CALIBRAÇÃO DO MODELO SWAT PARA A PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE SEDIMENTOS. Marcos Vinicius ADRIOLO Engenheiro Civil, Msc COPEL

COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS

VISIMPÓSIO BRASILEIRO SOBRE PEQUENAS E MÉDIAS CENTRAIS HIDRELÉTRICAS BELO HORIZONTE -MG,21 A 25 DE ABRIL DE 2008

T24–A03

CALIBRAÇÃO DO MODELO SWAT PARA A PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

Marcos Vinicius ADRIOLO Engenheiro Civil, Msc – COPEL

Irani dos SANTOS

Professor Assistente, Msc – UFPR Rosana Colaço GIBERTONI Pesquisadora, Msc – LACTEC Arilde Sutil Gabriel de CAMARGO

Engenheira Civil, Msc – COPEL

RESUMO

O presente artigo apresenta como foi calibrado e validado o modelo SWAT voltado à previsão da produção e do transporte de sedimentos, utilizando como estudo de caso a bacia hidrográfica do rio Apucaraninha (504 Km²), localizado no norte do estado do Paraná. O modelo SWAT apresentou boa capacidade de reproduzir as condições de produção de sedimentos na bacia estudada, apresentando um coeficiente de correlação para a média mensal próximo a 0,8.

ABSTRACT

The present paper presents calibration and verification of the SWAT for model

applied to the forecast and transport of sediment, using the case studied of the

Apucaraninha river basin (504 km²), located in the north region of Parana State. The

SWAT model presents the good capacity for reproduction of the forecast and

transport sediment in study basin, presenting the correlation coefficient for the

monthly average near 0,8.

1. INTRODUÇÃO

Entender os processos direta ou indiretamente relacionados ao comportamento hídrico de uma bacia hidrográfica constitui uma importante etapa no gerenciamento ambiental desta bacia. Um destes processos considera o ciclo hidrossedimentológico e envolve as fases de remoção, transporte e deposição de material particulado. Os deslocamentos dos sedimentos carregados pelo escoamento superficial e outros processos acabam provocando a perda ou redistribuição pela bacia de consideráveis massas de solo, a ponto de alterar o ciclo hidrológico e afetar o uso, conservação e gestão da bacia hidrográfica [1].

Neste trabalho foi utilizado o modelo matemático SWAT (Soil and Water Assessment Tool), desenvolvido em 1996 nos EUA pelo Agricultural Research Sevice e pela Texas A&S University [2] para modelar a produção de água, a produção e o transporte de sedimentos e a qualidade da água, em bacias hidrográficas complexas.

O objetivo deste trabalho é apresentar como o modelo SWAT foi calibrado e validado para simular a produção e o transporte de sedimentos, sendo utilizado como estudo de caso a bacia hidrográfica do rio Apucaraninha, localizado na bacia do rio Tibagi, no estado do Paraná.

2. PRODUÇÃO E TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

O transporte de sedimentos pelos rios é um fenômeno complexo que depende de processos erosivos que ocorrem nas vertentes da bacia e no leito e margens dos rios, e que fornecem material que, por sua vez, depende da energia do fluxo para ser transportado. A combinação dessas variáveis, fornecimento de material e energia do fluxo, resulta em um fenômeno com grande variação no tempo e no espaço. O transporte de sedimentos é um processo natural que envolve remoção, transporte e deposição de material e faz parte da evolução da paisagem originando as formas geomorfológicas [3].

Os processos sedimentológicos fluviais incluem remoção, transporte e deposição das partículas de regolito (rocha alterada), envolvendo toda a dinâmica da bacia de drenagem. Os deslocamentos dos sedimentos carregados pelo escoamento superficial e outros processos acabam provocando o remanejo e a redistribuição pela bacia de ponderáveis massas de partículas sólidas, a ponto de poderem alterar o ciclo hidrológico e afetar o uso, a conservação e a gestão dos recursos hídricos [1].

Assim, paralelamente ao ciclo da água, existe o ciclo hidrossedimentológico, que ao contrário do ciclo hidrológico é um ciclo aberto, intimamente vinculado e totalmente dependente daquele, envolvendo o deslocamento, o transporte e a deposição de partículas sólidas presentes na superfície da bacia [1].

Nota-se a complexidade e importância da compreensão dos processos de produção,

transporte e deposição de sedimentos em bacias hidrográficas. Ultimamente, a

sedimentos por produtos químicos, têm levado pesquisadores e a própria sociedade a dar maior importância aos problemas decorrentes das alterações do ciclo hidrossedimentológico natural.

Neste contexto a modelagem distribuída da produção e transporte de sedimentos torna-se importante para a gestão ambiental, pois apresenta as seguintes características:

- permite localizar espacialmente as áreas com processos erosivos mais acentuados, favorecendo a tomada de decisões com medidas locais e mais eficientes, pois atingem a fonte do problema;

- permite prever o transporte de sedimentos quantitativamente no tempo e no espaço, facilitando assim o planejamento da rede de monitoramento sedimentométrico e a freqüência das campanhas de medição. O monitoramento do transporte de sedimentos no tempo e no espaço é uma atividade complexa e de custo muito elevado; e

- permite estimar variações na carga de sedimentos devido a alterações no uso do solo previstas no futuro, seja com a finalidade de manejo de bacias, seja para avaliar impactos de determinados usos agrícolas.

2.1 Modelagem da produção e transporte de sedimentos em bacias hidrográficas Com relação ao transporte de sedimentos pelos rios, considera-se que uma parcela da carga detrítica dos cursos de água é proveniente da ação erosiva que o movimento da água exerce sobre as margens e o fundo do leito (bed load).

Entretanto, a maior parte é fornecida pela remoção detrítica das vertentes (wash load), ou seja, é proveniente dos processos erosivos que ocorrem na bacia. Assim, reconhece-se que o transporte de sedimentos é governado pelos fatores hidrológicos que controlam as características e o regime do escoamento superficial e pelas características das partículas que compõem a carga de sedimentos.

A partir do conhecimento dos fatores atuantes, tornou-se possível a modelagem dos processos de remoção e transporte de sedimentos.

Entre os modelos de predição da erosão de origem hídrica, o método centrado na Equação Universal de Perda de Solos – USLE [4] é o mais conhecido, inclusive no Brasil. Por conta da simplicidade dos parâmetros envolvidos e da facilidade de ser implementada de forma distribuída, inclusive usando geoprocessamento, a USLE vem sendo bastante utilizada, apesar do caráter eminentemente empírico, o que implica em resultados restritos às condições de calibragem do ponto de vista quantitativo. Como todo modelo empírico apresenta dificuldades em generalizar os resultados, o que inviabiliza sua utilização em muitas regiões.

Com os parâmetros calibrados experimentalmente para determinadas regiões, a

USLE apresenta bons resultados do ponto de vista quantitativo [5]. No entanto, seu

maior potencial está em apresentar de forma qualitativa a variação espacial da

intensidade dos processos erosivos em termos médios anuais.

Por conta das limitações a USLE sofreu várias modificações, dando origem a modelos como a MUSLE, em que o índice de erosividade da chuva é substituído por informações do hidrograma produzido por uma chuva isolada, originando como resultado o aporte de sedimentos na exutória da bacia por evento pluviométrico [5].

Existem atualmente diversos modelos para predição da erosão hídrica e do transporte de sedimentos de forma integrada, entre os quais destacam-se: Water Erosion Prediction Project - WEPP; Areal Non-point Source Watershed Environment Response Simulation - ANSWERS; Kentucky Erosion Model - KYERMO; European Soil Erosion Model - EUROSEM; Chemicals Runoff and Erosion from Agricultural Management Systems - CREAMS; Simulator for Water Resources in Rural Basins - SWRRB; e Soil and Water Assessment Tool - SWAT.

2.2 MODELO SWAT

O modelo matemático SWAT, acrônimo de Soil and Water Assessment Tool, foi desenvolvido em 1996 nos EUA pelo Agricultural Research Service e pela Texas A&M University. A versão AVSWAT2000, utilizada no estudo de caso, está totalmente integrada ao SIG ArcView®. O software é de domínio público e pode ser acessado na Internet no endereço http://www.brc.tamus.edu/swat/.

O SWAT incorpora grande parte dos avanços contidos nos modelos anteriores, e objetiva predizer o impacto do uso e manejo do solo sobre o ciclo hidrológico, o transporte de sedimento e a qualidade da água em grandes e complexas bacias hidrográficas, considerando longos períodos de tempo.

As principais características do modelo SWAT são:

- possui base física, ou seja, incorpora equações que descrevem a relação entre as variáveis do sistema. Requer informação específica sobre clima, propriedades do solo, relevo, vegetação, e sobre o uso e manejo do solo praticados na bacia. Com base nestas informações modela os processos físicos associados com o movimento da água, movimento de sedimentos, crescimento da vegetação, ciclagem de nutriente, qualidade da água, etc;

- é distribuído, ou seja, a bacia hidrográfica pode ser subdividida em sub- bacias de modo a refletir as diferenças de tipo de solo, cobertura vegetal, topografia e uso do solo, sendo possível a subdivisão de centenas à milhares de células, cada célula representando uma sub-bacia;

- utiliza informações prontamente disponíveis, ou seja, as funções mais básicas do modelo podem ser simuladas com um conjunto mínimo de dados prontamente disponíveis nas agências governamentais;

- é computacionalmente eficiente, pois permite a simulação de bacias em

diferentes escalas e uma grande variedade de situações de uso e manejo do solo de

forma rápida e eficiente;

- e permite simular longos períodos de forma contínua (>50 anos), sendo que muitos dos problemas relacionados com impactos ambientais só são percebidos quando avaliados por longos períodos de tempo.

Os processos representados no modelo podem ser resumidos conforme apresentado na Figura 1. Além dos componentes representados neste esquema o modelo possui ainda um módulo de produção de nutrientes e pesticidas e outro de produção de neve.

A estrutura do modelo SWAT, engloba componentes relativos à (i) produção de

água; (ii) produção de sedimento; e (iii) propagação no canal. Como este artigo

possui como intuído a calibração da produção e transporte de sedimentos, será

abordada a produção de sedimentos e a propagação da vazão sólida no canal,

sendo que os demais componentes do modelo não são apresentados.

Figura 1 Fluxograma de processamento do modelo SWAT.

2.3 P

A produção de sedimento provocada pelo escoamento superficial é computada para cada sub-bacia com a Modified Universal Soil Loss Equation – MUSLE [6] sendo:

( Q q area ) K C P LS CFRG

8 , 11

sed =

×

×

×

×

×

×

(1) onde sed é a produção de sedimento no dia em toneladas, Q

é o escoamento superficial em mm/ha, q

é a taxa de escoamento de pico em m

/s, area

é a área de drenagem da sub-bacia ou unidade de resposta hidrológica (ha), K

é o fator de erodibilidade do solo, C

é o fator de uso e manejo do solo, P

é o fator de práticas conservacionistas, LS

é o fator topográfico, e CFRG é o fator de aspereza.

O fator LS é computado com a equação:

( 65 , 41 sin ( ) 4 , 56 sin 0 , 065 )

1 , 22

2

+ +

 

 



= 

m hill USLE

LS L α α ₍₂₎

onde L

é o comprimento da encosta (m), m é o termo exponencial, e α

é o ângulo do declive. O termo exponencial m varia com a declividade e é computado pela seguinte equação:

[ ]

( slp )

m = 0 , 6 1 − exp − 35 , 835 ₍₃₎

A taxa de escoamento de pico é computada a partir da fórmula Racional, que é escrita da seguinte forma:

6 . 3

Area i q

C ⋅ ⋅

= (4)

onde q

é a taxa de escoamento de pico em m

/s, C é o coeficiente de escoamento superficial que expressa as características de infiltração da bacia, i é a intensidade de chuva para o tempo de concentração da bacia em mm/h, Area é a área de drenagem da sub-bacia em ha.

O coeficiente de escoamento superficial é calculado em função da chuva diária e do escoamento superficial.

day surf

R

C = Q (5)

onde Q

é o escoamento determinado pelo método do SCS [2] em mm, e R

é a chuva diária em mm.

A intensidade de chuva é determinada pela seguinte equação:

conc tc

t

i = R ₍₆₎

onde R

é a quantidade de chuva durante o tempo de concentração em mm, e t

é o tempo de concentração em h.

O valor de R

é estimado a partir da seguinte equação:

day tc

tc

R

R = α ⋅ ₍₇₎

onde α

é a fração da precipitação que ocorre durante o tempo de concentração, e R

é a precipitação durante o dia (mm).

A equação para o cálculo da vazão de pico é obtida substituindo as equações 5, 6 e 7 na equação 4:

conc surf tc

peak

t

Area q Q

⋅

⋅

= ⋅

6 , 3 α

(8)

2.4 P

C

A propagação no canal está dividida em duas componentes: (i) propagação da vazão líquida e (ii) propagação da vazão sólida, sendo neste trabalho apresentado apenas a propagação da vazão sólida.

2.4.1 Propagação da vazão sólida no canal

A propagação do sedimento no canal consiste de duas componentes operadas simultaneamente (deposição e degradação).

A quantidade máxima de sedimento que pode ser transportada em um segmento é função da velocidade de pico no canal:

ch pk ch pk

ch

A

v

= q

(9)

onde q

é a vazão de pico (m³/s), e A

é a área da seção do canal (m²).

A quantidade máxima de sedimento que pode ser transportada na seção é:

exp , ,

,

sp pk ch sp mx ch

sed

c v

conc = (10)

onde conc

é a concentração máxima de sedimento que pode ser transportado pela água (ton/m³), c

é o coeficiente definido pelo usuário, e spexp é o expoente definido pelo usuário.

Se a concentração máxima de sedimento calculada pela equação 10 for menor que a concentração de sedimento no início do processo, conc

> conc

, a deposição é o processo dominante, sendo a deposição de sedimentos em toneladas, calculada por:

(

)

dep

conc conc V

sed =

−

(11)

onde V

é o volume de água (m³).

Se a concentração máxima de sedimento calculada pela equação 10 for maior que a

concentração de sedimento no início do processo, conc

< conc

, a

degradação é o processo dominante, sendo a degradação do sedimento (sediment

( conc

conc

) V

K

C

sed

=

−

(12)

onde V

é o volume de água (m³), K

é o fator de erodibilidade do canal, e C

o fator de cobertura do canal.

Após calculado o sedimento depositado e degradado é possível determinar o sedimento suspenso no final do processo:

deg

,

sed sed

sed

sed

=

−

+ (13)

onde sed

é o sedimento suspenso no início do processo.

O sedimento transportado para fora da seção é calculado:

ch out ch

out

V

sed V

sed = (14)

onde V

é o volume de água saindo do segmento durante o passo de tempo, e V

é o volume de água no segmento.

3. ESTUDO DE CASO

A área de estudo compreende a região da PCH Apucaraninha. A PCH Apucaraninha, anteriormente conhecida por usina do Salto, foi construída no ano de 1949 pela Companhia Força e Luz de Londrina [7]. Sendo adquirida pela COPEL em 1974. O aproveitamento esta localizado no rio Apucaraninha, no Salto Grande, com 125 m de altura, em um vale suspenso na margem do leito do rio Tibagi.

Esta usina possui dois reservatórios em série: Fiú e Apucaraninha. O reservatório de Fiú encontra-se a montante do pequeno reservatório da própria usina e tem a função de regularização da vazão afluente à usina Apucaraninha [8].

Este estudo trata especificamente da bacia do rio Apucaraninha afluente ao reservatório de Fiú. Este reservatório localiza-se entre os municípios de Tamarana e Londrina, no norte do Estado do Paraná (Figura 2). Sua bacia de drenagem abrange, além destes, os municípios de Mauá da Serra e Marilândia do Sul. A bacia do rio Apucaraninha drena 65% da área do município de Tamarana, 39% de Mauá da Serra, 25% de Marilândia do Sul e somente 6% da área do município de Londrina.

O rio Apucaraninha é afluente da margem esquerda do rio Tibagi, sua bacia localiza- se na porção média da bacia do Tibagi, sendo que a foz do rio Apucaraninha marca a divisa entre o médio e o baixo Tibagi.

Para a formação do reservatório de Fiú foi construída uma barragem de concreto do tipo gravidade, com altura máxima de 15,6 m, comprimento da crista de 109 m, cota de coroamento de 678,76 m e nível máximo normal de 677 m. A área de inundação do reservatório é de 2 km² na cota 677 m. Nesta cota o volume total do reservatório é de 15,32 hm³ e o volume útil de 12,79 hm³.

A Figura 2 apresenta a delimitação da área de drenagem do reservatório de Fiú,

localizado no rio Apucaraninha, totalizando 535 km

. As simulações de produção e

transporte de sedimentos, objeto de estudo deste trabalho, foram realizadas na bacia hidrográfica contribuinte a estação Montante Fiú, localizada logo à montante ao reservatório e com área de drenagem de 504 km

. Para efeito deste trabalho esta área será tratada como bacia do rio Apucaraninha ou simplesmente de área de estudo.

Figura 2: Mapa de localização da área de estudo

4. CONSOLIDAÇÃO DA BASE DE DADOS HIDROAMBIENTAIS

Para a simulação da versão AVSWAT2000 do modelo SWAT é necessário a consolidação de uma base de dados hidroambientais, envolvendo a criação de um banco de dados espaciais (mapas) e séries temporais (dados diários) de algumas grandezas necessárias à simulação do modelo.

Com relação aos dados espaciais são necessários os seguintes mapas: modelo digital do terreno (MDT); rede hidrográfica; tipos de solo; uso do solo; localização das estações; e mapa com a discretização em sub-bacias.

Com relação às séries temporais são necessários arquivos contendo dados diários,

discretização temporal adotada neste estudo, das seguintes grandezas relativas às

máxima e mínima diária, radiação solar, velocidade do vento e umidade relativa;

precipitação; vazão líquida; e vazão sólida.

É necessário ainda um banco de dados sobre as características físico-hídricas dos solos e outro sobre as características do uso e ocupação do solo da bacia.

5. CALIBRAÇÃO E VERIFICAÇÃO DO MODELO

O primeiro passo na calibração tradicional de modelos é separar a série temporal de dados observados em dois períodos, um para a calibração e outro para verificação do modelo. No período de calibração os parâmetros de entrada do modelo são variados até se obter um ajuste aceitável. Já para o período de verificação (validação) do modelo, os parâmetros obtidos no período de calibração são utilizados para executar o modelo e seu ajuste é analisado [9].

O processo de calibração do modelo SWAT é dividido em quatro categorias:

1) Escoamento superficial e de base 2) Sedimentos

3) Nutrientes 4) Pesticidas

A calibração do modelo SWAT deve ser iniciada pelo escoamento, que é a parte básica do modelo, e apenas depois de calibrado e validado o escoamento é que se deve iniciar a calibração do sedimento (Neste artigo aborda-se apenas as variáveis relativas ao transporte de sedimentos, porém a vazão líquida foi previamente calibrada). De maneira geral, os parâmetros de escoamento são dominantes e controlam os resultados da simulação dos dados de sedimento e qualidade da água [10].

O modelo SWAT é sensível a centenas de variáveis de entrada, sendo estas variáveis relacionadas à vegetação, uso do solo, manejo da terra (práticas de conservação), clima, aqüífero, canal e reservatório [9], sendo necessário primeiramente um conhecimento básico sobre os processos físicos envolvidos no sistema antes de se iniciar a calibração [11].

Entretanto, conhecer a sensibilidade de cada parâmetro resulta num dispêndio de tempo muito grande, e a resposta dada pelo modelo não é igualmente sensível a todos estes parâmetros [12].

Portanto, uma análise de sensibilidade deve ser executada, para diversas variáveis, sendo analisada a intensidade que cada alteração provoca no modelo. Esta análise de sensibilidade deve ser utilizada não apenas no desenvolvimento do modelo, mas também na redução de incertezas.

Para avaliar o desempenho do modelo SWAT para representar as condições

hidrológicas da bacia estudada, dados diários de escoamento foram simulados e

comparados com os dados observados no período de calibração. Para avaliar o

desempenho de modelos é usual utilizar métodos estatísticos, sendo um dos mais

usuais critérios estatísticos o coeficiente de eficiência de Nash e Sutcliffe [13].

O coeficiente de Nash e Sutcliffe também conhecido como coeficiente de eficiência (COE) pode variar de -∞ a 1, sendo que COE=1 significa um ajuste perfeito.

∑

∑

=

=

−

−

−

=

i obs n

i

s obs

E E

E E COE

1

2 1

2

) (

) (

1

(15)

onde E

é o valor do evento observado; E

é o valor do evento simulado e E é o valor médio do evento observado.

Paralelamente ao COE foram utilizados métodos gráficos para avaliar a resposta do modelo ao espectro de valores adotados nos parâmetro de calibração.

A TABELA 1 mostra os períodos de calibração, verificação e o período total da série simulada.

Operação Período

Calibração do Modelo 01/01/2000 a 31/07/2005 Verificação do Modelo 01/01/1988 a 31/12/1999

Série 01/01/1988 a 31/07/2005

TABELA 1: Período de calibração, verificação e da série.

5.1 C

V

S

Depois de calibrada e validada a simulação do escoamento, é realizada a calibração do modelo SWAT para a produção de sedimento.

Para simular a vazão sólida foi necessário alterar parâmetros no banco de dados e fazer ajustes em outros parâmetros de calibração.

Segundo [12] os parâmetros que mais influenciam a produção de sedimentos são:

1) Declividade da bacia (Slope);

2) Profundidade da camada superficial;

3) Densidade volumétrica do solo;

4) Capacidade de água disponível no solo (Sol_Awc);

5) Condutividade hidráulica;

6) Práticas de conservação do solo (Usle_P);

7) Uso e manejo do solo (Usle_C).

Já [10] cita o comprimento de rampa (Slsbbsn) como um parâmetro importante para o cálculo do sedimento.

Segundo [14], a análise da simulação de sedimentos deve ser feita com valores

trabalho de BENAMAN [14], por exemplo, o foco foi analisar a habilidade do modelo em captar a tendência de longo termo.

Na calibração do modelo para a bacia do rio Apucaraninha, os parâmetros que apresentaram maior sensibilidade e foram alterados para o ajuste das vazões sólidas, são: o parâmetro Usle_C, que é o fator de erosão provocado pela água de acordo com o tipo de cobertura vegetal existente no solo; o parâmetro Slsubbsn, que é o comprimento médio do declive (rampa lateral); o parâmetro Usle_P, que é o fator relativo as práticas de conservação; o parâmetro Slope, que é a declividade média da bacia (m/m).

Além destes quatro parâmetros, disponíveis dentre outros na tela de calibração do modelo, foram alterados também outros parâmetros na base de dados do modelo relativos as HRUs (Unidades de resposta hidrológica), tendo como intuito melhorar a simulação do sedimento.

Os parâmetros alterados na base de dados das HRUs, são: o parâmetro Lat_Time, que é o tempo de propagação do escoamento lateral; o parâmetro Lat_Sed, que reflete a concentração de sedimentos no escoamento lateral e subterrâneo e que contribui para o canal principal; e o parâmetro Rsdim, que é a cobertura residual inicial, ou seja, é o material residual depositado nos primeiros 10 mm de solo.

Foram ainda modificados dois parâmetros relativos ao uso: Iurban, que é o código de simulação urbana, e o parâmetro Urblu, que é o tipo de uso urbano.

Após efetuada as alterações no banco de dados e calibrado o modelo, foi analisado o coeficiente de correlação (r) da vazão sólida mensal, para os períodos de calibração, verificação e para a série.

Como é possível verificar na Tabela 2 o coeficiente de correlação tanto para o período de calibração como verificação são bem próximos, e representam um desempenho satisfatório do modelo.

Variável Correlação

Coeficiente de correlação mensal (r) do período de calibração 0,829 Coeficiente de correlação mensal (r) do período de verificação 0,842 Coeficiente de correlação mensal (r) da série 0,809

Tabela 2: Correlação entre o sedimento observado e simulado

Analisando o volume de sedimento (vazão sólida média da série) ilustrado na Tabela 3 é possível verificar que a diferença encontrada foi muito pequena, ressaltando que para períodos de tempo maiores o volume de sedimento observado e simulado são muito próximos.

Variável Valor observado Valor simulado Diferença (%) Vazão sólida (ton/dia) 83,03 85,22 2,6

Tabela 3: Diferença entre a produção de sedimento observada e simulada

Conforme mostra a Tabela 4 o COE foi analisado para médias mensais de produção

de sedimentos, sendo que para o período da série o COE é igual a 0,606. Já para

valores diários de produção de sedimentos, o COE é igual a 0,20 para o período de

calibração, para o período de verificação o COE é igual a –2,36 e para o período da

série o COE é igual a –1,86. Apesar do volume de sedimentos observado e simulado serem muito próximos em longo termo, o COE é muito ruim para valores diários como relata BENAMAN [14].

Variável Eficiência

Produção de sedimentos mensal no período de calibração 0,415 Produção de sedimentos mensal no período de verificação 0,617 Produção de sedimentos mensal da série 0,606

Tabela 4: Coeficiente de eficiência da produção de sedimento mensal A Figura 3 mostra a série das médias mensais (ton/dia) de sedimentos observados e simulados em escala log. Como é possível visualizar o sedimento observado possui boa concordância com o sedimento simulado, embora em alguns períodos a produção de sedimento tenha sido superestimada e em outras subestimadas.

A título de ilustração a Figura 4 mostra os valores diários de sedimentos observados e simulados para o ano de 2002. Nota-se que as duas séries apresentam um comportamento bastante semelhante, embora não ocorra uma total aderência entre os valores observados e simulados.

1 10 100 1000 10000

jan/88 jul/88 jan/89 jul/89 jan/90 jul/90 jan/91 jul/91 jan/92 jul/92 jan/93 jul/93 jan/94 jul/94 jan/95 jul/95 jan/96 jul/96 jan/97 jul/97 jan/98 jul/98 jan/99 jul/99 jan/00 jul/00 jan/01 jul/01 jan/02 jul/02 jan/03 jul/03 jan/04 jul/04 jan/05 jul/05

Sedimento (ton/dia)

Sedimento Observado Simulado

Figura 3: Valores mensais de sedimentos observados e simulados

1 10 100 1000 10000

1/1/02 15/1/02 29/1/02 12/2/02 26/2/02 12/3/02 26/3/02 9/4/02 23/4/02 7/5/02 21/5/02 4/6/02 18/6/02 2/7/02 16/7/02 30/7/02 13/8/02 27/8/02 10/9/02 24/9/02 8/10/02 22/10/02 5/11/02 19/11/02 3/12/02 17/12/02 31/12/02

Vazão Sólida (ton/dia)

Observado Simulado

Figura 4: Valores diários de sedimentos observados e simulados para o ano de 2002 A Figura 5 representa o diagrama de dispersão entre a media mensal da produção de sedimentos observada e simulada, sendo que o coeficiente de determinação (r²) é igual a 0,6539. Pode-se verificar que para os três meses com a maior média mensal de produção de sedimentos o valor simulado foi subestimado, já para os valores baixos e intermediários a simulação em média sobreestimou a produção de sedimentos.

y = 0.4774x + 45.864 R² = 0.6539

0 500 1000 1500 2000 2500

0 500 1000 1500 2000 2500

Sedimento Observado (ton/dia)

Sedimento Simulado (ton/dia)

Figura 5: Diagrama de dispersão entre produção de sedimento mensal observada

e simulada.

A Figura 6 mostra a distribuição espacial da produção de sedimentos. As sub- bacias 9, 10, 20, 24, 32, 33, 37, 38 e 41 apresentam a maior taxa de produção de sedimentos, dentre estas, as quatro sub-bacias que tem o maior escoamento superficial também aparecem como grandes produtoras de sedimentos. Já as sub-bacias 10, 20, 24, 37 também possuem uma taxa de escoamento superficial acima da média. A sub-bacia 9 tem uma taxa de produção de sedimentos mediana, porém possui 78% de sua área total ocupada pela agricultura.

1

9

35 37

4

28 41

8

3

40 21

2

34 39

30 29

13 7

25

38 6

15

24 23

26

33 5

22 16

12

32 19

27 18

17

36

14

11 10

20

31

42

N

475000

475000

480000

480000

485000

485000

490000

490000

495000

495000

500000

500000

505000

505000

7355000 7355000

7360000 7360000

7365000 7365000

7370000 7370000

7375000 7375000

7380000 7380000

Produção de sedimentos (Ton/ano.ha) 0.236 - 0.5

0.5 - 0.8 0.8 - 1.1 1.1 - 1.4 1.4 - 1.7 1.7 - 2 2 - 2.37 Streams Subbasins

Legenda

Figura 6: Produção de sedimento (ton/ha.ano).

6. CONCLUSÕES

Os resultados obtidos no presente estudo permitem avaliar a viabilidade de utilização de modelagem distribuída de base física para a simulação das condições de produção e transporte de sedimentos em bacias hidrográficas.

O modelo SWAT, na versão AVSWAT2000, foi avaliado e apresentou viabilidade de

aplicação em condições brasileiras, ou seja, a grande variedade de informações

necessárias para a utilização do modelo pode ser viabilizada, embora não estejam

prontamente disponíveis. Portanto, a montagem do banco de dados necessário a

simulação do modelo torna-se a fase trabalhosa, principalmente quando utilizado

pela primeira vez em determinada região.

também de alterações em alguns parâmetros dos diversos bancos de dados do modelo. Esta alteração no banco de dados foi necessária em função de adaptações dos parâmetros para a realidade local e também devido à baixa sensibilidade da equipe com relação aos parâmetros do modelo quando da montagem inicial do banco de dados.

Com a calibração, o modelo apresentou boa capacidade de reproduzir as condições de produção de sedimentos da bacia estudada.

Na calibração da vazão sólida o coeficiente de correlação para a média mensal é próximo de 0,8, sendo que para o período de verificação o resultado obtido foi um pouco superior. Analisando o volume de sedimento simulado em longo termo os resultados são animadores, já que a diferença entre a vazão sólida simulada e observada é de 2,6%, demonstrando desta forma que o modelo SWAT obteve uma boa resposta para médias de longo termo.

7. PALAVRAS-CHAVE

Transporte de sedimentos, modelo SWAT, calibração do modelo SWAT.

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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