MONITORAMENTO E MODELAGEM DOS PROCESSOS ... monitoramento e modelagem dos processos hidrossedimentol“gicos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE CINCIAS RURAIS

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA FLORESTAL

MONITORAMENTO E MODELAGEM DOS PROCESSOS HIDROSSEDIMENTOLGICOS EM

BACIAS HIDROGRFICAS FLORESTAIS NO SUL DO BRASIL

DISSERTAO DE MESTRADO

Miriam Fernanda Rodrigues

Santa Maria, RS, Brasil 2011

MONITORAMENTO E MODELAGEM DOS PROCESSOS HIDROSSEDIMENTOLGICOS EM BACIAS

HIDROGRFICAS FLORESTAIS NO SUL DO BRASIL

Miriam Fernanda Rodrigues

Dissertao apresentada ao Curso de Mestrado do Programa de Ps-

Graduao em Engenharia Florestal, rea de Concentrao em

Silvicultura, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como

requisito parcial para obteno do grau de Mestre em Engenharia Florestal.

Orientador: Prof. Jos Miguel Reichert

Santa Maria, RS, Brasil 2011

Ficha catalogrfica elaborada por ....

Universidade Federal de Santa Maria Centro de Cincias Rurais

Programa de Ps-Graduao em Engenharia Florestal

A Comisso Examinadora, abaixo assinada, aprova a Dissertao de Mestrado

MONITORAMENTO E MODELAGEM DOS PROCESSOS HIDROSSEDIMENTOLGICOS EM BACIAS HIDROGRFICAS

FLORESTAIS NO SUL DO BRASIL

elaborada por Miriam Fernanda Rodrigues

como requisito parcial para a obteno do grau de Mestre em Engenharia Florestal.

COMISSO EXAMINADORA

Jos Miguel Reichert, PhD (UFSM) (Presidente/Orientador)

Jean Paolo Gomes Minella, Dr. (UFSM)

Nadia Bernardi Bonum, Dr. (UFPel)

Santa Maria, 31 de outubro de 2011.

AGRADECIMENTOS

Ao professor Jos Miguel Reichert, pela orientao, coleguismo, confiana e

amizade, no s por acreditar que seria possvel desenvolver o trabalho aqui

apresentado, mas tambm por ser um exemplo de profissional e de vida.

Ao professor Jean Paolo Gomes Minella, pela compreenso, auxlio e orientao

concedidos nos momentos de dvida e pela amizade.

Aos professores dos Programas de Ps-Graduao em Engenharia Florestal e em

Cincia do Solo da Universidade Federal de Santa Maria.

Aos funcionrios dos Departamentos de Solos e de Engenharia Florestal da

Universidade Federal de Santa Maria.

Universidade Federal de Santa Maria e aos Departamentos de Engenharia

Florestal e de Solos, no s pela oportunidade e infraestrutura concedidas para

realizao da Graduao e Mestrado, mas tambm pelas atividades de Iniciao

Cientfica.

Coordenao de Aperfeioamento Pessoal de Ensino Superior (CAPES), pela

concesso de bolsa de estudos.

empresa CMPC Celulose Riograndense, por no s conceder a rea

experimental, mas tambm disponibilizar recursos financeiros para a realizao

deste trabalho.

Aos meus pais, Hermecildo e Nadir Maria Serina Rodrigues, e aos meus irmos,

Paulo Roberto Rodrigues e Lilian Alessandra Rodrigues, por tudo o que eles

representam para mim.

A todos os familiares e amigos, pelo incentivo e compreenso com o tempo

dedicado execuo deste trabalho.

Aos colegas de curso, pela ajuda e amizade em todos os momentos.

Aos colegas integrantes do Laboratrio de Fsica do Solo, pela ajuda e incentivo.

Aos amigos Alan bano de Oliveira, Andr de Oliveira, Andr Pellegrini, Bernardo

Rodrigues da Silva, Bruno Roberto Pereira de Aguiar, Camila Augusti Osmari,

Cludia Alessandra Peixoto de Barros, Douglas Rodrigo Kaiser, Fbio Malmann,

Fabrcio de Arajo Pedron, Greissi Tente Giraldi, Jean Paolo Gomes Minella, Jos

Miguel Reichert, Leandro Dalbianco, Lenise Raquel Mentges, Lilian Alessandra

Rodrigues, Lorenzo Rolin da Silva, Luis Eugnio Jacobs, Mrcia Luciane Kochem,

Michel Andr Miguel, Miguel Anto Durlo, Nadia Bernardi Bonum, Pablo Miguel,

Patrcia Prtile, Paulo Ivonir Gubiani, Paulo Roberto Rodrigues, Rafael Daniel Mundt,

Rafael Ramon, Rafael Ziani Goulart, Tales Tiecher, Michele Moro, Henrique

Felipetto, pelas conversas, discusses e contribuio para a melhoria e qualidade do

trabalho.

A todos que contriburam, de forma direta ou indireta, para a realizao deste

trabalho.

RESUMO Dissertao de Mestrado

Programa de Ps-Graduao em Engenharia Florestal Universidade Federal de Santa Maria

MONITORAMENTO E MODELAGEM MATEMTICA DOS

PROCESSOS HIDROSSEDIMENTOLGICOS EM BACIAS HIDROGRFICAS FLORESTAIS NO SUL DO BRASIL

AUTORA: MIRIAM FERNANDA RODRIGUES ORIENTADOR: JOS MIGUEL REICHERT

DATA E LOCAL DA DEFESA: SANTA MARIA, 31 DE OUTUBRO DE 2011.

O efeito das florestas de eucalipto nos processos hidrossedimentolgicos tem sido pouco explorado pela comunidade cientfica, o que resulta em banco de dados contendo informaes incipientes relacionadas a esses efeitos, principalmente na escala de bacias. O monitoramento e a modelagem matemtica so reconhecidos como eficientes ferramentas cientficas para suprir a carncia de informaes, principalmente na gesto dos recursos naturais, na representao e na predio desses processos. Nesse sentido, objetivou-se com este estudo, descrever os dados do monitoramento, avaliar os efeitos dos cultivos de eucalipto nos processos hidrossedimentolgicos, calibrar os parmetros de entrada e verificar o potencial de aplicao do modelo Limburg Soil Erosion Model (LISEM) na representao dos processos hidrolgicos de bacias hidrogrficas embutidas, com cobertura florestal. O estudo foi desenvolvido em duas bacias hidrogrficas florestais situadas em Eldorado do Sul RS, sendo que a bacia possui rea de drenagem de 94,46 ha e a sub-bacia, que se encontra montante e embutida em relao bacia, possui rea de drenagem de 38,86 ha. O monitoramento hidrossedimentomtrico teve incio em fevereiro de 2011 e foi realizado no exutrio das bacias, em duas sees automticas, compostas de lingrafos, turbidmetros e pluvigrafos. O presente trabalho contemplou o monitoramento durante um perodo de seis meses, de 16/02/2011 a 15/08/2011. Os resultados do monitoramento demonstram que os perodos com maior volume de precipitao apresentaram aumento significativo nos picos de vazo em relao aos intervalos mais secos, assim como aumento na concentrao de sedimentos em suspenso, para a bacia e para a sub-bacia. Os eventos com maior intensidade mxima de precipitao demonstraram que a pequena rea de drenagem e o relevo mais acentuado da sub-bacia geraram respostas rpidas na vazo e concentrao de sedimentos. Para a bacia hidrogrfica, na maioria dos eventos, ocorreu amortizao da onda de cheia com hidrogramas menos ngremes e ocorrncia aps o pico de vazo da sub-bacia. A produo de sedimentos foi de 38,41 e 33,65 Mg km-2, durante os seis meses de monitoramento para a bacia e para a sub-bacia, respectivamente. O modelo LISEM foi calibrado a partir de seis eventos de chuva. Os parmetros de entrada utilizados para o modelo foram obtidos por meio de levantamentos realizados na bacia e de dados da literatura. Para avaliar a capacidade do modelo em representar os processos hidrolgicos, foram utilizados hidrogramas medidos no exutrio da bacia. A anlise estatstica aplicada foi o teste BIAS (Erro (%)) para os parmetros vazo de pico, escoamento superficial direto e tempo de pico. Para avaliar a eficincia do modelo em reproduzir adequadamente o formato dos hidrogramas, foi utilizado o Coeficiente de eficincia Nash-Sutcliffe (COE) para os seis eventos utilizados na calibrao. O modelo LISEM foi capaz de reproduzir adequadamente a vazo de pico e o escoamento superficial direto para os seis eventos utilizados na calibrao, indicado pelos baixos erros percentuais. Por outro lado, o tempo de pico e a forma do hidrograma no apresentaram ajuste adequado, indicado pelos elevados erros e valores negativos para o erro e para o COE, respectivamente. Palavras-chave: hidrologia. sedimentologia. produo de sedimentos. escoamento superficial. Limburg Soil Erosion Model (LISEM).

ABSTRACT Master Dissertation

Post-Graduation Program in Forest Engineering Federal University of Santa Maria

MONITORING AND MODELING OF HIDROSSEDIMENTOLOGIC PROCESSES IN FORESTRY WATERSHED IN SOUTHERN BRAZIL

AUTHOR: MIRIAM FERNANDA RODRIGUES ADVISOR: JOS MIGUEL REICHERT

DATE AND LOCAL OF PRESENTATION: SANTA MARIA, OCTOBER, 31st, 2011.

The effect of eucalyptus forests in hidrossedimentologic processes has been little explored by the scientific community, which results in a database containing information related to these incipient effects, especially at the watershed scale. The monitoring and the mathematical modeling are recognized as effective tools of science to supply the lack of information, particularly in natural resource management, in the representation and prediction of these processes. In this sense, the aim of this study was to describe the monitoring data to assess effects of eucalyptus cultivation in the hidrossedimentological processes, to calibrate the input parameters and to verify the potential application of the Limburg Soil Erosion Model (LISEM) in the representation of watershed hydrological processes embedded with forest cover. The study was conducted in two forest watersheds located in Eldorado do Sul - RS, and the watershed has an area of 94.46 ha and drainage sub-watershed, which is embedded in the amount and terms of the watershed, has a drainage area of 38.86 ha. The hidrossedimentometrical monitoring began in February 2011 and was conducted within the limits of the watershed in two automatic sections, composed of linigraph, turbidimeters and pluviographs. This work has included monitoring over a period of six months from 02/16/2011 to 08/15/2011. The sediment yield was determined by multiplying the data of sedimen