Population growth and economic development has led to the unsustainable use of natural resources. The occupation of land often occurs preferentially in areas close to water sources, and frequently proceeds without any a priori planning, resulting in harm to both the availability and quality of water supplies. Hydrological models are widely used to study and predict the hydrosedimentological processes that occur in hydrographic basins, aiding the understanding of changes in water quality and quantity resulting from the use and management of the soil, and enabling prediction of possible alterations in ecosystems. The overall aim of this work was to study the hydrosedimentological dynamics of the hydrographic basin of the Poxim-Açu River, using qualitative and quantitative water monitoring, together with a mathematical model to simulate different scenarios according to the type of land use. The study region comprised the hydrographic basin of the Poxim-Açu River, located in the eastern region of Sergipe State. The SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model was used to simulate the production of water, sediments, and nutrients. Water quality monitoring campaigns were conducted on a monthly basis, between February 2010 and March 2011, at 7 stations distributed along the basin. The parameters analyzed were: conductivity, turbidity, color, total dissolved solids, dissolved oxygen, alkalinity and hardness, nutrients (total phosphorus, dissolved orthophosphate, nitrite, nitrate, ammoniacal nitrogen, and total nitrogen), chlorophyll-a, and thermotolerant and total coliforms. Soil samples were collected for the determination of physico-hydric properties: density, humidity, percentages of clay, silt, and sand, macro- and microporosity, total porosity, and infiltration rate. Monitoring of the flow rate and water column height of the Poxim-Açu River was undertaken between July 13 2011 and September 26 2011, using bathymetry and a winch. The water quality in the basin was found to be degraded in terms of the levels of dissolved oxygen and total and thermotolerant coliforms. The soils presented densities in the range 1.07-1.88 g.cm-3 and humidities below 35%. The greatest infiltration rates were obtained for Quartzarenic Neosols, followed by Litholic Neosols, Gleysols, and Red-Yellow Argisols, respectively. The depth-availability curve obtained using polynomial regression showed a high coefficient of determination (R² = 0.9376). After sensitivity analysis and calibration, the model provided satisfactory performance, with values: NSE = 0.77, R² = 0.65, PBIAS = 5.05, RMSE = 0.48, and RSR = 0.49. The validation statistics were poorer than obtained during the calibration procedure, probably due to the small sample size of the flow data. It was found that 30% of the hydrographic basin produced 65% of the sediment, 84% of total nitrogen, 93% of phosphate, and 86% of total phosphorus. These sub-basins were characterized by the presence of Red-Yellow Argisols and Gleysols, with the area occupied by pasture exceeding 40% in all cases, and being greater than 90% in one case (sub-basin 21). The scenario in which the hydrographic basin was occupied by forest showed the lowest values for the production of water, sediments, and nutrients. This was in contrast to the implementation of annual cultivations, such as sugar cane, which greatly increased the production of sediments and nutrients. / O crescimento populacional e desenvolvimento econômico têm levado à exploração não sustentável dos recursos naturais. A ocupação dos espaços ocorre quase sempre em áreas situadas próximas aos mananciais, muitas vezes sem planejamento, gerando situações de escassez dos recursos hídricos, tanto em qualidade, como em quantidade. Os modelos hidrológicos são amplamente utilizados para o estudo e previsão dos processos hidrossedimentológicos que ocorrem em uma bacia hidrográfica, colaborando para a compreensão dos impactos das alterações ocasionadas pelo uso e manejo do solo, na qualidade e quantidade de água, como também prever possíveis alterações que poderão ocorrer nos ecossistemas. Este trabalho teve como objetivo geral estudar a dinâmica hidrossedimentológica da bacia hidrográfica do rio Poxim-Açu, a partir do monitoramento quantitativo e qualitativo da água, com a utilização de um modelo matemático para simulação de cenários em função do uso do solo. A área de estudo compreende a bacia hidrográfica do rio Poxim-Açu, localizada na porção leste do estado de Sergipe. Neste sentido, foi aplicado o modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) para simular a produção de água e sedimentos, além dos nutrientes. Para alcançar os objetivos foram realizadas campanhas mensais de monitoramento da qualidade da água de fevereiro de 2010 a março de 2011 em 7 estações distribuídas ao longo da bacia hidrográfica do rio Poxim-Açu. Os parâmetros analisados foram condutividade, turbidez, cor, sólidos totais dissolvidos, oxigênio dissolvido, alcalinidade e dureza, nutrientes fósforo total, ortofosfato dissolvido, nitrito, nitrato, nitrogênio amoniacal, nitrogênio total além da clorofila-a, coliformes termotolerantes e totais. Foram realizadas coletas de amostras de solo para a determinação de propriedades físico-hídricas do solo: densidade, umidade, porcentagens de argila, silte e areia, macro e microporosidade, porosidade total, além da velocidade de infiltração. O monitoramento referente a vazão e lâminas d água (cota) foram efetuadas no período de 13 de julho a 26 de setembro de 2011, no rio Poxim-Açu, por meio da técnica de batimetria e determinação da vazão por molinete. A qualidade da água da bacia hidrográfica do rio Poxim encontra-se comprometida principalmente no que se refere ao oxigênio dissolvido e coliformes totais e termotolerantes. De acordo com os métodos para análise do solo os valores de densidade obtidos foram no intervalo de 1,07 a 1,88 g.cm-3, a umidade, apresentou-se abaixo de 35%. Os solos que apresentam maiores velocidades de infiltração foram os Neossolos Quartzarênicos, seguidos pelos Neossolos Litólicos, Gleissolos e Argissolos Vermelho Amarelo, respectivamente. A curva-chave determinada a partir da regressão polinomial apresentou elevado coeficiente de determinação (R² = 0,9376). Após a análise de sensibilidade e calibração do modelo foram obtidos valores satisfatórios para o desempenho do modelo, NSE = 0,77, R² = 0.65, PBIAS = 5,05, RMSE = 0,48, RSR = 0,49. As estatísticas da validação ficaram piores que no período de calibração, o que pode ter contribuído para este fato é o pequeno tamanho da amostra de dados observados de vazão. Observa-se ainda que em 30% da bacia hidrográfica estudada foram produzidos 65% dos sedimentos, 84 % do nitrogênio total, 93 % do fosfato e 86% do fósforo total. Essas subbacias são caracterizadas pelos solos Argissolo Vermelho Amarelo e Gleissolo. Nestas subbacias o percentual de área ocupado pela pastagem é sempre superior a 40 %, em algumas subbacias, como a 21, o percentual é superior a 90 %. O cenário de ocupação da bacia hidrográfica por floresta apresentou os menores valores de produção de água, sedimentos e nutrientes, em contrapartida a implantação de culturas anuais, como a cana de açúcar em substituição ao cenário atual, promoveu aumento considerável na produção de sedimentos e nutrientes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:ri.ufs.br:riufs/4286 |
| Date | 13 September 2013 |
| Creators | Silva, Marinoé Gonzaga da |
| Contributors | Netto, Antenor de Oliveira Aguiar |
| Publisher | Pós-Graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente |
| 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:Repositório Institucional da UFS, instname:Universidade Federal de Sergipe, instacron:UFS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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