Hydrological simulation using SWAT model in headwater basin in Southeast Brazil

Abstract

Hydrological models are important tools that have been used in water resource planning and management. Thus, the aim of this work was to calibrate and validate in a daily time scale, the SWAT model (Soil and Water Assessment Tool) to the watershed of the Galo creek , located in Espírito Santo State. To conduct the study we used georeferenced maps of relief, soil type and use, in addition to historical daily time series of basin climate and flow. In modeling were used time series corresponding to the periods Jan 1, 1995 to Dec 31, 2000 and Jan 1, 2001 to Dec 20, 2003 for calibration and validation, respectively. Model performance evaluation was done using the Nash-Sutcliffe coefficient (ENS) and the percentage of bias (PBIAS). SWAT evaluation was also done in the simulation of the following hydrological variables: maximum and minimum annual daily flowsand minimum reference flows, Q90 and Q95, based on mean absolute error. ENS and PBIAS were, respectively, 0.65 and 7.2% and 0.70 and 14.1%, for calibration and validation, indicating a satisfactory performance for the model. SWAT adequately simulated minimum annual daily flow and the reference flows, Q90 and Q95; it was not suitable in the simulation of maximum annual daily flows.

Os modelos hidrológicos são ferramentas importantes que vêm sendo utilizadas no planejamento e na gestão dos recursos hídricos. Assim, objetivou-se com este trabalho calibrar e validar, numa escala de tempo diária, o modelo SWAT (Soil and Water Assesment Tool) para a bacia hidrográfica do Córrego do Galo, situada no Estado do Espírito Santo. Para a realização do estudo foram utilizados mapas georreferenciados de relevo, tipo e uso do solo, além de séries históricas diárias de clima e vazão da bacia. Na modelagem foram utilizadas séries temporais correspondentes aos períodos de 1o-1- 1995 a 31-12-2000 e 1º-1-2001 a 20-12-2013, para a calibração e validação, respectivamente. A avaliação do desempenho do modelo foi realizada usando os coeficientes de Nash-Sutcliffe (ENS) e percentual de viés (PBIAS). Também foram feitas avaliações do SWAT na simulação das seguintes variáveis hidrológicas: vazões máximas e mínimas diárias anuais; e vazões mínimas de referência Q90 e Q95, com base no erro médio absoluto. Os valores de ENS e PBIAS foram de 0,65 e 7.2% e 0,70 e 14.1%, na calibração e na validação, respectivamente, indicando desempenho satisfatório do modelo. O SWAT simulou adequadamente as vazões mínimas diárias anuais e as de referência para outorga Q90 e Q95 e não foi adequado na simulação das vazões máximas diárias anuais.