técnicas de auto calibração com análise de incertezas e de ponderação de modelos. Foi utilizado o modelo hidrológico Soil and Water Assessment Tool (SWAT), por ser um modelo que possui uma descrição física e de maneira distribuída dos processos hidrológicos da bacia. Foram propostas cinco diferentes séries de precipitação e esquemas de interpolação espacial a serem utilizados como dados de entrada para o modelo SWAT. Em seguida, utilizou-se o método semiautomático Sequential Uncertainty Fitting ver.-2 (SUFI-2) para a auto calibração e análise de incertezas dos parâmetros do modelo e produção de respostas com intervalos de incerteza para cada uma das séries de precipitação utilizadas. Por fim, foi utilizado o método de ponderação bayesiana de modelos (BMA) para o pós-processamento estocástico das respostas. Os resultados da análise de incerteza dos parâmetros do modelo SWAT indicam uma não adequação do método Soil Conservation Service (SCS) para simulação da geração do escoamento superficial, juntamente com uma necessidade de maior investigação das propriedades físicas do solo da bacia. A análise da precisão e acurácia dos resultados das séries de precipitação em comparação com a resposta combinada pelo método BMA sugerem a última como a mais adequada para a simulação chuva-vazão na B.R.O. / This study proposed an approach to the hydrological modeling of the Ribeirão da Onças Basin (B.R.O) based on automatic calibration and uncertainty analysis methods, together with model averaging. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) was used due to its distributed nature and physical description of hydrologic processes. An ensemble, composed by five different precipitation schemes, based on different sources and spatial interpolation methods was used. The Sequential Uncertainty Fitting ver-2 (SUFI-2) procedure was used for automatic calibration and uncertainty analysis of the SWAT model parameters, together with generation of streamflow simulations with uncertainty intervals. Following, the Bayesian Model Averaging (BMA) was used to merge the different responses into a single probabilistic forecast. The results of the uncertainty analysis for the SWAT parameters show that the Soil Conservation Service (SCS) model for surface runoff prediction may not be suitable for the B.R.O, and that more investigations about the soil physical properties at the Basin are recommended. An analysis of the accuracy and precision of the simulations produced by the precipitation ensemble members against the BMA simulation supports the use of the latter as a suitable framework for streamflow simulations at the B.R.O.

O significativo investimento em desenvolvimento tecnológico associado aos fatores ambientais, como disponibilidade de recursos naturais, clima e solo elevaram o Brasil ao patamar de maior produtor mundial de cana-de-açúcar, matéria-prima do açúcar e do etanol. Atualmente, o país exporta açúcar para mais de 100 países. Em relação ao etanol, esse vem se destacando no cenário mundial devido à viabilidade econômica e à necessidade de se utilizar energia renovável, em substituição aos combustíveis fósseis, com o intuito de mitigar o efeito estufa. Sendo assim, as perspectivas mundiais para a produção e, principalmente, consumo do etanol são favoráveis. Para o Brasil, devido à alta demanda mundial por açúcar e biocombustíveis, o zoneamento agroecológico da cana-de-açúcar, que apresenta uma seleção de terras potenciais para a expansão do seu cultivo visando uma produção sustentável, é uma necessidade imperiosa. Entretanto, os processos de mudança de uso e cobertura do solo são complexos e podem causar impactos, tais como: desertificação, perda da biodiversidade, poluição de ar, degradação dos componentes ambientais água e solo. Esse trabalho acadêmico visou estimar o escorrimento superficial e a produção de sedimentos em área consolidada e em área que encontra-se em expansão do cultivo da cana-de-açúcar para a produção de açúcar e etanol. Para isso, com base no Zoneamento Agroecológico da Cana-de-açúcar (ZAE Cana) que indica as áreas aptas ao cultivo da cana-de-açúcar, foram selecionadas duas áreas de estudo que possuem alta aptidão para a expansão da cana-de-açúcar. São elas: a Microbacia hidrográfica do ribeirão das Guabirobas (MBH-G) localizada no município de São Carlos - SP, região onde a cultura da cana-de-açúcar é consolidada e; a Microbacia hidrográfica córrego da Onça (MBH-O), localizada na região oeste do Estado de São Paulo, nos municípios de Ilha Solteira e Itapura, região onde a cultura da cana-de-açúcar encontra-se em expansão. O modelo de simulação espacial usado no trabalho é o Conversion of Land Use and its Effects at small region extent (CLUE-S), desenvolvido pela Universidade de Wageningen (Holanda). A aplicação satisfatória do CLUE-S permitiu o desenvolvimento de cenários futuros de uso e cobertura do solo com o intuito de simular a expansão da cultura da cana-de-açúcar em paisagens com diferentes características. A posteriori, foi estimada o escorrimento superficial e a produção de sedimentos desses cenários com o auxílio do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT). O SWAT foi sensível aos cenários, possibilitando a geração de resultados consistentes, qualitativa e quantitativamente para cada um deles, o que permitiu verificar as suas particularidades. Vale ressaltar que a avaliação ex-ante dos impactos ambientais na área de expansão da cultura da cana-de-açúcar em diferentes cenários pode direcionar ações de políticas públicas e de planejamento sócio-econômico-ambiental, dentre outros. / The significant investments in technological development associated to environmental factors, such as the availability of natural resources, for instance, climate and soil, have led Brazil to become the world\'s largest producer of sugarcane, the raw material used in the manufacture of ethanol and sugar. Currently, the country exports sugar to more than 100 countries. Ethanol has become globally eminent due to its economic feasibility and the need of clean and renewable energy rather than of fossil fuels in order to mitigate the greenhouse effect. Therefore, the global perspectives on the production and especially the consumption of ethanol are favorable. Due to the high global demand for sugar and biofuels, the agro-ecological zoning of sugarcane, which features a selection of potential areas for cultivation expansion aiming at sustainable production, is a fundamental necessity for Brazil. However, the changes inland use and land cover are complex processes and can cause impacts such as desertification, biodiversity loss, air pollution, and degradation of environmental components such as water and soil. This research aims to estimate the sediment yield and runoff in areas where the culture of sugarcane is consolidated and in areas of sugarcane expansion for the production of sugar and ethanol. Accordingly, based on the Agro-Ecological Zoning for Sugarcane (ZAE Cana), which indicates suitable areas for sugarcane cultivation, two study areas that have high potential for the expansion of sugarcane were selected, namely the microbacia hidrográfica do ribeirão das Guabirobas/MBH-G (Ribeirão das Guabirobas micro-drainage basin), located in the city of São Carlos - SP, a region where the culture of sugarcane is consolidated, and the microbacia hidrográfica córrego da Onça/MBH-O (córrego da Onça micro-drainage basin), located in the western region of the state of São Paulo, in the cities of Ilha Solteira and Itapura, an area of sugarcane expansion, i.e. a sugarcane expansion region. The spatial simulation model used in this research is the Conversion of Land Use and its Effects at small region extent (CLUE-S), developed by the University of Wageningen, Netherlands. Making use of this methodology, future land use and land cover scenarios were created in order to simulate the expansion of sugarcane cultivation in areas with different characteristics. Subsequently, the sediment yield and superficial runoff in these scenarios were estimated with the help of the SWAT model (Soil and Water Assessment Tool).This model was sensitive to both scenarios allowing the generation of consistent qualitative and quantitative results for each scenario enabling the identification of their particularities. It is noteworthy that the ex-ante evaluation of environmental impacts on areas of sugarcane expansion in different scenarios can guide public policy actions and socio-economic and environmental planning among others.

A escassez de dados hidrológicos no Brasil é um problema recorrente em muitas regiões, principalmente em se tratando de dados hidrométricos, produção de sedimentos e qualidade da água. A pesquisa por modelos de bacias hidrográficas tem aumentado nas últimas décadas, porém, a estimativa de dados hidrossedimentológicos a partir de modelos mais sofisticados demanda de grande número de variáveis, que devem ser ajustadas para cada sistema natural, o que dificulta a sua aplicação. O objetivo principal desta tese foi avaliar diferentes ferramentas de modelagem utilizadas para a estimativa da vazão, produção de sedimentos e qualidade da água e, em particular, comparar os resultados obtidos de um modelo hidrológico físico semi-distribuído, o Soil Water Assessment Tool (SWAT) com os resultados obtidos a partir de modelos hidrológicos concentrados, com base na metodologia do número da curva de escoamento do Soil Conservation Service (SCS-CN) e no modelo Generalized Watershed Loading Function (GWLF). Buscou-se avaliar e apresentar em quais condições o uso de cada modelo deve ser recomendado, ou seja, quando o esforço necessário para executar o modelo semi-distribuído leva a melhores resultados efetivos. Em relação à simulação da vazão, os resultados dos dois modelos foram altamente influenciados pelos dados de precipitação, indicando que existem, possivelmente, falhas ou erros de medição que poderiam ter influenciado negativamente os resultados. Portanto, foi proposto aplicar o modelo semi-distribuído com dados de precipitação interpolados (DPI) de alta resolução para verificar a eficiência de seus resultados em comparação com os resultados obtidos com a utilização dos dados de precipitação observados (DPO). Para simulação da produção de sedimentos, e das concentrações de nitrogênio e fósforo, o SWAT realiza uma simulação hidrológica mais detalhada, portanto, fornece resultados ligeiramente melhores para parâmetros de qualidade da água. O uso do modelo semi-distribuído também foi ampliado para simular uma bacia hidrográfica sob a influência do reservatório, a fim de verificar a potencialidade do modelo para esse propósito. Os modelos também foram aplicados para identificar quais os impactos potenciais das mudanças no uso do solo previstas e em andamento. Os cenários estudados foram: I – cenário atual, II – cenário tendencial, com o aumento da mancha urbana e substituição do solo exposto e de parte da mata nativa por uso agrícola; III – cenário desejável, complementa o crescimento urbano tendencial com aumento de áreas de reflorestamento. As metodologias foram aplicadas em duas bacias hidrográficas localizadas no Sudeste do Brasil. A primeira é a bacia do rio Jacaré-Guaçu, incluída na Unidade de Gerenciamento de Recursos Hídricos 13 (UGRHI-13), a montante da confluência do rio das Cruzes, com uma área de 1934 km2. O segundo caso de estudo, é a bacia do rio Atibaia, inserida na UGRHI-5, tem uma área de 2817,88 km2 e abrange municípios dos estados de São Paulo e Minas Gerais. Como principal conclusão, o desempenho do modelo semi-distribuído para estimar a produção de sedimentos, e as concentrações de nitrogênio e fósforo foi ligeiramente melhor do que as simulações do modelo concentrado SCS-CN e GWLF, mas essa vantagem pode não compensar o esforço adicional de calibrá-lo e validá-lo. / The lack of hydrological data in Brazil is a recurrent problem in many regions, especially in hydrometric data, sediment yield and water quality. The research by simplified models has increased in the last decades, however, the estimation of hydrossedimentological data from these more sophisticated models demands many variables, which must be adjusted for each natural system, which makes it difficult to apply. At times it is necessary to respond quickly without much precision in the results, in these situations, simpler models with few parameters can be the solution. The objective of this research is to evaluate different modelling tools used estimate streamflow, sediments yield and nutrients loads values, and namely to compare the results obtained from a physically-based distributed hydrological model (SWAT) with the results from a lumped hydrological, the Soil Conservation Service (SCS-CN) and the Generalized Watershed Loading Function (GWLF) model. Both models use the curve number (CN) concept, determined from land use, soil hydrologic group and antecedent soil moisture conditions and were run with a daily time step. We are particularly interested in understanding under which conditions the use of each model is to be recommended, namely when does the addition effort required to run the distributed model leads to effective better results. The input variables and parameters of the lumped model are assumed constant throughout the watershed, while the SWAT model performs the hydrological analysis at a small unit level, designated as hydrological response units (HRUs), and integrates the results at a sub-basin level. In relation to the flow simulation, the results of the two models were highly influenced by the rainfall data, indicating that, possibly, faults or measurement errors could have negatively influenced the results. Therefore, it was proposed to apply the distributed model with high-resolution grids of daily precipitation to verify the efficiency of its results when compared to rainfall data. For simulation of sediment, nitrogen and phosphorus, SWAT performs a more detailed simulation and thus provides slightly better results. The use of the SWAT was also extended to simulate the influence of reservoir, in order to verify the potentiality of the model, in relation to the simulation. The models also were used to identify which are potential impacts of the ongoing land use changes. The scenarios were: I - Current scenario, II - trend scenario, with the increase of urban land and replacement of the exposed soil and part of the native forest by agricultural use; III - desirable scenario complements the trend urban growth with the replacement of exposed soil and part of the agricultural use by reforestation. The methodologies were applied on two watersheds located in the Southeast of Brazil. The first one is the Jacaré-Guaçu river basin, included in the Water Resources Management Unit 13 (UGRHI-13), upstream of Cruzes river confluence, with an area of 1934 km2. The second watershed is the Atibaia River Basin, a part of Water Resources Management Unit 5 (UGRHI-5). It has an area of 2817.88 km2 and covers municipalities of the states of São Paulo and Minas Gerais.

Sustainable water resource management requires understanding how hydrologic processes are impacted by environmental management and land-use decisions across multiple spatial and temporal scales. A key concept in this respect is hydrologic ecosystem services (HES), which are the water related ‘goods’ produced by the environment which are valuable to humans. This dissertation assesses a range of topics concerning HES in the Vouga basin (north-central Portugal), and their connection with land-cover and land-use practices. Specifically, the relationship between changes in forest and agricultural land-cover and management practices, and associated changes in HES were examined using a range of statistical and modeling approaches. To quantify the effects of different agricultural scenarios on both HES and potential stakeholders, the ‘Soil and Water Assessment Tool’ (SWAT) was utilized, in conjunction with economic assessment methods. The first research section (Section 6) of the dissertation assesses the trends in streamflow quantity and yield in the Águeda watershed (a sub-basin of the Vouga) over a 75-yr period which coincided with large-scale afforestation of Pinus pinaster and (later) Eucalyptus globulus. Counter to the findings from meta-analysis studies of the effect of forest change on water availability, this study did not detect statistically significant trends in streamflow. By contrast, these findings support the view that there are prerequisite climatic, pedological, and eco-physiological watershed conditions that are necessary to observe hydrologic impacts at the watershed scale (which are not present in the Águeda watershed). By contrast, the significant changes which were detected are related to baseflow, which correspond with different periods of afforestation, and may be attributable to the promotion of soil water repellency under the mature pine and eucalypt stands. In the second research section (Section 7), an assessment is carried out on the hydrologic and nitrate dynamics at the whole basin scale, using the SWAT model. This assessment indicated that there is a high degree of variability in nitrate export from the different parts of the basin, with the highest rates coming from the lower (agriculturally dominated portion) of the basin. The main flow pathways for nitrate export were found to be leaching from agricultural land-cover types, which consistently had the highest export for all land-use and pathways. These findings indicate that the water bodies at the highest risk of nitrate pollution in the Vouga basin are the groundwater aquifers. The final research section (Section 8) utilizes the SWAT model to examine how reduced rates of fertilizer inputs would affect nitrate leaching, crop yields, and agricultural profitability in the lower Vouga basin. This research found that reduced rates of fertilization would reduce the amount of leached nitrate substantially, but that this would also lead to a large decrease in crop yield and profitability. A large difference in the inefficiency (i.e. crop production vs. nitrate export) between different HRUs was found, which could provide a focus for potential management action. This research strongly indicates that such actions may be needed to reduce the negative impacts of this pollution on the value of the groundwater aquifers, and to avoid associated costs which are otherwise passed on to local water users (e.g. through higher water treatment costs). The overall findings of the dissertation highlight the importance of the upper (forested) basin as a drinking water supply area, given the prevalence of nitrate pollution in the lower basin. However, the historic afforestation in the Vouga basin has resulted in a reduction in baseflow, which is negative from a drinking water supply perspective. Therefore, while the forested uplands are beneficial from water quality standpoint (compared to intensive agriculture), they also have altered flow patterns in a manner which will reduce available supply. The findings from the upper basin contrast sharply with the lower basin, where there are potentially large negative HES impacts due to current agricultural practices. These practices will primarily impact groundwater aquifers, and therefore the water quality within the lower basin receive little benefit from the relatively high-quality water from the upper basin. This highlights the importance of considering the interconnectivity of HES across spatial scales, which will depend on the specific site characteristics of the river basin.

Climate change and land use transition are the main drivers of watershed hydrological processes. The main objective of this study was to assess the hydrometeorological responses to climate and land use changes in the Jhelum River Basin (JRB), Pakistan. The development of proper climate information is a challenging task. To date, Global Climate Models (GCMs) are used for climate projections. However, these models have a coarse spatial resolution, which is not suitable for regional/local impact studies such as water resources management in the JRB. Therefore, different downscaling methods and techniques have been developed as means of bridging the gap between the coarse resolution global models projection and the spatial resolution required for hydrological impact studies. Statistical Downscaling Model (SDSM) and Long Ashton Research Station Weather Generator (LARS-WG) are selected in this study for downscaling of temperature and precipitation. Both downscaling approaches consider three climate models and two emission scenarios (i.e., RCP4.5 and RCP8.5) in order to sample the widest range of uncertainties in climate projections. Current land use and land cover (LULC) maps are generated from Landsat imagery to analyze the pattern and dynamic of land use change. Both climate projections and LULC are fed into SWAT (Soil and Water Assessment Tool) hydrological model to investigate the streamflow dynamics. The results indicate good applicability of SDSM and LARS-WG for downscaling of temperature and precipitation in three future periods (2020s, 2050s and 2080s). Both models show an increase mean annual max temperature, min temperature and precipitation as 0.4-4.2°C, 0.3-4.2°C and 4.4-32.2% under both RCPs scenarios. Similarly, results of SWAT model suggest an increase in mean annual discharge about 3.6 to 28.8% under RCP4.5 and RCP8.5. The study also revealed that water yield and evapotranspiration in the eastern part of the basin (sub-basins at high elevation) would be most affected by climate change. The results of LULC change detection show that forest exhibited maximum positive change while agriculture showed maximum negative change during 2001-2018. SWAT model simulations suggested that implementation of afforestation in the watershed would reduce surface runoff and water yield while enhancing the evapotranspiration. It is recommended that authorities should pay attention to both climate change and land use transition for proper water resources management.