MODELAGEM HIDROLÓGICA NO ESTUDO DA VAZÃO EM BACIAS HIDROGRÁFICAS

MIRNA KARLA AMORIM DA SILVA1 ROBERTO ROSA2

1 Universidade Federal Uberlândia – IG/UFU mirnakarla@ufu.br

2 Universidade Federal Uberlândia – IG/UFU rrosa@ufu.br

Resumo

A água é um elemento básico da vida e, ao contrário de outros recursos, como as florestas e os solos que podem ser destruídos e revitalizados, a água é um recurso finito. Neste contexto, deve-se levar em conta que as alterações ao meio ambiente causam mudanças no escoamento das bacias hidrográficas pela retirada da cobertura vegetal nativa e pela interferência da urbanização nos processos do ciclo hidrológico. Desta forma, o objetivo desta pesquisa é demonstrar a importância da modelagem hidrológica como ferramenta para o estudo da vazão em bacias hidrográficas, permitindo o monitoramento e gestão da água, especialmente em regiões de significativa alteração do uso da terra. Destaca-se, na pesquisa, a importância do uso das geotecnologias para a coleta, armazenamento, processamento, análise, previsão e simulação de dados espaciais e temporais, em diferentes níveis e para diferentes localidades, nos estudos hidrológicos. A seguir, apresenta-se a importância do uso da modelagem no entendimento dos processos ocorridos na natureza utilizando dados de entrada conhecidos para a formulação/verificação de resultados desconhecidos. Posteriormente, evidencia-se a modelagem hidrológica como ferramenta para otimizar o gerenciamento dos recursos hídricos. E, por fim, alguns exemplos de modelos hidrológicos são apontados, como o SWAT (Soil and Water Assessment Tool), usado amplamente em estudos quantitativos e qualitativos da água. Verifica-se, ao final da pesquisa, que os modelos podem e devem servir como ferramenta eficiente na gestão dos recursos hídricos.

Palavras-chave: Estudos hidrológicos. Geotecnologias. Água.

Abstract

The water is a basic element of life and, unlike other resources, such as forests and soils which can be destroyed and revitalized, the water is a finite resource. In this context, we must take into account that the alterations in the environment cause a change in the flow of the river basins by the removal of native vegetation cover due to the interference of the urbanization in the hydrological cycle processes. Therefore, the objective of this research is demonstrating the importance of the hydrological modeling as a tool to the flow study in river basins, allowing the monitoring and water management, especially in regions of significant alteration in the land use. We can highlight, in the research, the importance of the use of geotechnologies for the collection, storage, processing, analysis, forecasting and simulation of spatial and temporal data, in different levels and to different locations, in hydrological studies. Then, we present the

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importance of the use of modeling in the understanding of the processes that occurred in the nature using entry data known by the formulation/verification of unknown results. Posteriorly, we highlight the hydrological modeling as a tool to optimize the management of water resources. Finally, some examples of hydrological models are pointed out, as the SWAT (Soiland Water Assessment Tool), widely used in quantitative and qualitative water studies. It was verified, in the end of the research that the models can and should serve as an effective tool in the management of water resources.

Key-words: Hydrological studies. Geotechnologies. Water.

1. Introdução

A água, como um elemento básico da vida, deve ser preservada para a atual e futuras gerações. É indiscutível que seu uso sustentável e gestão devam ser realizados de forma a cuidar desse recurso e a todos os processos ligados a sua manutenção. No entanto, verifica-se um grande consumo de água pela agricultura, indústria e pessoas, o que acarreta altos custos ambientais, incluindo a perda de biodiversidade e danos aos sistemas hídricos naturais (rios e aquíferos). “Metade das regiões alagadas do mundo desapareceu ao longo do último século, e muitos rios não chegam até o mar” (ANA, 2009, p. 21). E esta preocupação não é atual.

Neste contexto, frente a necessidade de gestão dos recursos hídricos, a modelagem hidrológica se coloca como uma ferramenta adicional, importante e eficiente no monitoramento e gestão das águas presentes nas bacias hidrográficas.

A realização desta pesquisa justifica-se pelo fato de que a temática sobre modelagem ambiental, a exemplo da modelagem hidrológica, vem sendo amplamente estudada e requer grande quantidade e diversidade de pesquisas para seu melhor entendimento e contribuição a respeito da preservação do meio ambiente.

Desta forma, este estudo foi conduzido a partir da hipótese de que, em um cenário de diversas mudanças do uso da terra e cobertura vegetal nativa (especialmente marcadas pela implementação de barragens, pela intensificação do uso da água para irrigação agrícola e intensa mudança de manejo de uso das terras) é possível modelar e estimar as transformações

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hidrológicas ocorridas em bacias hidrográficas a partir de dados espaciais e geotecnologias disponíveis.

O objetivo geral desta pesquisa é analisar a importância da modelagem hidrológica para o estudo da vazão nas bacias hidrográficas.

2. Metodologia de Trabalho

Para o desenvolvimento desta pesquisa, inicialmente, foi realizada a definição do tema da pesquisa, devido a relevância da temática sobre ferramentas para a gestão e monitoramento dos recursos naturais.

Posteriormente, seguiu-se a realização de uma revisão bibliográfica. A realização desta revisão foi necessária para embasar os aspectos abordados dentro da proposta da pesquisa, pois pressupõe o conhecimento a respeito de conceitos, teorias e estudiosos que realizaram pesquisas pertinentes ao tema abordado.

Foram consultados, inicialmente, trabalhos acadêmicos, livros, revistas periódicas especializadas, seja em formato impresso ou digital, que forneceram uma base conceitual sobre estudos hidrológicos, o uso do geoprocessamento e da modelagem hidrológica. Todas essas informações foram relevantes para subsidiar e fundamentar a elaboração da pesquisa.

Finalmente, procedeu-se a indicação de diversos exemplos de modelos hidrológicos estudados/utilizados, assim como algumas implicações e aplicações dos mesmos voltadas para o monitoramento e gestão dos recursos hídricos.

3. Resultados e Discussão

Dentro do contexto, da importância da preservação e gestão dos recursos hídricos, destaca-se a necessidade de estudos voltados ao conhecimento das tecnologias disponíveis para esse fim. Notadamente, dentro da temática dos estudos hidrológicos, tem grande destaque a ferramenta da modelagem hidrológica.

Realizadas as pesquisas, leituras e estudos pertinentes ao tema da pesquisa, foram apresentados apontamentos, discussões e exemplos de como

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a modelagem hidrológica pode auxiliar junto a estudos de preservação dos recursos hídricos.

Verificou-se, de fato, que a modelagem matemática está presente na prática hidrológica como uma das principais ferramentas utilizadas em avaliações ambientais.

Os modelos ambientais surgem no sentido de auxiliar o entendimento dos processos ocorridos na natureza a partir de dados de entrada conhecidos para a formulação/verificação de resultados desconhecidos. Para Rennó e Soares (2007), os modelos podem ser classificados, dentre outras formas, de acordo com o tipo de variáveis utilizadas (estocásticos ou determinísticos), o tipo de relações entre essas variáveis (empíricos ou conceituais), a forma de representação dos dados (discretos ou contínuos), a existência ou não de relações espaciais (pontuais ou distribuídos), e a existência de dependência temporal (estáticos ou dinâmicos).

A modelagem hidrológica, em específico, surgiu para otimizar a gestão dos recursos hídricos. De acordo com Rennó e Soares (2007, p. 531) “um modelo hidrológico pode ser definido como uma representação matemática do fluxo de água e seus constituintes sobre alguma parte da superfície e/ou sub-superfície terrestre”.

Lorandi e Cançado (2005) apontaram os parâmetros físicos que alimentam os modelos para o gerenciamento e análise das bacias hidrográficas, destacando os elementos climáticos, hidrológicos, geológicos, topográficos, geomorfológicos, pedológicos, processos erosivos, uso da terra e cobertura vegetal, entre outros, como subsídio para modelos de suporte para o gerenciamento das bacias hidrográficas.

Dentre os parâmetros relacionados diretamente à hidrologia, têm destaque os parâmetros climáticos (precipitação, evapotranspiração e parâmetros secundários ligados aos primeiros (radiações solares, temperaturas, umidade do ar, vento, etc.), parâmetros de escoamento (descargas líquidas e sólidas, características da rede de drenagem, velocidade, qualidade da água e dos sedimentos transportados, reservatórios naturais e artificiais, etc.) e parâmetros ligados ao meio receptor (geologia, topografia, solos, vegetação, urbanização, etc.). Para Collischonn e Tucci (2003, p. 27) não existe um conjunto único de

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parâmetros capaz de representar os processos hidrológicos, devido às incertezas inerentes dos dados, das simplificações do modelo e da representatividade dos parâmetros. Existem várias soluções possíveis, que de forma adequada darão a resposta desejada.

Diversos modelos hidrológicos podem ser encontrados na literatura, a exemplo do modelo hidrológico SWAT (Soil and Water Assessment Tool) que foi desenvolvido nos anos de 1990, no Texas, pelo Agricultural Research Service e pela Texas A&M University, e tem sido amplamente utilizado em bacias hidrográficas do mundo todo para quantificar os impactos de diferentes atividades antrópicas e estratégias de gestão nos aspectos quantitativos e qualitativos da água. Este modelo vem sendo estudado e aplicado em diversos estudos como os estudos de Lubitz (2009), que avaliou sua aplicação na bacia experimental do ribeirão Concórdia, localizada em Lontras/SC/Brasil, através da comparação entre dados medidos e simulados de vazão e de concentrações de sedimentos e nutrientes no canal, após análises de sensibilidade de parâmetros e calibração manual, para o período de 2006 e 2009. Destaca-se ainda, a pesquisa de Fukunaga (2012) que avaliou a aplicabilidade do modelo SWAT para a estimação de vazões em bacias hidrográficas do sul do Estado do Espírito Santo/Brasil (bacia do córrego Jaqueira e bacia do rio Itapemirim).

Outro modelo hidrológico a ser citado é o modelo semi-distribuido SLURP (Semi-distributed Land Use-based Runoff Processes). Este modelo simula o ciclo hidrológico da precipitação até a vazão, para finalidades como a simples obtenção da vazão ou a sua utilização em estudos de mudanças de cobertura vegetal e alterações no ciclo hidrológico. Este modelo foi estudado por Nóbrega (2008), em um estudo sobre a relação entre o desmatamento e impactos sobre os recursos hídricos para aperfeiçoar os conhecimentos dos processos físicos do ciclo hidrológico nestas condições.

Santos (2009) apresentou uma revisão dos modelos hidrológicos, destacando outros exemplos de modelos citados na literatura como: KINEROS (Kinematic Runoff Erosion Model), um modelo de eventos, distribuído, não linear, onde a bacia é representada por planos retangulares, canais e elementos de armazenamento; WEPP (Water Erosion Prediction Project), um

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modelo conceitual desenvolvido pelo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA) que considera a física do solo, a ciência das plantas e a mecânica da erosão; e o SHE (Système Hydrologique Européen), desenvolvido pelo consórcio europeu de institutos de hidrologia, nos anos de 1970, que consiste num modelo distribuído com o intuito de representar a maior quantidade de processos hidrológicos possível, em diversas aplicações.

O modelo TOPMODEL (modelo chuva-vazão) também se tornou bastante difundido e amplamente utilizado para a previsão de escoamentos em análises baseadas em grades regulares, a partir da influência da topografia. Este modelo foi aplicado em estudos como o de Hollanda (2012), que propôs avaliar a aplicabilidade deste modelo para simulação de vazão máxima, lâmina de escoamento superficial e hidrogramas de escoamento superficial em eventos de precipitação na micro-bacia hidrográfica do córrego Junqueira/Alegre/ES/Brasil. O mesmo modelo hidrológico também foi estudado por Xavier (2002) que propôs avaliar o papel desempenhado pela análise de incerteza aplicada na simulação de vazões em bacias hidrográficas.

Por fim, além de tantos outros exemplos existentes, destaca-se o MGB, Modelo de Grandes Bacias, desenvolvido no Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) ao longo dos últimos 10 anos. O MGB é um modelo matemático que pode ser utilizado para representar os processos hidrológicos em bacias hidrográficas de grande escala, sendo amplamente desenvolvido e divulgado nos estudos de Collischonn (2001), que apresentou o desenvolvimento e a validação deste modelo hidrológico distribuído utilizado, entre outras aplicações, para representar os processos de transformação de chuva em vazão em grandes bacias hidrográficas.

Como visto, diversos são os modelos hidrológicos existentes e diversas são as finalidades específicas de cada um deles. De forma geral, o conhecimento dos diferentes segmentos do ciclo hidrológico, notadamente da vazão dos rios presentes em uma bacia hidrográfica, é fundamental para a gestão dos recursos hídricos. Assim como conhecer a precipitação permite quantificar a entrada de água na bacia, conhecer as vazões dos rios permite, entre diversas aplicações, desde a implementação de obras hidráulicas, auxílio

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nos processos de outorga do direito de uso da água, conhecimento do potencial energético, dos riscos de inundação e controle de enchentes, entre outros.

5. Considerações finais

O uso de geotecnologias e a modelagem hidrológica permitem um maior e mais eficaz acesso às informações necessárias para estudos voltados a temática hidrológica, para a coleta de dados espaciais existentes, geração de dados onde a informação é inexistente, simulação de cenários hipotéticos para comparações dos dados e análise dos mesmos de forma aprimorada e confiável.

De forma geral, ressalta-se que a modelagem hidrológica se coloca como uma ferramenta importante e eficiente no sentido de aperfeiçoar e auxiliar o monitoramento e gestão dos cursos d’água presentes nas bacias hidrográficas. A utilização dessa ferramenta e a análise dos seus resultados são de fundamental importância no conhecimento dos processos hidrológicos pertencentes às bacias hidrográficas.

Os modelos, segundo Chistofoletti (1999), não podem substituir as observações de campo, os experimentos de laboratório, mas podem e devem, no entanto, servir como ferramenta de auxílio, aumentando a eficiência dos mesmos e reforçando sua fundamentação de diversas maneiras. Para isto, basta que seja utilizado o modelo e parâmetros adequados a cada finalidade proposta.

Referências

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