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Attributing Runoff Variability to Climate Change and Land Use–Land Cover Change in the Hasdeo River Catchment Using SWAT

Este estudo utiliza o modelo SWAT para demonstrar que mudanças significativas no uso do solo e a variabilidade climática aumentaram substancialmente o escoamento superficial na bacia do rio Hasdeo, com projeções futuras sob cenários RCP indicando a intensificação do fluxo estacional dos rios e o aumento dos riscos de inundação.

Autores originais: Anuradha Sahu, MK Nema, Susanta Das, VK Chandola

Publicado 2026-06-29

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CC BY 4.0

Autores originais: Anuradha Sahu, MK Nema, Susanta Das, VK Chandola

Artigo original sob licença CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta é uma explicação gerada por IA do artigo abaixo. Não foi escrita nem endossada pelos autores. Para precisão técnica, consulte o artigo original. Ler aviso legal completo

Imagine a bacia do Rio Hasdeo como uma esponja natural gigante situada no coração da Índia. Esta esponja é feita de solo, florestas e campos, e sua função é absorver a chuva e liberá-la lentamente para o rio. Este estudo é como uma investigação de detetive sobre o que acontece quando você aperta essa esponja com muita força ou altera sua textura.

Aqui está a história do artigo, dividida em partes simples:

1. O Cenário: Uma Esponja Sob Pressão

A área do Rio Hasdeo é uma "esponja" massiva (cerca cerca de 9.920 quilômetros quadrados). Por muito tempo, esta esponja era coberta principalmente por florestas densas e vegetação rasteira aberta, que atuam como uma camada superior macia e fofa que ajuda a água a penetrar suavemente.

No entanto, nas últimas décadas, os seres humanos têm se ocupado em mudar a superfície da esponja. Eles têm:

Cortado árvores (desmatamento).
Construído mais casas e cidades (urbanização).
Escavado carvão (mineração).
Expandido fazendas.

Pense nisso como substituir a parte superior macia e fofa de uma esponja por uma folha de plástico dura. Quando a chuva atinge uma folha de plástico, ela não penetra; ela escorre imediatamente, correndo colina abaixo.

2. A Ferramenta do Detetive: O Modelo "SWAT"

Para descobrir exatamente quanta água está correndo deste cenário alterado, os pesquisadores usaram um programa de computador chamado SWAT (Soil and Water Assessment Tool - Ferramenta de Avaliação de Solo e Água).

Pense no SWAT como um simulador de videogame super preciso. Os pesquisadores alimentaram o computador com dados reais sobre a terra, o solo e o clima de 1991 a 2017. O computador então "jogou" o jogo para ver quanta água fluiria pelo rio sob essas condições.

O Resultado: O simulador foi muito bom no trabalho. Quando compararam as previsões do computador com medições da vida real, elas coincidiram muito de perto (cerca de 80% de precisão). Isso deu aos pesquisadores confiança de que seu "jogo" estava reproduzindo a realidade corretamente.

3. O Que Aconteceu no Passado? (1991–2017)

Os pesquisadores olharam para as fotos de "antes e depois" da terra.

A Mudança: Entre 1991 e 2017, a área coberta por edifícios e fazendas cresceu significativamente (cerca de 5% e 4%, respectivamente). Enquanto isso, as florestas encolheram (cerca de 5% a 6%).
O Efeito: Como a "esponja" perdeu sua cobertura florestal fofa e ganhou superfícies duras, a água não tinha para onde ir a não ser direto para o rio.
Os Números: O estudo descobriu que a quantidade de água que escorria da terra aumentou em 146% na simulação do computador e 137% nas observações reais. Essencialmente, o rio começou a carregar muito mais água do que costumava carregar, principalmente porque a terra não conseguia mais retê-la.

4. Olhando para a Bola de Cristal: Previsões Futuras

Os pesquisadores não apenas olharam para o passado; eles usaram uma "bola de cristal" (um modelo climático chamado HadGEM2) para adivinhar o que o futuro reserva. Eles observaram três cenários para como o mundo pode mudar até 2050:

Cenário A (RCP 2.6): Um futuro "suave" com baixa poluição.
Cenário B (RCP 4.5): Um futuro "moderado".
Cenário C (RCP 8.5): Um futuro "alto" com muita poluição e calor.

A Previsão:
Não importa qual cenário aconteça, espera-se que o rio fique mais úmido, especialmente durante a estação chuvosa.

Sob o cenário "suave", o fluxo do rio pode aumentar em 7%.
Sob o cenário "moderado", ele pode subir 10%.
Sob o cenário "alto", ele pode saltar 15%.

Pior ainda, a própria estação chuvosa deve se tornar muito mais intensa. O estudo prevê que os meses chuvosos podem apresentar de 29% a 55% mais água fluindo do que antes. Isso é como transformar um chuveiro constante em uma mangueira de incêndio.

5. De Quem é a Culpa? (Clima vs. Uso da Terra)

Os pesquisadores queriam saber: o excesso de água vem porque está chovendo mais (Mudança Climática) ou porque mudamos a terra (Uso da Terra)?

Eles descobriram que é um trabalho de equipe, mas a mistura muda dependendo de quão ruim o futuro se torna:

Em um futuro "suave": O clima (chuva) é o principal chefe, causando cerca de 57% da mudança.
Em um futuro "moderado": A interação entre o clima e a terra alterada torna-se o fator principal (cerca de 59%).
Em um futuro "alto": A combinação de clima ruim e nossa terra alterada (mineração, corte de árvores) cria uma "tempestade perfeita", respondendo por quase 70% da mudança.

6. A Conclusão Principal

O estudo conclui que o Rio Hasdeo está se tornando um rio mais rápido, mais poderoso e mais imprevisível.

O Risco: Como a água está correndo mais rápido e em volumes maiores, o risco de inundações está aumentando, especialmente nas partes baixas do rio, onde a água se acumula.
O Aviso: Se continuarmos cortando florestas e expandindo mineração e cidades sem planejamento para isso, o rio poderá transbordar suas margens com mais frequência, ameaçando as pessoas e as fazendas que vivem por perto.

Em resumo: A terra tornou-se menos parecida com uma esponja e mais parecida com um escorregador. Quando a chuva vem, a água desliza muito rápido, e as tempestades futuras estão previstas para tornar esse escorregador ainda mais íngreme. O artigo sugere que precisamos gerir melhor a terra para desacelerar a água novamente.

Resumo Técnico: Atribuição da Variabilidade do Escoamento Superficial às Mudanças Climáticas e às Mudanças no Uso e Cobertura da Terra na Bacia do Rio Hasdeo Usando o SWAT

Problema de Pesquisa
A bacia do rio Hasdeo (9.920 km²), um sub-bacia crítica do rio Mahanadi em Chhattisgarh, Índia, está passando por um severo estresse ambiental impulsionado por atividades antropogênicas. A mineração extensiva de carvão, a rápida urbanização e a expansão agrícola levaram a um desmatamento significativo e à alteração da paisagem. Essas transformações no Uso e Cobertura da Terra (LULC), somadas à variabilidade climática, estão alterando o ciclo hidrológico, especificamente aumentando o escoamento superficial e reduzindo a retenção do solo. Isso gera riscos de inundações anormais, redução da capacidade de armazenamento na Represa de Hasdeo e desequilíbrio ecológico. Há uma necessidade de quantificar os impactos relativos das mudanças de LULC versus as mudanças climáticas no fluxo de corrente para informar o planejamento dos recursos hídricos e a gestão da bacia.

Metodologia
O estudo empregou a ferramenta Soil and Water Assessment Tool (SWAT), um modelo hidrológico semidistribuído, para simular o escoamento e atribuir a variabilidade a drivers específicos.

Área de Estudo e Dados: O modelo foi aplicado à bacia de Hasdeo, dividida em 23 sub-bacias. Os dados de entrada incluíram Modelos Digitais de Elevação (DEM), mapas de solos (FAO) e dados meteorológicos diários (1991–2017) do India Meteorological Department (IMD). Dados hidrológicos (vazão diária) foram obtidos do Central Water Commission.
Análise de LULC: Mapas de uso da terra para 1991 e 2017 foram gerados usando classificação supervisionada de imagens Landsat (Landsat 5 e 8) no ArcGIS. A precisão da classificação foi validada por verdade de campo, resultando em acurácias globais de 85% (1991) e 89% (2017) com coeficientes Kappa de 0,81 e 0,86, respectivamente.
Calibração e Validação do Modelo: O modelo foi calibrado e validado usando a interface SWAT-CUP com o algoritmo SUFI-2. O período de calibração cobriu 1993–2010, e a validação cobriu 2011–2017. A análise de sensibilidade identificou o SOL_AWC (conteúdo de água disponível no solo) como o parâmetro mais sensível. O desempenho foi avaliado usando o coeficiente de determinação ( $R^2$ ), o Eficiência de Nash–Sutcliffe (NSE) e a Eficiência de Kling–Gupta (KGE).
Projeções Futuras: Cenários climáticos futuros foram gerados usando o Modelo de Circulação Global (GCM) HadGEM2 sob três Trajetórias de Concentração Representativas (RCP 2.6, 4.5 e 8.5) para o período 1991–2050. Essas projeções climáticas foram integradas com mudanças projetadas de LULC para simular padrões futuros de fluxo de corrente.

Principais Resultados

Mudanças de LULC (1991–2017): A análise revelou um aumento de 4,96% nas áreas construídas e um aumento de 3,83% nas terras agrícolas. Por outro lado, a floresta aberta diminuiu 6,70% e a floresta densa 5,13%. Terras nuas e corpos d'água aumentaram 1,66% e 1,39%, respectivamente.
Desempenho do Modelo: O modelo SWAT demonstrou bom desempenho, com valores de $R^2$ de 0,84 (calibração) e 0,86 (validação), e valores de NSE de 0,73 e 0,71, respectivamente.
Tendências Históricas de Escoamento: Entre 1991 e 2017, o escoamento simulado aumentou 146,53%, enquanto o escoamento observado aumentou 137,79%. A vazão média sazonal subiu de 257,8 m³/s (1991–2000) para 415,52 m³/s (2011–2017).
Variabilidade Espaço-Temporal: A análise espacial identificou as sub-bacias a jusante (especificamente 12, 16, 20, 22 e 23) como tendo o maior fluxo de corrente, excedendo 1500 m³/s. A análise temporal indicou um aumento de 10–15% na frequência de eventos de escoamento extremo (classe de 3000–4000 m³/s) após 2005 em comparação ao período anterior.
Projeções de Fluxo de Corrente Futuro: Sob os cenários RCP, o pico do fluxo de corrente é projetado para aumentar 7% (RCP 2.6), 10% (RCP 4.5) e 15% (RCP 8.5) em relação aos níveis históricos. Espera-se que a estação chuvosa se torne significativamente mais úmida, com aumentos de 29%, 43% e 55% nos respectivos cenários.
Atribuição de Drivers de Escoamento: O estudo quantificou as contribuições da variabilidade climática, mudança de LULC e sua interação:
- RCP 2.6: A variabilidade climática foi o driver dominante (57,57%), com LULC contribuindo 4,41% e a interação 38,02%.
- RCP 4.5: O efeito de interação tornou-se dominante (59,42%), com o clima em 33,71% e LULC em 6,87%.
- RCP 8.5: O efeito de interação contribuiu com 69,77% para a mudança de escoamento. A influência direta de LULC subiu para 18,75%, enquanto a influência direta do clima caiu para 11,48%.

Significância e Alegações
Os autores afirmam que este estudo fornece uma avaliação abrangente de como a variabilidade climática e as mudanças de LULC afetam conjuntamente a dinâmica do fluxo de corrente em uma bacia intensamente mineradora. Os achados confirmam que, embora os aumentos históricos de escoamento tenham sido impulsionados por ambos os fatores, as respostas hidrológicas futuras serão cada vez mais dominadas pela interação entre o forçamento climático e as mudanças na superfície terrestre.

O artigo afirma que a intensificação projetada do escoamento sazonal e da variabilidade do fluxo de corrente sugere um maior risco de inundação e alteração na disponibilidade de água, particularmente nas sub-bacias a jusante. Esses achados são apresentados como valiosos para formuladores de políticas e pesquisadores envolvidos no planejamento de recursos hídricos, mitigação de inundações e regulação de atividades de mineração. O estudo enfatiza a necessidade de estratégias de gestão integrada de bacias que considerem tanto o planejamento do uso da terra quanto a adaptação climática para mitigar futuros riscos hidrológicos. Os autores observam limitações relativas à resolução espacial dos dados meteorológicos e a exclusão de interações explícitas entre águas subterrâneas e superficiais, sugerindo estes como áreas para pesquisas futuras para melhorar a precisão preditiva.