Avaliação dos efeitos de escala sobre processos hidrossedimentológicos em bacias experimentais utilizando o modelo Soil and Water Assessment Tool (Swat)

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Iensen, Isabela Raquel Ramos
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/81291
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Irani dos Santos
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spelling Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências da Terra. Programa de Pós-Graduação em GeografiaSantos, Irani dos, 1969-Iensen, Isabela Raquel Ramos2023-02-27T19:24:22Z2023-02-27T19:24:22Z2018https://hdl.handle.net/1884/81291Orientador: Prof. Dr. Irani dos SantosDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Geografia. Defesa : Curitiba, 20/02/2018Inclui referências: p. 143-161Resumo: Os processos hidrossedimentológicos possuem heterogeneidade espacial e variabilidade temporal. O entendimento do ciclo hidrossedimentológico em bacias hidrográficas é condicionado pelas condições físicas da bacia, pelos ciclos de matéria e energia e pelas escalas de tempo e espaço analisadas. A área de contribuição tem sido utilizada para explicar a ocorrência e/ou dominância de determinados processos hidrossedimentológicos, visto que alguns processos dependem de uma área de contribuição mínima para que ocorram, além do que a área é uma variável síntese que embute as características físicas das bacias. O fenômeno da heterogeneidade das repostas hidrossedimentológicas com a escala da bacia é denominado efeito de escala. A pesquisa do efeito de escala sobre os processos hidrossedimentológicos é relevante pois possibilita inferir sobre a representatividade de um processo hidrossedimentológico em detrimento de outros, a diversidade deste processo no tempo e espaço e a transferência/conectividade com áreas elementares. Estas informações são especialmente relevantes em bacias experimentais menores que 300 km², em que são observadas lacunas na disponibilidade de monitoramento contínuo. Este trabalho teve por objetivo avaliar o efeito de escala sobre os processos de geração de escoamento e produção de sedimento em bacias experimentais embutidas com áreas variando entre 0,1 a 117 km², localizadas em Rio Negrinho (SC), através de calibração espacial e sub-diária do modelo hidrológico Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Para tanto, o trabalho foi executado em três etapas: a identificação dos efeitos de escala sobre a vazão e descarga sólida específicas utilizando dados monitorados de quatro bacias experimentais; a simulação deste comportamento monitorado através de calibração espacial do modelo SWAT; e por fim, a avaliação dos efeitos de escala de forma distribuída para as ottobacias. Os resultados demonstraram cada processo de geração de escoamento (superficial (Esup), subsuperficial (Esubsup) e subterrâneo (Esub)) manifestou de forma singular os efeitos de escala. A tendência observada demonstrou que o Esup específico aumenta com o aumento da área, enquanto o Esubsup específico diminui com o aumento da área de contribuição, pouca variabilidade foi identificada para o Esub específico. Observou-se ainda que as estradas não pavimentadas tiveram grande influência sobre a produção de sedimento e vazão, sobretudo durante a ascensão do hidrograma. Analisando os dados monitorados identificou-se que até a escala de 0,18 km² a produção específica de sedimentos (Prodsed) aumenta com o aumento da área de contribuição, denotando predomínio de processos de erosão. As áreas de contribuição maiores que 0,18 km² apresentaram diminuição da Prodsed com o aumento da área, sugerindo a dominância de processos de deposição e transporte. A calibração espacial com o modelo SWAT utilizou uma abordagem multi-site, multivariável e multicritério e demonstrou que o modelo conseguiu reproduzir aceitavelmente as condições hidrossedimentológicas das bacias monitoradas. Destacou-se ainda a importância em avaliar a faixa de incerteza dos resultados sedimentológicos, considerando a natureza variável da relação entre descarga sólida e a vazão. Na avaliação distribuída dos efeitos de escala para as ottobacias todos os processos avaliados (Esup, Esubsup, Esub e Prodsed) demonstraram grande heterogeneidade em bacias de menor dimensão e o afunilamento das tendências em torno de um valor médio com o aumento da área de contribuição. A utilização do modelo SWAT possibilitou ainda avaliar que as estradas produzem maior parte do Esup e Prodsed específicos. No Esubsup específico a mata nativa e o reflorestamento foram os usos que mais produziram este tipo de escoamento. A agricultura e a pastagem apareceram como os usos que mais contribuem para o Esub específico.Abstract: Hydrosedimentological processes have spatial heterogeneity and temporal variability. The understanding of the hydrosedimentological cycle in watersheds is conditioned by the physical conditions of the watershed, by the cycles of matter and energy and by the time and space scales analyzed. The contribution area has been used to explain the occurrence and/or dominance of certain hydrosedimentological processes since some processes depend on a minimum contribution area to occur, and the area is a synthesis variable that incorporates the physical characteristics of basins. The phenomenon of the heterogeneity of the hydrosedimentological responses with the basin scale is denominated the scale effect. The research of the scale effect on the hydrosedimentological processes is relevant because it allows inferring the representativeness of a hydrosedimentological process, the diversity of this process in time and space and the transference/connectivity with elementary areas. This theme is especially relevant in experimental watersheds smaller than 300 km², where gaps in the availability of continuous monitoring are observed. The objective of this study was to evaluate the scale effect on the runoff generation and sediment yield processes in embedded basins with areas ranging from 0.1 to 117 km², located in Rio Negrinho (SC), through spatial and sub-daily calibration of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) hydrological model. The study was carried out in three steps: the identification of scale effects on specific runoff and solid discharge using monitored data from four experimental basins; the simulation of this monitored behavior through spatial calibration of the SWAT model; and finally, the evaluation of the scale effects in a distributed way for the ottobasins. The results showed that each flow generation process (surface (Esup), subsurface (Esubsup) and groundwater (Esub)) manifested uniquely the scale effects. The specific Esup increases with the increasing area, while specific Esubsup decreases with increasing contribution area, little variability was identified for specific Esub. It was also observed that unpaved roads had a great influence on sediment yield and runoff, especially during the rise of the hydrograph. Analyzing the monitored data, it was found until 0.18 km² the specific sediment yield (Prodsed) increases with the increase of the contribution area, indicating a predominance of erosion processes. Contribution areas greater than 0.18 km² showed a decrease in Prodsed as the area increased, suggesting the dominance of deposition and transport processes. Spatial calibration with the SWAT model used a multi-site, multi-variable and multi-criteria approach and demonstrated that the model was able to acceptably reproduce the hydrosedimentological conditions of the monitored watersheds. The importance of evaluating the uncertainty range of sedimentological results was also highlighted, considering the variable nature of the relation between solid discharge and runoff. The distributed evaluation of the scale effects for the ottobasins all the evaluated processes (Esup, Esubsup, Esub, and Prodsed) showed great heterogeneity in smaller basins and the funneling of tendencies around an average value with the increase of the contribution area. The use of the SWAT model also made it possible to assess that roads produce most of the specific Esup and Prodsed. In the specific Esubsup, native forest and reforestation were the uses that most produced this type of flow. Agriculture and pasture have emerged as the main contributors to the specific Esub.1 recurso online : PDF.application/pdfBacias (Geologia)Bacias hidrográficasErosãoGeografiaAvaliação dos efeitos de escala sobre processos hidrossedimentológicos em bacias experimentais utilizando o modelo Soil and Water Assessment Tool (Swat)info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - ISABELA RAQUEL RAMOS IENSEN.pdfapplication/pdf6674982https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/81291/1/R%20-%20D%20-%20ISABELA%20RAQUEL%20RAMOS%20IENSEN.pdfd0b9527f3b6c2d33672a60b61182112eMD51open access1884/812912023-02-27 16:24:22.25open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/81291Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082023-02-27T19:24:22Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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