Impacto hidrológico das alterações previstas de uso do solo para a bacia hidrográfica do Rio Itajaí simulado com o Swat

Abstract

A característica do uso do solo, o estado de regeneração das florestas e as práticas das atividades econômicas locais influenciam diretamente na qualidade e na quantidade de água em uma bacia hidrográfica. Neste sentido, este estudo realizou uma análise dos impactos que as alterações previstas para o uso do solo nos próximos anos podem causar na hidrologia da bacia hidrográfica do rio Itajaí, que possui aproximadamente 15.000 km² de área, e localiza-se na região norte do estado de Santa Catarina, Brasil. O estudo foi realizado por meio da elaboração de um modelo hidrológico no software SWAT (Soil and Water Assessment Tool). A calibração e a validação do modelo foram realizadas com dados mensais de vazão e mapa de uso e ocupação do solo do ano 2000. O período de calibração foi de 2000 a 2004, e de validação foi de 2005 a 2006. Os resultados foram satisfatórios, com KGE de 0,76 para a calibração e de 0,63 para a validação na estação fluviométrica mais a jusante da bacia hidrográfica. O modelo apresentou bons resultados de simulação das médias de vazões e na variabilidade de vazões. Observou-se que a presença de empreendimentos hidrelétricos e dados inconsistentes prejudicaram o desempenho do modelo em algumas sub-bacias, principalmente as que se localizam nas cabeceiras. Para esta pesquisa, foram avaliados dois diferentes cenários com o uso do SWAT. O cenário inicial avaliado foi o mesmo da calibração, com dados pluviométricos de 2000 a 2004 e uso do solo de 2000. O cenário futuro foi avaliado com a utilização do mapa de uso e ocupação do solo correspondente ao ano de 2027, que foi gerado com o auxílio do software TerrSet, antigo ISIDRI, a partir do módulo Land Change Modeler (LCM), que utiliza redes neurais para o processo de calibração. A comparação dos resultados não identificou alterações de vazões com validade estatística no exutório da bacia. No entanto, o modelo identificou uma redução média anual de até 5% de água percolada na bacia. Em sub-bacias de cabeceira, a redução da Q95 chegou a 23,3%, e a redução da contribuição da água subterrânea nos rios chegou a 26,0%. Identificou-se que estas alterações podem ter origem no aumento significativo da área de silvicultura na bacia hidrográfica, que subiu de 1,30% da área total da bacia em 2000 para 11,17% em 2027. Os resultados deste estudo mostraram a possível redução da recarga de aquíferos e a importância do planejamento do uso e ocupação do solo na bacia hidrográfica para evitar a redução da disponibilidade hídrica no futuro.

Abstract: Land use, forest regeneration stage and local economic activities influence on water quality and quantity of a watershed. This study conducted an analysis of the impacts that can be caused by predicted land changes on the hydrology of the Itajaí river basin, which has an area of approximately 15.000 km², and is located on the northern region of Santa Catarina state, Brazil. The software SWAT (Soil and Water Assessment Tool) was used to conduct this study. The model was calibrated and validated with monthly flow data and a land use map from the year 2000. The calibration period was from 2000 to 2004, and the validation from 2005 to 2006. The results were satisfactory, with a KGE of 0,76 for the calibration and 0,63 for the validation on the river station located closer to the river basin outlet. The model had good results on simulating flow means and flow variabilities. The presence of hydroelectric constructions and inconsistent flow data in some watersheds impaired the model performance, mainly on the watersheds located at the headwaters of the river basin. On this study two different land use scenarios were evaluated by using SWAT. The first scenario was the same as the model calibration, with rainfall data from 2000 to 2004 and land use map from 2000. The second scenario used the land use map from the year 2027, which was predicted and generated by the software TerrSet, former IDRISI, using the Land Change Modeler (LCM), that uses neural network for the calibration process. The results from both scenarios didn?t show statistical differences for the river basin. However, the model identified a mean annual reduction of up to 5% from percolated water in the river basin. On headwaters watersheds, the Q95 flow and groundwater flow to main streams reduction reached 23,3% and 26,0%, respectively. The cause of these reductions may be from the important growth of planted forest areas in the river basin. This land use jumped from 1,30% of the total river basin area in 2000 to 11,17% in 2027. This study results showed a possible reduction of aquifer recharge in the river basin, and also the importance of planning the river basin land use to avoid the reduction on water availability in the future.