Modelagem hidrológica da bacia hidrográfica do Rio Mucuri em escalas temporais mensal e diária

Authors

  • Rodrigo Esteves Ribeiro
  • Rafael Alvarenga Almeida
  • Daniel Brasil Ferreira Pinto

DOI:

https://doi.org/10.54033/cadpedv21n3-123

Keywords:

Calibração, Modelo SWAT, Recursos Hídricos

Abstract

A modelagem hidrológica desempenha um papel fundamental na compreensão e gestão dos recursos hídricos de uma determinada região. Dentro deste contexto, surge a bacia hidrográfica do Rio Mucuri que apresenta características socioeconômicas e ambientais próprias, refletindo desafios significativos em termos de gestão dos recursos hídricos evidenciados pela falta de infraestrutura de saneamento e conflitos pelo uso da água, além de estar sujeita a eventos climáticos extremos, como secas prolongadas e chuvas intensas. O presente estudo possui como objetivo modelar a vazão da bacia hidrográfica do rio Mucuri em escalas temporais diária e mensal utilizando o Modelo SWAT, e avaliar sua capacidade de representar adequadamente o comportamento hidrológico da região. Para alcançar esse objetivo, utilizou-se o modelo hidrológico SWAT em conjunto com um Sistema de Informação Geográfica (SIG) para manipulação dos dados e interface gráfica. As etapas metodológicas incluíram análise de sensibilidade, calibração e validação do modelo em uma escala temporal diária e mensal. A avaliação da precisão dos resultados foi realizada utilizando-se da aplicação dos índices estatísticos coeficiente de Nash-Sutcliffe (NS), percentual de tendência (PBIAS) e o coeficiente de determinação (R²). Os resultados indicaram que o modelo SWAT, após calibração, conseguiu representar satisfatoriamente o comportamento das vazões na bacia hidrográfica do rio Mucuri, utilizando dados observados em diferentes escalas temporais. No entanto, o modelo enfrentou desafios na simulação de picos de vazão. Apesar dessas limitações, o modelo calibrado possui potencial para simular cenários futuros sob diferentes condições físicas e climáticas previstas para a bacia em questão, fornecendo informações mais precisas para uma melhor gestão dos recursos hídricos da região.

References

ABBASPOUR, K.; JOHNSON, C. A.; VAN GENUCHTEN, M. Th. Estimating uncertain flow and transport parameters using a sequential uncertainty fitting procedure. Vadose Zone Journal, v. 3, n. 4, p. 1340-1352, 2004.

ABBASPOUR, K. C. ROUHOLAHNEJAD, E. VAGHEFI, S. SRINIVASAN, R. YANG, H.

KLØVE, B. A continental-scale hydrology and water quality model for Europe: Calibration and uncertainty of a high-resolution large-scale SWAT model. Journal of Hydrology, v. 524, pp. 733-752. 2015.

ABBASPOUR, K. C. SWAT-CUP2012: SWAT Calibration and Undcertainty Programs – A user manual. Department of Systems Analysis, Integrated Assessment and Modelling (SIAM), Eawag, Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Duebendorf, Switzerland, 2015.

ABBASPOUR, K. C. SWAT-CUP2009: SWAT Calibration and Uncertainty Programs – A user manual. Department of Systems Analysis, Integrated Assessment and Modelling (SIAM), Eawag, Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Duebendorf, Switzerland, 95 p., 2011.

ABBASPOUR, K. C. SWAT-CUP2012: SWAT Calibration and Uncertainty Programs. Versão 2019. 2019. Disponível em: https://www.2w2e.com/home/SwatCup. Acesso em: 31 dez. 2023.

AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS – ANA. Hidroweb: Sistemas de informações hidrológicas. 2022. Disponível em: https://www.snirh.gov.br/hidroweb. Acesso em: 31 jul. 2022.

ALMEIDA, R. A.; PEREIRA, S. B.; PINTO, D. B. F. Calibration and validation of the swat hydrological model for the Mucuri river basin. Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v.38, n.1, p.55-63, jan./feb. 2018.

ARNOLD, J.G.; SRINIVASAN, R.; MUTTIAH, R.S.; WILLIAMS, J.R. Large area hydrologic modeling and assessment. Part I: Model development. J. Am. Water Res. Association, 34:73-89, 1998.

BESKOW, S.; TIMM, L. C.; TAVARES, V. E. Q.; CALDEIRA, T. L.; AQUINO, L. S. Potential of the LASH model for water resources management in data-scarce basins: a case study of the Fragata River basin, southern Brazil. Hydrological Sciences Journal, v. 61, n. 14, p. 2567–2578, 25 out. 2016.

BRAGA, P. D. B.; OLIVEIRA JÚNIOR, H. S. de; SAAD, S. I.; SILVA, J. M da. Simulação de Vazão da Bacia do Rio Piancó, uma Bacia do Semiárido Brasileiro. In: VIII Simpósio Internacional de Climatologia, Belém, 1–12, 2019.

CENTRO TECNOLÓGICO DE MINAS GERAIS - CETEC. Diagnóstico Ambiental do Estado de Minas Gerais. Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais. Séries de Publicações Técnicas/SPT-01. Belo Horizonte, 1983, 158 pags.

COMPANHIA DE DESENVOLVIMENTO DOS VALES DO SÃO FRANCISCO E DO PARNAÍBA - CODEVASF. Mucuri. 2020. Disponível em: https://www.codevasf.gov.br/area-deatuacao/baciahidrografica/mucuri#:~:text=A%20bacia%20hidrográfica%20do%20rio,Codevasf%2FIBGE%2C%202020). Acesso em: 05 jan. 2024.

CORRÊA, L. R. de S. Diagnóstico da qualidade da água na bacia hidrográfica do Rio Mucuri. 2016. Dissertação (Mestrado) Programa de Pós-Graduação em Tecnologia, Ambiente e Sociedade - Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, Teófilo Otoni, 2016.

FERNANDEZ, G. P.; CHESCHEIR, G. M.; SKAGGS, R. W.; AMATYA, D. M. Development and testing of watershed-scale models for poorly drained soils. Transactions of the ASAE. v.48, n.2, p.639-652, 2005.

FERRIGO, S. Análise de consistência dos parâmetros do modelo SWAT obtidos por calibração automática – estudo de caso da bacia do Lago Descoberto – DF. Dissertação (mestrado) Pós-graduação em tecnologia ambiental e recursos hídricos, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 2014.

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA - IBGE. EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA - EMBRAPA. Mapa de Solos do Brasil. Rio de Janeiro: IBGE. 2001 - Escala 1:5.000.000. Disponível em: https://www.dpi.inpe.br/Ambdata/mapa_solos.php. Acesso em: 31 jul. 2022.

INSTITUTO MINEIRO DE GESTÃO DAS ÁGUAS – IGAM. Plano Estadual de Recursos Hídricos – PERH. IGAM, 2011. 139p.

INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGIA - INMET. BDMEP - Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa. Brasília: INMET. 2022. Disponível em: https://bdmep.inmet.gov.br. Acesso em: 31 jul. 2022.

INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS - INPE. TOPODATA: Banco de Dados Geomorfométricos do Brasil. Brasília: INPE. 2022. Disponível em: https://www.webmapit.com.br/inpe/topodata/. Acesso em: 31 jul. 2022.

LAENDER, F. R. Modelagem hidrológica com o SWAT integrando cenários de ocupação do território e técnicas de manejo do solo na bacia de Serra Azul – MG. Dissertação (mestrado) Programa de Pós-graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos, Universidade Federal de Minas Gerais – UFMG, Belo Horizonte – MG, 2018.

LÉLIS, T. A. Modelagem do escoamento superficial e da perda de solo na bacia do ribeirão São Bartolomeu, Zona da Mata de Minas Gerais, utilizando o simulador SWAT. 2011. Tese (Doutorado em Engenharia Civil). Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2011.

LYRA, G. B.; CECÍLIO, R. A.; ZANETTI, S. S.; LYRA, G. B. Coeficiente de rugosidade de Manning para o rio Paracatu. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.14, p.343–350, 2010.

MARTINS, L.L., MARTINS, W.A., MORAES, J.F.L., PEDRO JÚNIOR, M.J., DE MARIA, I.C. Calibração hidrológica do modelo SWAT em bacia hidrográfica caracterizada pela expansão do cultivo da cana-de-açúcar. Revista Brasileira de Geografia Física, v.13, n.02, 2020, 576-594.

MORIASI, D. N.; ARNOLD, J. G.; LIEW, M. W. VAN; BINGER, R. L.; HARMEL, R. D.;

VEITH, T. L. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Transactions of the ASABE, v.50, p.885‐900, 2007.

MORAES, J.M.; SCHULER, A.E.; GUANDIQUE, M.E.G.; MILDE, L.C.; GROP-

PO, J.D.; MARTINELLI, L.A.; VICTORIA, R.L. Propriedades físicas dos solos na parametrização de um modelo hidrológico. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v.8, p.61-70, 2003.

NEITSCH, S. L.; ARNOLD, J. G.; KINIRY, J. R.; SRINIVASAN, R.; WILLIAMS, J. R. Soil and Water Assessment Tool - Theoretical Documentation: Version 2005. Texas: Agricultural Research Service, Texas Agricultural Experiment Station. 2005. 476 p.

NEITSCH, S. L.; ARNOLD, J. G.; KINIRY, J. R.; WILLIAMS, J. R. Soil and Water

Assessment Tool Theoretical Documentation. Version 2012. Texas: Grassland, Soil and Water Research Laboratory Agricultural Experiment Station. Texas: Water Resources Institute. 2012. 618p.

OLIVEIRA, L. T. Aplicação do modelo SWAT para simular vazões em uma Bacia

Hidrográfica em Aracruz, ES. 2014. 161 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestais) Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Espírito Santo, Jerônimo Monteiro, 2014.

PEREIRA, D. dos. R. Simulação hidrológica na bacia hidrográfica do rio Pomba usando o modelo SWAT. Tese (Doutorado) Programa de Pós-graduação em Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa – MG, 2013.

PINTO, D. B. F.; SILVA A. M. da; BESKOW, S.; MELLO, C. R. de; COELHO G. Application of the soil and water assessment tool (SWAT) for sediment transport simulation at a headwater watershed in Minas Gerais State, Brazil. Transactions of American Society of Agricultural and Biological Engineers, Saint Joseph, v. 56, n. 2, p. 697-709, 2013.

PROFILL ENGENHARIA E AMBIENTE SA - PROFILL. Plano Diretor de Recursos Hídricos, Enquadramentos dos Corpos de Água Superficiais, Bacia Hidrográfica do Rio Mucuri - MU1: Resumo Executivo. Instituto Mineiro de Gestão das Águas - IGAM, Belo Horizonte – MG, 2022. Disponível em: http://repositorioigam.meioambiente.mg.gov.br/handle/123456789/4024. Acesso em: 10 jan. 2024.

SELL, B. M.; BRESSIANI, D.; CECCONELO, S. T.; BESKOW, S. Desempenho estatístico do swat+ na modelagem hidrológica de uma grande bacia do pampa brasileiro. In: 8ª semana integrada da UFPel 2022 – XXIV ENPÓS – Encontro de pós-graduação, 2022, Pelotas – RS. Anais [...] Pelotas: UFPel, 2022, não paginado.

SILVA, N. D. M. da.; CHRISTOFARO, C. Calibração do modelo hidrológico SWAT para estimativa da vazão em sub-bacia hidrográfica do Rio Jequitinhonha. In: II Simpósio Modelagem de Sistemas Ambientais e Gestão da Paisagem: Desafios e aplicações, Belo Horizonte, 2017. Anais... Belo Horizonte: Universidade Federal de Minas Gerais, 2017.

SILVA, G. K.; SILVEIRA, C. S.; SILVA, M. V. M.; JÚNIOR, A. D. M.; LIMA, C. E. S. Projeções dos impactos das mudanças climáticas sobre as bacias do hidrossistema Jaguaribe, Ceará, Brasil, utilizando informações do cordex do modelo climático regional RCA4. Revista AIDIS de Ingeniería y Ciencias Ambientales: Invstigación, desarrollo y prática, Vol. 15, No.1, 258-281, 6 de abril de 2022.

SIMÕES, K.; CONDÉ, R. de C. C.; ROIG, H. L.; CICERELLI, R. E. Application of the SWAT hydrological model in flow and solid discharge simulation as a management tool of the Indaia River Basin, Alto São Francisco, Minas Gerais. Rev. Ambient. Água vol. 16 n. 3, e2694 – Taubaté, 2021.

STEINMETZ, A. A. Impacto das mudanças climáticas sobre as vazões em bacias

hidrográficas do Pampa brasileiro. 2020. Tese (Doutorado) Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos da Universidade Federal de Pelotas. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2020.

TEXAS A&M, U. ArcSWAT software. Versão 10.26. 2020. Disponível em: https://swat.tamu.edu/software/arcswat/. Acesso em: 31 jul. 2022.

VAN GRIENSVEN, A.; MEIXNER, T.; GRUNWALD, S.; BISHOP, T.; DILUZIO,

M.; SRINIVASAN, R. A global sensitivity analysis tool for the parameters of multi - variable catchment models. Journal of Hydrology, v.324, p.10 – 23, 2006.

VAN GRIENSVEN, A. Sensitivity, auto-calibration, unvertainty and model evaluation in SWAT2005. 2007. Disponível em: http://swatuser.googlegroups.com/web/swat2005-unc-sens-calib.pdf>. Acesso em 30 nov. 2023.

VAN LIEW; M. W.; ARNOLD, J. G.; GARBRECHT, J. D. Hydrologic simulation on agricultural watersheds: Choosing between two models. Transactions of the ASAE. v.46, n.6, p.1539-1551, 2003.

Published

2024-03-20

How to Cite

Ribeiro, R. E., Almeida, R. A., & Pinto, D. B. F. (2024). Modelagem hidrológica da bacia hidrográfica do Rio Mucuri em escalas temporais mensal e diária. Caderno Pedagógico, 21(3), e3266. https://doi.org/10.54033/cadpedv21n3-123

Issue

Section

Articles