Processos hidrossedimentolÃgicos e conectividade em bacia semiÃrida: modelagem distribuÃda e validaÃÃo em diferentes escalas

• Main Author: Pedro Henrique Augusto Medeiros
• Other Authors: Jose Carlos de AraÃjo
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal do Cearà 2009
• Subjects: ProduÃÃo de sedimentos; Conectividade; Modelagem distribuÃda; Bacia de meso-escala; SemiÃrido; Sediment yield; Connectivity; Distributed modelling; Meso-scale catchment; Semiarid; HIDROLOGIA
• Online Access: http://www.teses.ufc.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=4425

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior === A deficiÃncia hÃdrica em regiÃes semiÃridas, como o Nordeste do Brasil, representa um dos principais fatores limitantes ao desenvolvimento econÃmico, com graves consequÃncias sociais. Para garantir a conservaÃÃo dos recursos hÃdricos disponÃveis, à imprescindÃvel o controle de aÃÃes antrÃpicas que impactem negativamente a disponibilidade hÃdrica. Por exemplo, a ocupaÃÃo desordenada do solo e a utilizaÃÃo de prÃticas inadequadas na agricultura intensificam a erosÃo e o transporte de sedimentos, interferindo diretamente na disponibilidade hÃdrica. O assoreamento de reservatÃrios causa a reduÃÃo de sua capacidade de armazenamento e, consequentemente, sua capacidade de regularizar vazÃes com elevada garantia. O aporte de sedimentos a mananciais contribui tambÃm para a degradaÃÃo da qualidade da Ãgua, atravÃs do aumento da turbidez, o que provoca a reduÃÃo da concentraÃÃo de oxigÃnio dissolvido, e do enriquecimento de nutrientes. Adicionalmente, a erosÃo do solo à um dos principais fatores de degradaÃÃo ambiental, provocando a perda de nutrientes das camadas superficiais de solo. Portanto, uma avaliaÃÃo precisa dos fluxos de sedimento ao longo de sua trajetÃria à imprescindÃvel para a identificaÃÃo de Ãreas potencialmente erosivas e de locais onde predominam processos de deposiÃÃo. Para isso, faz-se necessÃrio o conhecimento das condiÃÃes de transporte dos sedimentos atravÃs e entre os diferentes compartimentos da bacia hidrogrÃfica. O potencial de movimento de uma partÃcula no sistema, denominado de conectividade no transporte de sedimentos, destaca-se como fator determinante para a compreensÃo e estimativa dos fluxos de massa sÃlida. De forma a se avaliar o efeito da conectividade sobre a produÃÃo de sedimentos na regiÃo semiÃrida do Brasil, realizou-se simulaÃÃo hidrossedimentolÃgica da bacia hidrogrÃfica de meso-escala do aÃude BenguÃ, CearÃ, utilizando-se o modelo WASA-SED. Constatou-se que, de um modo geral, o balanÃo de Ãgua no solo determina as condiÃÃes de geraÃÃo de escoamento na regiÃo de estudo: muito embora haja uma predominÃncia de iniciaÃÃo do escoamento superficial por processo Hortoniano, na escala de bacia hidrogrÃfica o excesso de precipitaÃÃo à percebido somente em eventos de grande magnitude ou apÃs sequÃncias de eventos chuvosos, quando a conectividade hidrolÃgica à elevada. Assim, as condiÃÃes de transporte limitam a produÃÃo de sedimentos, gerando padrÃes espaciais muito semelhantes de escoamento superficial e de produÃÃo de sedimentos. Na escala de bacia hidrogrÃfica, o padrÃo espacial de conectividade mostrou-se fortemente relacionado a caracterÃsticas hidrÃulicas do solo, enquanto que na escala de vertente, caracterÃsticas topogrÃficas locais desempenharam um papel mais importante no transporte de sedimentos. A simulaÃÃo de caracterÃsticas especÃficas do semiÃrido pelo modelo WASA-SED, tais como escoamento do tipo Hortoniano, reinfiltraÃÃo a jusante, redistribuiÃÃo lateral de escoamento e densa rede de reservatÃrios, permitiu a estimativa satisfatÃria dos fluxos de Ãgua e sedimentos tanto na bacia do Benguà (933 kmÂ) como na sub-bacia de Aiuaba (12 kmÂ). Um teste mais rigoroso foi realizado com o uso da tÃcnica de CÃsio-137 como traÃador de erosÃo/deposiÃÃo de sedimentos. A comparaÃÃo entre valores modelados e medidos com 137Cs em uma vertente representativa demonstrou boa correlaÃÃo entre os valores. Apesar de se tratar de um resultado local, tal comparaÃÃo indica que o modelo WASA-SED simule os fluxos de sedimento de maneira satisfatÃria tambÃm na escala de vertente === 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 Benguà meso-scale catchment (CearÃ, 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 Benguà catchment (933 km Â), as well as in the Aiuaba sub-basin (12 km Â). 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