Impacts of land use and land cover on sediment production in a tropical peri-urban water source area
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Keywords

Erosion
Water balance
SWAT
Land use and land cover

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JOVINO, E. S.; ANGELINI, R.; BRESSIANI, D. A.; CUNHA, K. P. V.; COSTA, C. W. Impacts of land use and land cover on sediment production in a tropical peri-urban water source area. Sociedade & Natureza, [S. l.], v. 34, n. 1, 2022. DOI: 10.14393/SN-v34-2022-64640. Disponível em: https://seer.ufu.br/index.php/sociedadenatureza/article/view/64640. Acesso em: 26 oct. 2024.

Abstract

The change of natural landscapes by anthropic activities is the main reason for the erosion deepening. Thus, it is necessary to know the processes that determine the hydrological balance to avoid erosion in this context. Due to the complexity of a basin and the need of making predictions, the development of mathematical models is essential for decision making. Among the existing models, the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) is one of the most utilized models worldwide. Thus, the present study aims to compare the land use between different periods and quantify the soil loss in a basin (Feijão River, in the Brazilian southeast), using the SWAT + model, as also to provide guidance to decision making by determining priority areas to improve water quality. The simulation was performed by dividing the basin into sub-basins and assigning multiple HRUs. The metrics used to analyze the model's efficiency indicate that the results were satisfactory, Nash-Sutcliffe (NSE) of 0.53 and 0.54 for calibration and validation of streamflow, respectively. The model represented in this study can help guide future planning for land use and occupation of the basin, enabling the forecast of different scenarios and their possible impacts on water production.

https://doi.org/10.14393/SN-v34-2022-64640
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References

ANJINHO, P. da S.; BARBOSA, M. A. G. A.; COSTA, C. W.; MAUAD, F. F. Environmental fragility analysis in reservoir drainage basin land use planning: a brazilian basin case study. Land Use Policy, [S.L.], v. 100, p. 104946-11, 2021. http://dx.doi.org/10.1016/j.landusepol.2020.104946.

ANA - Agência Nacional de Águas. Dados hidrológicos - Registros históricos de precipitação e vazão. Brasil, 2012. Disponível em: https://www.snirh.gov.br/hidroweb/serieshistoricas. Acesso em: jan. de 2020.

ARNOLD, J.; WILLIAMS, J.; MAIDMENT, D. Continuous-time water and sediment-routing model for large basins. Journal of Hydraulic Engineering, 121, 171-183, 1995. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1995)121:2(171).

ARNOLD, J. G.; MORIASI, D. N.; GASSMAN, P. W.; ABBASPOUR, K. C.; WHITE, M. J.; SRINIVASAN, R.; SANTHI, C.; HARMEL, R. D.; VAN GRIENSVEN, A.; VAN LIEW, M. W.;KANNAN, N.; JHA, M. K. SWAT: Model Use, Calibration, and Validation. Trans. ASABE, 55(4): 1491-1508, 2012. ISSN 2151-0032. https://doi.org/10.13031/2013.42256.

ALVARES, C. A., STAPE, J. L., SENTELHAS, P. C., GONCALVES, J. L. de M., & SPAROVEK, G. (2013). Köppen’s climate classification map for Brazil. Meteorologische Zeitschrift, 22(6), 711-728. https://doi.org/10.1127/0941-2948/2013/0507

ALVIM, A. T. B.; KATO, V. R. C.; ROSIN, J. R. G. A urgência das águas: intervenções urbanas em áreas de mananciais. Cad. Metrop. [online], v.17, n.33, p. 83-107, 2015. ISSN 2236-9996. https://doi.org/10.1590/2236-9996.2015-3304.

ACCORSI, O. J.; LIMA, E. F. P.; ALCOFORADO, L. F.; LONGO, O. C. Estudo do comportamento da cota mínima do rio Acre nos últimos 43 anos e as consequências para o assoreamento futuro do rio. Geociências, v. 36, n 2, p. 315 - 324, 2017. https://doi.org/10.5016/geociencias.v36i2.10882

BAIHUA FU, MERRITT, WS, CROKE, BFW, WEBER, T., & JAKEMAN, AJ. A review of catchment-scale water quality and erosion models and a synthesis of future prospects. Environmental Modelling & Software,2019. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2018.12.008

BLAINSKI, E. et al. Simulação de cenários de uso do solo na bacia hidrográfica do rio Araranguá utilizando a técnica da modelagem hidrológica. Revista Agropecuária Catarinense, v.24, n.1, 2011.

IBGE. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Folha Topográfica de São Carlos (SF-23-Y-A-I-1). Brasil, 1971, Escala 1:50.000.

IBGE. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Base de informações do censo demográfico 2017. Brasil, 2017. Disponível em: https://cidades.ibge.gov.br/?lang=. Acesso em: nov de 2019.

IBGE. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Malha Municipal. Brasil, 2020. Disponível em: https://www.ibge.gov.br/geociencias/organizacao-do-territorio/malhas-territoriais/15774-malhas.html?=&t=acesso-ao-produto. Acesso em: jan de 2020.

BRESSIANI, D. A.; GASSMAN, P. W.; FERNANDES, J. G.; GARBOSSA, L.; SRINIVASAN, R.; BONUMA, N. B. et al. A review of Soil and Water Assessment Tool (SWAT) applications in Brazil: challenges and prospects. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, v. 8, n. 3, p. 1-27, 2015. http://doi.org/10.3965/j.ijabe.20150803.1765.

BRIGHENTI, T. M.; BONUMÁ, N. B.; CHAFFE, P. L. B.; GRISON, F.; KOBIYAMA, M. Análise de Sensibilidade como primeiro passo para Modelagem Hidrológica: Estudo de caso com o Modelo SWAT. Associação Brasileira de Recursos Hídricos (ABES). XXII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 2017.

BIEGER, K.; ARNOLD, J. G.; RATHJENS, H.; WHITE, M. J; BOSCH, D. D.; ALLEN, P. M.; VOLK, M.; SRINIVASAN, R. Introduction to SWAT +, A completely restructured version of the soil and water assessment tool. Journal of the American Water Resources Association (JAWRA), p. 1-16, 2016. https://doi.org/10.1111/ 1752-1688.12482.

CARVALHO, F. H. Uso do modelo SWAT na estimativa da vazão e da produção de sedimentos em bacia agrícola do Cerrado brasileiro. Dissertação (Mestrado em Agronomia). Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Brasilia, 2014.

CASADO, A.P.B. et al. Evolução do processo erosivo na margem direita do rio São Francisco. Brazilian Journal of Soil Science, v.26, n 1, p.231-239, 2002. https://doi.org/10.1590/S0100-06832002000100024

CLIMATE-DATA.ORG. Clima: São Carlos (BRASIL). Disponível em: https://pt.climate-data.org/america-do-sul/brasil/sao-paulo/sao-carlos-4818/#climate-graph. Acesso em: 20 dez. 2020.

CHREA – Centro de Recursos Hídricos e Estudos Ambientais. Dados climatológicos - Registros históricos de dados climatológicos de estação convencional. Brasil, 2020. Disponível em: https://sites.usp.br/climatologia/pesquisas/estacao. Acesso em: jan. de 2020.

COSTA, C. W.; DUPAS, F. A.; PONS, N. A. D. Regulamentos de uso do solo e impactos ambientais: avaliação crítica do plano diretor participativo do município de São Carlos, SP. Geociências, v. 31, p. 143-157, 2012.

COSTA, C. W. Mapeamentos Geoambientais, em escala 1:50.000, aplicados em análises de planejamento territorial de manancial periurbano: bacia do Ribeirão do Feijão, São Carlos, SP. Tese (doutorado)- Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2017.

COSTA C.W., LORANDI R., LOLLO, J.A., IMANI, M., DUPAS, F.A. Surface runoff and accelerated erosion in periurban wellhead area in southeastern Brazil. Environmental Earth Sciences, v. 77, p. 1-18, 2018. http://dx.doi.org/10.1007/s12665-018-7366-x

COSTA, C. W. Expansão da mancha urbana e suas consequências sobre os mananciais do rio monjolinho e do ribeirão do feijão da cidade de São Carlos, SP. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2010.

CUNHA, T. P. S. (no prelo). Priorização espacial para implantação de programas de pagamento por serviços ambientais na bacia do Ribeirão do Feijão, São Carlos-SP. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental, Natal, RN, 2021.

CUIABANO, M. N, et al. Vulnerabilidade ambiental à erosãohídrica na sub-bacia do córrego do guanabara/ reserva do Cabaçal- MT, Brasil. São Paulo, UNESP, Geociências, v. 36, n. 1, p. 138-156, 2017. https://doi.org/10.5016/geociencias.v36i1.12301

DECHEN, S. C. F.; TELLES, T. S.; GUIMARAES, M. F.; MARIA, I. C. Perdas e custos associados à erosão hídrica em função de taxas de cobertura do solo. Bragantia, v. 74, n. 2, p. 224-233, 2015. http://dx.doi.org/10.1590/1678-4499.0363.

DUPAS, F. A. Crescimento urbano e suas implicações ambientais: redirecionamento de cidades de médio porte utilizando as variáveis ambientais, sensoriamento remoto e SIG - Estudo do caso de São Carlos, SP. Relatório final de pesquisa de Pós-doutoramento FAPESP, Universidade Federal de São Carlos, Departamento de Engenharia Civil, Engenharia Urbana, 2001. 61 p.

EUROPEAN SPACE AGENCY. Sentinel-2: ESA’s Optical High-Resolution Mission for GMES Operational Services, 2020.

FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations). Status of the World’s Soil Resources. Chapter 7: The impact of soil change on ecosystem services, p. 169- 222, 2015. Disponível em: http://www.fao.org/3/i5199e/I5199E.pdf. Acesso em: dez de 2019.

FRANCO, A. C. L. Calibração do modelo SWAT com evapotranspiração proveniente de sensoriamento remoto e vazão observada. Dissertação (Mestrado), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis. 2017

FURQUIM, S. A. C. Interações entre modelo e solo no transecto do Espraiado, São Pedro/SP. Dissertação (Mestrado) – Departamento de Geografia, Faculdade de Filosofia, Letras e Ciências Humanas, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2002.

GASSMAN, P. W.; SADEGHI, A. M.; SRINIVASAN, R. Applications of the SWAT Model Special Section: Overview and Insights. J Environ Qual, 43 (1): 1–8, 2014. https://doi.org/10.2134/jeq2013.11.0466

GASSMAN, P. W.; REYES, M. R.; GREEN, C. H.; ARNOLD, J. G. The soil and water Assessment Tool: Historical Development, Applications, and Future Research Directions. Transactions of the ASABE 50(4): 1211-1250, 2007. https://doi.org/10.13031/2013.23637

IAC. Instituto Agronômico de Campinas. Solos do Estado de São Paulo, 2016. Disponível em: http://www.iac.sp.gov.br/solossp

INMET - Instituto Nacional de Meterologia. Banco de Dados Metológicos para Ensino e Pesquisa (BDMEP). Banco de Dados Climáticos para Pesquisa e Educação. Disponível em: http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=bdmep/bdmep. Acesso em: dez de 2019.

JENSEN, J. R. Sensoriamento remoto do ambiente: Uma perspectiva em recursos terrestres. São José dos Campos, SP. 598p., 2009.

JOVINO, E. S. Impactos do uso da terra na produção de sedimentos em Bacia Hidrográfica Tropical. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental, Natal, RN, 2021.

LONGLEY, PAUL A. ET AL. Sistemas e ciência da informação geográfica. 3.ed. Porto Alegre: Bookman, 2013. 540 p. ISBN: 9788565837699.

JAXA/METI. ALOS PALSAR: MDE – Banda L. 2011. Disponível em: https://asf.alaska.edu/.

KEESSTRA, S, et al. The superior effect of nature based solutions in land management for enhancing ecosystem services. Science Total Environment, 610, p 997-1009, 2018. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.08.077.

LIU, Dedi. A rational performance criterion for hydrological model. Journal of Hydrology, 590 (3): 125488, 2020. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.125488.

LOPES, N. H. Y. Análise da produção de água e sedimentos em microbacias experimentais utilizando o modelo SWAT. Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal de Santa Catarina, 2008, 164p.

MORIASI, D.; ARNOLD, J.; VAN LIEW, M.; BINGNER, R.; HARMEL, R.; VEITH, T. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Trans. ASABE, 50(3), 885-900, 2007. http://dx.doi.org/10.13031/2013.23153

NETO, J. R. de A. Impacto de alterações físico-climáticas sobre a resposta hidrossedimentológica de uma bacia semiárida: uso do modelo SWAT. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.

NEITSCH, S.L., et al. Soil and Water Assessment Tool Input Output, file documentation. Version 2005. Temple, TX: USDA-ARS Grassland Soil and Water Research Laboratory, 2004.

NEITSCH, S.L., et al. Soil and Water Assessment Tool Theoretical documentation. Version 2005. Temple, TX: USDA-ARS Grassland Soil and Water Research Laboratory, 2005.

NEITSCH, S. L.; ARNOLD, J. G.; KINIRY, J. R.; WILLIANS, J. R. Soil and water assessment tool: theoretical documentation version 2009. Temple: Blackland Research Center, p. 541, 2009.

NISHIYAMA, L. Mapeamento geotécnico preliminar da quadrícula de São Carlos – SP. 1991. 228 f. Dissertação (Mestrado em Geotecnia). Escola de Engenharia de São Carlos. USP, 1991.

OLIVEIRA, E. Z.; MORAES, M. C. P.; FAUSTINO, A. S.; VASCONCELOS, A. F.; COSTA, C. W.; MOSCHINI, L. E.; MELANDA, E. A.; JUSTINO, E. A.; LOLLO, J. A.; LORANDI, R. Multi-temporal analysis of land use land cover interference in Environmental Fragility in a Mesozoic basin, southeastern Brazil. Groundwater for Sustainable Development, v. 12, p. 100536, 2020. https://doi.org/10.1016/j.gsd.2020.100536

OLIVEIRA, J. B. Levantamento pedológico semidetalhado do estado de São Paulo: quadrícula de São Carlos. II. Memorial Descritivo, por João Bertoldo de Oliveira & Hélio do Prado. Campinas, Instituro Agronômico, 1984.

OLIVEIRA, J. B. Levantamento pedológico semidetalhado do estado de São Paulo: Quadrícula de Ribeirão Preto. II. Memorial Descritivo, por João Bertoldo de Oliveira e Hélio do Prado. Campinas, Instituro Agronômico, 1987.

PASSOS, F. O. Avaliação de impactos de mudanças no uso e manejo do solo sobre as vazões da bacia do Ribeirão José Pereira, utilizando o modelo SWAT. Dissertação (Mestrado em Meio Ambiente e Recursos Hídricos) – Programa de Pós-Graduação em Meio Ambiente e Recursos Hídricos, Universidade Federal Itajubá, Itajubá, 2017.

PERAZZOLI, M.; PINHEIRO, A.; KAUFMANN, V. Efeitos de cenários de uso do solo sobre o regime hídrico e produção de sedimentos na bacia do Ribeirão Concórdia-SC. Revista Árvore, Viçosa, MG, v.37, p.859-869, 2013. https://doi.org/10.1590/S0100-67622013000500008.

PINHEIRO, A. “Monitoramento e avaliação da qualidade das águas” In: Romero, A. R. (org) Avaliação e contabilização de impactos ambientais. Campinas, SP. Ed. da Unicamp, São Paulo, SP, p. 399 ,2004.

PRADO, H.; OLIVEIRA, J. B.; ALMEIDA, C. L. F. Levantamento pedológico semi-detalhado do estado de São Paulo. Convênio Embrapa – Secretaria da agricultura e abastecimento do estado de São Paulo. Coordenadoria da pesquisa agropecuária. Instituto Agronômico – Divisão de solos – Seção de pedologia, 1981.

PORTO, M. F. A.; PORTO, R. L. L. Gestão de bacias hidrográficas. Estud. av. [online], v. 22, n.63, p. 43-60, 2008. ISSN 0103-4014. https://doi.org/10.1590/S0103-40142008000200004.

ROUHOLAHNEJAD, E.; ABBASPOUR, K. C.; VEJDANI, M.; SRINIVASAN, R.; SCHULIN, R.; LEHMANN, A. Parallelization framework for calibration of hydrological models. Environ Modell Software, v. 31, p. 28-36, 2012. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2011.12.001.

SÃO CARLOS. Lei Nº 13.944/2006 – Dispõe sobre a criação da Lei de Proteção e Recuperação dos Mananciais do Município - APREM. Disponível em: https://leismunicipais.com.br/SP/SAO.CARLOS/LEI-13944-2006-SAO-CARLOS-SP.pdf. Acesso em: 15 de mar de 2021.

SARTORI, A; LOMBARDI, N. F.; GENOVEZ, A. M.; Classificação Hidrológica de Solos Brasileiros para a Estimativa da Chuva Excedente com o Método do Serviço de Conservação do Solo dos Estados Unidos Parte 1: Classificação. RBRH – Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 2005. https://doi.org/10.21168/rbrh.v10n4.p5-18.

SAXTON, K. E.; RAWLS, W. J. Soil Water Characteristic Estimates by Texture and Organic Matter for Hydrologic Solutions. Soil Science Society of Agronomy Journal, 2006. https://doi.org/10.2136/sssaj2005.0117.

TAN, M. G.; GASSMAN, P. W.; YANG, X.; HAYWOOD, J. A review of SWAT applications, performance and future needs for simulation of hydro-climatic extremes. Advances in Water Resources, v. 143, 2020, 103662, ISSN 0309-1708, https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2020.103662.

VANZELA, L. S.; HERNANDEZ, F. B.; FRANCO, R. A. M. Influência do uso e ocupação do solo nos recursos hídricos do Corrégo Três Barras, Marinópolis. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.14, p.55-64, 2010. https://doi.org/10.1590/S1415-43662010000100008.

VEIGA, A. M. Calibração do modelo hidrossedimentológico Swat na bacia hidrográfica do córrego samambaia, Goiânia – GO. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Goiás, Goiânia. 2014.

ZHANG, H.; WANG, B.; LIU, D. L.; ZHANG, M.; LESLIE, L. M.; YU, Q. Using an improved SWAT model to simulate hydrological responses to land use change: A case study of a catchment in tropical Australia. Journal of Hydrology, v. 585, 2020, 124822, ISSN 0022-1694. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.124822.

ZUQUETTE, L. V. Mapeamento geotécnico preliminar na região de São Carlos. 1981. 86 f. Dissertação (Mestrado em Geotecnia). Escola de Engenharia de São Carlos. USP, 1981.

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Copyright (c) 2021 Estephania Silva Jovino, Ronaldo Angelini, Danielle Almeida Bressiani, Karina Patrícia Vieira Cunha, Carlos Willmer Costa

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