Modelagem do escoamento superficial e perda de solo na bacia do ribeirão São Bartolomeu, Zona da Mata de Minas Gerais, utilizando o simulador SWAT

Abstract

A avaliação quantitativa da perda de solo por erosão, da perda de água e das cargas de sedimentos que atingem os corpos d’água é fundamental para o planejamento ambiental em escala de uma bacia hidrográfica, contribuindo para o processo de tomada de decisão relacionado às melhores opções de manejo do solo e à manutenção da qualidade dos recursos hídricos. Estimativas destes dados têm sido realizadas ao redor do mundo, com base na utilização de modelos empíricos ou conceituais. Além de uma forma econômica na elaboração de cenários, os modelos ambientais, associados aos sistemas de informações geográficas, contribuem para a localização de áreas críticas, fornecendo indicativos para operações emergenciais de contenção ou controle de processos erosivos em estado avançado, além da simulação de cenários futuros. O SWAT (Soil and Water Assessment Tool) foi selecionado como ferramenta básica para os estudos realizados nesta pesquisa em função do seu desenvolvimento, que visa a verificação dos efeitos resultantes das modificações no uso do solo, e de estar sendo testado em diferentes partes do mundo, com resultados satisfatórios. O trabalho foi realizado na bacia hidrográfica do ribeirão São Bartolomeu (BHRSB), Zona da Mata de Minas Gerais, na qual foram instaladas 10 parcelas experimentais que serviram para a coleta de dados de perda de solo e escoamento superficial, em condições de chuva natural. A área em análise peca pela ausência de estudos quantitativos e comparativos deste tipo na região e, mesmo considerando o território brasileiro, o número de pesquisas a respeito deste assunto é pequeno, principalmente em relação à abordagem referente à quantidade de sub-bacias, sensibilidade dos parâmetros de entrada do modelo e simulação de cenários futuros. Os resultados do modelo foram bastante satisfatórios, atingindo um coeficiente de eficiência (COE) na calibração de 0,953 e 0,999 para a produção de sedimentos e escoamento superficial, respectivamente. A partir do modelo calibrado e validado em campo procedeu-se à análise de discretização da bacia, da qual se concluiu que para a área de estudo, a maior ou menor subdivisão não influencia nos resultados simulados pelo modelo. Complementarmente, foram simulados cenários de alterações no uso e de alterações climáticas futuras, baseadas nas previsões do IPCC. Todos os cenários evidenciaram a grande sensibilidade da bacia às mudanças, em especial as previstas para ocorrerem no clima. Assim, a aplicação satisfatória do SWAT na BHRSB possibilita a elaboração de um plano de gestão para a área, minimizando os impactos atuais e futuros.

The quantitative evaluation of water and soil losses by erosion is essential for the efficient environmental management of natural resources at watershed scale. Estimates of these data have been carried out worldwide, using empirical or conceptual models, making it possible to obtain information about an area quickly and inexpensively. Besides an economic scenario development, environmental models, coupled with geographic information systems, contributes to locate critical areas, providing indications for emergency operations to contain or control erosion at an advanced stage, and the simulation of future scenarios. Among these models, stands out SWAT (Soil and Water Assessment Tool), the model used in this research. It have been used and tested in different parts of the world, with satisfactory results to predict the impact of changes in land use, soil type and management. This study was performed in the São Bartolomeu Stream Watershed, in Brazil, where 10 plots were installed to monitor the surface runoff and soil losses under natural rainfall conditions. This area suffers from the absence of quantitative studies and comparisons of this kind in the region. Even in Brazil, the number of searches on this subject is small. The Nash-Sutcliffe efficiency coefficient was used to evaluate the model performance. The values of 0.953 obtained for sediment yield and 0.999 obtained for runoff represent well-calibrated models. From the calibrated and validated proceeded to the analysis of watershed discretization, which concluded that for the study area, greater or lesser subdivision does not influence the results simulated by the model. Additionally scenarios were simulated use and future climate changes, based on IPCC’s forecasts. All scenarios showed great sensitivity to changes in the watershed. Thus, the satisfactory implementation of the SWAT enables a management plan for the area, minimizing the current and future impacts.