Hydro-sedimentological modeling in rio Pomba’s basin using SWAT model

O excesso de sedimentos presentes nos cursos d' água pode ocasionar prejuízos ambientais, econômicos e sociais. Portanto, ferramentas computacionais capazes de simular adequadamente todos os processos relacionados à produção, transporte e deposição de sedimentos são considerados atualmente essenciais para o adequado planejamento e gestão de bacias hidrográficas. Desta forma, objetivou-se avaliar o desempenho do modelo SWAT (Soil and Water Assesment Tool) na estimativa da produção e transporte de sedimentos e também na avaliação dos impactos de possíveis mudanças no uso do solo na produção de sedimentos em condições edafloclimáticas de uma bacia hidrográfica do sudeste brasileiro. As informações necessárias para a representação da bacia do Rio Pomba utilizadas para a aplicação do SWAT foram o Modelo Digital de Elevação hidrograficamente consistente (MDEHC), os mapas de solo e de seu uso, dados de precipitação, vazão e de concentração de sedimentos em suspensão, disponibilizados pela ANA (Agência Nacional de Águas), dados climáticos, disponibilizados pelo INMET (Instituto Nacional de Meteorologia), e informações de solo obtidos no projeto RADAMBRASIL. Foi necessária a utilização de uma curva-chave de sedimentos para a geração da série contínua de concentração de sedimentos. Foi realizada a análise de sensibilidade para identificar entre os parâmetros do modelo aqueles que mais interferem no seu desempenho. Na sequência, o modelo foi calibrado para a vazão e concentração de sedimentos em suspensão, tendo como seção de controle a estação fluviométrica denominada Cataguases (58770000), utilizando o período de 01/01/1995 a 31/12/1999. Para a validação, foram empregados dois testes distintos: split sample test e proxy basin test. Com o intuito de avaliar a capacidade de utilização do modelo como ferramenta para prever impactos de possíveis mudanças no uso do solo na produção de sedimentos, foram simulados dois cenários: Cenário I: constituiu-se da substituição de área de pastagens por reflorestamento, prevendo um crescimento de 5% ao ano da área de reflorestamento em um período de 10 anos; Cenário II: constituiu-se da substituição de área de pastagens por agricultura, prevendo uma porcentagem de crescimento de 12% ao ano para o mesmo período utilizado no Cenário I. Ambos os cenários hipotéticos foram aplicados na área de drenagem referente à estação fluviométrica, denominada Usina Maurício, localizada a montante da seção de calibração. As análises estatísticas feitas para avaliar o desempenho do modelo nas etapas de calibração e validação foram o coeficiente de Nash e Sutcliffe (E NS ) e o percentual de viés das vazões e concentrações de sedimento em suspensão simuladas em relação às observadas (P BIAS ). Os resultados permitiram constatar que: a) os parâmetros para quais o modelo apresentou maior sensibilidade foram: número da curva inicial para a condição de umidade ACMII (CN2); armazenamento de água no solo (SOL_AWC); tempo de retardo do escoamento superficial direto (SURLAG); fator de práticas de manejo da USLE (USLE_P); declividade média da sub-bacia (SLOPE); coeficiente linear de fluxo de sedimentos (SPCON); condutividade hidráulica do solo saturado (SOL_K); e profundidade da camada de solo (SOL_Z); b) o modelo SWAT pode ser aplicado para simulação hidrossedimentológica na mesma seção de calibração, utilizando uma série temporal de dados diferente; c) o modelo SWAT pode ser aplicado para simulação hidrossedimentológica em seções a montante das quais foi calibrado, porém com características edafoclimáticas semelhantes à área de drenagem utilizada na calibração; d) na simulação de cenários hipotéticos de uso do solo, a substituição de áreas de pastagem por reflorestamento provocou uma redução na concentração média anual de sedimentos em suspensão. Entretanto, a substituição de áreas de reflorestamento por agricultura aumentou a concentração média anual de sedimento em suspensão.Watercourses’ sediment excess can cause environmental, economic and social losses. Therefore, there are computational tools able to simulate properly all sediments related production, transport and deposition processes that are currently considered essential for the proper watershed planning and management. Thus, this study aimed to evaluate the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model performance to estimate sediments production and transport and also in assessing land usage changes’ possible impacts in sediments production in edaphoclimatic conditions of a river basin in Brazilian southeastern. The necessary information for the representation of Rio Pomba’s basin used for SWAT’s application were the Hydrologically Consistent Digital Elevation Model (MDEHC), the soil and their usage maps, rainfall data, flow and suspended sediment concentration, provided by ANA (Agência Nacional de Águas), weather data, provided by INMET (Instituto Nacional de Meteorologia), and soil information obtained in RADAMBRASIL project. The use of a sedimentation curve to generate the concentration sediment continuous series was required. The sensitivity analysis was performed to identify the model’s parameters which most affect on its performance. And so on, the model was calibrated to suspended sediment’s flow and concentration, with the drainage area related to the gaging station called Cataguases (58770000) as control section, using the period from 01/01/1995 to 12/31/1999. For validation two different tests were taken: Split Sample Test and Proxy Basin Test. In order to evaluate the model’s utilization capability as a tool to predict possible land use changes’ impacts in sediments production, two scenarios were simulated: Scenario I: consisted of pasture area substitution by reforestation, providing a 5% reforestation area growth per annum in a 10 year period; Scenario II: consisted of pasture area substitution by agriculture, allowing a 12% growth rate per annum for the same period as in Scenario I. Both hypothetical scenarios were applied in the drainage area concerning the gaging station called Usina Maurício, located upstream of the calibration section. The statistical analysis conducted to assess the model’s performance in the calibration and validation steps were the Nash and Sutcliffe (ENS) coefficient and the flow bias percentage and suspended sediment concentrations, simulated in relation to the observed ones (PBIAS). The results demonstrated that: a) the parameters to which the model showed higher sensitivity were: the initial curve number for moisture condition ACMII (CN2); soil water storage (SOL_AWC); direct runoff time delay (SURLAG); USLE practices management factor (USLE_P); sub-basin average slope (SLOPE); sediment flow linear coefficient (SPCON); saturated soil hydraulic conductivity (SOL_K); and soil layer depth (SOL_Z); b) the SWAT model can be applied to hydro-sedimentological simulation in the same calibration section using some different time series data; c) the SWAT model can be applied to hydro-sedimentological simulation to upstream sections of which it was calibrated, but with edaphoclimatic characteristics similar to the drainage area used for calibration; d) the SWAT model can be applied to hydro-sedimentological simulation at conditions of a Brazilian southeastern located watershed; e) to simulate hypothetical scenarios of land use, replacing pasture areas for reforestation resulted in a reduction in the annual average suspended sediment’s concentration. However, the reforestation areas replacement by agriculture increased the annual average suspended sediment’s concentration.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic

Response of carrot crop irrigation to conducted with different methods of management

A cenoura (Daucus carota L.) é uma das principais olerícolas cultivadas no Brasil. Devido a sua sensibilidade ao déficit hídrico, a aplicação de lâminas de irrigação suficientes para suprir a demanda hídrica da cultura, torna-se um dos fatores mais importantes para a obtenção de altas produtividades. Para o uso racional da água na agricultura irrigada é necessária a adoção de um método de manejo da irrigação que seja capaz de maximizar a produtividade por lâmina aplicada. Desta forma, objetivou-se comparar as lâminas de irrigação e as produtividades de cenoura com a aplicação de lâminas de irrigação, calculadas com a utilização de quatro métodos de manejo da irrigação. Para alcançar os objetivos propostos, instalou-se na Área Experimental de Irrigação e Drenagem, do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa, localizada em Viçosa, MG, um experimento em um delineamento em blocos casualizados, com quatro tratamentos e cinco repetições. Os tratamentos constituíram das lâminas de irrigação obtidas utilizando quatro métodos de manejo da irrigação: Penman-Monteith FAO 56, Tanque Classe A, Irrigâmetro e o método da TDR. A adubação foi realizada conforme recomendações para a cultura no estado de Minas Gerais. A semeadura da cenoura foi realizada em 04 de março de 2012. As irrigações para os métodos de Penman-Monteith FAO 56 e do Tanque Classe A foram realizadas com turno de rega diário até 50 dias após o plantio; logo depois aumentou-se o turno de rega para dois dias até o final do ciclo da cultura. Os coeficientes de culturas (kc) utilizados foram iguais a 0,75; 0,85; 0,95 e 0,90 para os estádios de desenvolvimento I, II, III e IV respectivamente. Para os métodos do Irrigâmetro e o método da TDR, os turnos de rega variaram de acordo com as características de cada um destes métodos. Após o ciclo de 90 dias, as cenouras foram colhidas, as raízes lavadas, secas e classificadas, determinando-se as massas correspondentes a cinco classes. As classes de classificação foram denominadas de G, Extras AA, Extra A, Extra e Descartes, de acordo com o comprimento. A análise estatística consistiu de análise de variância e testes de Dunnett e de Tukey, para comparação das médias. Foram aplicados 111,39 mm calculados por meio do método de Penman-Monteith FAO 56, 103,3 mm com o método do Tanque Classe A, 93,5 mm com o método do Irrigâmetro e 83,65 mm com o método da TDR. As produtividades médias totais obtidas foram de 62,62; 66,29; 62,92 e 62,56 t ha-1 com as lâminas calculadas com os métodos de Penman-Monteith FAO 56, Tanque Classe A, Irrigâmetro e o método da TDR, respectivamente. Os resultados permitiram concluir que não houve diferença significativa entre as lâminas médias aplicadas considerando os métodos de manejo da irrigação. Também não houve diferença significativa entre as produtividades, teores de matéria seca da parte aérea e das raízes e comprimento da parte aérea, entre os métodos utilizados.Among all the vegetables cultivated in Brazil, carrot (Daucus carota L.) is one of the most commonly cultivated. Due to its sensitivity to water stress conditions, continuous irrigation is necessary to supply the water needs of the crop in order to guarantee a good yield. To assure an efficient use of water in agriculture, an irrigation method to maximize the productivity of the crop with the water applied is needed. This way, the objectives of this work were to compare depths of water applied with irrigation and the yield of the carrots obtained with the use of different methods of irrigation management. In order to achieve the proposed objectives, an experiment with four different irrigation treatments and 5 repetitions, based on a completely randomized block design was used. It was installed in the Experimentation Area of Irrigation and Drainage of the Department of Agriculture Engineering of the Federal University of Vicosa (UFV). The depths of water applied in each treatment were obtained with the use of different irrigation management methods. These were: Penman-Monteith FAO 56, Class A pan, Irrigâmetro , and the TDR method. Fertilization was performed as recommended for the crop in the state of Minas Gerais. The planting of the carrots happened on the 4th of March, 2012, and the irrigation for the methods Penman-Monteith FAO 56 and the Class A pan was made based on the schedule of irrigation of once per day until 50 days after the beginning of the experiment. After that, the schedule irrigation increased to once every two days until the end of the study. For the Irrigâmetro and TDR methods, the schedule irrigation varied according to the characteristics of each of them. After 90 days, the carrots were harvested; the roots were washed, dried, and classified in 5 different classes. The classes were G, Extra AA, Extra A, Extra and Discard, according to their length. The statistical analysis consisted of analysis of variance, and tests of Dunnett and Tukey in order to compare the averages. The irrigation depth was of 111.39 mm calculated with the Penman-Monteith FAO 56 method; 103.3 mm with the Class A pan; 93.5 mm with the Irrigâmetro method; and 83.65 with the TDR method. The total average yields were: 62.62, 66.92, 62.92, 62.56 t ha-1 with the calculated amount of water by the methods Penman-Monteith FAO 56, Class A pan, Irrigâmetro , and TDR, respectively. The results lead to the conclusion that there was not a considerable difference between the irrigation depths with the different irrigation management treatments. Also, there were no significant differences between the yields, dry organic matter of the leaves and of the roots, and the length of the top between the used methods.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic

Impacts of deforestation on water balance components of a watershed on the Brazilian East Coast

The Brazilian East coast was intensely affected by deforestation, which drastically cut back the original biome. The possible impacts of this process on water resources are still unknown. The purpose of this study was an evaluation of the impacts of deforestation on the main water balance components of the Galo creek watershed, in the State of Espírito Santo, on the East coast of Brazil. Considering the real conditions of the watershed, the SWAT model was calibrated with data from 1997 to 2000 and validated for the period between 2001 and 2003. The calibration and validation processes were evaluated by the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient and by the statistical parameters (determination coefficient, slope coefficient and F test) of the regression model adjusted for estimated and measured flow data. After calibration and validation of the model, new simulations were carried out for three different land use scenarios: a scenario in compliance with the law (C1), assuming the preservation of PPAs (permanent preservation areas); an optimistic scenario (C2), which considers the watershed to be almost entirely covered by native vegetation; and a pessimistic scenario (C3), in which the watershed would be almost entirely covered by pasture. The scenarios C1, C2 and C3 represent a soil cover of native forest of 76, 97 and 0 %, respectively. The results were compared with the simulation, considering the real scenario (C0) with 54 % forest cover. The Nash-Sutcliffe coefficients were 0.65 and 0.70 for calibration and validation, respectively, indicating satisfactory results in the flow simulation. A mean reduction of 10 % of the native forest cover would cause a mean annual increase of approximately 11.5 mm in total runoff at the watershed outlet. Reforestation would ensure minimum flows in the dry period and regulate the maximum flow of the main watercourse of the watershed

Evapotranspiração de referência estimada pelos métodos Penman–Monteith-FAO (56) e Hargreaves & Samani para o município de Dourados, MS

O atendimento das necessidades hídricas é um dos principais parâmetros para o aumento da produtividade das culturas. Entretanto, a utilização de métodos para a estimativa da evapotranspiração de referência, como fator de entrada para estimativa da evapotranspiração das culturas agrícolas, pode se tornar um problema quando não se dispõe de uma base de dados meteorológicos suficientes para a utilização de determinado método. Neste contexto, objetivou-se com este trabalho, analisar as estimativas da ETo, para o município de Dourados, MS, utilizando os métodos de Penman–Monteith-FAO (56) e Hargreaves & Samani, com base em dados horários, diários, decendiais e mensais, por meio do programa computacional REF-ET, referente ao período de janeiro a dezembro de 2008 para os dados diários e para os dados horários. Os resultados obtidos permitiram concluir que a ETo diária pode ser estimada tanto com base em dados diários ou a partir da integração da ETo horária para o método de Penman –Monteith-FAO (56)  bem como a ETo decendial e mensal obtida a partir da integração da ETo diária para os métodos de Penman –Monteith-FAO (56) e Hargreaves & Samani; os resultados obtidos por Hargreaves & Samani mostraram que a ETo estimada foi, em média, 36,78% maior do que os obtidos por Penman –Monteith-FAO (56); e a equação de Hargreaves & Samani mostrou-se satisfatória para o cálculo da evapotranspiração de referência com a utilização do fator de correção de 0,7212

Nota técnica: Análise morfométrica de uma sub-bacia do Rio Piracicaba (MG) utilizando sistemas de informação geográfica

A morfometria de uma bacia hidrográfica pode fornecer subsídios para o adequado planejamento e gestão de recursos hídricos em nível de bacia hidrográfica. Neste sentido, objetivou-se com este estudo realizar a análise morfométrica de uma sub-bacia hidrográfica do Rio Piracicaba (MG), utilizando o Sistema de Informações Geográficas. A área de drenagem e o perímetro da bacia estudada foram estimados em 1.138,80 km² e 205,16 km, respectivamente. A análise dos parâmetros de forma, do sistema de drenagem e do relevo da bacia aponta, respectivamente, baixa susceptibilidade a ocorrência de enchentes, baixa capacidade de drenagem, potencial de degradação por erosão do solo e ocorrência de precipitações bem distribuídas e regulares. O uso de dados advindos de imageamento por satélites integrado às técnicas de geoprocessamento comprovou elevada eficiência como ferramenta para ações atreladas ao planejamento e gestão dos recursos hídricos, sendo ainda eficiente na redução de custos, tempo e padronização científica na execução de experimentos.The morphometry of a watershed can provide subsidies for proper planning and management of water resources at a watershed level. Therefore, the objective of this study was to perform a morphometric analysis of a sub-basin of the Piracicaba river (MG), using the Geographic Information System. The area and perimeter of the study area were estimated to be 1138.80 km2 and 205.16 km, respectively. Shape parameters, drainage parameters, and basin relief parameters pointed, respectively, to low fl ooding susceptibility, low drainage capacity, risk of potential degradation by soil erosion and occurrence of regular and well distributed precipitation. Satellite image data in conjunction with geoprocessing techniques proved to be highly effi cient as a tool for planning and management of water resources, and for reducing costs, time and scientifi c standardization during the execution of the tasks

Chemical elements potentially toxic at different flow rates in the Turvo Sujo river, MG, Brazil

Some chemical elements in small amounts are essential to life; however, in high concentrations can commit the quality of the water courses and cause damages to human health. The objective of this work was to quantify the presence of potentially toxic elements, in a section of the Turvo Sujo river in the Viçosa city during different flow rates. In this river five collection points were chosen and monitored in four different seasons. For each point, the concentrations of copper, manganese, iron, zinc, chromium, cadmium and lead were obtained. The iron and manganese concentrations were larger in summer time, due to the largest
 superficial drainage in this period, while the most toxic elements, such as chromium, cadmium and lead were observed in higher concentrations in the spring period corresponding to the lowest rate flow