Análise de consistência dos parâmetros do modelo SWAT obtidos por calibração automática – Estudo de caso da bacia do lago Descoberto – DF

Abstract

A modelagem hidrológica pode auxiliar a compreensão dos processos físicos e a avaliação dos impactos nos recursos hídricos e no meio ambiente, advindos principalmente do desenvolvimento rural e da expansão urbana em bacias hidrográficas. No entanto, a modelagem de um sistema requer etapas indispensáveis para a obtenção de resultados coerentes com a realidade, confiáveis e de qualidade. Considerando essa problemática, o objetivo deste trabalho foi avaliar a representatividade dos parâmetros do modelo hidrológico SWAT (Soil and Water Assessment Tool) obtidos por calibração automática das vazões de uma bacia hidrográfica, para utilização em outras cinco bacias que contribuem para o lago Descoberto no Distrito Federal, analisando conjuntamente a simulação da dinâmica hidrológica. Foi realizada a análise de sensibilidade do modelo a 14 parâmetros escolhidos pelo grau de importância durante a simulação inicial do modelo e pelas dificuldades observadas no processo de simulação das vazões. A calibração dos parâmetros em nível diário para os anos hidrológicos de 2005 a 2010 para a sub-bacia do rio Descoberto (SBRD) foi considerada satisfatória, tendo sido obtido um coeficiente de eficiência de Nash-Sutcliffe (NSE) de 0,4 e um coeficiente de determinação (R²) de 0,44. Na verificação, para o período de 2010 a 2013, obteve-se um NSE de 0,48 e um R² de 0,46. Na SBRD, durante os anos hidrológicos de 2005 a 2010, os erros percentuais entre os valores das vazões observada e simulada, nas estações de chuva e seca, foram respectivamente de 35% e 56%, o que evidenciou que o modelo apresentou maiores dificuldades na simulação do fluxo de base durante o período de estiagem. A verificação da representatividade dos parâmetros calibrados automaticamente para a SBRD em nível mensal foi considerada satisfatória para outras quatro sub-bacias. Apenas a sub-bacia do córrego Olaria não apresentou resultados estatísticos satisfatórios. Os valores obtidos nas simulações para os componentes do ciclo hidrológico foram coerentes com trabalhos experimentais anteriores. Em relação à recarga ao aquífero raso, a diferença entre o observado e o simulado foi de 4,23% na sub-bacia do córrego Capão Comprido (SBCCC). A simulação da carga de sedimentos foi ruim, pois a modelagem levou a apenas 37,4% da carga total de sedimentos medida na SBCCC. Esses resultados mostraram a importância da escolha de parâmetros determinantes para o estudo, além da viabilidade do uso dos parâmetros obtidos por calibração automática em bacias hidrográficas similares.

Hydrological modeling can help the understanding of physical processes and assessment of impacts on water resources and the environment caused by rural development and urban expansion in watersheds. However, modeling water systems requires essential steps for obtaining consistent and reliable results. This study aims to evaluate the representativeness of parameters hydrological model SWAT (Soil and Water Assessment Tool) obtained by automatic calibration of the surface flow from a watershed, for use in other five wathershed that contribute to the Descoberto Lake in the Federal District, including the analysis of hydrological dynamics simulation. Sensitivity analysis of the model was performed for 14 parameters chosen by degree of importance during the initial simulation and the observed difficulties in simulating the flows. The parameter calibration at daily basis for the hydrological years 2005 to 2010 for the River Descoberto (SBRD) was satisfactory. It led to a Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) of 0.4 and a coefficient of determination (R²) of 0.44. The validation for the period 2010 to 2013 led to NSE of 0.48 and a R² of 0.46. The percentage errors between the observed and simulated flow values in SBRD during the hydrological years of 2005 to 2010, were 35% and 56% at the rainy and dry seasons, respectively. It was found difficulties to simulate the base flow during the dry season. The validation of the representativeness of the parameters automatically calibrated for SBRD at monthly basis were satisfactory for other four sub-basins. The study found non-satisfactory statistical results only for Olaria Creek. The values obtained in the simulations of hydrological cycle components were consistent when compared to previous experimental works. Concerning to the shallow aquifer recharge, the difference between observed and simulated data was 4.23% for Capão Comprido Creek sub-basin (SBCCC). The simulation of sediment load was not good considering that it led to only 37.4% of the total sediment loads, measured in SBCCC. These results show the importance of the parameters selected for the study, and the feasibility of use of parameters obtained by automatic calibration in similar watersheds.