Tarımsal Araştırmalar Genel Müdürlüğü

Para atender a demanda do projeto, optou-se pelo uso do modelo não-pontual SWAT, um acrônimo para Soil and Water Assessment Tool (NEITSCH et al., 2002). Este modelo foi desenvolvido para predizer o impacto em longo prazo, de práticas de manejo do solo sobre a qualidade da água e sedimento e produção agrícola, em bacias hidrográficas de larga escala, com variações nos tipos de solos, uso e cobertura do solo e condições de manejo. De acordo com a tipologia dos modelos de simulação em hidrologia, proposta por Viessman e Lewis (1996), o SWAT é classificado como um modelo matemático, biogeoquímico, contínuo, dinâmico, determinístico, distribuído e de balanço hídrico. Portanto, seu uso não objetiva a predição, por não se tratar de um

modelo baseado em eventos. Todos os processos são simulados em passo de tempo diário.

Por ser um modelo baseado fisicamente, o SWAT requer informação específica sobre o clima, propriedades dos solos, topografia, vegetação e práticas de manejo que ocorrem na bacia. Desta forma, os processos físicos associados com o movimento da água, como o transporte de agrotóxicos, são diretamente modelados usando estes dados de entrada.

Neste trabalho foi empregado o AVSWAT-X para SWAT2003, uma extensão desenvolvida para o software de Sistema de Informação Geográfica ArcView® e uma interface gráfica para o modelo SWAT (DI LUZIO et al., 2002). A interface foi instalada sobre ArcView® 3.3, contendo a extensão Spatial Analyst® 2.0. Os softwares foram instalados e executados sob sistema operacional Windows XP Profissional, em duas máquinas com processadores de 550 MHz e 1,3 GHz e memórias RAM de 768 e 256 Mb, respectivamente.

Para a simulação, a bacia hidrográfica deve ser particionada em sub-bacias, processo este denominado discretização. O AVSWAT-X pode realizar este delineamento da bacia, definindo uma rede hidrográfica somente com base no modelo digital do terreno e a área de contribuição de cada sub-bacia, sendo também possível inserir uma rede hidrográfica digitalizada. Para evitar confusão, foi adotado o termo “sub-bacia” para as divisões geradas pela discretização da área de estudo, ora intitulada “bacia”.

O modelo SWAT requer mapas de tipos de solos e usos e cobertura do solo, para que, a partir de suas combinações, possa definir as unidades de resposta hidrológica (HRU) para cada sub-bacia gerada no processo de discretização. Esta divisão habilita o modelo a refletir as diferenças nos processos hidrológicos, em função das distintas características das HRUs. Cada sub-bacia pode conter uma ou mais HRUs. A escolha é função da representatividade de cada unidade na sub-bacia e do nível de detalhamento requerido na variável resposta final.

A modelagem do ciclo hidrológico em cada HRU, associado ao crescimento modelado de plantas e ao manejo aplicado, como irrigação, captação de água para consumo, adubação e, no nosso caso, o uso de agrotóxicos, irá definir o destino destes

últimos ao canal principal da rede hidrográfica. A possibilidade de efetuar estas distinções no processo de modelagem foi o principal aspecto na escolha deste modelo para o projeto.

Os algoritmos adotados no SWAT para modelar o movimento e destino de agrotóxicos são adaptados do modelo GLEAMS (LEONARD et al., 1987). Ao ser aplicado, computando-se a eficiência de aplicação, uma fração do agrotóxico é interceptada pelas plantas e outra atinge o solo. O modelo simula processos de lavagem do agrotóxico das plantas para o solo e degradação segundo uma cinética de primeira-ordem. Para a fração que atinge o solo, o transporte do agrotóxico até os corpos hídricos é simulado separadamente para as formas solúvel e sorvida, por meio dos algoritmos do modelo EPIC (WILLIAMS, 1995). Sendo assim, o particionamento do agrotóxico entre a solução e a fase sólida do solo é um aspecto básico e primordial do modelo, o qual assume um processo de sorção linear com a concentração e instantaneamente reversível. A inclusão do coeficiente de adsorção normalizado pelo conteúdo de carbono orgânico, Koc, e a fração de carbono orgânico em cada camada de cada tipo de solo é um dos principais aspectos condicionando o transporte dos agrotóxicos.

O transporte da fração solúvel é simulado para as vias de percolação, fluxo lateral e fluxo superficial (runoff). Apenas o runoff é simulado para a fração adsorvida, segundo a função de carga desenvolvida por McElroy et al. (1976) e modificada por Williams e Hann (1978), considerando-se o transporte de partículas e a taxa de enriquecimento de agrotóxico no sedimento, calculada pela relação descrita por Menzel (1980), uma vez que o material coloidal tem carreamento preferencial, sendo a principal fração para a adsorção dos agrotóxicos. Ao longo de todo este processo, é também considerada a degradação do agrotóxico de acordo com a cinética de primeira-ordem para todas as camadas do solo, sendo que o parâmetro de meia-vida informado ao modelo deve refletir os efeitos da volatilização, fotólise, degradação química e biológica.

O SWAT incorpora um simples balanço de massa para modelar a transformação e transporte de agrotóxicos nos rios e demais corpos hídricos, assumindo uma camada homogênea de água sobre uma camada de sedimento, não considerando qualquer forma de interação entre agrotóxicos. Para o balanço de massa

de agrotóxicos na coluna d’água, em um dado segmento de rio, é considerada a entrada de produto com o fluxo oriundo do segmento anterior, bem como a ressuspensão e difusão de agrotóxicos da camada de sedimento. Perdas de massa são simuladas pela saída de produto dissolvido e adsorvido com o fluxo de água, degradação, volatilização, deposição e difusão no sedimento. Para a camada de sedimento é simulado o aumento de agrotóxicos pela adição de massa oriunda de deposição e difusão da camada de água e perdas através de degradação, ressuspensão e difusão para a camada de água e enterrio no sedimento.