Análise do Escoamento e da Erosão do Solo Simulados com o Modelo KINEROS2 ao Longo da Bacia do Rio Japaratuba- Mirim - Sergipe Ricardo de Aragão Eduardo Eneas de Figueiredo Vajapeyam S. Srinivasan Marcus Aurélio Soares Cruz Laércio Leal dos Santos Universidade Federal de Sergipe UFS Universidade Federal de Campina Grande UFCG EMBRAPA Tabuleiros Costeiros EMBRAPA - CPATC
Objetivo Analisar o escoamento superficial e a erosão do solo, simulados com o modelo KINEROS2 ao longo da bacia do rio Japaratuba Mirim.
Bacia do Japaratuba Área de Estudo Posto Faz. Pão de Açucar Rio Japaratuba-Mirim área de 136,5 km 2 Posto Faz. Cajueiro Posto Faz. Pão de Açucar Área=1687,67 km 2
CLIMA Agreste -P =800mm -E = 700 mm -Coberturas: Pastagem; cana-de-açúcar; - Solos: Podzólicos; latossolo
Características do modelo KINEROS2 (kinematic runoff and erosion model) Modelo de base física e distribuido; Baseado em Evento; A bacia (Area ~ 100 km 2 ) é representada através de um conjunto de planos e canais; Simula o escoamento superficial e a erosão do solo para cada elemento da bacia; A propagação do escoamento tem por base a equação de Saint-Venant, resolvida numericamente com a aproximação da onda cinemática. Bacia discretizada em planos e canais (Kibler and Woolhiser, 1970)
Equação de Infiltração (Smith e Parlange, 1978) f 1 + α I / B ; c = K s α e 1 B = ( G hmax )( θs θi) G 0 K( Ψ) = dψ Ks
Fluxo nos planos h t + Q x = q( x, t) Conservação da Massa m Q = ah Manning (Onda cinemática) h t + amh m 1 h x = q( x, t)
Fluxo nos canais ), ( 1 t x q x A amr t A m = + ), ( t x q x Q t A = + A ar Q m 1 = Conservação da Massa Manning (Onda cinemática)
Erosão Conservação da Massa ( AC ) ( QC ) t s + s e( x, t) = q ( x, t) s x
Erosão nos Planos e s = c f e ( c h h i 2 ) Erosão nos Canais e h = c o ( C C )A m s C s C m (erosão) C s > C m (deposição) C = d 0,05 ( S 1) S Sh g 2 ( Ω 0,004) m (Engelund & Hansen, 1967)
Parametros do Modelo Coeficiente de rugosidade de Manning (n); Condutividade hidráulica efetiva(ks); Potencial de capilaridade (G); Saturação inicial relativa (Si); Distribuição dos tamanho dos poros (λ); Porosidade (φ); Constante relacionada as características do solo (Cf); Coeficiente de taxa de transferência, relacionado ao tipo de solo (Co). Alguns destes parâmetros podem ser obtidos a partir da Textura do solo e sua distribuição granulométrica (D 50 ) e comparadas com informações da literatura (Rawls et al., 1982; Chow, 1954; Chow, 1988; Iman, 2000). Portanto: n=0,03 para canais) e entre 0,17< n <0,40 para os planos, a depender da cobertura vegetal do solo; Cf = 1000 (calibração) Co = 0,01 (calibração)
Parametrização n plano Efetiva Horizonte Textura (φ) Saturação 0,24 A Franco Arenosa λ G (mm) Ks (mm/h) 0,453 0,412 0,38 130 26 A Franco 0,463 0,434 0,25 110 13 A Franco Areno Argilosa 0,40 A Franco Arenosa 0,398 0,330 0,32 260 4,3 0,453 0,412 0,38 130 26 A Franco 0,463 0,434 0,25 110 13 A B Franco Areno Argilosa Franco Argilosa (Fonte: Rawls et al., 1982) 0,398 0,330 0,32 260 4,3 0,464 0,390 0,24 260 2,3
Dados Disponiveis Dados sobre uso do solo, vegetação, localização dos postos pluviométricos, fluviométricos, são provenientes da Secretaria de Recursos Hídricos -SE. Os dados de precipitação e clima (evaporação, temperatura) cobrem o período de 1990 a 2005 e são provenientes da estação Faz. Exp. Pirangi latitude 10º29 Sul e longitude 37º04 Oeste (código ANA - 01037078) ; Os dados de vazão média são do período 1973 a 2005, foram coletados na estação Faz. Pão de Açúcar (curso principal do rio Japaratuba-Mirim), com área de contribuição de 136,5 km 2 ; Do período acima, hidrogramas relativos a eventos de pequenos, médios e grandes magnitudes foram selecionados, num total de 12 eventos; Os dados de altimetria, em espaçamento de 90 m x 90 m, são oriundos da missão topográfica radar Shuttle SRTM (Miranda, 2005).
E 1 2 3 4 5 6 Data Eventos utilizados na análise e suas características P Q pico Vol. LO E Data P Q pico VOL LO (mm) m 3 /s m 3 mm (mm) m 3 /s m 3 mm 30/05 A 01/06/01 37,91 3,06 433123,2 3,17 7 05/05 a 11/05/02 77,42 16,38 1955232 14,32 8 23/05 a 27/05/02 44,55 7,47 1066176 7,81 9 02/07 a 06/07/02 39,68 16,93 2434752 17,83 10 09/07 a 12/07/02 26,54 11,24 1931040 14,14 11 03/11 a 08/11/03 173,84 40,37 7149600 52,36 12 10/01 a 14/01/04 87,71 2,14 298944 2,19 15/01 a 21/01/04 89,09 10,45 3279744 24,02 26/01 a 02/02/04 140,10 20,21 7391520 54,13 29/06 a 01/07/04 33,41 5,03 691200 5,06 29/03 a 31/03/05 49,25 1,85 551232 4,04 01/05 a 06/05/05 136,50 55,12 13093056 95,88 E- Evento, Q pico - vazão de pico, Vol.-volume escoado, LO - Lâmina escoada
Parametrização Considerando o tipo de solo e os horizontes, duas abordagens foram empregadas visando determinar o melhor conjunto de parâmetros que faça com que o modelo simule o escoamento superficial, vazão de pico e volume escoado o mais próximo do observado: Para o solo com um horizonte: Si = 0.65, G =200 mm, φ = 0.464, n plano =0,24 ou 0,40 e n canal =0,035 Ks foi calibrado, através de tentativa e erro, procurando, num primeiro momento, fazer com que o modelo simulasse a lâmina escoada e, num segundo momento, que o mesmo simulasse o valor de vazão de pico observada. Desta forma, tem-se dois conjuntos de valores Ks calibrado. Para o solo com dois horizontes: (Horizonte A= 30 cm e horizonte B infinito) Os valores dos parâmetros foram fixados como listados na Tabela a seguir e Si foi calibrado por tentativa e erro procurando fazer com que o modelo simulasse o volume escoado:
Metodologia A bacia foi discretizada em 64 planos e 26 canais, num total de 90 elementos. Simulações foram realizadas com resultados obtidos para cada bacia de contribuição dos canais 61, 66, 80 e 90, com áreas de contribuição 37,30 km 2, 57,70 km 2, 79,45 km 2, 136,55 km 2 respectivamente; Os parâmetros principais do modelo foram calibrados via tentativa e erro procurando fazer com que o modelo reproduza o mais próximo possível, lâmina escoada, vazão de pico, volume escoado;
Discretização da sub-bacia do rio Japaratuba-Mirim em 93 elementos Geometria de planos e canais (64 planos e 26 canais) Canal 61 Canal 66 Canal 73 Canal 80 Canal 18 Canal 83 Canal 90
120 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120 Laminas 60 50 Picos 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60
20 18 A- Simulação de lâmina B- Simulação de vazão de pico 2.5 16 2 14 Q (m 3 /s) 12 10 8 Q-Channel 61 Q-Channel 66 Q-Channel 80 Q-Channel 90 Hidrograma Obs Q (m 3 /s) 1.5 1 Q-Channel 61 Q-Channel 66 Q-Channel 80 Q-Channel 90 Hidrograma Obs 6 4 0.5 2 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Tempo (min) C- Simulação de volume 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Tempo (min) Hietograma do evento Hidrogramas observado e calculados para a simulação de lâmina (A), vazão de pico (B) e volume (C) para o evento 7 ocorrido no intervalo 10 a 14/01/2004 e o respectivo hietograma (D)
LC (mm) 4 3 3 2 2 Efeito de escala na lâmina escoada e na produção de sedimentos Evt07-sat-volum Evt07-ks-lam Evt07-ks-Qp Variação da lâmina calculada para diferentes sub-bacias e para o evento 7 1 1 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Area (km 2 ) Produção de sedimentos calculada para diferentes sub-bacias e para o evento 7
Conclusões O modelo KINEROS2 representou melhos os picos de vazões do que as laminas; O modelo não representou bem a distribuição do escoamento (hidrogramas); O efeito de amortização do escoamento ao longo da bacia foi consistentemente simulado pelo modelo;
Agradecimentos: Os autores são gratos a: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNPq; Universidade Federal de Sergipe UFS Universidade Federal de Campina Grande UFCG Agência Nacional de Águas ANA Secretaria de Recursos Hídricos do Estado de Sergipe Centro de Meteorologia do Estado de Sergipe Embrapa tabuleiros costeiros Muito obrigado!!!
Seção rio Japaratuba