Applicability of sediment curves for modeling sediment yield from Modified Universal Soil Loss Equation (MUSLE)

The intense use of soil and water resources in watersheds can generate considerable impacts on the environment, being closely associated with erosive processes. In this way, consequently, knowledge and quantification of sediment transport becomes important. The main objectives of this research were to: i) evaluate the use of sediment curves in sedimentometric stations in Rio Grande do Sul; and ii) evaluate the ability of the Modified Universal Soil Loss Equation (MUSLE) to quantify sediment yield in the Cadeia river watershed (CRW), by using observed data (water level and streamflow) combined with sediment curves. The adjustment of the sediment curves to a power function were tested three analytical scenarios of data manipulation: complete data, subdivided into 10-year periods and subdivided into streamflow intervals, and two proposals of input data: data of suspended sediment concentration and suspended sediment load. In CRW, sediment yield for each rainfall event was estimated and compared with the respective observed value according to two proposed sediment curves, derived from the set of monitoring information (rainfall, water level and streamflow). This information also served to obtain the volume of direct surface runoff and the peak discharge. Erodibility, topographic and facing factors were obtained and coefficients a and b were analyzed for three different scenarios, i) Williams (1975); ii) Avanzi et al. (2008); and iii) calibration for the watershed. The coefficient of determination, Average Percent Relative Error and Nash Sutcliffe coefficient demonstrated that for the suspended sediment concentration data greater uncertainties were observed.The best results of the estimate were observed when the model of the tested sediment curve was applied to the complete suspended sediment load data. The results showed that the estimate of sediment yield through MUSLE considering scenario i) is overestimated compared with the values observed for all analyzed events. On the other hand, the scenario ii) seems to generate values closer to the observed values, however, the characteristics of the watershed where these coefficients were calibrated must be considered. MUSLE was able to predict sediment yield when coefficients a and b were calibrated for CRW, presenting acceptable estimates according to the Nash Sutcliffe coefficient, showing the importance of calibrating the coefficients for CRW.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA intensa utilização do solo e dos recursos hídricos em bacias hidrográficas geram consideráveis impactos sobre o ambiente, sendo estreitamente associados a processos erosivos. Desta forma, em sua consequência, torna-se importante o conhecimento e a quantificação do transporte de sedimentos. O objetivo desta pesquisa consistiu em i) avaliar a utilização de curvas-chave em estações sedimentométricas do Rio Grande do Sul e ii) avaliar a capacidade da Modified Universal Soil Loss Equation em quantificar a produção de sedimentos na bacia hidrográfica do arroio Cadeia, correlacionada aos dados observados (nível de água e fluxo) combinados com curva-chave de sedimentos. Foram testados três cenários de manipulação dos dados e duas propostas de dados de entrada para o ajuste das curvas-chave de sedimento para o estado, ajustando analiticamente à uma função de potência: dados completos, subdivididos em período de 10 anos e subdivididos em intervalos de vazão; aplicando: dados de concentração de sedimentos em suspensão e descarga de sedimentos em suspensão. Na bacia hidrográfica do arroio Cadeia, a produção de sedimentos para eventos isolados de chuva foi estimada e comparada com os valores observados, em duas propostas de curva-chave, provenientes do conjunto de informações de monitoramento (pluviográfico, linimétrico e sedimentométrico). Essas informações também serviram para obter o volume de escoamento superficial direto e a vazão de pico. Os fatores de erodibilidade, topográfico e cobertura foram obtidos e os coeficientes a e b analisados em três diferentes cenários, i) Williams (1975); ii) Avanzi et al. (2008); e iii) calibrados para bacia. Os testes estatísticos de eficiência do coeficiente de determinação, Erro Relativo Percentual Médio e coeficiente de Nash Sutcliffe demonstraram que para os dados de concentração de sedimentos em suspensão maiores incertezas foram observadas e que os melhores resultados da estimativa foram observados quando o modelo da curva-chave testado foi aplicado aos dados completos de descarga de sedimentos em suspensão. Os resultados demostraram que a estimativa da produção de sedimentos pela Modified Universal Soil Loss Equation considerando o cenário i) é superestimada comparada com os valores observados para todos os eventos analisados. Por outro lado, para o cenário ii) parecem estar mais próximos dos valores observados, porém as características da bacia hidrográfica em que esses coeficientes foram calibrados devem ser consideradas. A Modified Universal Soil Loss Equation apresentou-se capaz de prever a produção de sedimentos quando os coeficientes a e b foram calibrados para a bacia hidrográfica do arroio Cadeia, apresentando estimativas aceitáveis de acordo com o coeficiente de Nash Sutcliffe, evidenciando a importância da calibração dos coeficientes para a bacia