Uso do modelo Swat e modelos de clima na análise da disponibilidade hídrica: um estudo com bacias de Santa Catarina

Abstract

Este estudo fornece uma estrutura abrangente e uma avaliação atualizada das abordagens necessárias para realização de estudos que visam o cálculo das disponibilidades hídricas atuais e futuras em uma região específica. O modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT) juntamente com modelos de clima (General Circulation Models ? GCMs) foram aplicados em nove bacias do estado de Santa Catarina objetivando o cálculo das variáveis hidrológicas no passado e futuro. Especificamente, a abordagem foi baseada na identificação da resolução ideal dos dados de chuva; calibração e validação do modelo SWAT; redução da quantidade de GCMs utilizados na aplicação das projeções futuras; correção da evapotranspiração; e integração do SWAT (parâmetros calibrados) com os GCMs (dados de precipitação e temperatura). Na investigação da resolução espacial dos dados de chuva e sua influência na resposta hidrológica do modelo SWAT, os resultados confirmam a importância de uma representação confiável da variabilidade espacial da chuva, e que para anos secos, o detalhamento da rede de monitoramento deve ser mais preciso. O SWAT foi calibrado e validado de maneira eficiente, e obteve bons resultados para dois métodos de cálculo da evapotranspiração potencial, com o método de Penam-Monteith apresentando pequena melhora em relação ao de Hargreaves. Para a representação das condições futuras de precipitação e temperatura no estado de Santa Catarina, foram selecionados oito GCMs que apresentam diferença menor que 50% entre as distribuições estatísticas dos dados observados e a rodada histórica. Embora os dados brutos e corrigidos dos GCMs apresentem a mesma relação de aumento ou diminuição do volume de chuva em relação à média anual observada, os dados corrigidos apontam melhora significativa, na representação das séries históricas, quando aplicado um método de correção de viés. As projeções futuras indicam que a produção de água para as bacias estudadas aumentará durante a estação úmida e diminuirá durante a estação seca.

Abstract: This study provides a comprehensive framework and an up-to-date assessment of the approaches needed to conduct studies that aimed the water availability future projections in a specific region. I applied the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model together with Global Circulation Models (GCMs) to nine watersheds in Santa Catarina state, in order to calculate the hydrological variables for past and future. Specifically, the approach was based on identifying optimal rainfall data resolution; SWAT calibration and validation; reducing the amount of GCMs used for future projections; evapotranspiration correction; and integrating SWAT (calibrated parameters) with GCMs (precipitation and temperature data). In the investigation of the spatial resolution of the rainfall data and its influence on the hydrological response of the SWAT model, the results confirm the importance of a reliable representation of the spatial variability of the rainfall, and that for some periods, such as dry years, the detailing of the water network. Rain must be more accurate. The SWAT was efficiently calibrated and validated and yielded good results for two potential evapotranspiration calculation methods, with the Penam-Monteith method showing slight improvement over Hargreaves. To represent future precipitation and temperature conditions in the state of Santa Catarina, eight GCMs were selected with a difference of less than 50% between statistical distribution in the observed data and the historical round. Although the raw and corrected GCMs data show the same ratio of increase or decrease in rainfall volume compared to the observed annual average, the corrected data show significant improvement in the representation of historical series, when a bias correction method is applied. Future projections indicate that water production for the studied basins will increase during the wet season and decrease during the dry season.