Monitoramento e modelagem de processos hidrológicos subsuperficiais e evapotranspiração em bacia de Cerrado

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Almeida, Andréia de
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/46288
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Pós-Graduação em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos, 2023.
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Isso é especialmente válido em ambientes com limitada disponibilidade hídrica, tais como o Cerrado, nos quais a interação água - vegetação aparenta ser definida especialmente pela disponibilidade de umidade do solo em comparação com a energia disponível no ecossistema. Logo, compreender o impacto das mudanças na cobertura do solo para a umidade do solo nesses ambientes é um dos principais desafios da hidrologia de Zonas Críticas – porção da Terra que se estende do dossel da vegetação até a base dos aquíferos livres. Esse desafio reside no conhecimento ainda limitado dos padrões de referência, derivados de dados de campo, que possibilitam analisar e prever como as mudanças na vegetação nativa podem afetar o armazenamento e a redistribuição da precipitação na Zona Crítica e entre esta e a atmosfera. A partir desse contexto, o objetivo da presente tese foi investigar os processos hidrológicos subsuperficiais e a evapotranspiração, com base em padrões de umidade do solo, e sua relação com as condições de uso e cobertura do solo predominantes no Cerrado. Este estudo incluiu etapas i) experimentais, concentradas especialmente em doze pontos de monitoramento instalados na Fazenda Água Limpa (FAL/UnB); e ii) de modelagem matemática, em diferentes escalas espaciais. Ambas se direcionaram à análise da umidade do solo e da evapotranspiração na bacia do ribeirão do Gama, uma bacia de cabeceira predominantemente coberta por Cerrado nativo, localizada no Distrito Federal. A coleta de dados em campo possibilitou estimar o balanço de energia e de água na zona vadosa sob vegetação nativa e alterada, a partir de equipamentos associados a torres de fluxo turbulento, com indicativo de ampliação no controle da umidade do solo e redução da evapotranspiração no cerrado sensu stricto em comparação com a parcela sob eucalipto (Eucalyptus urophylla x grandis). Por meio do monitoramento in situ pode-se ainda avaliar a aplicabilidade do método geofísico elétrico de corrente contínua como uma ferramenta alternativa de monitoramento da umidade em diferentes profundidades do solo (até 2,10 m de profundidade). Essa avaliação resultou na proposição e verificação de um modelo empírico significativo (p < 0,05) para a estimativa da umidade a partir de medições indiretas de resistividade elétrica do solo. Seções bidimensionais verticais derivadas do modelo empírico evidenciaram o comportamento temporal da umidade no perfil de solo em conformidade com dados derivados de campo e simulação numérica do fluxo de água em meio poroso por elementos finitos (FEFLOW). Houve variações no comportamento sazonal das seções de umidade derivadas da resistividade elétrica em resposta às características da vegetação nativa (cerrado sensu stricto, campo limpo, campo sujo e mata de galeria) e alterada (eucalipto e pastagem). Por fim, a incorporação dos dados de campo, obtidos durante a etapa experimental, na modelagem hidrológica empírica (Budyko) e de balanço hídrico (SWAT) forneceu padrões de umidade do solo e evapotranspiração, bem como um panorama preliminar da relação entre tais padrões e os fatores de estado característicos do Cerrado (uso e cobertura do solo, pedologia e declividade). Ademais, o estudo possibilitou estruturar uma rede de monitoramento hidroclimatológica que subsidiará investigações futuras aprofundadas quanto aos efeitos da cobertura do solo na variabilidade espacial e temporal da umidade do solo. Recomenda-se ampliar a representatividade espacial e temporal dos dados de campo direcionados à relação umidade do solo - evapotranspiração; aprimorar a análise dos fatores de estado na umidade do solo, especialmente por meio da caracterização pedológica detalhada; e prosseguir com a assimilação dos dados de campo e de sensoriamento remoto na parametrização de modelos hidrológicos em escala de bacia.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).Despite constituting a reduced portion of the global hydrological cycle, soil moisture is a key variable in the partitioning of precipitation among the other terrestrial hydrological processes. This is especially true in water limited environments, such as the Cerrado, in which the water-vegetation interaction seems to be defined especially by the availability of soil moisture compared to the energy available in the ecosystem. Therefore, understanding the impact of the land cover changes on soil moisture in these environments is one of the main challenges in the hydrology of Critical Zones – the portion of the Earth that extends from the vegetation canopy to the base of free aquifers. This challenge lies in the still limited knowledge of reference standards, derived from field data, which make it possible to analyze and predict how changes in native vegetation can affect the states and redistribution of precipitation in the Critical Zone and between it and the atmosphere. From this context, the aim of this thesis was to investigate subsurface hydrological processes and evapotranspiration, based on soil moisture patterns, and their relationship with the Cerrado predominant land cover and land use. This study included i) experimental, concentrated especially in twelve monitoring points installed at Fazenda Água Limpa (FAL/UnB); and ii) mathematical modeling stages at different spatial scales. Both were directed to the analysis of soil moisture and evapotranspiration in the Ribeirão do Gama watershed, a headwater predominantly covered by native Cerrado, located in the Distrito Federal, Brazil. Field data collection made it possible to estimate the energy and water balance in the vadose zone under native and altered vegetation, using equipments associated with turbulent fluxes towers, with an indication of increased control of soil moisture and reduction of evapotranspiration in the cerrado sensu stricto in comparison with the eucalyptus plot (Eucalyptus urophylla x grandis). The in-situ monitoring also made it possible to evaluate the applicability of the direct current electric geophysical method as an alternative tool for monitoring moisture at different soil depths (up to 2.10 m deep). This evaluation resulted in the proposition and verification of a significant empirical model (p < 0.05) for estimating moisture from indirect measurements of soil electrical resistivity. Two-dimensional vertical sections derived from the empirical model showed the temporal behavior of moisture in the soil profile in accordance with field and water flow numerical simulation in porous media (FEFLOW) derived data. There were variations in the seasonal behavior of the moisture sections derived from the electrical resistivity in response to the characteristics of the native vegetation (“cerrado sensu stricto”: wooded cerrado; “campo limpo”: cerrado grassland; “campo sujo”: shrub cerrado; and gallery forest) and altered vegetation (eucalyptus and pasture). Finally, the incorporation of field data, obtained during the experimental stage, in the empirical (Budyko) and water balance (SWAT) hydrological modeling provided patterns of soil moisture and evapotranspiration, as well as a preliminary overview of the relationship between such patterns and the state factors of the Cerrado (land use and cover, pedology and slope). In addition, the study made it possible to structure a hydroclimatological monitoring network that will support further investigations regarding the effects of soil cover on the spatial and temporal variability of soil moisture. It is recommended to expand the spatial and temporal representativeness of field data directed to the soil moisture - evapotranspiration relation; to improve the analysis of state factors in soil moisture, especially through detailed pedological characterization, and to continue the assimilation of field and remote sensing data in the parameterization of watershed scale hydrological models.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)Programa de Pós-Graduação em Tecnologia Ambiental e Recursos HídricosporMonitoramento e modelagem de processos hidrológicos subsuperficiais e evapotranspiração em bacia de Cerradoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisHidrologiaCerrados - solosHidrogeologiaResistividade do soloSolos - umidadeinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINAL2022_AndréiadeAlmeida.pdf2022_AndréiadeAlmeida.pdfapplication/pdf12745589http://repositorio2.unb.br/jspui/bitstream/10482/46288/1/2022_Andr%c3%a9iadeAlmeida.pdf3639804412248f21b692b3395519a818MD51open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain102http://repositorio2.unb.br/jspui/bitstream/10482/46288/2/license.txtaed4704d04bb260d4decd80db311aaa5MD52open access10482/462882023-08-31 17:21:27.234open accessoai:repositorio2.unb.br:10482/46288U3VibWlzc8OjbyBlZmV0aXZhZGEgZGUgYWNvcmRvIGNvbSBsaWNlbsOnYSBjb25jZWRpZGEgcGVsbyBhdXRvciBlL291IGRldGVudG9yIGRvcyBkaXJlaXRvcyBhdXRvcmFpcy4KBiblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestopendoar:2023-08-31T20:21:27Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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