Monitoramento e modelagem de processos hidrológicos subsuperficiais e evapotranspiração em bacia de Cerrado

Abstract

Apesar de representar uma fração reduzida do ciclo hidrológico global, a umidade do solo é uma variável-chave no particionamento da precipitação entre os demais processos hidrológicos terrestres. Isso é especialmente válido em ambientes com limitada disponibilidade hídrica, tais como o Cerrado, nos quais a interação água - vegetação aparenta ser definida especialmente pela disponibilidade de umidade do solo em comparação com a energia disponível no ecossistema. Logo, compreender o impacto das mudanças na cobertura do solo para a umidade do solo nesses ambientes é um dos principais desafios da hidrologia de Zonas Críticas – porção da Terra que se estende do dossel da vegetação até a base dos aquíferos livres. Esse desafio reside no conhecimento ainda limitado dos padrões de referência, derivados de dados de campo, que possibilitam analisar e prever como as mudanças na vegetação nativa podem afetar o armazenamento e a redistribuição da precipitação na Zona Crítica e entre esta e a atmosfera. A partir desse contexto, o objetivo da presente tese foi investigar os processos hidrológicos subsuperficiais e a evapotranspiração, com base em padrões de umidade do solo, e sua relação com as condições de uso e cobertura do solo predominantes no Cerrado. Este estudo incluiu etapas i) experimentais, concentradas especialmente em doze pontos de monitoramento instalados na Fazenda Água Limpa (FAL/UnB); e ii) de modelagem matemática, em diferentes escalas espaciais. Ambas se direcionaram à análise da umidade do solo e da evapotranspiração na bacia do ribeirão do Gama, uma bacia de cabeceira predominantemente coberta por Cerrado nativo, localizada no Distrito Federal. A coleta de dados em campo possibilitou estimar o balanço de energia e de água na zona vadosa sob vegetação nativa e alterada, a partir de equipamentos associados a torres de fluxo turbulento, com indicativo de ampliação no controle da umidade do solo e redução da evapotranspiração no cerrado sensu stricto em comparação com a parcela sob eucalipto (Eucalyptus urophylla x grandis). Por meio do monitoramento in situ pode-se ainda avaliar a aplicabilidade do método geofísico elétrico de corrente contínua como uma ferramenta alternativa de monitoramento da umidade em diferentes profundidades do solo (até 2,10 m de profundidade). Essa avaliação resultou na proposição e verificação de um modelo empírico significativo (p < 0,05) para a estimativa da umidade a partir de medições indiretas de resistividade elétrica do solo. Seções bidimensionais verticais derivadas do modelo empírico evidenciaram o comportamento temporal da umidade no perfil de solo em conformidade com dados derivados de campo e simulação numérica do fluxo de água em meio poroso por elementos finitos (FEFLOW). Houve variações no comportamento sazonal das seções de umidade derivadas da resistividade elétrica em resposta às características da vegetação nativa (cerrado sensu stricto, campo limpo, campo sujo e mata de galeria) e alterada (eucalipto e pastagem). Por fim, a incorporação dos dados de campo, obtidos durante a etapa experimental, na modelagem hidrológica empírica (Budyko) e de balanço hídrico (SWAT) forneceu padrões de umidade do solo e evapotranspiração, bem como um panorama preliminar da relação entre tais padrões e os fatores de estado característicos do Cerrado (uso e cobertura do solo, pedologia e declividade). Ademais, o estudo possibilitou estruturar uma rede de monitoramento hidroclimatológica que subsidiará investigações futuras aprofundadas quanto aos efeitos da cobertura do solo na variabilidade espacial e temporal da umidade do solo. Recomenda-se ampliar a representatividade espacial e temporal dos dados de campo direcionados à relação umidade do solo - evapotranspiração; aprimorar a análise dos fatores de estado na umidade do solo, especialmente por meio da caracterização pedológica detalhada; e prosseguir com a assimilação dos dados de campo e de sensoriamento remoto na parametrização de modelos hidrológicos em escala de bacia.