Calibração hierárquica do modelo swat em uma bacia hidrográfica Catarinense / Hierarchical Calibration of SWAT model for a watershed in southern Brazil

RESUMO Um dos principais desafios enfrentados pela modelagem hidrológica é a calibração eficiente dos parâmetros do modelo. O objetivo deste estudo foi testar um método hierárquico de calibração do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT) considerando variações do clima e de uso do solo. A área de estudo foi a bacia hidrográfica do Rio Negrinho, localizada em Santa Catarina. A calibração do modelo foi feita usando o algoritmo Sequential Uncertainty Fitting (SUFI2), utilizando testes de crescente complexidade. Primeiramente a série de vazões observadas foi dividida em períodos distintos de calibração e validação (Split Sample Test) sendo que os resultados obtidos para o intervalo mensal foram considerados aceitáveis com um coeficiente de Nash-Sutcliffe (NSE) -0,5 e Pbias-±25%. Na análise de cada ano separadamente (Differential Split-Sample Test) a calibração e validação dos anos úmidos (2008 a 2012) foi mais eficiente que dos anos secos (2003 a 2007). No processo de validação do modelo para uma bacia com uso do solo semelhante (Proxy-Catchment Test), o modelo não foi eficiente para o ajuste dos picos de vazões (NSE de 0,0), porém, houve uma compensação dos volumes na estimativa do balanço hídrico (Pbias de 0,1%). Os resultados indicam que a eficiência do modelo SWAT depende da escala espacial e do período de calibração. Para simulação de cenários climáticos e de mudanças de uso do solo o modelo deve ser calibrado e validado usando dados espacialmente bem distribuídos e uma série de vazões suficientemente representativa em relação aos períodos secos e úmidos. Palavras Chave: Modelagem hidrológica. Análise de sensibilidade. Validação. ABSTRACT One of the main challenges of hydrological modeling is the effective calibration of model parameters. The aim of this study was to test a hierarchical calibration scheme for the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model by considering land use and climate changes. The study area was the Rio Negrinho watershed, located in Santa Catarina State, Brazil. Model calibration was performed with the Sequential Uncertainty Fitting (SUFI2) Algorithm through increasing complexity tests. The observed discharge data were first divided into calibration and validation periods(Split Sample Test) wherein the predicted monthly flow matched the measured values, with a Nash-Sutcliffe coefficient (NSE) -0.5 and Pbias<±25%. When wet and dry periods were considered separately (Differential Split-Sample Test) the NSE values of wet years (2008 a 2012) were higher than dry year values (2003 to 2007). In the SWAT validation for a watershed with similar land use (Proxy-Catchment Test), the model could not capture the flow peaks well (NSE of 0.0), however, the water balance volumes were compensated (Pbias of 0.1%). The case study demonstrates that SWAT performance varies greatly, depending on the spatial scale and calibration period. The SWAT model can be used in further studies to simulate land use and climate change scenarios however it must be calibrated and validated using spatially well distributed data and recorded series segment including dry and wet periods. Keywords: Hydrologic modeling. Sensitivity analysis. Validation.