Influência das precipitações e do uso e cobertura da terra no regime de vazões da bacia hidrográfica do rio Santo Antônio

Abstract

A água é elemento essencial para existência da vida no planeta, dessa forma é necessário que se tenha conhecimento a respeito dos elementos que alteram a sua dinâmica, destacadamente a sua qualidade e quantidade. Em diversas regiões do Brasil, o quadro de escassez hídrica tem aumento em virtude do uso excessivo desse recurso, da ineficiência dos programas de gestão e das variações no ciclo hídrico. As alterações climáticas e a intensificação das atividades antrópicas nas bacias hidrográficas tem alterado de forma considerável o regime de vazões, o que se configura como um problema para os gestores dos recursos hídricos, pois estes são planejados considerando a hipótese de estacionariedade, ou seja, não consideram a ocorrência de mudanças significativas dos dados das séries hidrológicas ao longo do tempo. Neste cenário, os objetivos deste estudo foi modelar o comportamento da vazão em função da precipitação e do uso e cobertura da terra e analisar a relação entre as mudanças ocorridas nas precipitações pluviométricas e no uso e cobertura da terra no regime de vazões da bacia hidrográfica do rio Santo Antônio, MG. A análise do uso e cobertura da terra, no período de 1985 a 2014, foi realizado a partir da elaboração de mapas das classes de uso e cobertura da terra, utilizando informações fornecidas pelo Projeto de Mapeamento Anual da Cobertura e Uso do Solo do Brasil – MapBiomas, sendo o seu processamento realizado na plataforma Google Earth Engine (GEE). Para avaliar a relação da dinâmica da cobertura da terra com o regime de vazões, foram considerados cinco classes: Floresta Natural ou Formação Natural; Floresta Plantada; Formação Natural não Florestal; Agropecuária; e Área não Vegetada. Para caracterização do comportamento hidrológico foram utilizados dados de seis estações fluviométricas e 24 estações pluviométricas que apresentaram influência na área de estudo. Para verificação da hipótese de estacionariedade nos dados hidrológicos foram aplicados testes estatísticos de Run, Mann Kendall e Pettitt, ao nível de significância de 5%. Foram ajustados modelos de regressão múltipla para estimativa das vazões utilizando como variáveis explicativas a precipitação (β 1 ), e o uso e cobertura da terra (β 2 ). Em relação à dinâmica do uso e cobertura da terra, constatou-se que em todas às áreas de xiidrenagem as áreas de agropecuária já estavam em processo de expansão, com redução das áreas de floresta natural, e em quatro áreas de drenagem houve aumento considerável das áreas de floresta plantada. Verificou-se, também, que das seis estações fluviométricas localizadas na área de estudo, apenas uma apresentou os dados com comportamento não estacionário para o regime de vazão mínima (Q 7 ) anual, com tendência de redução, e para as vazões mensais foram contatados para as vazões médias (Q med ) e máximas (Q max ) tendência de redução para os meses de julho a setembro. Em relação aos dados pluviométricos, das estações utilizadas, 12 delas apresentaram comportamento não estacionário, em sua maioria com tendência de redução. Dos modelos de regressão múltipla, a estação fluviométrica 56825000, obteve os melhores ajustes dos dados para Q med , considerando as variáveis explicativas Precipitação Total Anuais (P a ); Precipitação do Semestre Chuvoso (P sc ), e Precipitação do Trimestre Chuvoso (P tc ), , Floresta Natural, Formação Natural não Florestal, Agropecuária e Área não Vegetada, com os valores do Coeficiente de Determinação Ajustado (𝑅 𝑎 2 ) superiores a 0,66. De maneira geral, foram obtidos ajustes satisfatórios em grande parte das estações fluviométricas, sendo que os valores de 𝑅 𝑎 2 variaram de 0,49 a 0,75. Analisando de maneira isolada a relação da precipitação e do uso e cobertura da terra no regime de vazões, constatou-se que os regimes de vazões que possuem relação significativa com as precipitações foram: P a , P sc e P tc , já a relação dos regimes de vazões com as classes de uso e cobertura da terra não foram significativas para nenhuma das áreas de drenagem. Os resultados obtidos confirmam a importância do estudo do regime de vazões na bacia em estudo, visando a adequação dos sistemas de gestão de recursos hídricos à variabilidade do comportamento ao longo do tempo.

Water is an essential element for the existence of life on the planet, so it is necessary to have knowledge about the elements that alter its dynamics, especially its quality and quantity. In several regions of Brazil, the water scarcity has increased due to the excessive use of this resource, the inefficiency of management programs and variations in the water cycle. Climate change and the intensification of anthropogenic activities in river basins have considerably altered the flow regime, which is a problem for water resource managers, since these are planned considering the hypothesis of stationarity, that is, consider the occurrence of significant changes in hydrological series data over time. In this scenario, the objectives of this study were to model the leakage behavior in land use and land cover functions and to analyze a relationship between changes in rainfall and unused rainfall and land cover without leakage regime of the Santo Antônio river basin, MG. The analysis of land use and land cover in the period from 1985 to 2014 was based on the mapping of the land use and land cover classes using information provided by the Brazilian Land Cover and Land Use Mapping Project - MapBiomas, being processed in the Google Earth Engine (GEE) platform. In order to evaluate the relationship between the land cover dynamics and the flow regime, five classes were considered: Natural Forest or Natural Formation; Planted Forest; Non- Forest Natural Formation; Farming; and Unvegetated Area. To characterize the hydrological behavior, data from six fluviometric stations and 24 rainfall stations were used, which showed influence in the study area. To verify the hypothesis of stationarity in the hydrological data, statistical tests of Run, Mann Kendall and Pettitt were applied, at a significance level of 5%. Multiple regression models for flow estimation were adjusted using precipitation (β 1 ), and land use and cover (β 2 ) as explanatory variables. In relation to land use and land use dynamics, it was found that in all areas of drainage the areas of agriculture were already in the process of expansion, with reduction of natural forest areas, and in four drainage areas there was a considerable increase in areas of planted forest. It was also verified that of the six fluviometric stations located in the study area, only one presented data with non-stationary behavior for the annual xivminimum flow regime (Q 7 ), with a tendency of reduction, and for the monthly flows were contacted for the mean flows (Q med ) and maximum (Q max ) reduction trend for the months of July to September. Regarding the rainfall data, of the stations used, 12 of them presented non-stationary behavior, mostly with a tendency of reduction. From the multiple regression models, the fluviometric station 56825000, obtained the best data adjustments for Qmed, considering the explanatory variables Total Annual Precipitation (P a ); Precipitation of the Rainy Semester (P sc ), and Precipitation of the Rainy Quarter (P tc ), Natural Forest, Non-Forest Natural Formation, Agriculture and Non Vegetal Area, with Adjusted Determination Coefficient (𝑅 𝑎 2 ) values greater than 0.66. In general, satisfactory adjustments were obtained in most of the fluviometric stations, with values of 𝑅 𝑎 2 varying from 0.49 to 0.75. By analyzing in isolation the relationship between precipitation and land use and coverage in the flow regime, it was found that the flow regimes that have a significant relationship with rainfall were: P a , P sc and P tc , and the relation of flow regimes with land use and land cover classes were not significant for any of the drainage areas. The results confirm the importance of the study of the flow regime in the basin under study, aiming the adequacy of water resources management systems to the variability of behavior over time.