A presente pesquisa teve por objetivo avaliar a aplicação do Tank Model para estimativa do escoamento e da produção de sedimentos em bacias hidrográficas e, como objetivo adicional, testar a regionalização do modelo. As conclusões do estudo são apresentadas a seguir. O Tank Model original foi modificado para uma abordagem hidrossedimentológica. A estrutura do modelo foi baseada em dois módulos, um para simulação de escoamento e outro para simulação de descarga de sedimentos. Para o módulo de escoamento foram utilizados dois tanques em série e para o módulo de descarga de sedimentos apenas um tanque. O modelo foi composto por oito parâmetros fundamentais (A0, B0, A1, A2, B1, HA1, HA2 e HB1), dois parâmetros relacionados à condição inicial de armazenamento nos tanques (S1 e S2) e dois parâmetros relacionados à condição inicial de sedimentos (X e SM). A simulação foi baseada em eventos em relação ao período simulado. Para cada evento, o período simulado foi de algumas horas ou dias.
Testes preliminares envolvendo a utilização de dois tanques em série para o módulo de descarga de sedimentos também foram executados. Os resultados apontaram que a aplicação de um tanque foi suficiente para simulação da descarga de sedimentos de eventos hidrossedimentológicos com duração de algumas horas ou dias.
A entrada de sedimentos do modelo foi estabelecida matematicamente pela multiplicação da concentração de sedimentos da bacia (X) e a intensidade da precipitação (I), sendo a intensidade da precipitação elevada a uma potência inteira a. A partir das simulações de descarga de sedimentos definiu-se que a relação linear (a = 1) é adequada para representar a relação da concentração de sedimentos da bacia e a intensidade da precipitação.
Os parâmetros do Tank Model modificado foram determinados por calibração automática multiobjetivo utilizando o algoritmo genético NSGA-II. Primeiro foram determinados os valores ótimos dos parâmetros do módulo de escoamento e depois os parâmetros do módulo de descarga de sedimentos.
Os parâmetros fundamentais e os parâmetros relacionados ao armazenamento inicial dos tanques foram calibrados para três eventos hidrossedimentológicos para cada bacia incluída na área de estudo. Os valores de NS foram superiores a 0,80,indicando bom ajuste entre os escoamentos simulado e observado. Para cada parâmetro fundamental do Tank Model, o valor ótimo foi definido como a mediana dos valores ótimos de cada evento hidrossedimentológico simulado.
Na etapa de validação do Tank Model foram simulados mais dois eventos hidrossedimentológicos para cada bacia incluída na área de estudo. Os valores dos parâmetros fundamentais foram definidos como sendo os valores ótimos obtidos na etapa de calibração e os valores dos parâmetros relacionados ao armazenamento inicial nos tanques foram obtidos por calibração para cada evento simulado. Os escoamentos simulado e observado exibiram boa concordância entre si. Os valores de NS foram superiores a 0,60, os valores de RSR foram inferiores a 0,63 e, em termos absolutos, os valores de PBIAS foram inferiores a 9,77%.
Posteriormente, os parâmetros relacionados às condições iniciais de sedimentos foram calibrados para dois eventos hidrossedimentológicos para cada bacia incluída na área de estudo. A simulação de descarga de sedimentos foi satisfatória para a maioria dos eventos analisados.
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Os valores de NS variaram de 0,330 a 0,886. Os valores de RSR variaram de 0,337 a 0,819. Os valores de PBIAS variaram de -53,06% a 30,85%. A simulação de descarga de sedimentos do evento (7) da bacia RB01 gerou um resultado de NS abaixo do valor de referência de 0,36. O evento (6) e o evento (7) da bacia RB01 e o evento (7) da bacia RB11 apresentaram valor de RSR acima do valor recomendado de 0,70.
Dado o baixo desempenho da simulação da descarga de sedimentos do evento (7) da bacia RB01, o evento foi desconsiderado nas análises posteriores.
Os resultados encontrados apontam que o Tank Model pode ser adaptado para uma abordagem hidrossedimentológica e ser utilizado para simular a produção de sedimentos em bacias hidrográficas.
Com base na literatura foram selecionadas características que pudessem estar associadas com o escoamento e a produção de sedimentos em bacias hidrográficas. Para executar a regionalização dos parâmetros do Tank Model modificado foram calculadas 37 métricas relacionadas à fatores morfológicos, geológicos, do solo, da vegetação e climático-hidrológicos capazes de descrever as características da bacia.
Antes de proceder a regionalização foi realizada a análise de correlação entre as características da bacia e os parâmetros do Tank Model. As características que apresentaram correlação significativa foram selecionadas para desenvolver a regionalização dos parâmetros do modelo.
A regionalização dos parâmetros do Tank Model foi realizada pelo método de regressão linear múltipla. Por meio do método foram derivadas equações relacionando os parâmetros do Tank Model e os índices das características da bacia hidrográfica para simulação do escoamento e da descarga de sedimentos. Os indicadores de qualidade da regressão linear múltipla foram bastante satisfatórios. As equações de regionalização exibiram valores de R² superiores a 0,88 e os valores de probabilidade de significância foram inferiores a 5%.
As métricas mais relevantes para explicar os parâmetros do Tank Model foram a Declividade Média, as porções de declividade das classes Plano e Montanhoso, as porções de solo dos Grupos Hidrológicos de Classe C e Classe D e as porções de uso do solo referente às classes de Agricultura, Edificação, Floresta Nativa e Reflorestamento.
Os resultados indicaram que a regionalização do Tank Model para produção de sedimentos é viável. Porém, destaca-se que há limitações na pesquisa desenvolvida e elas devem ser observadas.
A principal limitação da pesquisa foi o número reduzido de bacias hidrográficas incluídas na área de estudo. Devido ao reduzido número de bacias e à proximidade geográfica delas foi constatada baixa variabilidade de características das bacias, fator que prejudicou a análise de regressão. O reduzido número de bacias também impossibilitou realizar a validação do modelo de regressão. O período de monitoramento hidrossedimentológico nas bacias foi curto que, por sua vez, limitou a quantidade de dados disponíveis para executar a pesquisa. Além disso, há incertezas quanto à qualidade dos dados de precipitação, vazão, CSS e evapotranspiração utilizados.
Apesar das limitações encontradas, os objetivos de pesquisa propostos foram alcançados. Para trabalhos futuros destacam-se as seguintes potencialidades:
• Tendo em vista que a principal limitação do trabalho foi relativa à falta de dados hidrossedimentológicos sugere-se o desenvolvimento de pesquisas envolvendo monitoramento contínuo de longo prazo e coleta de dados em campo para construção de bases de dados hidrossedimentológicos, incluindo dados de precipitação, vazão, CSS e evapotranspiração;
• Considerando que o Tank Model modificado para produção de sedimentos aplicado na presente pesquisa foi diferente de outras abordagens já testadas anteriormente sugere-se a aplicação do modelo proposto para outras bacias hidrográficas como forma de verificar sua aplicabilidade para outras áreas de estudo. Além disso, sabendo que a aplicação do Tank Model para estimativa da produção de sedimentos em bacias hidrográficas é viável e que este é um campo de estudo com amplo potencial de pesquisa, sugere-se também o desenvolvimento de metodologias inovadoras buscando alcançar melhorias na capacidade do Tank Model para simular a produção de sedimentos;
• Foram encontrados apenas 10 artigos científicos na literatura que aplicaram técnicas de regionalização para estimar os parâmetros do Tank Model por meio de características da bacia hidrográfica para simulação do escoamento. Com a perspectiva de expansão do monitoramento hidrológico e melhoria nas bases de dados recomenda-se que mais estudos sobre a regionalização do modelo sejam executados, incorporando maior número de bacias hidrográficas e maior número de variáveis descritoras, com variedade de escala e de características das bacias. Novos trabalhos testando a regionalização do Tank Model para produção de sedimentos são importantes para reforçar ou descartar as tendências verificadas neste trabalho;
• Até então os trabalhos que aplicaram metodologias para regionalização do Tank Model utilizaram métricas para descrever as características da bacia hidrográfica de forma isolada na regressão linear múltipla, para trabalhos futuros sugere-se utilizar métricas baseadas na composição de características passíveis de espacialização, tal como declividade do terreno, formação geológica, tipo de solo e uso do solo, para testar o efeito da associação de características no comportamento hidrossedimentológico da bacia.
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