Avaliação da abordagem hidrossedimentológica em planos de recursos hídricos no Rio Grande do Sul

A Lei Federal nº 9.433/1997, também conhecida como Lei das Águas, instituiu no país a Política Nacional de Recursos Hídricos (PNRH); dentre os cinco instrumentos da PNRH, os Planos de Recursos Hídricos se destacam. Eles são, em resumo, planos diretores que objetivam fundamentar e orientar a implementação desta Política, analisando as condições atuais das bacias hidrográficas e estabelecendo projeções e metas futuras. Também buscam analisar as modificações nos padrões de uso e ocupação dos solos e a concepção de metas de melhorias de qualidade das águas. Todos estes conteúdos estão intimamente conectados ao tema “hidrossedimentologia”, porém a abordagem deste tema nos Planos atualmente é fragmentada e, em alguns casos, escassa. Motivado por esta questão, o objetivo geral do presente trabalho é o de estabelecer um panorama da abordagem hidrossedimentológica adotada nos Planos de Recursos Hídricos frente aos desenvolvimentos científicos mais modernos na área, tendo como estudo de caso os PRHs elaborados no Estado do Rio Grande do Sul. A metodologia aplicada foi dividida em duas etapas: na primeira foram analisados os Planos de Bacia já disponíveis para a área de estudo, no que tange a avaliação da perda de solos e da produção de sedimentos nestes estudos. Na segunda etapa, foram identificadas as metodologias mais comumente utilizadas na literatura científica para a abordagem da temática hidrossedimentológica baseada em uma busca realizada na base de dados Scopus. Após, as metodologias identificadas nas duas etapas (PRHs e trabalhos científicos) foram analisadas e comparadas. Os resultados obtidos demonstram que os Planos de Bacia utilizam, em sua maioria, a USLE para estimativa da perda de solos potencial, e junto a esta aplicam uma Taxa de Transferência de Sedimentos para obtenção da produção de sedimentos. Dos PRHs disponíveis para a área de estudo, apenas 65% avaliam a perda de solos, e 53% quantificam a produção de sedimentos. Em comparação com a literatura científica, dos 243 artigos avaliados, 44% destes aplicam o modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool), seguido pela utilização do modelo WEPP (Water Erosion Prediction Project) em 20 trabalhos. Conclui-se que as metodologias aplicadas nos Planos de Recursos Hídricos para o Estado do Rio Grande do Sul geram resultados inferiores – menos precisos – aos métodos utilizados em artigos científicos. Enquanto grande parte dos resultados nos PRHs permitem quantificar a produção de sedimentos apenas por eventos e em pontos localizados da área de estudo, as metodologias mais comumente empregadas na literatura científica geram séries históricas de dados, podendo ser obtidas e analisadas informações para diversos locais da bacia hidrográfica. Assim, a lacuna gerada pela falta de análises mais robustas em grande parte dos PRHs estudados acaba por dificultar que o Plano de Bacia gere conclusões mais apuradas quanto às características qualiquantitativas dos cursos d’água no que tange ao conhecimento hidrossedimentológico, ocasionando até mesmo uma maior fragilidade em relação a diagnósticos e proposições relacionados ao uso e ocupação do solo da bacia hidrográfica.The Federal Law Nº 9.433/1997, also known as the Water Law, established the National Water Resources Policy (NWRS) in Brazil. Among the five instruments of the NWRS, the Water Resources Plans stand out. Briefly, they are master plans that aim to support and guide the implementation of this Policy, analyzing the current conditions of the river basins and establishing future projections and goals. They also seek to analyze changes in land use and occupation patterns and the design of water quality improvement targets. All these contents are closely connected to the topic “hydrosedimentology”, however the approach to this topic in the Plans is currently fragmented and, in some cases, scarce. Motivated by this question, the general objective of this work is to establish an overview of the hydrosedimentological approach adopted in the Water Resources Plans considering the most modern scientific developments in the area, taking as a case study the Plans published in Rio Grande do Sul state. The methodology applied was divided into two stages: first, the Basin Plans already available for the study area were analyzed, regarding the assessment of soil loss and sediment production in these studies. In the second stage, the methodologies most used in scientific literature to approach hydrosedimentology were identified – based on a search carried out in the Scopus database. Afterwards, the methodologies identified in the two stages (Basin Plans and scientific works) were analyzed and compared. The results obtained demonstrate that the Basin Plans mostly use USLE to estimate potential soil loss, and together with this they apply a Sediment Delivery Ratio to obtain sediment production. Of all Water Resources Plans available for the study area, only 65% assess soil loss, and 53% quantify sediment production. Compared with the scientific literature, of the 243 articles evaluated, 44% of them apply the SWAT model (Soil and Water Assessment Tool), followed by the WEPP model (Water Erosion Prediction Project) in 20 works. It is concluded that the methodologies applied in the Water Resources Plans for the Rio Grande do Sul state generate inferior results – less accurate – to the methods used in scientific articles. While most of the results in Basin Plans allow quantifying sediment production only by events and at localized points in the study area, the methodologies most used in scientific literature generate historical data series, allowing information to be obtained and analyzed for different locations in the watershed. Thus, the gap generated by the lack of more robust analyzes in a large part Water Resources Plans ends up making it difficult for these Plans generate more accurate conclusions regarding the qualitative and quantitative characteristics of the watercourses – in terms of hydrosedimentological knowledge, even causing a greater fragility in relation to diagnoses and propositions related to the use and occupation of soil in the watershed

Warm-up period analysis, calibration and validation of SWAT model for the Taboão basin (RS)

Com o passar dos anos a ação do ser humano sobre o meio ambiente vem modificando muitos processos naturais, principalmente os que envolvem a deterioração dos solos por erosão. A modelagem hidrossedimentológica apresenta-se como uma ferramenta para avaliar não apenas a perda de solos como também a produção de sedimentos nas bacias hidrográficas. Entretanto, as séries históricas de vazão e, principalmente de sedimentos são extremamente limitadas, o que indica a importância da utilização de todos os períodos com dados disponíveis nas etapas essenciais da simulação – a calibração dos parâmetros do modelo e a verificação dos resultados simulados em relação aos observados. Assim, o objetivo deste trabalho foi de avaliar a influência do período de aquecimento sobre as etapas de calibração e validação do modelo SWAT na bacia do Taboão. Obtiveram-se resultados satisfatórios para ambas as etapas, tanto na simulação hidrológica quanto na sedimentológica, considerando os coeficientes de desempenho de Nash-Sutcliffe e Porcentagem bias. Na análise do período de aquecimento do modelo, verificou-se um aumento das métricas de desempenho para a etapa de validação do modelo hidrológico, para os dois cenários simulados (com 1 ano de aquecimento e sem aquecimento do modelo) em relação ao cenário comparativo, com 2 anos de aquecimento. O melhor desempenho da simulação hidrológica foi observado na etapa de validação para o cenário com 1 ano de período de aquecimento, resultando em NSE de 0,70 e PBIAS de 0,68%, considerando um passo de tempo mensal.Over the years, the human action on the environment has been modifying many natural processes, especially that involve soil deterioration by erosion. Hydrosedimentological modeling presents as a tool to evaluate not only soil loss as also sediment yield in watersheds. However, the historical flow series and mainly sediments are extremely reduced, which indicates the importance to use all periods with available data in the essential stages of simulation – calibration of model parameters and verification of simulated results in relation to observed data. Thus, the purpose of this work was to evaluate the warm-up influence over calibration and validation steps of the SWAT model on the Taboao basin. Satisfactory results were obtained in both stages, for the hydrological and sedimentological simulation, considering Nash-Sutcliffe and percent bias performance coefficient. In the warm-up period analysis, there was an increase in performance metrics for the validation step of the hydrological model, for both simulated scenarios (with 1-year warm-up and without warm-up model) in relation to the comparative scenario, with 2 years warm-up. The best hydrological simulation performance was observed on the validation step for 1-year warm-up scenario, result in NSE of 0.70 and PBIAS of 0.68%, considering a monthly time step