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Monitoramento e modelagem de processos hidrogeomorfológicos

By Irani dos Santos

Abstract

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Filosofia e Ciências Humanas, Programa de Pós-Graduação em Geografia, Florianópolis, 2009Este trabalho discute os mecanismos de geração de escoamento e conectividade hidrológica, com base no monitoramento e modelagem de processos hidrogeomorfológicos realizados na bacia experimental do rio Saci, com área de 10 ha, totalmente coberta com floresta, localizada no município de Rio Negrinho, SC. Foi implementado um monitoramento intensivo, com medições automáticas com intervalos de 10 minutos, de precipitação, precipitação interna, escoamento de tronco, tensão da água do solo, nível do lençol freático, vazão e sedimentos em suspensão. Para o monitoramento automático, foram desenvolvidos sensores de nível, básculas para medição da interceptação e automatização de tensiômetros. A perda de água por interceptação foi simulada para 31 eventos com o modelo de Rutter para vegetação esparsa, o qual simulou adequadamente a dinâmica da precipitação interna e apresentou certa limitação para descrever o processo de escoamento de tronco. Os solos foram caracterizados quanto à profundidade hidrologicamente ativa, granulometria, taxa de infiltração e condutividade hidráulica saturada. Foram analisados os hidrogramas de 20 eventos, ocorridos entre julho e novembro de 2008, frente ao conjunto dos dados monitorados e pela aplicação do modelo hidrogeomorfológico TOPMODEL. O modelo é semi-distribuído e baseado nas características topográficas e pedológicas da bacia. Os resultados indicam que os mecanismos de geração de escoamento estão condicionados pela magnitude dos eventos de precipitação, com limiar entre 30 e 40 mm, e pelas condições iniciais de umidade na bacia. Eventos simples, com baixas precipitação e umidade inicial, geram escoamento superficial por saturação, exclusivamente em uma pequena área correspondente à zona ripária. Eventos complexos, com precipitação e umidade inicial elevadas, geram saturação em áreas maiores, entretanto desconectadas por escoamento superficial. Neste caso, ocorre o predomínio de escoamento subsuperficial, ativando um mecanismo de escoamento por caminhos preferenciais que interconectam as áreas saturadas, gerando um segundo pico no hidrograma. Esse fenômeno pode ser chamado conectividade subsuperficial. As simulações mostram que o TOPMODEL, embora descreva precisamente os eventos simples, não reproduz adequadamente os complexos. Os resultados deste trabalho condizem com alguns estudos recentes similares, em pequenas bacias florestais, reforçando a importância do escoamento subsuperficial e da conectividade hidrológica na compreensão dos mecanismos de geração de escoamento e, da necessidade de monitoramento intensivo e de incorporação deste conhecimento nos modelos de simulação.This dissertation discusses the runoff generation mechanisms and hydrological connectivity, based on monitoring and modeling of hydrogeomorphologic processes in the Saci Experimental Watershed (10 ha) completely covered with forest and located within the municipality of Rio Negrinho, Santa Catarina State, Brazil. An intensive monitoring system was implemented with automatic 10 minutes-interval measurement of the gross rainfall, throughfall, stemflow, soil water tension, water table, runoff and suspended sediment. For monitoring automation, sensors for water-table, tensiometers, and tipping-bucket devices for measuring stemflow and throughfall were developed. The soils were characterized in terms of a hydrologically-active depth, grain size, infiltration rate and saturated hydraulic conductivity. Twenty hydrograph-events which occurred during the period from July to November 2008 were analyzed with all the monitored data and by application of TOPMODEL. This model is semi-distributed and based on topographic and soil characteristics of the watershed. The results show that the runoff generation mechanisms are driven by the magnitude of rainfall events with threshold between 30 and 40 mm, and by the initial soil-moisture conditions in the watershed. Simple events, with small rainfall and initially-dry soil conditions, generate overland saturated flow just from a small area corresponding to the riparian zone. Complex events, with large rainfall and initially-wet soil conditions, generate saturation in larger areas which are, however, not connected by the overland flow. In this case, predominantly the subsurface flow occurs and activates preferential flow, which interconnect the saturated areas. This mechanism generates the second peak at the hydrograph. This phenomenon may be called subsurface connectivity. The TOPMODEL simulated very well the simple events, but did not adequately simulate the complex ones. The results of the present study are consistent with some recent similar studies in small forested watersheds, strengthen the importance of subsurface flow and hydrological connectivity to understand the runoff generation mechanism and the need of intensive monitoring adding this knowledge onto computational models

Topics: Geografia, Escoamento, Hidrologia, Bacias hidrograficas, Monitoramento, Rio Negrinho (SC)
Publisher: Florianópolis
Year: 2009
OAI identifier: oai:agregador.ibict.br.RI_UFSC:oai:repositorio.ufsc.br:123456789/92207
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