ESTUDOS HIDROLOGICOS E SEDIMENTOLOGICOS EM BACIAS EXPERIMENTAIS E REPRESENTATIVAS DOS BIOMAS CAATINGA E CERRADO

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1 ESTUDOS HIDROLOGICOS E SEDIMENTOLOGICOS EM BACIAS EPERIMENTAIS E REPRESENTATIVAS DOS BIOMAS CAATINGA E CERRADO Abelardo Antônio de Assunção Montenegro 1 ; Suzana Maria Gico Lima Montenegro 2 ; Jorge Enoch Furquim Werneck Lima 3 ; Sérgio Koide 4 Resumo O uso sustentável dos recursos hídricos é de fundamental importância para gestão ambiental e desenvolvimento social, e os cenários de escassez futura de água representam grandes desafios para a comunidade científica, gestores e sociedade em geral. O enfrentamento de tais questões requerem maior compreensão sobre o funcionamento dos ambientes naturais, e a ampliação das redes de monitoramento hidrológico. As redes cooperativas de pesquisa científica e tecnológica estão voltadas para a geração de conhecimentos e inovação. A implementação destas redes para pesquisas hidrológicas no semiárido, na caatinga e no cerrado brasileiro é uma necessidade, por estes serem biomas de grande importância, bem como detentores de nascentes de importantes rios. Este artigo discute os avanços da rede REHIDRO, a sua contextualização hidrológica, instrumentações empregadas nos seus respectivos monitoramentos, e perspectivas de investigações compartilhadas no âmbito da instrumentação, experimentação hidrológica e da modelagem, ressaltando resultados representativos do ponto de vista experimental e numérico. Palavras-Chave monitoramento hidrológico; modelagem hidrológica; gerenciamento de recursos hídricos. HYDROLOGICAL AND SEDIMENTOLOGICAL STUDIES IN EPERIMENTAL AND REPRESENTATIVE CATCHMENTS OF CAATINGA AND CERRADO BIOMES Abstract The sustainable use of water resources is highly relevant for the environmental management and social development, and water scarcity scenarios for near future represent great challengers for the scientific community, stakeholders, and for society in general. To face such questions, a better understanding of the natural processes, and the expansion of monitoring networks are highly required. The cooperative networks for scientific and technological research are focused on the generation of knowledge and innovation. The implementation of these networks for hydrological research in semiarid, caatinga and the Brazilian cerrado is a necessity for these biomes are of great importance, as well as having important sources of rivers. This paper discusses the progress of the REHIDRO network, its hydrological context, instrumentation employed in their respective monitoring and research perspectives shared within instrumentation, the hydrologic experimentation and modeling, highlighting some representative results, not only focusing on experimental efforts, but also on numerical application Keywords hydrological monitoring; hydrological modeling; water resources management. 1 Professor da UFRPE- abelardo.montenegro@yahoo.com.br 2 Professora da UFPE- suzanam.ufpe@gmail.com 3 Pesquisador da EMBRAPA Cerrados- Jorge.werneck-lima@embrapa.br 4 Professor da UNB- skoide@unb.br

2 INTRODUÇÃO Os problemas atuais relacionados ao uso sustentável e conservação de recursos hídricos e à previsão e controle de eventos extremos de precipitação que podem causar enchentes, inundações e secas já representam grandes desafios do ponto de vista de gestão da água. Considerando aspectos futuros como urbanização, incremento populacional, aumento da produção de alimentos e possíveis impactos de mudanças climáticas, esses problemas tendem a se agravar e um dos mais severos impactos pode ser a escassez de recursos hídricos em boa parte do planeta. A UN-Water, a agência da Organização das Nações Unidas (ONU) que coordena ações em assuntos sobre água doce e saneamento, divulgou em 2015 (WWAP, 2015) projeções indicando que até 2030, metade da população mundial poderá enfrentar escassez de água e que a procura pode exceder a oferta em 40%. O mesmo relatório aponta que até 2050 a demanda de água deverá crescer em até 55%, devido a demandas crescentes para produção de bens de consumo, alimentos, geração de energia térmica e uso doméstico. Em regiões como o semiárido do Brasil, a oferta de água já é em geral insuficiente para atender as demandas atuais, mas o quadro pode atingir também grandes centros urbanos, não apenas por aumento de demandas, mas também por problemas relacionados à planejamento incipiente e problemas de gestão. Urbanização crescente, técnicas agrícolas não apropriadas, desmatamento e poluição estão entre as causas apontadas no relatório da UNESCO que dificultam a realização de serviços ambientais pelos ecossistemas, notadamente a produção de água limpa (WWAP, 2015). E essas causas e sua relação com a disponibilidade de recursos hídricos são, na verdade, falhas de gestão. Marengo et al. (2010) afirmam que é equivocado tratar do problema de escassez dos recursos hídricos como uma consequência do um aumento de demanda, destacando que a questão se relaciona com a gestão do recurso. O conceito de water security definido pela UNESCO é a capacidade da população assegurar o acesso adequado à água de qualidade aceitável para suprimento humano e equilíbrio dos ecossistemas em bacias hidrográficas, e garantir proteção eficiente à vida e propriedade contra desastres relacionados como enchentes, deslizamentos, subsidência e secas (UNESCO-IHP 2012), e portanto, coloca diversas dimensões conjuntamente na questão da água. Uma outra definição foi introduzida por Scott et al. (2013), incorporando a dimensão de resiliência: Segurança hídrica constitue a disponibilidade sustentável de água em quantidade e qualidade adequadas para sociedades e ecossistemas resilientes diante das incertezas das mudanças globais. Segundo os autores, a inclusão da dimensão da resiliência permite que a interativa e acoplada dinâmica sociedade-meio ambiente possa reverter um quadro de insegurança hídrica e adequa uma eventual interpretação do caráter não dinâmico da definição. Impõe- se a necessidade de pesquisas para a caracterização dos diferentes sistemas, estudos de processos hidrológicos, experimentação de técnicas não convencionais e previsão de cenários por meio de modelagem matemática, com foco e inserção regional. As redes cooperativas de pesquisas científicas e tecnológicas estão voltadas para a geração de conhecimentos e inovação. A implantação destas para pesquisas hidrológicas no semiárido e no cerrado brasileiro é uma necessidade, por estes serem biomas de grande relevância hidrológica, onde os processos hidrológicos e suas implicações ambientais ainda não são plenamente conhecidos pela comunidade científica. I Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 As pesquisas em pequenas bacias são de grande importância para estudos interdisciplinares de mudanças climáticas e planejamento de uso e ocupação dos solos. Shumman et al. (2010) ressaltam que as redes de pequenas bacias são importantes ferramentas para vários tipos de estudo, por exemplo, validação de modelos de grande escala, avaliação dos aspectos socioeconômicos do ciclo hidrológico, identificação de tendências e mudanças nas respostas dos regimes de escoamento e dos ecossistemas devido as atividades antrópicas e variabilidade climática. Já as bacias representativas, com dimensões de centenas de quilômetros quadrados, possibilitam ações de gestão, envolvendo atividades socioeconômicas que requerem alocações hídricas muitas vezes conflitantes. Desde o ano de 2011, a Rede REHIDRO (Rede Nacional de Bacias Experimentais Finep/CT-Hidro) vem atuando de modo conjunto e buscando compartilhamento de metodologias, sendo composta pelas universidades: UFPE, UFRPE, UFAL, UnB/EMBRAPA CERRADOS e UFS/EMBRAPA TABULEIROS COSTEIROS. Esta rede tem atuado no desenvolvimento de estudos conjuntos com o intuito de melhor conhecer o comportamento hidrológico, bem como desenvolver, adaptar e difundir técnicas para a manutenção dos ambientes e melhor aproveitamento dos recursos de água e solo em áreas sob escassez ou sob forte pressão para o desenvolvimento de atividades antrópicas, tais como os Biomas Caatinga e Cerrado. O presente trabalho apresenta uma síntese dos estudos recentes que vêm sendo desenvolvidos em quatro bacias experimentais e representativas componentes da Rede REHIDRO, duas na Caatinga e duas no Cerrado. MATERIAL E MÉTODOS Neste trabalho serão apresentados relatos de estudos e resultados que vêm sendo desenvolvidos em quatro Bacias Experimentais e Representativas do Projeto REHIDRO (Figura 1). Figura 1. Localização das bacias experimentais e representativas utilizadas no estudo em relação aos biomas brasileiros. Bacia Representativa do Alto Ipanema (PE) I Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 Está localizada no Estado de Pernambuco, na mesorregião Agreste. A Bacia Experimental do Mimoso é uma sub-bacia da Bacia Representativa do Alto Ipanema, ocupando uma área de 194,8 km² e encontrando-se entre os quadrantes e de Latitude Sul, e e de Longitude Oeste. Possui vale aluvial que se localiza ao longo do terraço aluvial do rio Ipanema em uma estreita faixa, é limitado por encostas do embasamento cristalino, relativamente raso, abrangendo 100 ha de perímetro irrigado onde se desenvolve agricultura familiar (FONTES JÚNIOR et al., 2012a). O monitoramento hidrológico da bacia é realizado em 10 pluviômetros automáticos e uma estação agroclimatológica, uma estação fluviométrica, 2 leveloggers e 1 barelogger para monitorar a variação do nível freático, lisímetros de pesagem e drenagem, bem como tanques evaporimétricos. Na região é praticada a agricultura de pequena escala, fazendo uso da irrigação com águas subterrâneas por meio da aspersão e microaspersão, porém ainda sem um devido controle da lâmina aplicada na cultura. Bacia Hidrográfica do Rio Tapacurá (PE) A bacia está localizada em Pernambuco, entre as coordenadas e de longitude oeste e e de latitude sul. Possui área de 471,3 km 2 dividida em doze sub-bacias, sendo as principais aquelas formadas pelos riachos Itapessirica, Natuba, Gameleira e Várzea do Una. Abrange seis municípios: Vitória de Santo Antão, Pombos, São Lourenço da Mata, Gravatá, Moreno e Chã Grande (REHISA, 2004). Os solos predominantes são o Argissolo Vermelho Amarelo seguido do Argissolo Amarelo. Há também, em menor proporção, Gleissolo, Luvissolo, Neossolo Quartzarênico, Neossolo Regolítico e Latossolo Amarelo. A bacia apresenta áreas tanto da zona da mata úmida como do agreste subsumido. É constituída por remanescentes da mata atlântica e alguns remanescentes de caatinga na parte sudoeste da bacia (Duarte et al., 2007). Segundo Braga (2001), a bacia hidrográfica do rio Tapacurá configura-se com policultura e a horticultura, que ocupam 37 % de sua área, seguidas pela pecuária (30,2%) e pela cana-de-açúcar, que ocupa 12,45% da área da bacia. Em menor proporção, as granjas e chácaras ocupam 7,8%, a cobertura vegetal, esta dividida em mata, caatinga, capoeira e áreas de reflorestamento, ocupa 6,4%, e as áreas urbanas ocupam 5,6 % da área total da bacia. Inserida na Bacia do Tapacurá, está a Bacia Experimental do Riacho Gameleira, em Vitória de Santo Antão - Pernambuco, distante 50 km do Recife. É uma sub-bacia do rio Tapacurá, localizada na parte Nordeste da Mesoregião Geográfica do Agreste do Estado de Pernambuco, na latitude 8 o 08 Sul, e longitude de 35º31 Oeste, situada numa área de transição entre a zona da mata e semi-árido e área de drenagem de 17 km 2 (REHISA, 2004). Bacia Representativa do Lago Descoberto (DF) O Lago Descoberto responde por aproximadamente 65% da água utilizada para o abastecimento público da população do Distrito Federal. A Bacia do Lago Descoberto possui 452 km², sendo 30% de sua área inserida no Estado de Goiás (GO) e 70% no Distrito Federal (DF). Esta bacia está localizada entre as coordenadas 15º47 30 e 15º35 0 S e 47º10 30 e 48º2 30 W. I Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 A precipitação média anual oscila entre 1200 e 1800 mm, contudo, destaca-se que aproximadamente 80% do total anual de chuvas ocorre no período de outubro a abril, sendo o restante do ano bastante seco. As temperaturas médias variam entre 19 a 23 C. Já a umidade relativa do ar oscila de acordo com a precipitação, podendo chegar a níveis abaixo de 15% no auge da estação seca. De acordo com a classificação climática de Köppen, o clima da região é tropical de altitude do tipo Cwa. O relevo da bacia é pouco acidentado e os solos da bacia são classificados, em mais de 70% da área, como Latossolos, que nesta região são profundos, bem estruturados e bem drenados. Os Cambissolos ocupam 14% de toda a bacia e, geralmente, estão associados às áreas mais acidentadas do relevo. Em relação ao uso do solo, além das áreas de proteção ambiental criadas para preservar a quantidade e a qualidade da água para abastecimento público, a bacia é utilizada para o desenvolvimento de atividades agropecuárias, com o destaque para a horticultura e a pecuária em pequenas propriedades. Com o rápido aumento da população do Distrito Federal, parte das chácaras desta bacia já se encontra em processo de urbanização. Na área da bacia e seu entorno existem seis estações pluviométricas. A bacia conta com oito estações fluviométricas operadas pela companhia de saneamento local (CAESB). Bacia Experimental do Alto Rio Jardim (BEARJ) (DF) Situada na parte leste do Distrito Federal, entre as latitudes 15,71º e 15,86º S e as longitudes 47,55º e 47,64º W, a Bacia Experimental do Alto Rio Jardim (BEARJ) está numa região mais central da área contínua do Bioma Cerrado (Figura 4), o que minimiza os efeitos das interações com outros Biomas. O Rio Jardim é afluente do Rio Preto, que deságua no Paracatu, importante contribuinte da margem esquerda do Rio São Francisco. A BEARJ possui área de drenagem total de 104,9 km², dividida em duas bacias principais, a do Córrego Estanislau (49,71 km²) e a do próprio Rio Jardim (55,15 km²). O clima na bacia é típico da Região de Cerrado, apresentando duas estações bem definidas: verão chuvoso e inverno seco. Seguindo a classificação de Köppen, o clima da região é do tipo Tropical AW. Em relação aos solos da BEARJ, 76,38% de sua área é de Latossolos, 16,68% de Cambissolos, 2,54% de Plintossolo, 2,41% de Gleissolo, 2,09% de NeossoloQuartzarênico e 0,24% de Afloramentos de Rocha (Lima, 2010). Em termos de instrumentação, a BEARJ possui instalados em sua área os seguintes sistemas de monitoramento: 1 estação climatológica, 4 pluviógrafos, 3 estações fluviométricas automáticas (quantidade, qualidade e sedimentos), e 56 poços piezométricos. Quanto ao uso e a ocupação do solo na área da BEARJ, destaca-se sua inserção na principal região agrícola do Distrito Federal. As principais atividades desenvolvidas na área da bacia são: cultivo de grãos (soja, feijão, milho, sorgo), algodão, cítricos, café, mandioca e hortaliças; além da criação de aves e de gado. Com base em ortofotos referentes ao mapeamento do Distrito Federal para o ano de 2010, realizado pela TERRACAP (Companhia Imobiliária de Brasília), com resolução espacial de 1 metro, e validação em campo, Castro (2013) identificou que cerca de 80% da área da bacia é utilizada para fins agropecuários, sendo apenas 20% da área ainda mantida com vegetação natural. I Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 SÍNTESE DOS ESTUDOS QUE VÊM SENDO REALIZADOS Na Tabela 01 é apresentada uma síntese dos levantamentos e estudos que vêm sendo realizados em cada uma das bacias experimentais e representativas componentes da rede REHIDRO e relacionadas neste trabalho. Tabela 01. Estudos hidrológicos em algumas das bacias experimentais e representativas da Rede REHIDRO nos Biomas Caatinga e Cerrado. TÓPICO ALTO IPANEMA (UFRPE) BACIA HIDROGRÁFICA (Responsável) LAGO TAPACURÁ DESCOBERTO (UFPE) (UnB) ALTO JARDIM (EMBRAPA CERRADOS) Precipitação Interceptação Infiltração Umidade do solo Recarga Evapotranspiração potencial Evapotranspiração real Escoamento superficial Escoamento de base Vazão Erosão Fluxo de sedimentos Águas subterrâneas Estoque de carbono Balanço de energia Variabilidade espacial de atributos hidrológicos Modelagem hidrológica Modelagem hidrossedimentológica Modelagem do fluxo de nutrientes Modelagem de águas subterrâneas Parametrização de modelos Cenários de mudanças de uso do solo Cenários de mudanças climáticas Pagamento por Serviços Ambientais Diversos estudos comparativos vem sendo executados na REHIDRO. Estudos de hidrologia comparativa, seja pelas similaridades ou diferenças nos dados e resultados obtidos, representam importante ferramenta para o avanço no conhecimento das relações causa-efeito entre as características físicas das bacias e seus respectivos comportamentos hidrológicos. Montenegro et al. (2014) apresentaram comparações do comportamento hidrológico das bacias da REHIDRO. Lima et al. (2014) analisaram a aplicação da ferramenta SWAT (Soil Assessmente Tool) nas quatro bacias que são objeto do presente trabalho. O modelo SWAT foi desenvolvido pelo Agricultural Research Service/United States Department of Agriculture (ARS/USDA),é de acesso livre, e possibilita a análise dos efeitos decorrentes dos diferentes usos e manejo do solo, especialmente no que concerne I Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 às práticas agrícolas, em bacias hidrográficas (Sivanpillai et al., 2007). As bacias foram comparadas em relação às suas características de clima, solos, relevo e uso do solo. Por meio da análise de sensibilidade, verificou-se quais parâmetros do modelo SWAT melhor explicam o comportamento hidrológico das regiões de estudo. CONSIDERAÇÕES FINAIS A carência de informações e conhecimento das bacias hidrográficas é fator limitante para o gerenciamento de recursos hídricos. O estudo de processos hidrológicos e sedimentológicos em bacias exprimentais e representativas, através de monitoramento e experimentação, e a modelagem desses processos visa justamente fornecer suporte para a gestão d recursos hidricos visando a segurança hídrica. O presente trabalhou apresentou uma síntese das pesquisas em quatro das seis bacias que compôem a REHIDRO. Destaca- se o desafio da continuidade dos estudos e necessidade de ampliação de parecrias. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à FINEP pelo financiamento do projeto REHIDRO, ao CNPq pelas bolsas PQ, e às equipes institucionais do projeto, da UFRPE, UFPE, UnB e EMBRAPA- Cerrados. BIBLIOGRAFIA CASTRO, K.B. Avaliação do modelo SWAT na simulação da vazão em bacia agrícola do cerrado intensamente monitorada f. Dissertação (Mestrado) Instituto de Geociências Universidade de Brasília, Brasília/DF DUARTE, C. C.; GALVÍNCIO, J. D.; CORRÊA, A. C. B.; ARAÚJO, M. S. B. Análise Fisiográfica da Bacia Hidrográfica do Rio Tapacurá. Revista de Geografia, v. 24, n. 2, p , mai/ago, FONTES JÚNIOR, R. V. P; MONTENEGRO, A. A. A.; MONTENEGRO, S. M. G. L.; SANTOS, T. E. M. (2012). Estabilidade temporal da potenciometria e da salinidade em vale aluvial no semiárido de Pernambuco. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 16, pp LIMA, J. E. F. W.; MONTENEGRO, S. M. G. L.; MONTENEGRO, A. A. de A.; KOIDE, S Comparative hydrology: relationships among physical characteristics, hydrological behavior, and results of the SWAT model in different regions of Brazil. Revista Brasileira de Geografia Física, vol. 07, n.06, pp LIMA, J.E.F.W. Modelagem numérica do fluxo da água no solo e do escoamento de base em uma bacia experimental em área agrícola no Cerrado f. Tese de Doutorado, Programa de Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos Universidade de Brasília, Brasília/DF MONTENEGRO, A. A. A.; MONTENEGRO, S. ; LIMA, J. E. F. W. ; KOIDE, S. ; Aragão, R. ; SOUZA, C. ; CRUZ, M. A. S.. Hydrological studies in experimental and representatove basins in Brazil: the experience of the REHIDRO network. In: 15th Biennial Conference of the I Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 Eurimediterranean Network of Experimental and Representattive Basins, 2014, Coimbra. Book of Abstracts. Coimbra: Intituite of Marine Research- IMAR, p REHISA. Relatório Final da Caracterização das bacias exp. do semiárido, IBESA Implantação de bacias exp. do semiárido para o desenvolvimento de metodologias de avaliação dos balanços hídricos e energéticos em diferentes escalas temporais e espaciais. Projeto integrado UFRN-UFC- UFPB-UFCG-UFRPE-UFPE-UFBA, 2004, 143 p. SCOTT, C.A., F.J. MEZA, R.G. VARADY, H. TIESSEN, J. MCEVOY, G.M. GARFIN, M. WILDER, L.M. FARFÁN, N. PINEDA PABLOS, E. MONTAÑA. (2013). Water security and adaptive management in the arid Americas. Annals of the Association of American Geographers 103(2). SIVANPILLAI, R., R. SRINIVASAN, C.T. SMITH, M.G. MESSINA,.B. WU Estimating regional forest cover in East Texas using Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) data. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 9(2007): UNESCO-IHP (2012). WWAP (United Nations World Water Assessment Programme) The United Nations World Water Development Report 2015: Water for a Sustainable World. Paris, UNESCO. YOUNG, G.; DEMUTH, S.; MISHRA, A.; CUDENNEC, C. (2015). Hydrological sciences and water security: An overview. PIAHS-366, pp I Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8