Tank Model para produção de sedimentos

Dentre as aplicações do Tank Model há também a utilização do modelo para estimativa da produção de sedimentos em bacias hidrográficas. A Tabela 3 apresenta a relação de pesquisas que aplicaram o Tank Model para esta finalidade.

Analisando a literatura, verifica-se que as pesquisas que propuseram estimar a produção de sedimentos com utilização do Tank Model foram desenvolvidas e aplicadas apenas para bacias hidrográficas localizadas no hemisfério norte, em áreas de clima temperado ou polar.

45 Tabela 3 – Relação de trabalhos que aplicaram Tank Model para estimar a produção de sedimentos

nº Autor Bacia

Hidrográfica Tipo de Bacia

Classe do Modelo Quanto aos Parâmetros Número de Tanques em Série Descrição 1 Lee e Singh (2005) W-5 Sub-basin of Pigeon Roost Basin,

Mississippi, EUA (4,04 km²)

Agrícola Concentrado 3

Desenvolveram um modelo conceitual de tanques (Tank Model) para estimar escoamento e produção de

sedimentos em uma bacia hidrográfica dado um evento de chuva. Também aplicaram o modelo IUSG proposto por Williams (1978). Em seguida, compararam os resultados obtidos a partir dos dois modelos.

2 Chikita et al. (2007)

Tanana River Basin, Alaska, EUA

(66.300 km²)

Glacial e Florestada

Semi-distribuído (bacia separada em 3 seções cada uma com um tanque glacial e 3

tanques de permafrost em série)

1 ou 3

Aplicaram a metodologia Tank Model para reproduzir o escoamento de água, concentração de sedimentos em suspensão e concentração de sílica em ambiente glacial.

3 Kido, Chikita e Hirayama (2007) Gulkana Glacier, Alaska, EUA (31,1 km²)

Glacial Semi-distribuído 2 Aplicaram a metodologia Tank Model para estimar

descarga de água e sedimentos em ambiente glacial.

4 Lee (2007)

W-5 Sub-basin of Pigeon Roost Basin,

Mississippi, EUA (4,04 km²)

Agrícola Concentrado 3

Adaptou a metodologia de Lee e Singh (2005) combinando-a com filtro estatístico de Kalman para melhorar as estimativas de escoamento e produção de sedimentos.

46 (conclusão)

nº Autor Bacia

Hidrográfica Tipo de Bacia

Classe do Modelo Quanto aos Parâmetros Número de tanques em série Descrição 5 Wada et al. (2007) Tanana River Basin, Alaska, EUA

(66.300 km²)

Glacial e Florestada

Semi-distribuído (bacia separada em 3 seções cada uma com um tanque glacial e 3

tanques de permafrost em série)

1 ou 3

Aplicaram a metodologia Tank Model para estimar a descarga de sedimentos em suspensão e de sílica em ambiente glacial. 6 Lee (2009) W-5 Sub-basin of Pigeon Roost Basin, Mississippi, EUA (4,04 km²) Agrícola Concentrado 3

Aplicou os modelos IUSG, IUSG associado ao filtro de Kalman, Tank Model e Tank Model associado ao filtro de Kalman para estimar escoamento e produção de sedimentos. Em seguida comparou os resultados obtidos.

7 Kang et al. (2011)

Samcheok, Coreia

do Sul (392 km²) - Concentrado 2

Aplicaram Tank Model para estimar a produção de sedimentos do rioOship, na costa leste da Coreia do Sul.

8 Wada et al.

(2011)

Tanana River Basin, Alaska, EUA

(66.300 km²)

Glacial e Florestada

Semi-distribuído (bacia separada em 3 seções cada uma com um tanque glacial e 3

tanques de permafrost em série)

1 ou 3

Aplicaram a metodologia Tank Model para avaliar a dinâmica do escoamento e concentração de sedimentos em suspensão em ambiente glacial.

9 Miyamoto et al. (2016) Oikamanai River, Hokkaido, Japão (62,47 km²) Florestada Concentrado 3

Aplicaram Tank Model para modelar os principais processos de transporte de íons inorgânicos em uma bacia hidrográfica florestada.

O tamanho da bacia hidrográfica não se mostrou um fator limitante da aplicação do Tank Model. Nos estudos de caso, o modelo foi testado tanto para pequenas bacias (abaixo de 5 km²) até grandes bacias (acima de 65.000 km²). Da mesma forma, bacias com diferentes coberturas de solo foram estudadas, desde áreas agrícolas até glaciais.

A maioria dos modelos que aplicaram Tank Model para estimar a produção de sedimentos adotou 3 tanques em série para representar as camadas de solo da bacia, diferentemente da concepção original do Tank Model, com 4 tanques. O modelo foi aplicado de forma concentrada para a maioria dos trabalhos, sendo a bacia hidrográfica representada como uma unidade e as variáveis e parâmetros representados por valores médios para toda a bacia. A abordagem semi-distribuída dos parâmetros foi aplicada apenas em bacias localizadas em região glacial, como forma de considerar a contribuição do derretimento do gelo na produção de sedimentos. Nenhum trabalho testou a abordagem totalmente distribuída.

Lee e Singh (2005) foram pioneiros na aplicação do Tank Model para estimativa da produção de sedimentos. Para fazer a estimativa os autores combinaram o Tank Model com a metodologia IUSG criada por Williams (1978). Os resultados encontrados demonstraram que o Tank Model é capaz de simular satisfatoriamente escoamento e produção de sedimentos, sendo que os valores estimados apresentaram boa concordância com os valores observados. Além do mais, a comparação das estimativas de produção de sedimentos geradas a partir dos modelos IUSG e Tank Model mostrou que o Tank Model fornece saídas mais acuradas.

Lee (2007) deu continuidade ao trabalho de Lee e Singh (2005), adaptando o modelo para incluir o filtro de Kalman à rotina de cálculo. Nesse trabalho, foi observado que o Tank Model e o Tank Model associado com o filtro de Kalman simulam satisfatoriamente a série temporal de concentração de sedimentos em suspensão – CSS. Entretanto, a estimativa da produção de sedimentos calculada com o Tank Model associado ao filtro de Kalman se mostrou mais acurada.

Posteriormente, Lee (2009) comparou as estimativas da produção de sedimentos geradas a partir dos modelos IUSG e Tank Model, com e sem aplicação conjunta do filtro de Kalman. Foi verificada que a estimativa da produção de sedimentos proveniente do modelo IUSG associado ao filtro de Kalman é mais acurada do que os resultados obtidos com o modelo IUSG, Tank Model e Tank Model associado com o filtro de Kalman.

As pesquisas de Chikita et al. (2007), Kido, Chikita e Hirayama (2007), Wada et al. (2007) e Wada et al. (2011), se concentraram em aplicar o Tank Model em ambiente glacial. Assim, no desenvolvimento do modelo para estimar a produção de sedimentos foi considerada a contribuição gerada pelo derretimento de gelo aplicando uma abordagem semi-distribuída. Além dos tanques em série, que representam as camadas de solo, tanques foram dispostos em paralelo para representar as áreas com e sem gelo sobre a superfície da bacia hidrográfica. Os modelos testados por esses autores apresentaram resultados satisfatórios quanto à estimativa da concentração de sedimentos.

Kang et al. (2011) aplicaram Tank Model para estimar a produção de sedimentos em uma bacia hidrográfica da Coreia do Sul. Foi verificada boa concordância entre os resultados de escoamento estimados pelo Tank Model e os resultados observados. Contudo, o modelo não foi capaz de estimar de forma tão acurada a produção de sedimentos. Os resultados inconsistentes foram atribuídos à fortes chuvas causadas pela ação de um tufão sobre a área da

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bacia no momento da execução do estudo. Os autores concluíram que o monitoramento de longo prazo do escoamento e sedimentos é necessário para calibrar o Tank Model, mas assim que os parâmetros estiverem ajustados, o modelo pode ser aplicado para estimar o escoamento e a produção de sedimentos em áreas com características similares e com deficiência de monitoramento.

Miyamoto et al. (2016) também encontraram resultados insatisfatórios com aplicação do Tank Model. Conforme relatam, o modelo foi capaz apenas de simular razoavelmente a série temporal de escoamento e carga de íons.

Numa visão geral dos trabalhos analisados, verifica-se indícios de 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 para melhoria das técnicas exploradas, assim como desenvolvimento de novas metodologias com diferentes abordagens daquelas já praticadas.