Distributed Hydrology Soil Vegetation Model – DHSVM

O desenvolvimento do DHSVM se deu originalmente por Mark Wigmosta, na Universidade de Washington, durante a década de 1990. Esse é um modelo hidrológico distribuído, baseado em processos físicos, projetado para fornecer uma representação integrada e dinâmica do solo, hidrologia e vegetação, de uma ou um grupo de bacias hidrográficas, na escala espacial do Modelo Digital de Elevação (MDE).

Para o DHSVM, comumente adota-se o MDE com grid de espaçamento variando em uma amplitude de 10 a 30 m para bacias de até 100 km² e 100 m ou superior para bacias da ordem de 100 a 104 km².

Por incluir o sistema de interceptação da chuva pelo dossel, evaporação, gotejamento, escoamento pelo tronco, transpiração da vegetação e evaporação do solo, passa a ser classificado, também, como um modelo para simulação de processos SVAT – Soil-vegetation-atmosphere transfer (BECKERS; ALILA 2004,

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Informação fornecida por Erick Fernandes – Asesor, Cambio Climático y Recursos Naturales, Departamento de Desarrollo Sostenible, Región de América Latina y el Caribe, T: +1.202.473.1292, F: +1.202.522.3308, E-mail: [email protected] – durante reunião no Departamento de Ciências Florestais e da Madeira na Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), Centro de Ciências Agrárias, Jerônimo Monteiro (ES), em 20 de setembro de 2011.

BECKERS; SMERDON; WILSON, 2009, SUN et al., 2013, WIGMOSTA; VAIL; LETTENMAIER, 1994, WIGMOSTA; NIJSSEN; STORCK, 2002).

Esse modelo tem sido empregado, de forma geral, em pesquisas de interações clima/hidrologia, impactos das mudanças climáticas sobre os recursos hídricos, pesquisa sobre as atividades de manejo florestal em bacias hidrográficas, incluindo ainda, mas não limitado, aos seguintes estudos, nas respectivas localidades:

 Efeitos de estradas em processos hidrológicos – Pang Khum norte da Tailândia (CUO et al., 2006);

 Efeitos da mudança da cobertura do solo no regime hidrológico de bacia hidrográfica – Washington, NW Thailand (CUO et al., 2010; THANAPAKPAWIN et al., 2006);

 Predição da dinâmica de sedimentos em montanhas florestadas – norte central de Washington – oeste da província de Oregon (DOTEN et al., 2006; LAMARCHE; LETTENMAIER 2001);

 Simulação do balanço hidrológico e efeitos do tratamento de florestas – oeste do Oregon (WAICHLER; WIGMOSTA; WEMPLE, 2002);

 Predição dos efeitos da colheita florestal em vazão de pico - noroeste do Pacífico (STORCK et al., 1998);

 Simulação da meteorologia horária a partir de dados diários e seu significado na hidrologia – oeste do Oregon (WAICHLER; WIGMOSTA, 2003);

 Contribuição do escoamento preferencial em encostas inclinadas para a geração de pico de fluxo em uma bacia – floresta tropical (BECKERS; ALILA, 2004);

 Previsão e avaliação a curto, médio e longo prazo de fluxo hídrico para energia hidroelétrica (WESTRICK; STORCK; MASS, 2002);

 Análise de sensibilidade aos parâmetros de vegetação - Serra do Mar no Estado de São Paulo (KRUK, 2009);

 Modelagem hidrológica em microbacia florestada não perturbada – noroeste de Manaus na Amazônia Central (PINEDA, 2008);

 Avaliação de impactos do uso da terra na temperatura da água na rede de drenagem, em pequenas bacias hidrográficas urbanas (Sun et al. 2013);

 Impactos de mudanças climáticas potenciais em bacias hidrográficas – noroeste do Pacífico (LEUNG; WIGMOSTA, 1999).

tipos de aplicações. No entanto, é importante destacar que, como limitação, Beckers e Alila (2004) afirmam que o modelo pode ser incapaz de representar o escoamento preferencial em encostas na simulação dos picos de vazão, sendo incerta, também, a sua precisão quanto ao papel das estradas florestais na hidrologia de bacias hidrográficas (SURFLEET, 2008). Quanto à praticidade de seu uso, poucos esforços têm sido feitos para desenvolver uma interface amigável com o usuário (BECKERS; SMERDON; WILSON, 2009), até o atual momento.

A estrutura do DHSVM foi projetada com inclusão dos seguintes modelos internos: a) um componente de dossel estratificado em duas camadas para a evapotranspiração, b) um componente de balanço energético, c) um componente de solo multicamadas referentes às zonas de enraizamento para cálculos da hidráulica do solo, d) um componente de fluxo saturado subsuperficial, e) um componente de escoamento em canais, e ainda f) um componente de sedimentos com quatro subcomponentes principais: perda de massa (estocástica), erosão de encostas, erosão das estradas florestais e um algoritmo de roteamento de canal, que por sua vez, permitem o cálculo da mudança na elevação do MDE em função da erosão (BECKERS, SMERDON; WILSON, 2009, SUN et al. 2013, WIGMOSTA; NIJSSEN; STORCK, 2002, WIGMOSTA; VAIL; LETTENMAIER, 1994) (Figura 1).

Figura 1 – Estrutura geral do modelo DHSVM.

O DHSVM realiza a modelagem dos seguintes processos: dinâmica da distribuição espacial da evapotranspiração total e potencial; evaporação interceptada e total; armazenamento da interceptação pela vegetação; interceptação pela rede de drenagem e viária; umidade do solo para cada uma das multicamadas; percolação; profundidade do lençol freático; temperatura da superfície do solo; troca de radiação líquida na superfície; troca de calor sensível e latente; troca de calor com o solo; armazenamento de calor no solo; escoamento superficial; retorno de fluxo em cotas mais baixas do terreno por saturação do solo; fluxo total de sedimentos; hidrograma completo; rendimento anual; pico de fluxo; baixo fluxo; balanço hídrico; vazão dos rios; escoamento superficial de encostas; águas subterrâneas; escoamento de água na rede viária; e transferência de energia térmica nos rios através da interface ar- água.

Por ser um modelo contínuo e dinâmico, realiza o cálculo do balanço hídrico para cada célula da grade matricial a qual a bacia é representada, em cada passo de tempo, pelos seguintes componentes (Equação 1 e Figura 2):

∑ ( (1) em que:

ΔSSj: variação do armazenamento da água no solo nas “ns” camadas do solo; ΔSio e ΔSiu: variações na interceptação armazenada no dossel superior (overstory) e inferior (understory), respectivamente;

P: precipitação;

Pns: percolação (drenagem vertical da água) das zonas de raízes e abaixo dessas;

Es: evaporação da superfície do solo;

Eio, Eiu, Eto e Etu: evaporação e transpiração dos dosséis superior e inferior respectivamente.

Figura 2 – Simulação do balanço de água na vegetação e na zona de raízes para uma célula de grade. A água que deixa a camada inferior da zona radicular (P4) destina-se à recarga do lençol freático.

Fonte: Pineda, (2008, adaptada de WIGMOSTA et al., 1994).

Nesse modelo, os componentes do balanço hídrico podem, ainda, ser divididos em:

1. Escoamento superficial; 2. Água no dossel;

3. Água no solo;

4. Fluxo subsuperficial saturado; 5. Água interceptada por canais; 6. Água interceptada por estradas;

7. Total de água que volta à superfície por consequência da saturação do solo; 8. Evapotranspiração;

9. Precipitação;

10. A quantidade total de água durante o passo de tempo anterior; 11. Fluxo de bueiros para o canal;

12. Fluxo da superfície para o canal;