Samuel Beskow

Simulação hidrológica em uma bacia hidrográfica representativa dos Latossolos na região Alto Rio Grande, MG

Hydrological simulation has been considered an important tool applied to support water resources management in watersheds. The studied watershed is located in the Upper Grande river region in southern Minas Gerais State, draining an area of 32 km2 towards the Camargos Hydroelectric Power Plant Reservoir (UHE - Camargos/CEMIG). In this context, this study aimed to calibrate and validate the SWAT model (Soil and Water Assessment Tool) for assessing quantitatively the stream flow in the Jaguara Creek Watershed (JCW). For that, SWAT model requires land-use and soil maps and digital elevation model, besides historical series related to meteorological and hydrological data sets. January 1, 2006 to August 31, 2009 was the period used for the above-mentioned historical series. The performance of SWAT was measured through Nash-Sutcliffe coefficient (CNS) which was 0.66 and 0.87 for calibration and validation, respectively. Comparing CNS results found in this study to the ones established in a SWAT model performance classification, it was found that such model can be used to evaluate the hydrological behavior in the JCW, which is a watershed representative of the Oxisol in the Upper Grande river region in southern Minas Gerais State.

Agricultural watershed modeling: a review for hydrology and soil erosion processes

Modelos tem sido usados pelo homem ha milhares de anos para controlar seu ambiente de uma maneira favoravel para melhores condicoes de vida para os humanos. O uso de modelos hidrologicos tem sido uma ferramenta muito eficaz para apoiar os decisores que lidam com as bacias hidrograficas para subsidiar diversas atividades economicas e sociais, como o abastecimento publico de agua, geracao de energia, e a disponibilidade de agua para a agricultura, entre outros. Objetivou-se, nesta revisao, discutir brevemente alguns modelos muito aplicados ao estudo do movimento da agua e solos em paisagens (RUSLE, WEPP, GeoWEPP, LASH, DHSVM and AnnAGNPS), para fornecer informacoes sobre os mesmos, para auxiliar no entendimento adequado de problemas especificos relacionados com os processos de hidrologia e erosao do solo. Modelos tem sido alterados e avaliados de forma significativa nos ultimos anos, com destaque para o uso de sensoriamento remoto, GIS e processo de calibracao automatica, permitindo aos mesmos que sejam capazes de simular bacias hidrograficas nas suas condicoes atuais de uso do solo e mudancas climaticas. No entanto, os modelos hidrologicos tem quase a mesma estrutura fisica, o que nao e suficiente para simular problemas relacionados com os efeitos a longo prazo de diferentes usos do solo. Esse tem sido um dos principais desafios para o futuro: compreender inteiramente o ciclo hidrologico, tendo como referencia a zona critica, na qual os processos hidrologicos agem em conjunto a partir do dossel ate a base dos aquiferos.

Spatial distribution of water erosion risk in a watershed with eucalyptus and Atlantic Forest

The process of water erosion occurs in watersheds throughout the world and it is strongly affected by anthropogenic influences. Thus, the knowledge of these processes is extremely necessary for planning of conservation efforts. This study was performed in an experimental forested watershed in order to predict the average potential annual soil loss by water erosion using the Universal Soil Loss Equation (USLE) and a Geographic Information System (GIS), and then compared with soil loss tolerance. All the USLE factors were generated in a distributed approach employing a GIS tool. The layers were multiplied in the GIS framework in order to predict soil erosion rates. Results showed that the average soil loss was 6.2 Mg ha-1 yr-1. Relative to soil loss tolerance, 83% of the area had an erosion rate lesser than the tolerable value. According to soil loss classes, 49% of the watershed had erosion less than 2.5 Mg ha-1 yr-1. However, about 8.7% of the watershed had erosion rates greater than 15 Mg ha-1 yr-1, being mainly related to Plinthosol soil class and roads, thus requiring special attention for the improvement of sustainable management practices for such areas. Eucalyptus cultivation was found to have soil loss greater than Atlantic Forest. Thus, an effort should be made to bring the erosion rates closer to the native forest. Implementation of the USLE model in a GIS framework was found to be a simple and useful tool for predicting the spatial variation of soil erosion risk and identifying critical areas for conservation efforts.

Modelagem das perdas de água por evaporação e arraste em aspersores de média pressão

Five empirical models were evaluated with respect to their ability to estimate evaporation and wind drift losses of Agropolo/NY (nozzle 3.5 mm) and Naan/5024 (nozzle 3.0 mm) sprinklers, and other specific models were developed for each sprinkler model. By comparing measured results, which were obtained in field trials, with simulated ones (models of Yazar, 1984; Trimmer, 1987; Seginer et al., 1991; Tarjuelo et al., 2000; and Playan et al., 2005), these models were classified as very bad or poor according to the index of performance. However, the new adjusted models presented lower errors, resulting in indexes of performance classified as good and very good, thus indicating that their application must be limited to operational conditions (nozzle size, operational pressure, etc.) similar to those in which they were developed.

Interpolation methods for improving the RUSLE R-factor mapping in Brazil

Methods for Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) rainfall erosivity factor (R-factor) predictions have been useful for land use planning in agricultural areas related to soil erosion risk map assessment, which is crucial at the regional scale. Many studies have focused on the R-factor prediction in Brazil and have utilized ordinary kriging and other methods, especially inverse square distance weighted (ISDW) predictions. For large regions with sparse sample rain-gauge network and complex atmospheric systems, such as Brazil, regression-kriging method arises as one that can produce reliable and improved results. The objective of this study was to compare the performance of (1) ordinary kriging; (2) co-kriging taking altitude as spatially distributed covariate; (3) ISDW; (4) multivariate regression model for R-factor as function of latitude, longitude, and altitude; and (5) regression-kriging. Daily pluviometric data sets from 928 rain gauges were used, considering the Modified Fournier Index (MFI) methodology for estimating the mean annual R-factor values for each rain gauge. From these stations, 155 were extracted randomly and used exclusively for statistical comparison of the methods. Regression-kriging method has demonstrated higher performance than the others, with mean absolute error of 11% compared to 15.8%, 16.2%, 19%, and 19.5%, respectively, for co-kriging, ordinary kriging, regression model, and ISDW. In addition, Willmotts index D for regression-kriging was higher than 0.94 while for the others lower than 0.90, proving its greater prediction accuracy. Thus, regression-kriging method was the most reliable, producing the best practical map. With regard to other methods, co-kriging also produced acceptable results for developing R-factor maps for Brazil.

Simulação das perdas de água por evaporação e arraste, no aspersor NY-7 (4,6 mm x 4,0 mm), em sistemas de aspersão convencional

Evaporation and wind drift losses during sprinkler irrigation may reach significant values, cutting system efficiency down. The present work aims: (a) to evaluate the ability of five empirical models in predicting losses of a NY-7 model sprinkler (nozzle of 4.6 mm x 4.0 mm), working under different operational and climatic conditions; and (b) to adjust specific models to the NY-7 sprinkler. By comparing measured values - obtained on field trials - with simulated ones, it was possible to conclude that, in general, the five considered empirical models presented little or no adjustment for the single-sprinkler outdoor tests (root mean square error of 5.27; 20.70; 5.07; 6.95 and 7.06% for empirical models 1; 2; 3; 4 and 5, respectively) as well as for the block irrigation outdoor tests (root mean square error of 7.41; 24.43; 6.72; 3.16 and 2.90% for empirical models 1; 2; 3; 4 and 5, respectively). When compared to the five considered empirical models, the new adjusted models showed lower errors, indicating that the application of empirical models must be limitated to working conditions (nozzle size, operational pressure, etc.) similar to the ones in which they were developed.

Modelagem dos efeitos do vento na uniformidade da irrigação por aspersão: aspersores de tamanho médio

O vento afeta a distribuicao de agua aplicada por aspersores, podendo tornar um determinado sistema de irrigacao ineficiente. Nestas condicoes, a modelagem pode facilitar as avaliacoes de sistemas convencionais de aspersao, antes mesmo de sua implantacao no campo. Neste estudo foi avaliada a aplicabilidade do modelo semiempirico de Richards & Weatherhead para aspersores de tamanho medio, modelos Agropolo/NY e Naan/5024, em diferentes condicoes de vento. Os valores do Coeficiente de Uniformidade de Christiansen (CUC), obtidos com dados de ensaios de campo e em simulacoes computacionais, foram comparados por meio de diversos indices resultando em valores de R2=0,88, desvio absoluto medio (DAM) = 4,75% e indice de desempenho (c) = 0,91, para aspersores operando isoladamente, para linhas laterais de aspersores, valores de R2= 0,78, DAM = 4,1% e c = 0,76. Demonstrou-se, assim, a aplicabilidade do modelo de Richards & Weatherhead frente a predicao da uniformidade de aplicacao de agua de sistemas convencionais de irrigacao operando com aspersores de tamanho medio em condicoes de vento, o que reduz o esforco e o tempo requerido em trabalhos de campo.

Simulação da distribuição de água em diferentes condições de vento e espaçamentos entre aspersores

Existem inumeros fatores que afetam a uniformidade de distribuicao de agua pelos aspersores como, por exemplo, o tipo de aspersor e suas condicoes operacionais, o espacamento e sua disposicao no campo e a velocidade e direcao do vento. Se os aspersores forem selecionados e utilizados adequadamente considerando-se os fatores supracitados, eles podem proporcionar maiores uniformidades de distribuicao de agua e menores custos do sistema de irrigacao. Como a avaliacao de todos esses fatores e uma tarefa complexa e morosa, a simulacao computacional tem sido uma ferramenta util no dimensionamento de sistemas de irrigacao. Neste estudo objetivou-se determinar, com auxilio de simulacao computacional, a uniformidade de distribuicao de agua do canhao hidraulico Plona-RL250, operando em diferentes condicoes de vento e espacamentos e disposicoes de aspersores. Observou-se que a direcao do vento exerceu pouca influencia sobre os valores de CUC. Nenhuma vantagem foi encontrada para disposicao triangular em comparacao com a disposicao retangular de aspersores, exceto quando foi usado um espacamento menor que 40% do diâmetro molhado pelo canhao hidraulico, ao longo da linha principal.

SIA: Modelo para simulação da irrigação por aspersão - Calibração e validação

A maioria dos modelos matematicos de simulacao da aplicacao de agua por aspersores requer trabalhos laboriosos de calibracao e validacao, alem de exigir, dos computadores, elevada capacidade de processamento. Este estudo foi realizado com o objetivo de calibrar e validar o modelo Simulacao da Irrigacao por Aspersao (SIA) no que se refere a operacao de canhoes hidraulicos em condicoes reais de campo. O metodo de otimizacao global Shuffled Complex Evolution (SCE-UA) foi implementado no SIA com o intuito de ajustar os parâmetros de calibracao baseados no modelo semiempirico de Richards & Weatherhead utilizando-se ensaios de campo do canhao Plona - RL250. Os parâmetros obtidos na calibracao para determinada configuracao do aspersor, foram mantidos constantes e posteriormente usados na validacao para diferentes condicoes operacionais e de vento. O Metodo Shuffled Complex Evolution apresentou elevados indices de qualidade do ajuste alem de rapida convergencia. O modelo SIA foi capaz de prever a taxa de aplicacao de agua do canhao hidraulico Plona-RL250 e a uniformidade de distribuicao de agua do sistema, de forma adequada tanto no estagio de calibracao quanto no de validacao.

Distorção do vento na área molhada por canhões hidráulicos: extensão da modelagem para aspersores médios

A hipotese da existencia de uma relacao linear entre o alcance de canhoes hidraulicos e a velocidade do vento, descrita no modelo de Richards & Weatherhead e amplamente utilizada na simulacao da distribuicao de agua de canhoes hidraulicos em condicoes de vento, foi avaliada neste trabalho para aspersores de tamanho medio. Na avaliacao foram consideradas distâncias de alcance entre os aspersores modelos Agropolo/NY e Naan/5024 e os limites de sua area molhada, observadas em ensaios de campo, medidos nas direcoes: contraria, a favor e perpendicular ao vento. As retas ajustadas pelo metodo dos minimos quadrados indicaram, em relacao ao alcance do aspersor quando da ausencia de vento, que para cada incremento de 1 m s-1 na velocidade do vento ocorreram: (i) um decrescimo de 3,7% na direcao contraria ao vento; (ii) um decrescimo de 3,0% na direcao perpendicular ao vento e (iii) um acrescimo de 2,2% na mesma direcao do vento, indicando que no intervalo de velocidades de vento consideradas (0 a 3 m s-1) a hipotese de uma relacao linear entre o alcance de aspersores de tamanho medio e a velocidade do vento, foi mantida.