Influência do uso e ocupação do solo na geração de escoamento superficial de uma pequena bacia costeira utilizando o modelo SWAT

Abstract

A Lagoa da Conceição constitui um dos sistemas lagunares mais importantes do Brasil. O rio João Gualberto (9,92 km²) têm grande importância nesse contexto, pois é a sub-bacia de maior contribuição hidrológica de toda a bacia hidrográfica da Lagoa da Conceição (BHLC). Nesse sentido, o principal objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da mudança de uso e cobertura do solo na produção de água da nesta sub-bacia por meio de simulações hidrológicas no modelo SWAT. Foram elaborados mapas de uso e ocupação do solo para diferentes cenários (2000, 2010 e 2020) através do emprego da ferramenta google earth engine e imagens de satélite Landsat 5 e 8, onde o índice Kappa, variou de 0,75 a 0,79 , considerado ?muito bom?. Para a calibração do SWAT foi utilizada uma série de vazão, gerada pelo modelo hidráulico HEC-RAS, utilizando como condições de contorno os níveis de montante e jusante do rio. A calibração do SWAT, através do SWAT CUP, apresentou resultados intermediários com KGE de 0,64, p-fator de 0,75 e r-fator de 0,92. Isto é, o modelo SWAT foi capaz de representar a produção de água (vazão) da bacia hidrográfica do rio João Gualberto. A partir de simulações para cada cenário, foram geradas curvas de permanência que deixaram evidente que os cenários mais urbanizados e com menos vegetação densa, 2020, 2010 e 2000 respectivamente, tiveram picos de vazão (Q10) mais elevados e fluxos de base (Q90) com vazões reduzidas. A Q10 variou de 550 l/s (2000) a 644 l/s (2020) o que representa um aumento de 17%. O fluxo de base (Q90) por usa vez apresentou uma redução de 14% dos anos 2000 para 2020. A Qmédia simulada variou entre 350 l/s (2000) e 363 l/s (2020), o que representa um aumento de 4%, porém, esses valores são reflexo da alta vazão dos eventos extremos. Em termos absolutos, o aumento de vazão entre os anos de 2000 e 2020 foi, em média, de 4% (1.100 m³/dia). O volume médio diário de entrada na laguna para o cenário de 2020 é de 31.300m³. Estes resultados reforçam a importância da modelagem hidrológica e demonstram os impactos das alterações do uso e ocupação do solo na produção de água de uma pequena bacia hidrográfica. O estudo identificou que o crescimento das áreas urbanas, em detrimento da vegetação densa, tem relação com o aumento das vazões máximas, e, redução nas vazões mínimas do rio João Gualberto.

Abstract: Lagoa da Conceição is one of the most important lagoon systems in Brazil. The João Gualberto River (9.92 km²) has great importance in this context, since it is the sub-basin of greatest hydrological contribution of the whole Lagoa da Conceição watershed (BHLC). In this sense, the main objective of this work was to evaluate the influence of land use and land cover change on water production in this sub-basin through hydrological simulations in the SWAT model. Land use maps were elaborated for different scenarios (2000, 2010 and 2020) by using the google earth engine tool and Landsat 5 and 8 satellite images, where the Kappa index ranged from 0.75 to 0.79, considered \"very good\". For the SWAT calibration a flow series generated by the HEC-RAS hydraulic model was used, using as boundary conditions the upstream and downstream levels of the river. The SWAT calibration, through SWAT CUP, presented intermediate results with KGE of 0.64, p-factor of 0.75 and r-factor of 0.92. That is, the SWAT model was able to represent the water production (flow) of the João Gualberto river watershed. From simulations for each scenario, permanence curves were generated that made it evident that the more urbanized and less dense vegetation scenarios, 2020, 2010 and 2000 respectively, had higher peak flows (Q10) and base flows (Q90) with reduced flows. The Q10 ranged from 550 l/s (2000) to 644 l/s (2020) which represents a 17% increase. The base flow (Q90) in turn showed a 14% reduction from 2000 to 2020. The simulated mean Q averaged between 350 l/s (2000) and 363 l/s (2020), which represents an increase of 4%, however, these values reflect the high flow rate of extreme events. In absolute terms, the increase in flow between the years 2000 and 2020 was on average 4% (1,100 m³/day). The average daily volume entering the lagoon for the 2020 scenario is 31,300m³. These results reinforce the importance of hydrological modeling and demonstrate the impacts of changes in land use and occupation on water production in a small watershed. The study identified that the growth of urban areas, at the expense of dense vegetation, is related to the increase in maximum flows and reduction in minimum flows of the João Gualberto River.