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Por favor, utilize esse identificador para citar este item ou usar como link: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/3048

Título: Simulação hidrológica na cabeceira da Bacia Hidrográfica do Rio Grande de cenários de usos do solo e mudanças climáticas A1B
Título Alternativo: Hydrologic simulation of land-use and climatic changes A1B cenarious in the headwaters of Grande River Basin
Autor(es): Viola, Marcelo Ribeiro
Orientador: Mello, Carlos Rogério de
Membro da banca: Silva, Antônio Marciano da
Yanagi, Silvia Nazaré Monteiro
Coelho, Gilberto
Chan Chou, Sin
Área de concentração: Engenharia Agrícola
Assunto: Bacias hidrográficas
Simulação climática
Hidrologia
Gestão de recursos hídricos
Modelo hidrológico
Manejo
Watersheds
Climate simulation
Hidrology
Water resources management
Hydrologic model
Management
Data de Defesa: 14-Dez-2011
Data de publicação: 20-Ago-2014
Referência: VIOLA, M. R. Simulação hidrológica na cabeceira da Bacia Hidrográfica do Rio Grande de cenários de usos do solo e mudanças climáticas A1B. 2011. 286 p. Tese (Doutorado em Recursos Hídricos em Sistemas Agrícolas)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2011.
Resumo: he impacts from physical and climatic changes on the water availability in basins represent an important environmental concerning which can be evaluated based on physical hydrologic models. This kind scientific investigation is strategic, especially, in regions whose social and economic development is associated with water resources exploration. This way, it´s possible to scheme strategies for mitigation of these possible impacts. Aiuruoca (AB), Grande (GB-MD), Sapucai (SB) and Verde (VB) basins are located in Southern Minas Gerais State, on Headwaters of Grande River Basin. Water yield from these basins is responsible for feeding the hydropower plant reservoirs located on the Grande River. These reservoirs are responsible for discharge regularization in Paraná River Basin in which are installed the greatest Brazilian hydropower plants facilities, highlighting Furnas and Itaipu. The land use in Southern Minas Gerais state has been intensively changed. In south of Headwaters of Grande River basin, in Mantiqueira Range, native forests (Atlantic Forest remnants) have been replaced by extensive pasture whose it is destined to livestock activity. In middle and low regions of basins, the eucalyptus plantation is being cultivated in large scale as response to cellulose demand in Brazil. Both changes can alter substantially the water balance. Their consequences on water availability need to be evaluated on the basis of scientific point of view, purposing to generate technical support for integrated management approach of soil and water resources. However, another aspect that can be adversely affects the water resources in the region and need to be adequately evaluated are the impacts from climatic changes simulated for the XXI century. Great part of results from climatic simulation is toward of increase on both evapotranspiration and precipitation rates. On this context, the purposes of this dissertation were to apply and to evaluate the hydrologic cycle simulated by LASH model (anachronous for Lavras Simulation of Hydrology Model) and to simulate the possible impacts from land use trend scenarios and climatic change on hydrology of the Headwaters of Grande River Basin, in south of Minas Gerais state, Brazil. SRES A1B climatic change scenario was simulated, for XXI century, by HadCM3 GCM model which was coupled to the ETA/CPTEC downscaling model, for Aiuruoca, Grande, Sapucaí and Verde basins which define geographically the region. LASH model presented good performance for both calibration and validation processes, with Nash-Sutcliffe (CNS) greater than 0.70. Intra-annual variability of hydrological regime observed in region which is characterized by summer rainy and winter dry seasons, was adequately simulated by LASH model, highlighting the high quality on surface runoff, sub-surface runoff and base flow estimates as well as on minimum and maximum discharges extracted from permanent discharges curves. Yet, the simulation of hydrologic cycle components, mainly evapotranspiration and soil water storage, has demonstrated results compatible with basins physical features, proving the quality of LASH model. This way, we can conclude that the model is able to simulate adequately the hydrologic impacts from land use and climatic changes on Headwaters of Grande River Basin. Land use trend scenarios can impact seriously the hydrology of region. It was verified that the scenarios in which Eucalyptus plantation instead of 20% and 50% of the pasture areas can reduce the annual discharge, respectively, of -51.65 mm year-1 and -110.29 mm year-1. On scenario in which Eucalyptus plantation instead of 100% of the pasture areas but only at sub-basins that trend is more highlighted, the reduction was estimated of -59.48 mm year-1. For scenarios in which deforestation were considered about 30% and 70% of forest remnants in Mantiqueira Range being replaced by pasture, the simulated hydrologic impact was characterized of increase on annual discharge of 57.63 mm and 156.78 mm, respectively. Three time slices were considered for climatic change associated to SRES A1B simulated by ETA/CPTEC-HadCM3 throughout of XXI century: 2011-2040; 2041-2070 and 2071-2098. The control period considered for calibration and validation was 1961-1990. The results shown the possible increase on evapotranspiration and precipitation over the course of XXI century, with critical values found for the final of the century. In terms of hydrology impacts, it was simulated decreasing of -3.42 mm year-1, -6.29 mm year-1, -9.79 mm year-1 and -29.85 mm year-1 for time slice of 2011-2040, respectively, for Aiuruoca, Grande, Sapucaí and Verde Basins. However, for two subsequence time slices (2041-2070 and 2071-2098), it was simulated an intensive increase on discharges, especially, between 2071 and 2098. For this time slice, it was simulated increase of 166.12 mm year-1, 106.14 mm year-1, 157.86 mm year-1 and 151.17 mm year-1, respectively, for Aiuruoca, Grande, Sapucaí and Verde basins. This behavior of discharges on the final of XXI century can be explained by significant increase on the difference between precipitation and evapotranspiration in relation to the control period while for the intermediate time slices this difference occurs gradually.
Os impactos de alterações físicas e climáticas sobre a disponibilidade hídrica superficial de bacias hidrográficas representa uma importante preocupação ambiental e que pode ser avaliada por modelos hidrológicos de base física. Este tipo de pesquisa é estratégico, sobretudo em regiões nas quais o desenvolvimento sócio-econômico está alicerçado na exploração dos recursos hídricos superficiais, permitindo a elaboração de estratégias de mitigação dos possíveis impactos projetados. A região estudada abrangeu as bacias hidrográficas dos rios Aiuruoca (BRA), Grande (BRG-MD), Sapucaí (BRS) e Verde (BRV), delimitadas a partir das seções de controle de Fazenda Laranjeiras, Madre de Deus, Careaçu e Três Corações, respectivamente, localizadas ao sul do estado de Minas Gerais, na região de cabeceira da bacia hidrográfica do rio Grande, que é o principal tributário do rio Paraná. A produção de água nestas bacias, associada aos grandes reservatórios de usinas hidrelétricas localizados no rio Grande, exerce efeito de regularização de vazões na bacia do rio Paraná, na qual está instalado o maior potencial hidrelétrico brasileiro, com destaque para as usinas hidrelétricas de Itaipu e Furnas. O uso agrícola do solo na região vem passando por intensas alterações. Ao sul, na serra da Mantiqueira, a fronteira agrícola está se expandindo sobre os remanescentes florestais, visando, principalmente, a abertura de pastagens para a condução de rebanho bovino sob a forma extensiva. Na média e baixa bacia, o eucalipto está sendo implantado em larga escala, basicamente como resposta à rápida expansão do mercado de celulose no Brasil. Tais intervenções podem modificar substancialmente o ciclo hidrológico. Suas consequências sobre a disponibilidade hídrica precisam ser avaliadas com critério científico, com o objetivo de gerar subsídios técnicos direcionadores que tornem possível a abordagem conjunta da gestão do uso do solo e dos recursos hídricos. Entretanto, outro fator que poderá afetar adversamente os recursos hídricos superficiais na região, e que também precisa ser adequadamente avaliado, refere-se a possíveis mudanças climáticas projetadas por modelos de simulação climática para o século XXI, tendo em vista que as projeções evidenciam que poderão ocorrer severas variações nas taxas de evapotranspiração e de precipitação. Nesse contexto, objetivou-se aplicar e avaliar o ciclo hidrológico simulado pelo modelo Lavras Simulation of Hydrology (LASH) e simular os possíveis impactos hidrológicos associados a cenários tendenciais de alteração no uso do solo e de variações climáticas projetadas pelo modelo climático regional Eta-CPTEC acoplado ao Modelo de Circulação Global (MCG) HadCM3, para o cenário climático SRES A1B durante o século XXI. O modelo LASH apresentou bom desempenho nas fases de calibração e de validação, com coeficiente de Nash-Sutcliffe (CNS) superior a 0,70. A variabilidade intra-anual do regime hidrológico observado na região, que sofre efeito de uma estação chuvosa que atinge o auge no verão e de uma estação seca durante o inverno, foi adequadamente reproduzida, com destaque para a alta qualidade das estimativas dos escoamentos superficial direto, subsuperficial e subterrâneo, e das vazões mínimas e máximas extraídas da curva de permanência. Ainda, os componentes do ciclo hidrológico simulado, particularmente a evapotranspiração e o armazenamento atual de água no solo, mostraram resultados condizentes com a realidade física da bacia, atestando definitivamente a qualidade do modelo LASH para a estimativa dos impactos de alterações no uso do solo e de mudanças climáticas sobre a disponibilidade hídrica superficial nas bacias de cabeceira do rio Grande. A simulação de cinco cenários tendenciais de uso do solo projetados para a região mostrou que os recursos hídricos superficiais poderão sofrer sérias consequências. Para os cenários C1 e C2, que abordaram o reflorestamento pela cultura do eucalipto de 20% e 50% da área atual de pastagem, respectivamente, o impacto hidrológico estimado foi de redução do escoamento de -51,65 mm ano-1 e -110,29 mm ano-1, respectivamente. No cenário C3, que avaliou o reflorestamento por eucalipto em 100% da área atual de pastagem apenas nas sub-bacias em que essa tendência é pronunciada, a estimativa foi de -59,48 mm ano-1. Para os cenários C4 e C5, que avaliaram o desmatamento de 30% e 70% dos fragmentos florestais na serra da Mantiqueira para a abertura de pastagens, a resposta hidrológica simulada foi de aumento do escoamento, de 57,63 mm ano-1 e 156,78 mm ano-1, respectivamente. A simulação das possíveis variações climáticas na região de cabeceira do rio Grande no cenário SRES A1B, projetado pelo modelo climático regional Eta-CPTEC acoplado ao HadCM3, no século XXI, foi subdividida em três períodos: 2011 a 2040, 2041 a 2070 e de 2071 a 2098. Os resultados evidenciaram que poderá ocorrer aumento gradual da precipitação e da evapotranspiração ao longo do século XXI, com os valores críticos tendo sido obtidos para o último período analisado. Nesta condição, foi simulado que poderá ocorrer redução do escoamento, entre 2011 e 2040, de -3,42 mm ano-1, -6,29 mm ano-1, -9,79 mm ano-1, -29,85 mm ano-1, para os rios Aiuruoca, Grande, Sapucaí e Verde, respectivamente. Contudo, para os dois próximos períodos, a simulação obteve forte incremento do escoamento, sobretudo entre 2071 e 2098, no qual a ampliação do deflúvio médio anual foi de 166,12 mm ano-1, 106,14 mm ano-1, 157,86 mm ano-1 e 151, 17 mm ano-1, para os rios Aiuruoca, Grande, Sapucaí e Verde, respectivamente. O comportamento diferenciado simulado para o escoamento ao longo do século XXI pode ser explicado pelo balanço hídrico vertical projetado pelo modelo Eta-CPTEC/HadCM3. Segundo este balanço, entre 2011 e 2040 poderá haver redução nos valores de excedência hídrica, em comparação ao período controle (1961 a 1990), enquanto para meados e o final do século, as projeções são de gradativo aumento do excedente hídrico.
URI: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/3048
Publicador: UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
Idioma: pt_BR
Aparece nas coleções: DEG - Recursos Hídricos em Sistemas Agrícolas - Doutorado (Teses)

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