Modelagem hidrológica em microbacias de eucalipto e pastagem no Alto Rio Doce

Abstract

Toda mudança de uso do solo provoca alterações no balanço de energia e da água, no entanto, ainda não se conhece, no Brasil, o impacto desta expansão (pastagem para eucalipto). Minas Gerais é o estado com maior área de floresta plantada do país, o aumento da expansão dos plantios de eucalipto se deu em áreas ocupadas por pastagem, devido aos custos mais baixos. As áreas de pastagens, principalmente as que apresentam maiores taxas de degradação do uso do solo, modificam a estruturam da camada superficial. Esta alteração da propriedade física, associada com fatores do relevo, propicia processos de diminuição do tempo da água na bacia de estudo, aumentando o escoamento superficial e diminuindo a infiltração de água no solo. Já florestas plantadas regularizam as vazões. Neste contexto, o presente trabalho analisou a influência da dinâmica de uso do solo comum na implantação de cultivos comerciais de eucalipto sobre os recursos hídricos atravésde dados observacionais e modelagem hidrológica. Os procedimentos metodológicos utilizados foram a revisão bibliográfica, a pesquisa documental, e a coleta de dados em campo. O trabalho foi realizado para o ano de 2014 em 2 microbacias localizadas no leste de Minas Gerais, uma cultivada com plantio comercial de eucalipto e outra localizada com solos degradados sob pastagem. A floresta é composta por híbridos de eucalipto grandisx urophyllaaos 2 anos de idade. A microbacia com pastagem é cultivadas com Brachiariadecumbens há mais de 30 anos. Os dados micrometeorológicos foram coletados por sensores instalado no interior da microbacia de pastagem e para a microbacia de eucalipto, foi utilizado dados da estação meteorológica próxima do local. A vazão do curso d’água foi medida por um linígrafo do tipo Thalimedes instalado em um vertedouro triangular na saída de cada microbacia. As características do relevo das microbacias foram extraídas do modelo digital de elevação fornecido pelo satélite da Shuttle Radar TopographyMission –SRTM versão 3, em resolução de 30 m, tratado para remoção da influência da vegetação e preenchimento de descontinuidades. O modelo digital de elevação foi interpolado para a resolução 2x2 metros. A evapotranspiração foi estimada pela equação de Penman-Monteih pela resistência estomática do dossel. O estudo da vazão foi realizado no período do ano de 2014, com base na vazão mínima diária, média e máxima. A modelagem do balanço hídrico foi realizada na escala diária, considerando como a principal entrada de água a precipitação pluvial e as principais saídas a evapotranspiração e a lamina de escoamento superficial. O desempenho do modelo de balanço hídrico foi avaliado pela água disponível no solo medidos em campo pelo método gravimétrico e pelo déficit de saturação calculo pelo modelo TOPMODEL. A partir dos dados obtidos, conclui-se que a distribuição da precipitação em relação a média mensal para a área de estudo esteve dentro da normal climatológica para o ano de 2014, verificando-se 98,9 % da chuva esperada para a região de Cocais (MCE) e 98,2% da chuva para a região de Santa Cruz (MPD) ; para ambas as microbacias, foram encontradas para os meses de abril a setembro o período de estiagem e para os meses de outubro a março o período de estação chuvosa; a evapotranspiração real do eucalipto foi maior que a pastagem, sendo encontrada maior evapotranspiração real de 2,12 mm dia -1 para a MCE0,95 mm dia -1 para MPD; a microbacia de pastagem possui menor declividade que a microbacia de eucalipto; na modelagem hidrológica foi encontrado maior condutividade de água no solo para a microbacia de eucalipto comparado a microbacia de pastagem; a microbacia de pastagem apresentou maior taxa de escoamento superficial que a microbacia de eucalipto; a microbacia de eucalipto apresentou como importante regulador de vazão, mantendo o fluxo base contínua e praticamente homogêneo entre os meses do ano, enquanto verificou-se grandes variações nas vazões da microbacia de pastagem; o modelo TOPMODEL não foi capaz de simular de forma adequada o armazenamento de água no solo para ambas as bacias, necessitando de ajuste dos valores modelados.

Every change of use of the land implies alterations in the water and energy balances, however, it is still unknown in Brazil the impact of this expansion (from pasture to eucalyptus). Minas Gerais is the state with the largest planted forest area of the country, the increase in the expansion of eucalyptus plantation happened in areas formerly occupied by pasture due to lower costs. The pasture areas, especially the ones that presented higher rates of ground use degradation, modified the structure of the superficial layer. This physical property alteration, associated with terrain factors, allows processes of diminish of the water time in the studied watershed, increasing the superficial flow and lowering the water infiltration on the ground. On the other hand, planted forests adjust the flow rate. In this context, the current paper analyzed the influence of the common land use dynamics in the implementing of eucalyptus commercial cultivation over the water resources using observational data and hydrologic modeling. The methodologic procedures used were literature review, documentary research, and field data collecting. This paper was performed for the year of 2014 in two microwatersheds localized in the east of Minas Gerais, one cultivated with eucalyptus commercial plantation and other localized with degraded ground under pasture. The forest is composed by eucalyptus hybrids Grandisx urophylla at 2 years old. The microwatershed with pasture is cultivated with Brachiaria decumbens over more than 30 years. The micrometereological data were collected by sensors installed in the interior of the microwatershed with pasture and for the microwatershed with eucalyptus, it was used data from the metereological station nearby. The flow rate of the watercourse was measured by a Thalimedes type linigrafo installed in a triangular spillway in the end of each microwatershed. The terrain characteristics of the microwatersheds were extracted from the digital model of elevation provided by the satellite of Shuttle Radar Topography Mission – SRTM, version 3, in resolution of 30m, treated for removal of the vegetation influence and filling of discontinuities. The digital model of elevation was interpolated to the resolution of 2x2m. The evapotranspiration was estimated by the Penman-Monteih equation by the stomatal resistance of the canopy. The flow rate study was performed during the year of 2014, using as basis the minimal daily flow rate, medium and maximum. The modeling of the hydric balance was done in the daily scale, considering as the principal water entry the pluvial precipitation and as principal outs the evapotranspiration and the runoff blade. The performance of the hydric balance model was evaluated by the available water in the ground measured by the gravimetric method and by the saturation deficit calculated by the TOPMODEL model. Using the obtained data, it is concluded that the precipitation distribution in relation to the monthly medium to the studied area was under the climatologic limit for the year of 2014, verifying 98.9% of the expected rain for the Cocais region (MCE) and 98.2% of the expected rain for the Santa Cruz region (MPD); to both microwatersheds, it was found for the months from April to September the drought period and for the months from October to March the rainy season period; the real evapotranspiration of the eucalyptus was higher than the pasture, with the findings of the highest real evapotranspiration of 2.12 mm dia -1 to the MCE and of 0.95 mm dia -1 to the MPD; the pasture microwatershed has lower declivity than the eucalyptus microwatershed; in the hydrologic modeling was found more water conductivity on the ground to the eucalyptus microwatershed comparing to the pasture microwatershed; the pasture microwatershed presented higher superficial flow rate than the eucalyptus microwatershed; the eucalyptus microwatershed presented itself as an important regulator of the flow rate, maintaining the basis flow continuous and virtually homogeneous amongst the months of the year, while great variations were identified in the flow rates of the pasture microwatersheds; the TOPMODEL model was not capable of simulating properly the water storage in the ground for both the watersheds, requiring the adjustment of the modeled data.