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Type: Tese
Title: Potencial energético da chuva e da precipitação interna em floresta tropical seca
Title in English: Energy potential of rainfall and indoor precipitation in tropical dry forest
Authors: Brasil, José Bandeira
Advisor: Andrade, Eunice Maia de
Co-advisor: Guerreiro, Maria João Simas
Keywords: Separação de eventos de chuva;Floresta tropical seca;Precipitação interna;Disdrômetro;Energia cinética-intensidade da chuva;Erosividade da chuva; Região semiárida
Issue Date: 2022
Citation: BRASIL, José Bandeira. Potencial energético da chuva e da precipitação interna em floresta tropical seca. 2022. 108 f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) - Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Abstract in Brazilian Portuguese: A escassez hídrica em regiões tropicais secas é um fato, que pode ser agravada pelas mudanças climáticas. Portanto, a caracterização dos eventos de chuva é necessária para uma melhor avaliação dos processos hidrológicos. Para preencher esta lacuna, o presente estudo fundamentou-se nos seguintes objetivos: (i) determinar o tempo mínimo entre eventos - MIET de chuva; (ii) identificar como a vegetação da floresta tropical seca – FTS define a precipitação interna - TF em diferentes estágios de desenvolvimento do dossel; (iii) investigar o poder atenuante da FTS no poder de erosividade da chuva; (iv) avaliar a predição gerada pelos ajustes de dois modelos da literatura para estimar energia cinética (EC) e potencial de erosividade (EI30) da precipitação total (P) e TF; (v) Propor um novo modelo de EC da P e TF com base em dados medidos em condições de campo. Doze anos consecutivos de dados de P em intervalo de 5 minutos foram coletados e agrupados em diferentes (MIETs) - 15 min, 1 h, 2 h, 3 h, 6 h, 12 h e 24 h em região semiárida do Nordeste do Brasil. Para avaliar a distribuição da energia das gotas de chuva em diferentes estágios de desenvolvimento do dossel, instalamos dois disdrômetros, um para registrar - P e outro sob o dossel da FTS para registrar - TF. Os dados foram coletados de dezembro/2019 a maio/2021, totalizando 95 eventos naturais de P e TF. Os resultados confirmam que a inclusão ou exclusão de eventos de ponta única (EPU) na escolha do MIET mais adequado afetou o número de eventos de chuva e respectivas características; o número de eventos de ponta única diminuiu até um MIET de 3 h, mas não mostrou diferença acima de um MIET de 6h. O MIET de 6 h é o mais adequado para caracterizar a distribuição das chuvas nesta região semiárida tropical. No início da estação chuvosa quando a densidade foliar é baixa, uma fração maior da chuva foi convertida em TF, a qual diminui à medida que a densidade foliar aumenta. Para eventos superiores a 3 mm, o número de gotas de TF foi sempre superior ao de P e com diâmetros menores, independente do estágio de desenvolvimento do dossel. Tal resultado indica fragmentação das gotas de chuva pelo dossel da vegetação. A relação entre EC e intensidade média de P e TF medida é melhor expressa em função do tempo (J m-2 h-1), através de um modelo linear (R2 > 0.98 - P = 0.000). Dentre os modelos utilizados, observou-se que o modelo Wischmeier e Smith (WS) foi o que mais subestimou os valores de EC e EI30 de P e TF. O modelo proposto de EC pela variação temporal da intensidade apresentou o melhor ajuste aos dados medidos de EC e EI30 de P e TF em comparação ao modelo WS. Diante dessa não adequação dos modelos de EC aos dados de P e TF, propomos um novo modelo, calibrado com 50% dos dados medidos de altura e intensidade média de P e depois validado com os outros 50%. Verificou-se que o novo modelo subestima a EC em 5% (R2 = 0,98) para P e superestima em 8% (R2 = 0.97) para TF, mostrando ser uma alternativa em estudos de processos erosivos em regiões semiáridas com características similares. Além disso, o dossel da FTS reduz a EC medida em 25% e a EI30 em 39%, comprovando que dossel da vegetação arbórea protege a superfície do solo do impacto das gotas da chuva, além de ser uma cobertura natural do solo eficaz para proteção contra a erosão do solo.
Abstract: Water scarcity in dry tropical regions is a fact that can be aggravated by climate change. Therefore, the characterization of rainfall events is necessary for a better evaluation of hydrological processes. To fill this gap, the present study was based on the following objectives: (i) to determine the minimum time between events - rain MIET; (ii) identify how the vegetation of the dry rain forest - FTS defines the internal precipitation - TF at different stages of canopy development; (iii) investigate the attenuating power of FTS in the erosivity power of rain; (iv) evaluate the prediction generated by the adjustments of two models in the literature to estimate kinetic energy (EC) and erosivity potential (EI30) of total precipitation (P) and TF; (v) Propose a new P and TF EC model based on data measured in field conditions. Twelve consecutive years of P data in an interval of 5 minutes were collected and grouped into different (MIETs) - 15 min, 1 h, 2 h, 3 h, 6 h, 12 h and 24 h in semiarid region of northeastern Brazil. To evaluate the energy distribution of raindrops at different stages of canopy development, we installed two disdrometers, one to register - P and the other under the FTS canopy to register - TF. Data were collected from December/2019 to May/2021, totaling 95 natural events of P and TF. The results confirm that the inclusion or exclusion of single-end events (EPU) in the choice of the most appropriate MIET affected the number of rainfall events and their characteristics; the number of single-end events decreased to a 3-hour MIET, but showed no difference above a 6h MIET. The 6-hour MIET is the most appropriate to characterize rainfall distribution in this tropical semiarid region. At the beginning of the rainy season when leaf density is low, a larger fraction of the rain was converted into TF, which decreases as leaf density increases. For events greater than 3 mm, the number of ST drops was always higher than p and with smaller diameters, regardless of the stage of canopy development. This result indicates fragmentation of raindrops by the canopy of vegetation. The relationship between EC and mean intensity of P and Measured ST is better expressed as a function of time (J m-2 h-1), through a linear model (R2 > 0.98 - P = 0.000). Among the models used, it was observed that the Wischmeier and Smith (WS) model was the one that most underestimated the EC and EI30 values of P and TF. The proposed model of EC by temporal variation of intensity showed the best fit to the measured data of EC and EI30 of P and TF compared to the WS model. Faced with this non-adequacy of the EC models to the P and TF data, we propose a new model, calibrated with 50% of the measured data of height and average intensity of P and then validated with the other 50%. It was found that the new model underestimates the EC by 5% (R2 = 0.98) for P and overestimates it by 8% (R2 = 0.97) for TF, proving to be an alternative in studies of erosion processes in semiarid regions with similar characteristics. In addition, the FTS canopy reduces the measured EC by 25% and the EI30 by 39%, proving that the canopy of tree vegetation protects the soil surface from the impact of raindrops, as well as being an effective natural ground cover to protect against soil erosion.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/71225
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