ISSN 1678-0701
Número 62, Ano XVI.
Dezembro/2017-Fevereiro/2018.
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28/01/2018MODELAGEM HIDROLÓGICA COMO INSTRUMENTO DE MANEJO AMBIENTAL DE BACIAS HIDROGRÁFICAS  
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MODELAGEM HIDROLÓGICA COMO INSTRUMENTO DE MANEJO AMBIENTAL DE BACIAS HIDROGRÁFICAS

Cristyano Ayres Machado. Professor da Secretaria de Estado da Educação de Sergipe, doutorando em Meio Ambiente e Desenvolvimento PRODEMA Universidade Federal de Sergipe.

Gregório Guirado Faccioli. Professor, doutor em engenharia agrícola, professor do Programa de pós Graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente Universidade Federal de Sergipe, PRODEMA.

Antenor de Oliveira Aguiar Netto, Pós Doutor em Recursos Hídricos, professor do Programa de pós Graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente, Universidade Federal de Sergipe, PRODEMA.

Carlos Alberto Prata de Almeida, doutorando em Meio Ambiente e Desenvolvimento PRODEMA, Universidade Federal de Sergipe.

Ernesto Frederico Costa Foppel doutorando em Meio Ambiente e Desenvolvimento PRODEMA Universidade Federal de Sergipe.

Marcelo Machado Cunha, professor, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Sergipe, doutorando em Meio Ambiente e Desenvolvimento PRODEMA Universidade Federal de Sergipe.

Marinoé Gonzaga da Siva, Doutora em Meio Ambiente e Desenvolvimento PRODEMA Universidade Federal de Sergipe, professora do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Sergipe.

RESUMO

A necessidade de entender o processo hidrológico de uma bacia hidrográfica é importante para prover a preservação e conservação dos recursos hídircos. Os modelos hidrológicos são ferramentas que nos levam a conhecer a dinâmica e realidade de uma bacia hidrográfica em um curto intervalo de tempo e de forma econômica quanto a recursos financeiros. Este artigo tem como objetivo avaliar a distribuição espacial da produção de água simulada pelo modelo SWAT para a bacia hidrográfica do rio Siriri. A simulação fora realizada para o período de 2000 a 2013, o processo de calibração e validação não foram realizados devido a ausência de um monitoramento nessa bacia de dados de vazão. As subbacias que mais colaboraram para uma produção de água estão localizadas nas áreas que apresentam uma maior declividade d. Estas áreas precisam de uma atenção e cuidado especial com relação ao seu gerenciamento, uma vez que a maior produção de água está relacionada diretamente a uma à maior e diversa produção de sedimentos e consequentemente aos processos erosivos.

Palavras-chave: Modelo hidrológico, SWAT, recursos hídricos.

ABSTRACT

The need to know the hydrologic behavior of a watershed is critical to ensure the preservation and conservation of resources hídircos. Hydrological models are tools that allow to know the dynamics of a watershed in a short time and without spending costly. This study aimed to evaluate the spatial distribution of water production simulated by the SWAT model for river basin Siriri. The simulation was performed for the period 2000 to 2013, the procedure for calibration and validation were not performed due to lack of monitoring data flow. The sub-basins that produce more water are located in areas of greatest slope. These areas deserve special care with respect to its management since the increased water production is related to greater sediment production and consequently to erosive processes.

Keywords: hydrological model, SWAT, water resources

1 INTRODUÇÃO

Os primeiros estudos sobre hidrologia são oriundos do rio Nilo no Egito,há 4000 anos. O nível do rio era medido a partir de instrumento de mensuração, semelhante a uma régua, para cobrança de imposto anual. As primeiras medidas pluviometricas tem registro de 2000 anos na Índia, também com o principio tributário. A modelagem hidrológica começou com o engenheiro irlandês Thomas J.Mulvaney no ano de 1851, com uma equação que leva seu nome,que mais tarde ficou conecida como método racional. Porém a modelagem hidrológica tiveram avanços reais que forama partir da decada de 30. Isso se deve ao interesse e investimentos em pesquisas relacionados a hidrologia dos paises desenvolvidos por

meio do fomento de suas agencias governamentais.

Na década de 50 com a disponibilidade do uso do computador e o avanço de técnicas estatisticas e numéricas ocorreu um avanço maior dos modelos que trabalham com conceitos de chuva e vazão. Durante muitos anos a hidrologia teve um papel mais descritivo do que carater quantitativo. Com o período pós-guerra ocorreu uma enorme demanda em projetos visando uma gestão mais proveitosa dos recursos hídricos, principalmente relacionados a obras de infraestrutura e abastecimento público.

Entende-se que o modelo é uma ferramenta que permite entender e representar o comportamento de uma bacia hidrográfica e prever, simular, condições distintas das observadas, dessa forma, a antecipação de ocorrência de eventos, permite a tomada de medidas preventivas (TUCCI, 2005).

O SWAT é um modelo hidrológico que permite simular diferentes processos físicos na bacia hidrográfica como, a evapotranspiração, infiltração, escoamento de água, entre outros, com o objetivo de analisar os impactos das alterações no uso do solo sobre o escoamento (superficial e subterrâneo), produção de sedimentos e qualidade de água em bacias hidrográficas. O SWAT é um modelo matemático que tem domínio público, ele foi desenvolvido em 1996 nos EUA pelo Agricultural Research Service em conjunto com a Texas A&M University (NEITSCH et al. 2005).

Com esse modelo é possível simular diferentes cenários de uso do solo, permitindo, desta forma, analisar o escoamento de água e a produção de sedimentos de forma espacial na bacia, fator fundamental quando se refere a ações de planejamento e gestão dos recursos naturaisO modelo é baseado em uma estrutura de comandos para propagar o escoamento, sedimentos e agroquímicos através da bacia hidrográfica. As variáveis usadas no modelo onde são levados como parâmetros são: hidrologia, clima, sedimentos, temperatura do solo, crescimento de plantas, nutrientes, pesticidas e ainda manejo agrícola. O componente hidrológico do modelo inclui sub-rotinas do escoamento superficial, percolação, fluxo lateral subsuperficial, fluxo de retorno do aquífero raso e evapotranspiração (NEITSCH et al. 2005).

Existem diversos estudos que utilizaram o modelo para avaliar o impacto do uso e manejo do solo em bacias hidrográficas, tanto no Brasil (ADRIOLO et al, 2008; BLAINSKI; SILVEIRA; CONCEIÇÃO, 2008; BLAINSKI, E. et al., 2011; LELIS e

CALIJURI 2010) como em outros países (HOLVOET, 2008; KIM et al., 2010; LAM; SCHMALZ; FOHRER, 2010; MULUNGU e MUNISHI, 2007) que vislumbram a

possibilidade de um melhor gerenciamento e planejamento dos recursos naturais, principalmente dos recursos hídrico devido sua importância estratégica.

O presente trabalho tem por objetivo avaliar a distribuição espacial da produção de água simulada pelo modelo SWAT para a bacia hidrográfica do rio Siriri, afluente da bacia hidrográfica do rio Japaratuba, importante fonte de água para abastecimento humano e irrigação.

2 MATERIAL E MÉTODOS

Área de estudo

A bacia hidrográfica do rio Siriri (Fig. 1) faz parte da bacia hidrográfica do rio Japaratuba e localiza-se entre as coordenadas 10°11’ e 10°49’ latitude sul e 36°41’ e 37°26’ longitude oeste, apresentando uma área total de 433,85 km2. Seu afluente principal nasce no município de Nossa Senhora das Dores - SE, e sua área de drenagem se estende pelos municípios de Capela, Carmopólis, Divina Pastora, General Maynard, Maruim, Rosário do Catete, Santo Amaro das Brotas, Siriri, e Japaratuba.

O rio Siriri se compõe de vários tributários, mas é formado de modo consistente após a junção dos rios Siriri Vivo, Siriri Morto e Sangradouro, abastecendo integralmente o município de Nossa Senhora das Dores-SE, que possui uma população de 24.579 habitantes. De acordo com a Resolução 357/2005 do CONAMA, o rio Siriri é enquadrado como rio de água doce classe 3 (SERGIPE, 2012).

Segundo a classificação Köppen-Geiger, esses municípios são caracterizados por um clima tropical chuvoso com verão seco (As') onde a temperatura média anual é de 25°C, com o período chuvoso concentrado entre os meses de março e agosto, com pluviosidade média anual de 1.400 mm (SERGIPE, 2009).

Figura 1: Localização da bacia hidrográfica do rio Siriri, no Brasil e em Sergipe

Os solos predominantes da região são os Argissolos. O relevo caracteriza-se pela presença de planícies litorâneas, tabuleiro costeiro, planície fluvial e feições dissecadas de colinas, cristas e interflúvios tabulares (SERGIPE, 2012).

A sub-bacia do Rio Siriri encontra-se num contexto geológico dominado por rochas da Bacia Sedimentar de Sergipe-Alagoas e de Coberturas Recentes. A bacia do Siriri está inserida em dois domínios hidrogeológicos: o poroso e o fraturadocárstico. O primeiro corresponde às rochas da Bacia Sedimentar de Sergipe, a Formação Barreiras e os sedimentos de praia e aluvião. O segundo inclui as formações Riachuelo e Cotinguiba (Grupo Sergipe), que apesar de estarem inseridas na Bacia Sedimentar de Sergipe, são constituídas basicamente por rochas calcárias, que apresentam comportamentohidrogeológico distinto dos demais sedimentos, daí a sua inclusão no domínio fraturadocárstico (BRASIL, 2005).

Os usos do solo na bacia do rio Siriri são indicados na Tabela 1, sendo que os principais usos são pastagem, 42.83%, cultivos agrícolas/solos expostos, 34.52% e área de floresta, 13.78% (SERGIPE, 2012).

Tabela 8: Usos do solo na bacia hidrográfica do rio Siriri

Uso do solo

Área (ha)

Área (%)

Associação de caatinga/cultivos/pastagem

13.05

0.03

Corpos d’água

71.69

0.17

Cultivos agrícolas/solos expostos

14923.83

34.52

Floresta estacional

5958.28

13.78

Floresta ombrófila

1262.3

2.92

Manguezal

4.92

0.01

Mata ciliar

1328.15

3.07

Pastagem

18513.72

42.83

Povoado/distritos

176.13

0.41

Sede municipal

386.24

0.89

Vegetação de restinga

27.13

0.06

Área degradada

268.19

0.62



O déficit hídrico das cidades concentra-se entre os meses e setembro a março, estando seus picos nos meses de dezembro e janeiro. Já o período chuvoso ocorre entre os meses de maio e julho, sendo que a maior precipitação média mensal (203,5 mm) observada ocorre no mês de maio (AGUIAR NETTO et al., 2009).

A área ao qual se refere esse estudo tem 416 km² de extensão, e está inserida em um contexto geológico dominado pela Bacia Sedimentar de Sergipe- Alagoas, onde se nota-se a presença de importantes reservatórios de água subterrânea. A geologia dessa região é formada por Bacias Sedimentares do Proterozóico de três períodos diferentes: do Cretáceo, do Paleogeno e do Quaternário. A bacia do rio Siriri tem uma área de drenagem que ocupa o território de 3 municípios: Siriri, Nossa Senhora das Dores e Capela (Fig. 2), sendo de extrema importância estratégica para o abastecimento desses municípios que são inseridos nessa bacia.

Figura 2: Municípios que integram a bacia hidrográfica do rio Siriri

O MODELO SWAT

O SWAT é um modelo de base física, em vez de incorporar equações de regressão para descrever as relações entre as variáveis de entrada e saída, necessita de informações específicas sobre clima, propriedades do solo,topografia, vegetação e práticas de manejo do solo que ocorrem na bacia hidrográfica. Dessa forma é possível simular processos físicos associados com o movimento da água, movimento de sedimentos, crescimento da vegetação, ciclagem de nutrientes, qualidade da água, dentre outros. Por ser um modelo distribuído, permite que a bacia hidrográfica seja dividida em subbacias, que refletem as diferenças de tipo de solo, cobretura vegetal, topografia (NEITSCH et al., 2011).

O modelo SWAT tem como vantegens a modelagem de bacias hidrográficas que não apresentam monitoramento de dados, ou seja, sem dados de vazão monitorados, utiliza dados de entrada facilmente disponíveis, muitas vezes disponíveis em órgãos governamentais, permite a simulação para grandes bacias hidrográficas com economia de tempo e sem custos dispendiosos (NEITSCH et al., 2005).

De acordo com NEITSCH et al. (2011) o modelo tem como composição os tópicos abaixo:

  1. CLIMA

As informações referentes ao clima de uma bacia hidrográfica tratam-se dos dados referente à umidade do ar e a energia que comandam o balanço hídrico. As variáveis climáticas para trabalhar nesse modelo são os dados diários de precipitação, temperaturas do ar máxima e mínima, radiação solar, velocidade do vento e umidade relativa do ar. Sendo que há a possibilidade de inserir dados diários. O modelo gera um conjunto de dados de climatológicos e independentes para cada subbacia.

  1. CICLO HIDROLÓGICO

Os principais processos hidrológicos do SWAT simulados são o escoamento superficial, evapotranspiração, movimento da água no solo e água subterrânea (Fig. 3)