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Previous issue date: 2016-02-23 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O excesso de sedimentos presentes nos cursos d' água pode ocasionar prejuízos ambientais, econômicos e sociais. Portanto, ferramentas computacionais capazes de simular adequadamente todos os processos relacionados à produção, transporte e deposição de sedimentos são considerados atualmente essenciais para o adequado planejamento e gestão de bacias hidrográficas. Desta forma, objetivou-se avaliar o desempenho do modelo SWAT (Soil and Water Assesment Tool) na estimativa da produção e transporte de sedimentos e também na avaliação dos impactos de possíveis mudanças no uso do solo na produção de sedimentos em condições edafloclimáticas de uma bacia hidrográfica do sudeste brasileiro. As informações necessárias para a representação da bacia do Rio Pomba utilizadas para a aplicação do SWAT foram o Modelo Digital de Elevação hidrograficamente consistente (MDEHC), os mapas de solo e de seu uso, dados de precipitação, vazão e de concentração de sedimentos em suspensão, disponibilizados pela ANA (Agência Nacional de Águas), dados climáticos, disponibilizados pelo INMET (Instituto Nacional de Meteorologia), e informações de solo obtidos no projeto RADAMBRASIL. Foi necessária a utilização de uma curva-chave de sedimentos para a geração da série contínua de concentração de sedimentos. Foi realizada a análise de sensibilidade para identificar entre os parâmetros do modelo aqueles que mais interferem no seu desempenho. Na sequência, o modelo foi calibrado para a vazão e concentração de sedimentos em suspensão, tendo como seção de controle a estação fluviométrica denominada Cataguases (58770000), utilizando o período de 01/01/1995 a 31/12/1999. Para a validação, foram empregados dois testes distintos: split sample test e proxy basin test. Com o intuito de avaliar a capacidade de utilização do modelo como ferramenta para prever impactos de possíveis mudanças no uso do solo na produção de sedimentos, foram simulados dois cenários: Cenário I: constituiu-se da substituição de área de pastagens por reflorestamento, prevendo um crescimento de 5% ao ano da área de reflorestamento em um período de 10 anos; Cenário II: constituiu-se da substituição de área de pastagens por agricultura, prevendo uma porcentagem de crescimento de 12% ao ano para o mesmo período utilizado no Cenário I. Ambos os cenários hipotéticos foram aplicados na área de drenagem referente à estação fluviométrica, denominada Usina Maurício, localizada a montante da seção de calibração. As análises estatísticas feitas para avaliar o desempenho do modelo nas etapas de calibração e validação foram o coeficiente de Nash e Sutcliffe (E NS ) e o percentual de viés das vazões e concentrações de sedimento em suspensão simuladas em relação às observadas (P BIAS ). Os resultados permitiram constatar que: a) os parâmetros para quais o modelo apresentou maior sensibilidade foram: número da curva inicial para a condição de umidade ACMII (CN2); armazenamento de água no solo (SOL_AWC); tempo de retardo do escoamento superficial direto (SURLAG); fator de práticas de manejo da USLE (USLE_P); declividade média da sub-bacia (SLOPE); coeficiente linear de fluxo de sedimentos (SPCON); condutividade hidráulica do solo saturado (SOL_K); e profundidade da camada de solo (SOL_Z); b) o modelo SWAT pode ser aplicado para simulação hidrossedimentológica na mesma seção de calibração, utilizando uma série temporal de dados diferente; c) o modelo SWAT pode ser aplicado para simulação hidrossedimentológica em seções a montante das quais foi calibrado, porém com características edafoclimáticas semelhantes à área de drenagem utilizada na calibração; d) na simulação de cenários hipotéticos de uso do solo, a substituição de áreas de pastagem por reflorestamento provocou uma redução na concentração média anual de sedimentos em suspensão. Entretanto, a substituição de áreas de reflorestamento por agricultura aumentou a concentração média anual de sedimento em suspensão. / Watercourses’ sediment excess can cause environmental, economic and social losses. Therefore, there are computational tools able to simulate properly all sediments related production, transport and deposition processes that are currently considered essential for the proper watershed planning and management. Thus, this study aimed to evaluate the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model performance to estimate sediments production and transport and also in assessing land usage changes’ possible impacts in sediments production in edaphoclimatic conditions of a river basin in Brazilian southeastern. The necessary information for the representation of Rio Pomba’s basin used for SWAT’s application were the Hydrologically Consistent Digital Elevation Model (MDEHC), the soil and their usage maps, rainfall data, flow and suspended sediment concentration, provided by ANA (Agência Nacional de Águas), weather data, provided by INMET (Instituto Nacional de Meteorologia), and soil information obtained in RADAMBRASIL project. The use of a sedimentation curve to generate the concentration sediment continuous series was required. The sensitivity analysis was performed to identify the model’s parameters which most affect on its performance. And so on, the model was calibrated to suspended sediment’s flow and concentration, with the drainage area related to the gaging station called Cataguases (58770000) as control section, using the period from 01/01/1995 to 12/31/1999. For validation two different tests were taken: Split Sample Test and Proxy Basin Test. In order to evaluate the model’s utilization capability as a tool to predict possible land use changes’ impacts in sediments production, two scenarios were simulated: Scenario I: consisted of pasture area substitution by reforestation, providing a 5% reforestation area growth per annum in a 10 year period; Scenario II: consisted of pasture area substitution by agriculture, allowing a 12% growth rate per annum for the same period as in Scenario I. Both hypothetical scenarios were applied in the drainage area concerning the gaging station called Usina Maurício, located upstream of the calibration section. The statistical analysis conducted to assess the model’s performance in the calibration and validation steps were the Nash and Sutcliffe (ENS) coefficient and the flow bias percentage and suspended sediment concentrations, simulated in relation to the observed ones (PBIAS). The results demonstrated that: a) the parameters to which the model showed higher sensitivity were: the initial curve number for moisture condition ACMII (CN2); soil water storage (SOL_AWC); direct runoff time delay (SURLAG); USLE practices management factor (USLE_P); sub-basin average slope (SLOPE); sediment flow linear coefficient (SPCON); saturated soil hydraulic conductivity (SOL_K); and soil layer depth (SOL_Z); b) the SWAT model can be applied to hydro-sedimentological simulation in the same calibration section using some different time series data; c) the SWAT model can be applied to hydro-sedimentological simulation to upstream sections of which it was calibrated, but with edaphoclimatic characteristics similar to the drainage area used for calibration; d) the SWAT model can be applied to hydro-sedimentological simulation at conditions of a Brazilian southeastern located watershed; e) to simulate hypothetical scenarios of land use, replacing pasture areas for reforestation resulted in a reduction in the annual average suspended sediment’s concentration. However, the reforestation areas replacement by agriculture increased the annual average suspended sediment’s concentration.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:123456789/8197 |
| Date | 23 February 2016 |
| Creators | Rosa, David Rafael Quintão |
| Contributors | Pruski, Fernando Falco, Silva, Demetrius David da, Martinez, Mauro Aparecido |
| Publisher | Universidade Federal de Viçosa |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFV, instname:Universidade Federal de Viçosa, instacron:UFV |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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