Identifying sediment critical source areas in subtropical Brazil using SWAT model

Abstract

A agricultura sem o uso de práticas conservacionistas tem causado intensa degradação do solo e da água. Como resultado, aumenta a erosão e a produção de sedimentos, o que, por sua vez, aumenta a carga de agroquímicos e fertilizantes que contribuem para a eutrofização dos rios e assoreamento dos canais. Além do impacto sobre os recursos hídricos, a erosão diminui a capacidade produtiva do solo, impactando a própria agricultura em um ciclo vicioso. Identificar áreas onde a poluição difusa se origina é complexo, caro e demorado, exigindo técnicas, especialmente quando aplicadas em grandes bacias hidrográficas. Nesse sentido, o objetivo deste estudo é verificar a capacidade do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT) em identificar as áreas críticas de produção de sedimentos, fornecendo informações para mitigar o problema. A área de estudo foi a bacia do rio Guaporé (2.030 km²), no Rio Grande do Sul, Brasil. A bacia do rio Guaporé é caracterizada por elevações que variam de 136 a 847 m, com clima subtropical e precipitação média anual de 1.800 mm, bem distribuídas ao longo do ano. O uso do solo consiste em áreas com vegetação nativa de floresta mista e pastagens. Áreas agrícolas cultivadas em encostas leves contam com (Glycine max) e milho (Zea mays) no verão e trigo (Triticum aestivum) no inverno, em sistema de plantio direto; enquanto as áreas mais inclinadas são cultivadas com tabaco (Nicotiana tabacum). Os parâmetros que caracterizam a vegetação (florestas e culturas agrícolas) no SWAT, bem como as propriedades físicas do solo da bacia, foram modificados para representar corretamente as condições das bacias subtropicais brasileiras. A vazão foi calibrada no período de 2009 a 2011 e validada em 2012 a 2014, usando um período de warmup de 5 anos. Para sedimentos, o período de calibração foi de 2011 a 2013, utilizando dados de 2014 para validação. O coeficiente de Nash-Sutcliffe (NS) e o Percent Bias (PBIAS) foram usados como função objetivo usando o algoritmo SUFI-2. A calibração e a validação foram realizadas em escala de tempo diária e resultaram em coeficientes NS 0,71 e 0,73 para vazão e 0,54 e 0,50 para produção de sedimentos, respectivamente. A produção total de sedimentos estimada na saída da bacia foi de aproximadamente 2,4 ton ha-1 y-1, sendo o cultivo do tabaco (e suas rotações de cultura) responsável pela maior contribuição para a produção de sedimentos (~ 77,2% méd.), seguido pela soja e solo exposto (~ 12,2%) e milho e soja (~ 6,2%), em concordância com os resultados das técnicas convencionais de identificação de sedimentos anteriormente aplicadas na bacia. Os resultados demonstram a eficiência da modelagem SWAT na identificação adequada de áreas críticas de produção de sedimentos.