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Título: Processos hidrossedimentológicos e conectividade em bacia semiárida: modelagem distribuída e validação em diferentes escalas
Título em inglês: Hydrossedimentologic processes and connectivity in a semiarid catchment: distributed modelling and validation at different scales
Autor(es): Medeiros, Pedro Henrique Augusto
Orientador(es): Araújo, José Carlos de
Coorientador(es): Güntner, Andreas
Palavras-chave: Recursos hídricos
Produção de sedimentos
Conectividade
Modelagem distribuída
Semiárido
Data do documento: 28-Set-2009
Citação: MEDEIROS, P. H. A. (2009)
Resumo: A deficiência hídrica em regiões semiáridas, como o Nordeste do Brasil, representa um dos principais fatores limitantes ao desenvolvimento econômico, com graves consequências sociais. Para garantir a conservação dos recursos hídricos disponíveis, é imprescindível o controle de ações antrópicas que impactem negativamente a disponibilidade hídrica. Por exemplo, a ocupação desordenada do solo e a utilização de práticas inadequadas na agricultura intensificam a erosão e o transporte de sedimentos, interferindo diretamente na disponibilidade hídrica. O assoreamento de reservatórios causa a redução de sua capacidade de armazenamento e, consequentemente, sua capacidade de regularizar vazões com elevada garantia. O aporte de sedimentos a mananciais contribui também para a degradação da qualidade da água, através do aumento da turbidez, o que provoca a redução da concentração de oxigênio dissolvido, e do enriquecimento de nutrientes. Adicionalmente, a erosão do solo é um dos principais fatores de degradação ambiental, provocando a perda de nutrientes das camadas superficiais de solo. Portanto, uma avaliação precisa dos fluxos de sedimento ao longo de sua trajetória é imprescindível para a identificação de áreas potencialmente erosivas e de locais onde predominam processos de deposição. Para isso, faz-se necessário o conhecimento das condições de transporte dos sedimentos através e entre os diferentes compartimentos da bacia hidrográfica. O potencial de movimento de uma partícula no sistema, denominado de conectividade no transporte de sedimentos, destaca-se como fator determinante para a compreensão e estimativa dos fluxos de massa sólida. De forma a se avaliar o efeito da conectividade sobre a produção de sedimentos na região semiárida do Brasil, realizou-se simulação hidrossedimentológica da bacia hidrográfica de meso-escala do açude Benguê, Ceará, utilizando-se o modelo WASA-SED. Constatou-se que, de um modo geral, o balanço de água no solo determina as condições de geração de escoamento na região de estudo: muito embora haja uma predominância de iniciação do escoamento superficial por processo Hortoniano, na escala de bacia hidrográfica o excesso de precipitação é percebido somente em eventos de grande magnitude ou após sequências de eventos chuvosos, quando a conectividade hidrológica é elevada. Assim, as condições de transporte limitam a produção de sedimentos, gerando padrões espaciais muito semelhantes de escoamento superficial e de produção de sedimentos. Na escala de bacia hidrográfica, o padrão espacial de conectividade mostrou-se fortemente relacionado a características hidráulicas do solo, enquanto que na escala de vertente, características topográficas locais desempenharam um papel mais importante no transporte de sedimentos. A simulação de características específicas do semiárido pelo modelo WASA-SED, tais como escoamento do tipo Hortoniano, reinfiltração a jusante, redistribuição lateral de escoamento e densa rede de reservatórios, permitiu a estimativa satisfatória dos fluxos de água e sedimentos tanto na bacia do Benguê (933 km²) como na sub-bacia de Aiuaba (12 km²). Um teste mais rigoroso foi realizado com o uso da técnica de Césio-137 como traçador de erosão/deposição de sedimentos. A comparação entre valores modelados e medidos com 137Cs em uma vertente representativa demonstrou boa correlação entre os valores. Apesar de se tratar de um resultado local, tal comparação indica que o modelo WASA-SED simule os fluxos de sedimento de maneira satisfatória também na escala de vertente
Abstract: Water deficit in semiarid regions, such as the Northeastern Brazil, is a major limiting factor to economic development, with serious social consequences. To ensure the conservation of the available water resources, it is essential to control the human activities that impact negatively on water availability. For instance, uncontrolled soil use and improper agricultural practices, tend to intensify erosion and sediment transport processes, with direct impacts on water availability. Reservoirs siltation causes a reduction of the storage capacity and, hence, of the ability to supply water with high reliability. Sediment input to water bodies also contributes to water quality degradation, by increasing turbidity, which results in a reduction of the concentration of dissolved oxygen, and nutrient enrichment. In addition, soil erosion is a major factor of environmental degradation, causing the loss of nutrients of the top soil layers. Therefore, an accurate assessment of sediment fluxes along its pathway is essential for the identification of potentially erosive areas and regions where deposition processes predominate. For such estimation, a good understanding of the conditions of sediment transport through and between the different catchment compartments is necessary. The potential for movement of the soil particles within the system, denominated connectivity in sediment transport, stands out as a determining factor for the understanding and estimation of the flow of solid mass. In order to evaluate the effect of connectivity on sediment yield in the semiarid region of Brazil, a hydrosedimentological simulation of the Benguê meso-scale catchment (Ceará, Brazil) was carried out with the WASA-SED model. It was found that, in general, water balance in the soil matrix determinates the conditions for runoff generation in the study area: although there is a predominance of surface runoff initiation by Hortonian process, in the catchment scale, excess precipitation is observed only in events of great magnitude or sequences of rain events, when hydrological connectivity is high. Thus, the transport conditions limit sediment yield, generating very similar spatial patterns of runoff and sediment yield. At the catchment scale, the spatial pattern of connectivity was strongly related to soil hydraulic properties, while topographic characteristics played a more important role in sediment transport at the finer scale. The simulation of specific features of semiarid regions by the WASA-SED model, such as Hortonian-type flow, downstream re-infiltration of surface runoff, lateral flow redistribution and dense network of reservoirs, allowed a satisfactory estimate of both water and sediments fluxes in the Benguê catchment (933 km ²), as well as in the Aiuaba sub-basin (12 km ²). A more rigorous test was performed with the technique of Cesium-137 as a tracer of soil erosion/deposition. A comparison between modelled and measured (with 137Cs) values in a representative hillslope showed good correlation between the values. Even though it is a local result, this comparison indicates that the WASA-SED model must be able to simulate sediment fluxes satisfactorily also in the hillslope scale
Descrição: MEDEIROS, P. H. A. Processos hidrossedimentológicos e conectividade em bacia semiárida: modelagem distribuída e validação em diferentes escalas. 2009. 165 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/17083
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