Calibração e validação do modelo SWAT para simulação hidrológica em uma bacia hidrográfica do litoral norte catarinense (original) (raw)
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Simulação Hidrológica Escalar com o Modelo SWAT
Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 2014
A modelagem hidrológica é uma ferramenta útil para predição do comportamento dinâmico da água em uma bacia hidrográfica e, por conseguinte, a estimativa detalhada do balanço hídrico é uma informação de grande valia para a gestão dos recursos hídricos. Entretanto, os fenômenos que regem o ciclo hidrológico apresentam distribuição heterogênea tanto no espaço quanto no tempo, o que dificulta a sua estimativa. Dentro dessa perspectiva, o objetivo deste estudo foi avaliar o desempenho do modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) na estimativa do escoamento em duas bacias hidrográficas com escalas espaciais distintas. O modelo foi aplicado à bacia hidrográfica do Ribeirão Jaguara (BHRJ-mesoescala) e na bacia hidrográfica do Ribeirão Marcela (BHRM-microescala), ambas com predomínio de Latossolos na região do Alto Rio Grande. Foram utilizados índices estatísticos para avaliar a precisão quali-quantitativa do modelo na simulação do escoamento. O SWAT simulou de modo satisfatório o escoamento para a BHRJ apresentando coeficiente de Nash-Sutcliffe entre 0,58 e 0,71 na fase de calibração e de 0,46 na fase de validação. Em contrapartida, na microescala o modelo obteve desempenho inadequado com valores dos índices estatísticos abaixo dos limites recomendados na literatura.
Revista Brasileira de Ciência do Solo, 2013
O processo erosivo constitui-se na principal causa de degradação dos solos e é acelerado por intervenções humanas nas bacias hidrográficas, resultando em prejuízos ao setor agrícola e ao meio ambiente. Para a previsão dos impactos de ações antrópicas ou de mudanças climáticas sobre os processos hidrossedimentológicos, os modelos distribuídos e de base física têm sido bastante eficazes. Neste estudo, aplicou-se o modelo SWAT à sub-bacia do Rio Japaratuba Mirim, em Sergipe, nas seções de medição das estações Fazenda Pão de Açúcar (PA) e Fazenda Cajueiro (CJ), com áreas de contribuição respectivamente de 137,3 e 277,8 km², visando à parametrização das duas bacias aninhadas por meio dos processos de calibração e de validação. Foram realizadas simulações do escoamento na bacia menor (PA), a partir dos parâmetros calibrados na bacia maior (CJ), e, reciprocamente, do escoamento na bacia maior (CJ). Em seguida, foram também realizadas simulações do escoamento e da produção de sedimentos par...
Geosul, 2021
O uso de modelos na previsão de produção de água e sedimento apresenta um grande potencial para serem utilizados no planejamento dos recursos hídricos, sendo que através desta ferramenta é possível estimar impactos causados pelas atividades antrópicas. Com base nessa premissa, utilizamos o modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tools) em uma bacia rural (771,2 km²) localizada nos municípios de Porto Velho e Nova Mamoré, denominada Sub bacia Mutum Paraná. Sua área tem influência direta da usina hidrelétrica de Jirau, e seu exutório localiza-se à montante da barragem. Neste contexto, o monitoramento e a modelagem fornecem suporte ao manejo hidrossedimentológico de bacias hidrográficas. Os métodos aplicados foram monitoramento hidrológico, geração de dados matriciais e tabulares, delimitação de sub bacias, validação do modelo, análises estatísticas e avaliação espacial da produção de água e sediment. O modelo SWAT gerou dados simulados que representaram os processos observados em campo...
Revista Brasileira de Geografia Física
O Soil and Water Assessment Tool (SWAT) é um modelo hidrossedimentológico que tem como foco principal avaliar os impactos das modificações no uso do solo sobre a qualidade e quantidade de água em bacias hidrográficas. Para que essas avaliações sejam adequadas, considerando a representatividade dos processos simulados pelo modelo, faz-se necessário a realização do procedimento de calibração. Muitos modeladores encontram grande desafio nesta etapa imprescindível da modelagem. Há uma grande variedade de parâmetros a serem considerados, diferentes algoritmos, bem como diferentes funções objetivas. Outro aspecto a ser destacado é o fato de que o tempo de processamento pode ser alto, quando se considera bacias hidrográficas representativas, como é o caso da bacia hidrográfica do Rio São Francisco, Brasil (639.219km²). Para atender a demanda de criação de um modelo de gestão integrada de águas para países BIS (Brasil, Índia e África do Sul) sob cenários de mudanças climáticas, a bacia do S...
Journal of Hyperspectral Remote Sensing, 2019
The modeling has stood out for allowing the prediction of the functioning of several natural systems including watersheds, emerging as an alternative to obtain ET evapotranspiration estimates. The present work aimed to evaluate the performance of the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) hydrological model, in the simulation of the ET for the Piranhas-Açu river basin (BHRPA), in the Rio Grande do Norte stretch, in the absence of calibration. The basin area information used in the simulation is for topography, using the Digital Elevation Model (MDE) provided by EMBRAPA, Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) weather data available from Global Weather Data for SWAT, soil classes and characteristics of use and occupation obtained from the Soil and Land Cover and Land Use Maps of Brazil acquired from the Brazilian Institute of Geography and Statistics-IBGE. To comparation the results of the hydrological simulation, the ET through the water balance (BH) was calculated for locations within the study area. The Nash and Sutcliffe (NSE) coefficient values ranged from satisfactory (0.61) to very good (0.82), from the performance index (c) from good (0.67) to very good (0.81), for all locations a strong correlation index (r) was obtained. The ME and Pbias statistical indices show an underestimation of the simulated ET compared to the calculated one. It was found that the SWAT model used without calibration presented a good performance to simulate ET for BHRPA.
Modelagem hidrológica na bacia hidrográfica do Rio Maquiné (RS) utilizando o SWAT
2019
The hydrological modeling provides the representation and understanding of the watershed dynamics through the simulation of the hydrological processes. In this sense, the present work aimed to estimate the monthly mean discharge using hydrological simulation from the rainfall data with the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. The study site is the Maquiné river watershed (510 km), which is part of the Atlantic Forest biome, in the northeastern region of the state of Rio Grande do Sul. The climatological data used in the model were from 1989 to 2013 with a 3-year heating and monthly simulation time step. The SWAT tests identified the following most sensitive calibration parameters: CN2 (initial SCS runoff curve number for moisture condition II); CANMAX (maximum canopy storage) and GW_REVAP (groundwater "revap" coefficient). The results of the simulation were evaluated using the Nash-Sutcliffe Coefficient (NSE) and the ratio of the root mean square error to the stand...
Calibração hierárquica do modelo swat em uma bacia hidrográfica Catarinense
Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 2016
Um dos principais desafios enfrentados pela modelagem hidrológica é a calibração eficiente dos parâmetros do modelo. O objetivo deste estudo foi testar um método hierárquico de calibração do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT) considerando variações do clima e de uso do solo. A área de estudo foi a bacia hidrográfica do Rio Negrinho, localizada em Santa Catarina. A calibração do modelo foi feita usando o algoritmo Sequential Uncertainty Fitting (SUFI2), utilizando testes de crescente complexidade. Primeiramente a série de vazões observadas foi dividida em períodos distintos de calibração e validação (Split Sample Test) sendo que os resultados obtidos para o intervalo mensal foram considerados aceitáveis com um coeficiente de Nash-Sutcliffe (NSE) ≥0,5 e Pbias≤±25%. Na análise de cada ano separadamente (Differential Split-Sample Test) a calibração e validação dos anos úmidos (2008 a 2012) foi mais eficiente que dos anos secos (2003 a 2007). No processo de validação do modelo para uma bacia com uso do solo semelhante (Proxy-Catchment Test), o modelo não foi eficiente para o ajuste dos picos de vazões (NSE de 0,0), porém, houve uma compensação dos volumes na estimativa do balanço hídrico (Pbias de 0,1%). Os resultados indicam que a eficiência do modelo SWAT depende da escala espacial e do período de calibração. Para simulação de cenários climáticos e de mudanças de uso do solo o modelo deve ser calibrado e validado usando dados espacialmente bem distribuídos e uma série de vazões suficientemente representativa em relação aos períodos secos e úmidos. Palavras Chave: Modelagem hidrológica. Análise de sensibilidade. Validação. One of the main challenges of hydrological modeling is the effective calibration of model parameters. The aim of this study was to test a hierarchical calibration scheme for the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model by considering land use and climate changes. The study area was the Rio Negrinho watershed, located in Santa Catarina State, Brazil. Model calibration was performed with the Sequential Uncertainty Fitting (SUFI2) Algorithm through increasing complexity tests. The observed discharge data were first divided into calibration and validation periods(Split Sample Test) wherein the predicted monthly flow matched the measured values, with a Nash-Sutcliffe coefficient (NSE) ≥0.5 and Pbias<±25%. When wet and dry periods were considered separately (Differential Split-Sample Test) the NSE values of wet years (2008 a 2012) were higher than dry year values (2003 to 2007). In the SWAT validation for a watershed with similar land use (Proxy-Catchment Test), the model could not capture the flow peaks well (NSE of 0.0), however, the water balance volumes were compensated (Pbias of 0.1%). The case study demonstrates that SWAT performance varies greatly, depending on the spatial scale and calibration period. The SWAT model can be used in further studies to simulate land use and climate change scenarios however it must be calibrated and validated using spatially well distributed data and recorded series segment including dry and wet periods.
Aplicação do modelo SWAT para simular vazões em uma bacia hidrográfica em Aracruz, ES
2016
À Deus por sempre me privilegiar da companhia de pessoas maravilhosas e me proporcionar experiências e aprendizados inesquecíveis. Aos meus pais, que não mediram esforços quando o assunto era minha educação. Aos meus irmãos, como toda minha família, pelo amor e amizade que nos une e pelos dias em que estivemos juntos. Ao Tiago, pelo companheirismo, amor e carinho ao longo de mais uma caminhada e etapa da minha vida. Aos meus amigos de vida que sempre me apoiaram, em especial minhas amigas Suessi e Rená. Aos amigos que a UFES me permitiu conhecer, e claro às minhas companheiras de república, Leninha e Carol. Aos professores, pelos ensinamentos, que mais uma vez contribuíram no meu crescimento acadêmico. Gostaria de agradecer especialmente meu professor Dr. Roberto Avelino Cecílio pela excelência na orientação e pela confiança depositada em mim. Também agradeço aos meus coorientadores pela disponibilidade para reuniões e conversas sobre o estudo. Aos meus colegas de trabalho, do laboratório de Geoprocessamento, em especial, aos colegas Wesley, Danilo, Kaio e Helder, que sempre estiveram disponíveis para auxiliar nas minhas tentativas durante todo o meu trabalho. À FAPES pela oportunidade de realizar um estágio técnicocientífico na
Revista Brasileira de Geografia Física
A dificuldade na gestão de recursos hídricos aliada à dinâmica do uso e ocupação do solo em bacias hidrográficas agrícolas são fatores relevantes para a conservação da água e solo. A gestão de bacias hidrográficas, bem como o monitoramento de cenários de expansão agrícola e mudança no uso do solo, podem se beneficiar de ferramentas de modelagem hidrossedimentológica, como o SWAT (Soil and Water Assessment Tool). Entretanto, para que os resultados obtidos sejam confiáveis, os modelos precisam ser calibrados. Objetivou-se, neste trabalho, calibrar e validar o modelo SWAT, para a variável vazão, tendo como base a bacia hidrográfica do Ribeirão do Pinhal, Limeira -São Paulo, que se caracteriza pela expansão da cana-de-açúcar sobre áreas citrícolas. Dados de vazão de um posto fluviométrico localizado no exutório da bacia foram utilizados para a calibração e validação, a partir de séries temporais diferentes. Utilizou-se o software QSWAT para a simulação hidrológica e o SWAT-CUP para a c...