Hydrosedimentological monitoring, dynamics and modeling of two watersheds with milk and grain production

Autor: Ebling, Éderson Diniz
Přispěvatelé: Reichert, José Miguel, Swarowsky, Alexandre, Kemerich, Pedro Daniel da Cunha, Deus Junior, José Carlos de, Cavalli, Jean Pierre
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM
Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)
instacron:UFSM
Popis: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Fundação de Apoio à Tecnologia e Ciência - FATEC Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGS The observation and use of hydrological data represents the key to the resilience and sustainability of the use of water resources and soil. Furthermore, computational modeling techniques can be used as complementary strategies to investigate water and sediment flows in rivers. In this context, the thesis addresses the monitoring of hydrosedimentological processes and the application of modeling tools in two paired rural watersheds, with drainage areas of 1.14 km² (northern watershed) and 0.67 km² (southern watershed), in the southern from Brazil. The southern watershed has 59% more riparian forest than the northern watershed and also more intensive dairy activity. The drainages of the two watersheds are connected to the Passo Real water reservoir, one of the largest reservoirs in southern Brazil, with great importance for energy generation and supply. The first chapter of this thesis deals with the investigation of hydrological and sedimentological processes at the scale of rainfall events in the two paired watersheds. We investigated the effect of riparian vegetation in the two watersheds on surface hydrology and sediment transport. In addition, we investigated the connectivity aspects of these watershed, representative of regional conditions, with the Passo Real reservoir. The southern watershed, even with a smaller size, presented higher surface runoff and peak flow for most of the observed events, even with similar land uses to the northern watershed. On the other hand, the total production of specific sediments was higher for the northern watershed. This behavior can be explained due to the practice of minimum soil disturbance, which means greater disturbance, promoting greater production of sediments. The second chapter addresses the identification of sediment sources. Therefore, knowing the main origin of sediments is valuable information for decision making. The methods for determining the optical emission tracer properties of inductively coupled plasma and X-ray fluorescence confirmed that roads presented the greatest contributions from suspended sediment sources (between 84.3% and 89.2%), followed by crops and drainages, for the two watersheds. The third chapter describes the unprecedented and challenging efforts to apply LISEM to simulate the flow and production of sediments in the study area. We simulated a robust set of various rainfall events, divided into calibration and validation steps. The model satisfactorily represented the hydrology and sediment production of the simulated events for the calibration step. On the other hand, in the validation stage, the model did not adequately represent the processes, except for some events. This result is attributed to the uncertainties related to how the calibrated variables represent the variables observed in the field and, mainly, to the effect of spatial variability on the representation of hydrological processes. Strategies for watershed-scale monitoring, despite being a major challenge in environmental sciences in emerging countries, are also crucial investments to identify changes in hydrological systems, especially in the face of the effects of climate and ecosystem changes. A observação e utilização de dados hidrológicos representam a chave para a resiliência e a sustentabilidade do uso dos recursos hídricos e do solo. Além disso, técnicas de modelagem computacional podem ser utilizadas como estratégias complementares para investigar fluxos de água e sedimento em rios. Nesse contexto, a tese aborda o monitoramento dos processos hidrossedimentológico e a aplicação de ferramentas de modelagem em duas bacias hidrográficas rurais pareadas, com áreas de drenagem de 1,14 km² (bacia norte) e 0,67 km² (bacia sul), no sul do Brasil. A bacia sul possui 59% mais mata ciliar do que a bacia norte e também atividade leiteira mais intensiva. As drenagens das duas bacias são conectadas ao reservatório de água Passo Real, um dos maiores reservatórios do sul do Brasil, com grande importância para geração de energia a abastecimento. O primeiro capítulo desta tese aborda a investigação de processos hidrológicos e sedimentológicos em escala de eventos de chuva nas duas bacias hidrográficas pareadas. Investigamos o efeito da vegetação ribeirinha nas duas bacias sobre a hidrologia de superfície e transporte de sedimentos. Além disso, investigamos os aspectos da conectividade dessas bacias, representativa das condições regionais, com o reservatório Passo Real. A bacia hidrográfica sul, mesmo com tamanho menor, apresentou maior escoamento superficial e vazão de pico para a maioria dos eventos observados, mesmo apresentando usos do solo similares à bacia hidrográfica norte. Por outro lado, a produção total de sedimentos específica foi maior para a bacia norte. Esse comportamento pode ser explicado devido à prática de revolvimento mínimo do solo, o que significa maior perturbação, promovendo maior produção de sedimentos. O segundo capítulo aborda a identificação das fontes de sedimentos. Pois, conhecer a origem principal dos sedimentos é uma informação valiosa para a tomada de decisões. Os métodos de determinação de propriedades traçadoras de emissão óptica de plasma indutivamente acoplado e fluorescência de raios-X confirmaram que as estradas apresentaram as maiores contribuições das fontes de sedimentos suspensos (entre 84,3% e 89,2%), seguido das lavouras e drenagens, para as duas bacias hidrográficas. O terceiro capítulo descreve os esforços inéditos e desafiadores para a aplicação do LISEM para simular o escoamento e a produção de sedimentos na área de estudo. Simulamos um conjunto robusto de vários eventos de chuvas, divididos em etapas de calibração e validação. O modelo representou satisfatoriamente a hidrologia e a produção de sedimentos dos eventos simulados para a etapa de calibração. Por outro lado, na etapa de validação, o modelo não representou adequadamente os processos, salvo em alguns eventos. Esse resultado é atribuído às incertezas relacionadas ao quanto às variáveis calibradas representam as variáveis observadas em campo e, principalmente, ao efeito da variabilidade espacial sobre a representação de processos hidrológicos. Estratégias de monitoramento em escala de bacias hidrográficas, apesar de ser um grande desafio nas ciências ambientais em países emergentes, também são investidas cruciais para identificar mudanças nos sistemas hidrológicos, principalmente diante dos efeitos das mudanças climáticas e ecossistêmicas.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: