Streamflow and sediment yield simulation within a small watershed through geoprocessing and modeling techniques.

Modelos hidrológicos e de qualidade de água vêm sendo desenvolvidos para avaliar a poluição causada por fontes de origem difusa, em bacias hidrográficas agrícolas. Com esse objetivo, o modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) foi aplicado para simular o escoamento e a produção de sedimentos produzidos pela microbacia hidrográfica do Ribeirão dos Marins, afluente do rio Piracicaba, SP, no biênio 1999/2000. A aplicação do modelo requer a entrada dos dados na forma espacializada. A manipulação desses dados foi feita com o auxílio de um Sistema de Informações Geográficas (SIG) e uma interface entre o modelo e o SIG que, automaticamente, subdivide a bacia em sub-bacias a partir do Modelo Numérico do Terreno (MNT) e, então, extrai os dados de entrada relacionados para cada sub-bacia dos outros Planos de Informação (PI’s), uso da terra e solos, associados a um extenso banco de dados. Posteriormente, os resultados finais da simulação são apresentados no formato de mapas, gráficos e tabelas. Os resultados obtidos da simulação, médias mensais do escoamento e a produção de sedimentos, foramcomparados aos dados observados em um posto hidrossedimentométrico localizado no terço superior da microbacia, utilizando o Coeficiente de Eficiência de Nash e Sutcliffe (COE) e o desvio dos dados simulados em relação aos observados (Dv). Foi feita uma calibração de alguns parâmetros físico-hídricos do solo e físico das sub-bacias, para as duas variáveis simuladas. Dois cenários alternativos de uso da terra foram simulados. No primeiro, o uso atual foi mantido, mas considerou-se uma faixa de mata ciliar de 30m em toda a extensão dos cursos d’água e de 50m ao redor das nascentes, de acordo com o Código Florestal. No segundo cenário, como as pastagens ocupam as encostas mais íngremes, com alto potencial erosivo, as áreas ocupadas por pastagem foram substituídas por vegetação florestal. As simulações dos dois cenários foram comparadas com as condições do cenário atual em termos de redução da produção de sedimentos. Os resultados obtidos para o escoamento simulado foram de 0,92 e –0,7% para o COE e o Dv, respectivamente, após a calibração. Na simulação da produção de sedimentos pelo modelo, após a calibração, o COE obtido foi de 0,83 e o Dv de –3,2%. Os cenários produziram diferentes padrões espaciais da produção de sedimentos. Uma redução de 84,4% na produção de sedimentos foi obtida com a substituição da pastagem por vegetação nativa (cenário 2). No cenário 1, a redução foi de 10,8%. Esses resultados evidenciam a necessidade de se tratar a paisagem em bacias hidrográficas de uma forma global, identificando as "áreas ambientalmente sensíveis", onde são necessárias práticas de controle dos processos erosivos e não somente com a proteção dispensada aos cursos d’água por meio da mata ciliar.Hydrological and water quality models have been developed to evaluate the nonpoint source pollution in agricultural watershed. With this objective, SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model was applied to simulate the streamflow and sediment yield in Ribeirão dos Marins watershed, on the Piracicaba river basin, Brazil, for the period 1999/2000. The application of the model requires the input data in spatial format. The manipulation of these data was made with an interface between the model and the Geographic Information System (GIS) that, automatically, subdivides the basin in subbasins, from the Digital Terrain Model (DTM) and extracts the input data for each subbasin from the land use and soil layers. Later, the results of the simulation are presented in the format of maps, graphs and tables. The results of the simulation, monthly averages of the streamflow and the sediment yield, were compared to the observed data in a gauge station located in Ribeirão dos Marins watershed, using the Nash Sutcliffe Coefficient (COE) and the deviation of the simulated data in relation to the observed data (Dv). A calibration of some physical-hydrological parameters of soil and physical of the subbasins was made for the two variables simulated. Two alternative scenarios of land use have been simulated. In the first, the current land use was kept, with a riparian buffer of 30m along of the drainage network and of 50m around the springs, in accordance with the Forest Code. In the second scenario, as the pastures occupy the steepest hillsides, with high erosive potential, pastures were changed by native forest. The simulations of the two scenarios were compared to the current scenario, regarding the reduction of sediment yield. The results of the simulated streamflow were of 0,92 and –0,7% for the COE and the Dv, respectively, after the calibration. In the simulation of the sediment yield, after the calibration, the COE was 0,83 and Dv was –3,2%. The scenarios produced different spatial patterns of the sediment yield. The reduction in sediment yield of 84,4% was obtained with the substitution of the pasture by native vegetation (scenario 2). In scenario 1, the reduction was of 10,8%. These results show that is necessity to manage watershed considering the whole landscape aspects, identifying environmentally sensitive areas, mainly in relation to erosion, instead of protecting only riparian areas