Calibração e validação do modelo SWAT para a predição de vazões na bacia do ribeirão Pipiripau

Abstract

A análise de sistemas hidrológicos por meio de simulações com modelos chuva-vazão é muito importante para gestão dos recursos hídricos e para compreender as conseqüências de mudanças no uso do solo em bacias hidrográficas. O objetivo deste trabalho foi realizar simulações da vazão na bacia hidrográfica do ribeirão Pipiripau, utilizando o modelo hidrológico Soil and Water Assessment Tool, SWAT. Foi criado um banco de dados com os dados hidrológicos e fisiográficos necessários para adequada aplicação do modelo na bacia. O modelo foi calibrado manualmente em relação à vazão média mensal observada da estação fluviométrica FRINOCAP em um período de 10 anos (1989 a 1998) e depois validado com uma série independente da usada na calibração (1999 a 2008). Porém, antes de calibrar o modelo efetuou-se a análise de sensibilidade dos parâmetros em relação à vazão observada da bacia, utilizando o algoritmo LH-OAT. Os parâmetros CN2 e Rchrg_Dp foram classificados como muito importantes, enquanto outros 8 parâmetros foram classificados como importantes, 11 como pouco importantes e 6 com nenhuma importância para simulação da vazão pelo modelo. Após a calibração do modelo os resultados do Índice de Nash & Sutcliffe (Ens), do Índice de Nash & Sutcliffe alterado (COEA), do percentual de tendência (PBIAS), e da razão entre o erro padrão médio e o desvio padrão das observações (RSR) foram, respectivamente, 0,67, 0,52, -6,70%, e 0,58, indicando bom ajuste entre a vazão média mensal da bacia hidrográfica do ribeirão Pipiripau simulada pelo modelo SWAT em relação aos dados observados. A simulação da vazão média mensal também foi satisfatória no período selecionado para validação do modelo com Ens=0,79, COEA=0,65 PBIAS= -21,49%, e RSR=0,49. Esses resultados indicam que o modelo SWAT simulou, de forma satisfatória, as vazões médias mensais do ribeirão Pipiripau, após um período de calibração. Os resultados foram semelhantes aos resultados obtidos por outros autores (no Brasil e no mundo) indicando potencial do uso do modelo no Brasil.

The analysis of hydrological systems with rainfall-runoff models is useful to water assessment and to understand the impacts of land use change in river basin’s over the years. Therefore, the aim of this study was to simulate Pipiripau’s river basin flow using the hydrological model Soil and Water Assessment Tool, SWAT. To achieve this goal, it was necessary the creation of a data base with the hydrological and physiographic information of the river basin required to operate SWAT. The model was manually calibrated for monthly flow comparing the results with FRINOCAP’s flow-station using a 10 years record of historical data (1989-1999). The validation of the model was conducted with an independent data set used to calibrate the model, using a 10 years record of historical data (1999-2008). However, before calibrating the model, a sensitivity analysis using the LH-OAT algorithm was made to point out the parameters importance for flow simulation. CN2 and Rchr_Dp were classified as very important, while 8 other parameters were classified as important, 11 as slightly important and 6 with no importance. After calibrating the model the Nash & Sutcliffe model efficiency (Ens), the adapted Nash & Sutcliffe model efficiency (COEA), the Percent Bias (PBIAS), and the ratio of root mean square error to measured standard deviation (RSR) for monthly flow were, respectively, 0,67, 0,52, -6,70%, e 0,58. For the validation period, results were Ens=0,79, COEA=0,65, PBIAS= -21,49%, RSR=0,49. These results show that SWAT simulated satisfactory Pipiripau’s river basin flow. Comparing with other studies (in Brazil and in other countries) the results were similar, indicating that SWAT can be a powerful tool to be used in Brazil.