Calibração do modelo SWAT com evapotranspiração proveniente de sensoriamento remoto e vazão observada

Abstract

Recentemente o uso de modelos hidrológicos distribuídos e semi-distribuídos tem crescido, principalmente devido ao aumento na capacidade de processamento computacional e da disponibilidade de dados espacialmente distribuídos. Sua aplicação na gestão de recursos hídricos, como importante ferramenta de apoio nas tomadas de decisão, requer que as incertezas envolvidas nas estimativas modeladas sejam sempre quantificadas e comunicadas aos seus usuários. Apesar de indissociável, essas incertezas nem sempre são apresentadas nos estudos relacionados. A calibração de modelos hidrológicos utilizando variáveis observadas de maneira espacialmente distribuída, ou diferentes variáveis, pode ser capaz de reduzir as incertezas e contornar o problema da equifinalidade, pois menos conjuntos de parâmetros são capazes de satisfazer os critérios de calibração em todas as áreas simultaneamente. O presente trabalho procura investigar as hipóteses de que as calibrações multi-site e multi-variável são capazes de melhorar o desempenho e diminuir as incertezas da simulação de vazão pelo modelo SWAT. Foram avaliadas diferentes estratégias de calibração, integrando o uso de medições de vazão em múltiplas estações fluviométricas e estimativas de evapotranspiração provenientes de sensoriamento remoto. O modelo foi calibrado e validado na bacia hidrográfica do rio Iguaçu, pelo SUFI-2, utilizando como função objetivo o índice KGE (Kling-Gupta Efficiency). A transferência de parâmetros entre diferentes escalas temporais também foi investigada. Para isto, os parâmetros foram calibrados em escala mensal e validados nas escalas mensal e diária. A evapotranspiração real foi obtida dos resultados da aplicação do METRIC a imagens MODIS por Uda (2016), que produziu estimativas mensais para toda a bacia do rio Iguaçu. Os resultados indicam que a adição de múltiplas estações fluviométricas e/ou da evapotranspiração nas estratégias de calibração leva à diminuição das incertezas na simulação da vazão. Todavia, as calibrações multi-site e multi-variável não levaram a melhorias significativas na performance do modelo na simulação da vazão. As validações em escala diária apresentaram resultados razoáveis em relação às incertezas (fator-p e fator-r) e à função objetivo (KGE>=0,50) para a simulação de vazão. Entretanto, o exutório e algumas subbacias não foram capazes de simular os picos de vazão satisfatoriamente. A transferência de parâmetros entre escalas temporais no SWAT depende de mais estudos.<br>

Abstract : Distributed hydrological models use has recently grown mostly due to the rising computational processing capacity and data availability. Application of hydrological models on water resources management, as important tool for decision making, requires the prediction uncertainty to be evaluated and clearly communicated to users. Despite intrinsic, uncertainty is not always clearly related. The use of multi-variable and/or multi-site calibration on hydrologic distributed models can help reduce equifinality problems, since less parameter sets can satisfy calibration criteria at all sites simultaneously. The present study investigate the hypothesis that multi-site and/or multi-variable calibration are able to improve model performance and reduce prediction uncertainty for streamflow predictions on SWAT model. Different calibration strategies were evaluated, integrating multiple streamflow measurements and evapotranspiration estimates from remote sensing products. SWAT model was calibrated and validated on Iguaçu river basin, using SUFI-2, with Kling-Gupta Efficiency (KGE) as objective function. The transference of parameters among different time steps was also investigated. For that, the model was calibrated only at monthly time step and validated on monthly and daily time steps. Actual evapotranspiration estimates were obtained from Uda (2016), which produced monthly evapotranspiration maps for the entire Iguaçu river basin. Results indicate that the use of multi-site or multi-variable calibration reduces streamflow prediction uncertainty, but no significant performance improvement was observed. Model daily validation results were satisfactory regarding uncertainty (r-factor and p-factor) and the objective function (KGE>=0,50) for the streamflow simulation. On the other hand, the main outlet and some subbasins were unable to correctly simulate flow peaks. Parameter transference between temporal scales for SWAT requires further investigation.