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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.11.2020.tde-06102020-163046
Documento
Autor
Nombre completo
Larissa Brêtas Moura
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
Piracicaba, 2020
Director
Tribunal
Folegatti, Marcos Vinicius (Presidente)
Duarte, Sergio Nascimento
Moster, Claudia
Santos, Otávio Neto Almeida
Título en portugués
Modelagem hidrossedimentológica na bacia hidrográfica do Rio Corumbataí - SP utilizando o SWAT
Palabras clave en portugués
Gestão dos recursos hídricos
Modelos hidrológicos
Qualidade da água
Sustentabilidade
Resumen en portugués
Os estudos hidrológicos em bacias hidrográficas partem da necessidade de se entender o funcionamento do balanço hídrico e os processos que controlam o movimento da água no solo, assim como os impactos das mudanças do uso e cobertura do solo sobre esse recurso. Esses impactos causam principalmente o aumento do escoamento superficial, acarretando em alterações nas vazões, aumento de eventos como, inundação, erosões e assoreamento de cursos d'água, os quais por fim alteram a quantidade e a qualidade dos corpos hídricos. Nesse sentido, a modelagem hidrológica é uma ferramenta muito relevante para o planejamento e gestão dos recursos hídricos uma vez que considera a distribuição espacial e temporal dos processos hidrológicos e pode ser utilizada para diversos fins, como na estimativa de disponibilidade hídrica, previsão de vazões e na análise da resposta hidrológica da bacia em decorrência de mudanças no uso do solo. Um dos principais desafios enfrentados pela modelagem hidrológica é a calibração eficiente dos parâmetros do modelo, e nesse contexto objetivou-se, com este trabalho, calibrar e validar o modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) para a bacia do Rio Corumbataí - SP, e analisar os impactos da mudança do uso e cobertura do solo na qualidade e quantidade de água da bacia. A calibração e validação foi realizada por meio do algoritmo de otimização Sequential Uncertainty Fitting versão 2 (SUFI-2). Foram calibrados e validados dados de vazão, sólidos totais, fósforo total e nitrogênio total. O desempenho do modelo na simulação da vazão na escala mensal foi mais bem avaliado pelo coeficiente de eficiência Nash e Sutcliffe (NS) e o coeficiente de derteminação (R2) na calibração (0,79) e NS e R2 validação (0,58) quando comparados à escala diária NS (0,59) e R2 (0,60) na calibração e NS (0,34) e R2 (0,35) na validação. Em relação aos nutrientes a porcentagem BIAS (Pbias) foi o índice estatístico que melhor classificou o desempenho do modelo. Foram simulados 4 cenários alternativos de uso e cobertura do solo: o Cenário 1 referem-se ao cenário atual da bacia; o Cenário 2 considera que as áreas de formação savânica, floresta plantada, formação campestre, tornam-se áreas de mineração; o Cenário 3 foram respeitados 50 m de mata ciliar por toda bacia; e o Cenário 4, 15% das áreas de cana-de-açúcar, agricultura e pastagem foram transformadas em florestas. O Cenário 2 resultou na maior produção de sedimentos, e escoamento superficial na bacia. Os resultados apresentados mostraram que o modelo SWAT foi capaz de simular com precisão as variáveis envolvidas no processo de calibração e validação, mostrando ser uma ferramenta viável para subsidiar os gestores no planejamento, gestão e conservação da bacia do Rio Corumbataí, através da simulação de cenários alternativos de uso do solo, os quais evidenciaram os impactos que podem vir a ser gerados.
Título en inglés
Hydrosedimentological modeling in the hydrographic basin of Rio Corumbataí - SP using SWAT
Palabras clave en inglés
Hydrological models
Sustainability
Water quality
Water resources management
Resumen en inglés
Hydrological studies in watersheds start from the need to understand the functioning of the water balance and the processes that control the movement of water in the soil, as well as the impacts of changes in land use and cover on this resource. These impacts mainly cause increased runoff, resulting in changes in the flows, events increase as flood, erosion and siltation of waterways, which eventually alter the quantity and quality of water bodies. In this sense, hydrological modeling is a very relevant tool for the planning and management of water resources since it considers the spatial and temporal distribution of hydrological processes and can be used for various purposes, such as estimating water availability, forecasting flows and in the analysis of the hydrological response of the basin due to changes in land use. One of the main challenges faced by hydrological modeling is the efficient calibration of the model parameters, and in this context, the aim of this work was to calibrate and validate the SWAT model (Soil and Water Assessment Tool) for the Corumbataí River basin - SP, and to analyze the impacts of changes in land use and cover on the quality and quantity of water in the basin. The calibration and validation was performed using the optimization algorithm Sequential Uncertainty Fitting version 2 (SUFI-2). Flow, total solids, total phosphorus and total nitrogen data were calibrated and validated. The performance of the model in the flow simulation on the monthly scale was better evaluated NS and R2 in the calibration (0.79) and NS and R2 validation (0.58) when compared to the daily scale NS (0.59) and R2 (0,60) for calibration and NS (0.34) and R2 (0.35) for validation. Regarding nutrients, Pbias was the statistical index that best classified the model's performance. Four alternative land use and land cover scenarios were simulated: Scenario 1 refers to the current basin scenario; Scenario 2 considers that the areas of savanna formation, planted forest, rural formation, become mining areas; Scenario 3: 50 m of riparian forest were respected throughout the basin; and Scenario 4 15% of the sugarcane, agriculture and pasture areas were transformed into forests. Scenario 2 resulted in higher sediment production and runoff in the basin. The results presented showed that the SWAT model was able to accurately simulate the variables involved in the calibration and validation process, showing to be a viable tool to support managers in the planning, management and conservation of the Corumbataí River basin, through the simulation of scenarios alternatives to land use, which highlighted the impacts that may be generated.
 
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Fecha de Publicación
2020-10-07
 
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