Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A Ãgua na bacia hidrogrÃfica està distribuÃda em diversos compartimentos importantes no que se refere à ecohidrologia. Muitos estudos em regiÃes semiÃridas apontam os reservatÃrios superficiais como principais compartimentos de Ãgua. Entretanto, a bacia hidrogrÃfica tem maior abrangÃncia que as bacias hidrÃulicas nela contida, e os recursos hÃdricos nos compartimentos distribuÃdos na bacia hidrogrÃfica (como no solo) devem ser analisados nÃo somente no que se refere aos usos ecolÃgicos, mas tambÃm como espaÃo de disponibilidade hÃdrica. Portanto, o objetivo do trabalho foi analisar, com base em medidas e modelagem, a dinÃmica da Ãgua nos solos de uma bacia semiÃrida de Caatinga preservada e seu impacto sobre a disponibilidade hÃdrica. Para isso foi medida, entre outros, a umidade do solo a cada hora, de 2003 a 2010 (2923 dias) na Bacia Experimental de Aiuaba (BEA, 12 kmÂ), totalmente preservada e com precipitaÃÃo mÃdia anual de 560 mm. O monitoramento foi realizado atravÃs de trÃs sensores TDR, um instalado em cada uma das trÃs associaÃÃes entre solo e vegetaÃÃo (SVA) identificadas na bacia. O mÃtodo de investigaÃÃo considerou seis etapas principais: i) determinaÃÃo da profundidade efetiva das raÃzes da Caatinga preservada; ii) calibraÃÃo dos sensores de umidade tipo TDR; iii) representaÃÃo espaÃo-temporal da umidade do solo em cada unidade de SVA; iv) anÃlise da disponibilidade hÃdrica do solo na zona das raÃzes; v) parametrizaÃÃo do modelo hidrolÃgico WASA-SED; e vi) parametrizaÃÃo do modelo hidrolÃgico DiCaSM. Os resultados obtidos nesta pesquisa indicam a importÃncia da abordagem da anÃlise temporal da umidade do solo e da disponibilidade hÃdrica do solo na zona das raÃzes para a manutenÃÃo do bioma Caatinga. Mais especificamente, foi observado que a profundidade efetiva do sistema radicular na BEA oscilou entre 70 e 80 cm nas regiÃes com solos profundos, porÃm, em regiÃes com solos rasos, observou-se que a profundidade efetiva das raÃzes adaptou-se Ãs restriÃÃes, ficando reduzida a menos de 40 cm. AlÃm disso, a anÃlise sazonal demonstrou que, na estaÃÃo de estio, as raÃzes tÃm comprimentos atà 11 cm menores, abrindo, portanto, poros secundÃrios que facilitarÃo a penetraÃÃo da Ãgua nas eventuais chuvas dos meses secos (junho a dezembro), assim como nas primeiras chuvas da estaÃÃo Ãmida. Nas duas SVAs cujos solos sÃo profundos e cuja vegetaÃÃo à densa, a Ãgua no solo encontra-se ânÃo-disponÃvelâ (isto Ã, abaixo do ponto de murcha permanente â WP) em quase nove meses ao ano (72% do tempo); e somente durante trÃs meses ao ano (25%) a Ãgua no solo encontra-se disponÃvel. Nos 3% restantes do ano (cerca de 10 dias) hà Ãgua gravitacional nessas SVAs. Na SVA cujo solo à raso e cuja vegetaÃÃo à esparsa, a dinÃmica da Ãgua no solo à diferente: o tempo em que hà Ãgua gravitacional, disponÃvel e nÃo disponÃvel à praticamente o mesmo (quatro meses ao ano). Isso se deve, entre outros, à baixa umidade do solo no ponto de murcha permanente do neossolo litÃlico; e à sua restrita espessura, gerando saturaÃÃo muito mais frequentemente que nos demais solos que â ao contrÃrio deste â dispÃem de drenagem profunda. A depleÃÃo da Ãgua no solo sob condiÃÃes de umidade abaixo do ponto de murcha foi outro resultado importante desta pesquisa. Nas duas associaÃÃes com solos profundos e vegetaÃÃo densa, observou-se â ao longo de todo o perÃodo investigado â decaimento contÃnuo da umidade atà que a mesma se aproximasse assintoticamente da umidade residual. AnÃlise mais detalhada demonstrou que a reduÃÃo da umidade do solo entre o WP e a umidade residual sempre obedecia ao decaimento exponencial. Na associaÃÃo com solo raso e vegetaÃÃo esparsa observou-se que a umidade nÃo caÃa para valores inferiores ao WP, mesmo sujeita ao mesmo rigor climÃtico das demais associaÃÃes. Considerando-se: (i) que em solo tÃo seco, a drenagem à improvÃvel; e (ii) que os processos associados de percolaÃÃo e evaporaÃÃo tampouco devam ser os responsÃveis pela retirada de Ãgua do solo (posto que o fenÃmeno nÃo se observa na SVA cujo solo à raso e, portanto, mais quente); levanta-se a hipÃtese que o secamento do solo nessas condiÃÃes deva ser causado por extraÃÃo de Ãgua pela vegetaÃÃo. Isso reforÃaria a tese de que a Caatinga dispÃe de adaptaÃÃo para sobreviver mesmo em condiÃÃes de estresse hÃdrico. Os modelos hidrolÃgicos WASA-SED e DiCaSM nÃo conseguiram representar adequadamente a dinÃmica temporal da Ãgua nos solos da BEA. No entanto, os modelos reproduziram satisfatoriamente as curvas de permanÃncia da umidade dos solos, permitindo representar a disponibilidade hÃdrica na zona das raÃzes para fins de planejamento. Por fim, logrou-se avaliar â quantitativa, espacial e temporalmente â a disponibilidade hÃdrica do solo. Esta à da mesma ordem de grandeza da disponibilidade de um reservatÃrio superficial Ãtimo. Em termos quantitativos, a disponibilidade no solo chega a ser quase cinco vezes superior à do reservatÃrio superficial, entretanto, a garantia associada da Ãgua superficial (90%) à bem superior à permanÃncia da Ãgua disponÃvel na BEA: apenas 28% nas Ãreas com solos profundos e 65% nas Ãreas com solos rasos. / Regarding ecohydrology, the catchment water
is distributed over several
important compartments. Many studies in semiarid re
gions indicate the surface reservoirs as
the main water compartments. However, the watershed
has greater scope than the water
reservoirs contained therein, and water resources in compartments distributed in the
watershed (like in soil) should be analyzed not only with regard to ecological uses, but also as
spaces of water availability. Therefore, the object
ive of this work was to analyze, based on
measurements and modeling, the water dynamics in th
e soils of a semi-arid basin in preserved
Caatinga, and its impact on water availability. Wit
h this in mind, it was measured, among
others, the soil moisture, every hour, from 2003 to
2010 (2923 days) in the Aiuaba
Experimental Basin (AEB, 12 km Â), fully preserved
and with average annual rainfall of 560
mm. Monitoring was carried out through three TDR se
nsors, one installed in each of the three
soil and vegetation associations (SVA) identified in the basin. The research method
considered six main steps: i) assessment of the eff
ective root depth of preserved Caatinga ii)
calibration of humidity TDR sensors iii) space-time
representation of soil moisture in each
SVA unit iv) analysis of soil water availability in
the root zone, v) parameterization of the
WASA-SED hydrological model, and vi) parameterizati
on of the DiCaSM hydrological model. The results of this research indicate the importance of addressing the temporal analysis
of soil moisture and soil water availability in the
root zone to maintain the Caatinga biome.
More specifically, it was observed that the effecti
ve depth of the root system on AEB ranged
between 70 and 80 cm in areas with deep soils, but
in areas with shallow soils, it was
observed that the effective depth of the roots had
adapted to the constraints, having been
reduced to less than 40 cm. Furthermore, the season
al analysis showed that in the dry season,
the roots have lengths up to 11 cm smaller, openin
g, therefore, secondary pores that facilitate
the penetration of what little rain water falls in
the dry months (June-December), as well as in
the first rains of the wet season. In the two SVAs
whose soils are deep and the vegetation is
dense, the soil water is 'not available' (ie below
the permanent wilting point - WP) during
nearly nine months a year (72% of the time), and on
ly during three months of the year (25%
of the time) the soil water is available. In the re
maining 3% of the year (about 10 days) there
is gravitational water in these SVAs. In the SVAs whose soil is shallow and whose vegetation
is sparse, the dynamics of soil water are different
: the time when there is gravitational water,
available and unavailable, is practically the same
(four months a year). This is due to, among
other things, the low soil moisture at the permanen
t wilting point of the Udorthent, and to its
limited thickness, generating saturation much more
frequently than in others that - unlike this
one - have deep drainage. The depletion of soil wat
er under conditions of moisture below the
wilting point was another important result of this
research. In the two associations with deep
soils and thick vegetation, it was observed â throu
ghout the observation period â continuous
fall of moisture level until it approached asymptot
ically the residual moisture. More detailed
analysis showed that the reduction of soil moisture
between the WP and the residual moisture
level always followed the exponential decay. It was
observed, in the association of shallow
soil and sparse vegetation, that the moisture did not fall to below the WP, even subjected to
the same rigorous climate of the other associations
. Considering: (i) that in such a dry soil, the
drainage is unlikely, and (ii) that the associated
processes of percolation and evaporation
should not be responsible for the removal of soil w
ater either (since the phenomenon is not
observed in SVAs whose soil is shallow and therefor
e warmer) , it is raised the hypothesis
that the soil drying under these conditions must be
caused by water extraction by vegetation.
This would strengthen the argument that the Caating
a has adapted to survive under water
stress. The hydrological models WASA-SED and DiCaSM
failed to adequately represent the
temporal dynamics of soil water in the AEB. However
, the models did satisfactorily
reproduce the retention curves of soil moisture, al
lowing the representation of the water
availability in the root zone for planning purposes
. Finally, we managed to evaluate -
quantitatively, spatially and temporally â the soil
water availability. This availability is of the
same order of magnitude of the availability of an o
ptimal surface reservoir. The availability in
the soil, in quantitative terms, can be almost five
times higher than that of the surface
reservoir. However, the security associated with su
rface water (90%) is much higher than the
water permanence available in the AEB: just 28% in
areas with deep soils and 65% in areas
with shallow soils.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:5792 |
| Date | 01 June 2012 |
| Creators | Carlos Alexandre Gomes Costa |
| Contributors | Jose Carlos de AraÃjo, Iran Eduardo Lima Neto, Francisco Nildo da Silva, Lucas Melo Vellame, Suzana Maria Gico de Lima Montenegro |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em Engenharia AgrÃcola, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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