Dinâmica da umidade do solo na geração de escoamento superficial em uma pequena bacia hidrográfica

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Bartels, Guilherme Kruger
• Orientador(a): Castro, Nilza Maria dos Reis
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Ciclo hidrologico; Umidade do solo; Redes neurais artificiais; Escoamento superficial; Sul, Região (RS)
• Palavras-chave em Inglês: Soil moisture; Artificial neural networks; Runoff; OpenLISEM; Small watershed
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/240000

Diversos processos hidrológicos estão associados à condição de umidade do solo e às características dos eventos de precipitação. O conteúdo de água no solo pode impactar na geração de escoamento tanto superficial, quanto subsuperficial, bem como na conexão dos caminhos do fluxo preferencial. Dependendo da escala de observação, todos os processos podem ocorrer de forma conjunta, com maior ou menor relevância, conforme as características do ambiente. Em pequenas bacias hidrográficas, a geração do escoamento está associada à interação existente entre as características do solo e da paisagem, à aspectos dinâmicos, como a umidade antecedente do solo e à precipitação, além do possível efeito das ações antrópicas. No entanto, a maioria das pequenas bacias hidrográficas monitoradas, não possuem a disponibilidade de medidas de umidade do solo, ou então detêm informações limitadas a poucas observações. Assim, o objetivo desta pesquisa é avaliar os principais fatores que contribuem para a dinâmica da umidade do solo na camada superficial e subsuperficial e a influência da condição da umidade antecedente do solo na geração de escoamento, em uma pequena bacia hidrográfica no sul do Brasil. Para isso, foi primeiramente desenvolvido um modelo de redes neurais artificiais para a estimativa consistente da umidade do solo, em seguida realizada a análise dos principais fatores que afetam os resultados dos modelos. Posteriormente, foi verificado os possíveis impactos da umidade antecedente do solo na geração de escoamento. Isto foi feito de duas formas: i) analisando 104 eventos de chuva – vazão que ocorreram durante 4 anos de monitoramento; ii) utilizando a umidade antecedente do solo como parâmetro de entrada nas simulações de 15 eventos de chuva-vazão com um modelo físico distribuído baseado em eventos, o OpenLISEM (open source Limburg Soil Erosion Model). Os resultados indicam que os modelos de umidade do solo obtiveram um bom desempenho e conseguiram estimar a umidade do solo para ambas as camadas. Enquanto as variáveis relacionadas ao clima são as mais importantes para o desempenho do modelo de superfície, para a camada subsuperficial as variáveis relacionadas ao solo são as mais importantes. Em relação à geração de escoamento na bacia hidrográfica do Arroio do Ouro, não foi observado um limiar claro entre a umidade antecedente do solo e o coeficiente de escoamento. Porém, os maiores coeficientes de escoamento foram registrados nos eventos cuja umidade antecedente do solo era muito próxima ou superior à capacidade de campo. A utilização da umidade antecedente como parâmetro de entrada nas simulações com o OpenLISEM mostrou-se promissora, visto os resultados sólidos encontrados durante a etapa de validação do modelo. Mesmo considerando as incertezas associadas às estimativas da umidade antecedente do solo, foi possível representar a forma de hidrogramas complexos.