Dados de cobertura vegetal e uso da terra

Da mesma forma que os dados de solo, as informações de uso da terra também podem ser inseridas por meio de dados espaciais e tabulares. Estas informações participam da fundamentação do escoamento e infiltração da água no solo, além do equacionamento da fisiologia vegetal, crescimento das culturas e à ciclagem de nutrientes (NEITSCH et al., 2011). Para os dados espaciais foram utilizados os produtos de cobertura do solo do MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), que são fornecidos pelo sítio eletrônico da NASA, no NASA’s Land Processes Distributed Active Archive Center – LP DAAC. A resolução espacial é de 500 metros (sigla MCD12Q1), com o esquema primário de cobertura do solo que identifica 17 classes definidas pelo IGBP (International Geosphere-Biosphere

Programme), incluindo 11 classes de vegetação natural, três classes com alterações humanas e

três de áreas não vegetadas (FRIEDL et al., 2010). Dentro dos limites da BHRI, foram identificadas 10 classes de cobertura do solo (Figura 10).

Figura 10 – Mapa da cobertura do solo adquiridos pelos produtos MODIS. São identificadas 10 classes de cobertura na BHRI.

O SWAT possui 127 categorias de usos da terra que descrevem diversos tipos de cultura agrícola, feições naturais e coberturas específicas; além de mais 9 categorias distintas de urbanização diferenciadas pela densidade das edificações (ARROIO Jr, 2016). Dessa forma, para cada classe identificada no produto MODIS da BHRI, um tipo de classe de uso da terra do

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SWAT foi associado. A Tabela 2 relaciona as categorias da classificação MODIS com os códigos correspondentes no SWAT para a RHRI.

Tabela 2 – Relação de categorias da classificação MODIS com os códigos correspondentes às classes do SWAT para a BHRI.

Código

MODIS Classe SWAT – descrição Descrição

00 WATR – Water Água

02 FRSE – Forest Evergreen Floresta Perene Agulhada

04 FRSD – Forest Deciduous Floresta Decídua Latifoliada

05 FRST – Forest Mixed Floresta Mista

06 RNGB – Range-Brush Vegetação Arbustiva Densa

09 RNGE – Range-Grasses Savana Esparsa

10 PAST – Pasture Pastagem

11 WETL – Wetland Área Permanentemente Alagada

12 AGRL – Agriculture Agricultura

13 URML – Residential Med/Low Density Área Urbana

3.3.4 Declividade

A declividade no SWAT auxilia na caracterização da área de estudo, além de ser uma informação importante para diversos processos da bacia hidrográfica, que são fortemente dependentes da inclinação do terreno. A representação apropriada do relevo complementa a variabilidade das classes de solo e cobertura superficial necessárias nas simulações.

O SWAT exige a classificação do declive, podendo ser segmentado em até cinco classes. A estratificação do relevo da BHRI foi baseada na classificação da EMBRAPA (1999) que qualifica as condições de declividade, comprimento de encostas e configuração superficial dos terrenos (Figura 11). Essa classificação tem como objetivo promover a informação sobre a praticabilidade de emprego de equipamentos agrícolas e facilitar inferências sobre susceptibilidade dos solos à erosão. As classes de relevo reconhecidas para a bacia são:

 Plano: superfície com desnivelamento pequeno, com declividades variável de 0 a 3%;  Suave ondulado: superfície pouco movimentada, constituída por conjunto de colinas

apresentando declives suaves, predominantemente variáveis de 3 a 8%;

 Ondulado: superfície de topografia pouco movimentada, constituídas por conjunto de colinas representando declives moderados, predominantemente variáveis de 8 a 20%;

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 Forte ondulado: superfície de topografia movimentada formada por morros e raramente colinas com declives fortes predominantemente variáveis de 20 a 45%.

 Montanhoso e escarpado: Superfície de topografia vigorosa com predomínio de formas acidentadas. Desnivelamentos relativamente grandes e declives fortes e muito fortes, predominantemente variáveis de 45 a 75%. As áreas que superam os 75% são classificadas como área de predomínio de formas abruptas apresentando superfícies muito íngremes e escarpamentos.

Figura 11 – Mapa da declividade da BHRI calculado a partir de dados SRTM.

3.3.5 Definição das Unidades de Resposta Hidrológica – HRUs

As simulações são construídas pelo delineamento da bacia hidrográfica em múltiplas sub-bacias que ainda são divididas em unidades de resposta hidrológica – conhecida como HRU (Hydrological Response Unit). O uso das pequenas divisões é particularmente benéfico quando pequenas áreas da bacia são dominadas por características físicas diferentes o suficiente para impactar as propriedades hídricas. Ou seja, as HRUs são terrenos agrupados pela combinação única de cobertura de terra, solo e declividade, ilustrada na Figura 12. O escoamento é calculado separadamente para cada HRU e conduzido para obter a vazão total da bacia hidrográfica, aumentando a precisão da modelagem e melhor descrição física do balanço hídrico (WINCHELL et al., 2013).

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Figura 12 – Esquema da formação de HRUs. A partir da combinação única de cobertura superficial, tipo de solo e declividade do terreno.

Fonte: Pai et al., 2012.

Durante a definição da HRU, o modelo permite a especificação de critérios mínimos para agregação das áreas de influência de cobertura do solo, tipos de solo e declividade do terreno. A adoção dos limiares garante a redução da complexidade do modelo frente a capacidade computacional para o processamento das simulações.

Cada critério de especificação pode variar entre zero e 100% e, para a maioria das aplicações, a configuração padrão para o limite de cobertura do solo é de 20%, 10% para tipos de solo, e 20% para a declividade (WINCHELL et al., 2013). As áreas minoritárias são eliminadas para cada sub-bacias e o remanescente é rearranjado de modo a garantir que a sub- bacia seja 100% modelada. Ou seja, a definição do limiar garante a porcentagem da camada mínima que deve cobrir a sub-bacia para ser incluída como parte de uma HRU. Porém, Strauch et al., (2015), partem da hipótese que a redução do número de HRUs pode distorcer significativamente os dados de entrada do modelo, criar maiores erros e, que a combinação de diferentes limites pode levar ao mesmo número de HRUs porém com erro agregado distinto.

Para investigar a melhor combinação de limiares entre as camadas de associação das HRUs, a rotina do software R – topHRU2 _{(STRAUCH et al., 2016) calcula o erro relativo médio}

de agregação (Relative Error of Aggregation – aREA) e compara com a distribuição das HRUS criadas a partir das combinações possíveis de limiares, dentro de um intervalo pré-estabelecido. Os valores de aREA podem ser entre 0 e 1; e quando multiplicado por 100, representam a porcentagem média de área modificada sobre a totalidade da bacia frente a simplificação das áreas de cobertura do solo, tipos de solo e declividade do terreno. Quanto menor a porcentagem, menor são as distorções de representatividade.

Quando aplicado na BHRI, o topHRU criou as HRUs possíveis e seus respectivos valores de erro relativo (aREA) a partir das combinações de porcentagem limite de contribuição

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entre as camadas (cobertura do solo, tipo de solo e declividade do terreno). Para cada número de HRU, a rotina calculou o menor valor de aREA, destacado em vermelho na Figura 13. Valores distantes da linha vermelha do gráfico não refletem a melhor combinação de limiares, visto que para um mesmo número de HRU, o erro atribuído é superior.

Quanto maior o número de HRUs maior é o processamento computacional necessário para sustentar as simulações. Baseado nos resultados do topHRU, a BHRI foi segmentada a partir dos limiares propostos de 5% para a cobertura do solo, 5% para o tipo de solo e 5% para a declividade, totalizando 502 HRUS, com um valor de aREA de 0,0341; ou seja, 3,41% de área da bacia modificada. A combinação 5/5/5% está em destaque na intersecção entre as linhas pontilhadas do gráfico. O número de HRUs criado para cada sub-bacia foi detalhado na Tabela 1.

Figura 13 – Gráfico gerado pela rotina do software R proposta por Strauch et al. (2016). Número de HRUs e valores de aREA (Relative Error of Aggregation).