Análise das mudanças do uso e cobertura da terra e do estado de tempo sobre os componentes hidrológicos em uma bacia hidrográfica no noroeste do estado de São Paulo
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Data
2017-06-12
Autores
Delaneze, Marcelo Elias [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A variabilidade climática e as mudanças no uso e cobertura da terra são dois fatores fundamentais que afetam a hidrologia das bacias hidrográficas, fortemente relacionada à disponibilidade de recursos hídricos e à sustentabilidade dos ecossistemas locais. Este trabalho estudou as mudanças do uso e cobertura da terra em uma área selecionada da UGRHI Baixo Tietê e analisou como essas mudanças influenciam a disponibilidade hídrica da bacia do ribeirão Lajeado, localizada nos municípios de Penápolis e Alto Alegre, estado de São Paulo. As mudanças no uso e cobertura da terra foram estudadas de 1985 a 2014, através da interpretação de imagens Landsat, e gerados prognósticos para os anos de 2020 e 2050, utilizando o modelo Dinamica EGO. Foram utilizados dois cenários de mudanças do estado de tempo, baseados no Relatório Especial sobre Cenários de Emissões do IPCC, o A1B, que corresponde ao cenário de médias emissões de CO2 na atmosfera, e o A2, que é um cenário de altas emissões. O modelo de circulação geral adotado foi o CM2.1, desenvolvido pela NOAA. Este modelo foi selecionado por ser um dos modelos mais indicados para subescalonamento de mudanças climáticas para a América do Sul e devido ao seu baixo erro médio quadrático relativo as observações de temperatura e precipitação. Os impactos potenciais no futuro foram explorados usando padrões de uso e cobertura da terra projetados e cenários de tempo hipotéticos estabelecidos com base na análise de observações climáticas de longo prazo. Assim, foram estabelecidos três cenários para avaliar a disponibilidade hídrica na bacia do ribeirão Lajeado: o Cenário 1 representa a continuação da tendência histórica observada no período 2008 – 2014 até 2020; o Cenário 2 corresponde ao cenário de médias emissões de CO2 na atmosfera projetado para o ano de 2050, e o Cenário 3 é o cenário de altas emissões de CO2 projetado também para o ano de 2050. O ano de 2014 foi adotado como referência para as comparações com os cenários gerados. Para avaliar as mudanças na hidrologia da bacia foi utilizado o modelo hidrológico SWAT. Esse modelo, de base física, utiliza o Modelo Digital de Elevação (MDE) para delimitar as bacias, e também são necessários dados de parâmetros físico-químicos de solos e dados climáticos. A análise de sensibilidade do modelo hidrológico foi realizada através do SWAT CUP, utilizando o algoritmo Sequential Uncertainty Fitting (SUFI-2) e utilizando 12 parâmetros na análise. Os resultados do modelo de mudanças de uso e cobertura da terra mostraram que a partir de 2002 a expansão da cana-de-açúcar torna-se mais expressiva, ocupando 14,55% da área, e a classe área urbana aumentou mais de 118% em todo o período analisado. Na vegetação arbórea, perdas sucessivas de área ocorreram entre os anos de 1990, 1996 e 2002, mas houve regeneração a partir de 2008. Em 2014, esta classe apresentava área maior do que em 1985. O modelo hidrológico mostrou que no Cenário 1 a substituição de áreas de pastagem (-11,08%) por cana-de-açúcar (+8,13%) apresentou variações no escoamento superficial, principalmente nas áreas de borda da bacia, onde a declividade é mais acentuada. As áreas que apresentam maior descarga de água subterrânea neste cenário são as áreas de cabeceiras de drenagem, caracterizadas por superfície freática rasa e rios efluentes, influenciados pela elevação regional dos níveis d’água devido à proximidade da barragem de Nova Avanhandava. No Cenário 2 (A1B), os impactos foram mais pronunciados, apresentando aumento em todos os componentes hidrológicos, influenciado principalmente pela taxa de precipitação mais elevada (33,6%) em relação a 2014. No Cenário 3 (A2), destaca-se o aumento da descarga de água subterrânea e escoamento subsuperficial na maioria das subbacias, que consequentemente reduziu o escoamento superficial. A descarga de água subterrânea ocorre principalmente ao longo dos sistemas de drenagem e zonas úmidas, incluindo lagos, planícies e planícies de inundação.
Climate variability and Land Use/Land Cover Changes (LULCC) are two key factors affecting hydrology of watershed, strongly related to water availability resources and the sustainability of local ecosystems. This work evaluated the impacts of LULCC and weather patterns on water availability in Lajeado stream watershed, located in Penápolis and Alto Alegre municipalities, São Paulo state. LULCC was studied from 1985 to 2014 through the interpretation of Landsat images and forecasts were generated for the years 2020 and 2050 using the Dinamica EGO model. Two scenarios of climate change were adopted, based on the IPCC Special Report on Emissions Scenarios, the A1B, which corresponds to the scenario of average CO2 emissions in the atmosphere, and A2, which is a scenario of high emissions. The General Circulation Model (GCM) adopted was CM2.1, developed by National and Atmospheric Administration (NOAA). This model was selected because it is one of the most suitable models for downscaling of climatic changes for South America and due to its low mean error relative to temperature and precipitation observations. Potential impacts on the future were explored using projected land use patterns and scenarios based on longterm climate observations. Thus, three scenarios were established to evaluate the water availability on the watershed: The first one represents the continuation of the historical trend observed in the 2008 - 2014 period until 2020; the second one corresponds to a scenario of average CO2 emissions in the atmosphere projected for the year 2050, and Scenario 3 is a high CO2 emissions scenario, projected also for the year 2050. The land use map of 2014 was adopted as a reference for the comparisons with the generated scenarios. To evaluate the hydrology changes in the watershed, the SWAT hydrological model was adopted. This physical model uses a digital elevation model (DEM) to delimit watersheds, and requires physical-chemical parameters of soils and climatic data. The sensitivity analysis was performed using SWAT CUP adopting the SUFI-2 algorithm and using 12 parameters in the analysis. The results of the LULCC model showed that as of 2002 the expansion of sugarcane became more expressive, occupying 14.55% of the area, and the urban area class increased by more than 118% in all the analyzed period. In the forest-mixed class, successive losses of area occurred between 1990, 1996 and 2002, but forest recovery has been observed since 2008. In 2014, this class had a larger area than in 1985. The hydrological model showed that in Scenario 1 the replacement of grazing land areas (-1.08%) by sugarcane (+ 8.13%) presented variations on the surface runoff, mainly in the edge areas of the watershed, where slope is steeper. The areas with the highest groundwater discharge in this scenario are in headwaters, characterized by shallow water table and effluent rivers, influenced by the regional elevation of water levels due to the proximity of the Nova Avanhandava dam. In Scenario 2 (A1B), impacts were more pronounced, showing an increase in all hydrological components, mainly influenced by the highest precipitation rate (24.69%) in relation to 2014. In Scenario 3, there was an increase in groundwater discharge and subsurface flow in most of the subwatersheds, which consequently reduced runoff. Groundwater discharge occurs mainly along drainage systems and wetlands, including lakes, plains and flood plains.
Climate variability and Land Use/Land Cover Changes (LULCC) are two key factors affecting hydrology of watershed, strongly related to water availability resources and the sustainability of local ecosystems. This work evaluated the impacts of LULCC and weather patterns on water availability in Lajeado stream watershed, located in Penápolis and Alto Alegre municipalities, São Paulo state. LULCC was studied from 1985 to 2014 through the interpretation of Landsat images and forecasts were generated for the years 2020 and 2050 using the Dinamica EGO model. Two scenarios of climate change were adopted, based on the IPCC Special Report on Emissions Scenarios, the A1B, which corresponds to the scenario of average CO2 emissions in the atmosphere, and A2, which is a scenario of high emissions. The General Circulation Model (GCM) adopted was CM2.1, developed by National and Atmospheric Administration (NOAA). This model was selected because it is one of the most suitable models for downscaling of climatic changes for South America and due to its low mean error relative to temperature and precipitation observations. Potential impacts on the future were explored using projected land use patterns and scenarios based on longterm climate observations. Thus, three scenarios were established to evaluate the water availability on the watershed: The first one represents the continuation of the historical trend observed in the 2008 - 2014 period until 2020; the second one corresponds to a scenario of average CO2 emissions in the atmosphere projected for the year 2050, and Scenario 3 is a high CO2 emissions scenario, projected also for the year 2050. The land use map of 2014 was adopted as a reference for the comparisons with the generated scenarios. To evaluate the hydrology changes in the watershed, the SWAT hydrological model was adopted. This physical model uses a digital elevation model (DEM) to delimit watersheds, and requires physical-chemical parameters of soils and climatic data. The sensitivity analysis was performed using SWAT CUP adopting the SUFI-2 algorithm and using 12 parameters in the analysis. The results of the LULCC model showed that as of 2002 the expansion of sugarcane became more expressive, occupying 14.55% of the area, and the urban area class increased by more than 118% in all the analyzed period. In the forest-mixed class, successive losses of area occurred between 1990, 1996 and 2002, but forest recovery has been observed since 2008. In 2014, this class had a larger area than in 1985. The hydrological model showed that in Scenario 1 the replacement of grazing land areas (-1.08%) by sugarcane (+ 8.13%) presented variations on the surface runoff, mainly in the edge areas of the watershed, where slope is steeper. The areas with the highest groundwater discharge in this scenario are in headwaters, characterized by shallow water table and effluent rivers, influenced by the regional elevation of water levels due to the proximity of the Nova Avanhandava dam. In Scenario 2 (A1B), impacts were more pronounced, showing an increase in all hydrological components, mainly influenced by the highest precipitation rate (24.69%) in relation to 2014. In Scenario 3, there was an increase in groundwater discharge and subsurface flow in most of the subwatersheds, which consequently reduced runoff. Groundwater discharge occurs mainly along drainage systems and wetlands, including lakes, plains and flood plains.
Descrição
Palavras-chave
Modelagem hidrológica, Pesos de evidência, SWAT, SUFI-2, Dinamica-EGO, Hydrological model, Weights of evidence