Estimação de vazão em bacias hidrográficas do sul do Espírito Santo usando o SWAT

Abstract

O aumento da atividade econômica e do número de habitantes no mundo, juntamente com o uso não sustentável dos recursos hídricos, os despejos de efluentes sem tratamento no ambiente e o manejo inadequado das bacias hidrográficas, têm contribuído para diminuição da disponibilidade de água no planeta. Apesar de ser um recurso natural renovável, a água que retorna da atmosfera não ocorre de maneira uniformemente distribuída, nem no espaço geográfico, nem no tempo, tornando a sua boa gestão essencial para diminuição das consequências desastrosas dos eventos extremos de cheia e de escassez. Mas, uma gestão exitosa requer, além de profissionais qualificados, o uso de ferramentas para suporte à tomada de decisão. Neste contexto, a utilização de modelos hidrológicos pode auxiliar no planejamento e avaliação de práticas conservacionistas de solo e água e de manejo de bacias hidrográficas. Do exposto, o presente estudo teve o objetivo de avaliar a aplicabilidade do SWAT para a estimação de vazões em bacias hidrográficas no sul do Estado do Espírito Santo. Foram estudadas: a microbacia do córrego Jaqueira (MBJ), com aproximadamente 22,6 ha, e a sub-bacia do rio Itapemirim, à montante da estação fluviométrica de Rive (BIMR), com aproximadamente 2.237 km2. Devido ao alto número de falhas e ao curto período de monitoramento hidrológico, não foi possível calibrar e verificar a aplicabilidade do modelo para a MBJ. Para a BIMR, na análise das vazões médias, estimou-se 45,5 m3 s-1 antes da calibração, e 32,6 m3 s-1 após a calibração, muito próxima da vazão média monitorada de 36,9 m3 s-1. Para o período de validação, a vazão média monitorada foi 22% maior (45,0 m3 s-1), enquanto a estimada foi de 33,9 m3 s-1, permanecendo próxima da vazão média estimada calibrada. Em análise gráfica, observou-se que, antes da calibração, as vazões mínimas estimadas ficaram abaixo das observadas, porém as vazões de pico eram superestimadas. Após a calibração, as vazões mínimas tiveram melhores correlações, enquanto as vazões de pico foram subestimadas. Na análise dos índices estatísticos, o R2 passou de 0,74 para 0,76 após a calibração, mas foi reduzido para 0,63 no período de validação. Para o coeficiente de Nash Sufcliffe, houve uma melhora significativa do valor após a calibração, passando de -0,38 para 0,75, permanecendo com um valor aceitável de 0,57 no período de validação. O SWAT foi capaz de simular vazões em bacias hidrográficas do Sul do Espírito Santo, desde que não houvesse muitas falhas nos dados monitorados, sendo capaz inclusive de simular dados de outros períodos para os quais os parâmetros não foram ajustados.

The increasing of world economic activity and the number of inhabitants, along with the unsustainable use of water resources, untreated wastewater release into the environment and inadequate watersheds management, has contributed to water availability decrease on the planet. Despite being a renewable natural resource, the water that returns from the atmosphere does not occur evenly distributed, either in geographic space or in time, making its good management essential to reduce disastrous consequences of extreme events of floods and droughts. But a successful management requires, as well as qualified professionals, the use of support decision tools. In this context, the use of hydrological models can assist in planning and assessment of conservation practices for soil and water and watershed management. In this light, the present study aimed to evaluate the SWAT capability to estimate flow in river basins in the southern of Espírito Santo state, Brazil. The Jaqueira stream watershed (MBJ), with approximately 22.6 ha, and Itapemirim river basin, upstream of the Rive fluviometric station (BIMR), with approximately 2,237 km2, were studied. Due to the high number of gaps and short-term hydrological monitoring, was not possible to calibrate and verify model applicability for the MBJ. For BIMR, the analysis of the average flow rate was estimated by 45.5 m3 s-1, before calibration, and 32.6 m3 s-1 after calibration, closely to the monitored average flow, that was 36.9 m3 s-1. For the validation period, the average flow monitored was 22% higher (45.0 m3 s-1), while the estimated flow was 33.9 m3 s-1, remaining closely to the average calibrated estimated flow. In graphical analysis, it was observed that before calibration, the estimated minimum flow rates were below those observed, but the peak flows were overestimated. After calibration, the minimum flows had better correlations, while the peak flows were underestimated. In the analysis of statistical indexes, the R2 increased from 0.74 to 0.76, after calibration, but was reduced to 0.63 in the validation period. For the Nash Sufcliffe coefficient, was verified a significant improvement of its value after calibration, from -0.38 to 0.75, remaining with an acceptable value in the validation period, 0.57. The SWAT was able to simulate flows in river basins in the southern of Espírito Santo state, since there were not many gaps in the monitored data, and also being able to simulate data from other periods for which the parameters were not adjusted.