Otimização da calibração dos parâmetros de um modelo hidrossedimentológico via algoritmos genéticos

Abstract

A erosão hídrica do solo tem sido objeto de discussão em diversos setores relacionados a gestão do uso do solo e da água, em virtude dos efeitos negativos que a produção de sedimentos acelerada pode provocar aos recursos naturais, sobretudo no semiárido, onde a água se mostra um recurso escasso. A simulação de eventos hidrossedimentológicos por meio de modelos matemáticos tem se tornado uma alternativa viável no sentido de prever como ocorrem os processos físicos. Todavia, a utilização eficiente destes modelos como ferramenta de predição está condicionada ao grau de precisão dos parâmetros envolvidos na simulação, que muitas vezes são calibrados manualmente, provocando a necessidade de um grande esforço computacional por parte do usuário. Nesse sentido, o trabalho tem como objetivo a criação de um modelo computacional que possibilite a aplicação da técnica de algoritmos genéticos (AG) no processo de calibração dos parâmetros (C, C , K , S, G) do modelo Kineros2, de modo a f o sat i torná-lo automático. O estudo foi aplicado em três microbacias experimentais do semiárido cearense, apresentando estas as características de vegetação nativa (Nativa), caatinga resultante de um processo de raleamento (Raleada) e área destinada a pastagem (Queima e pastagem). A calibração foi feita com o conjunto de dados do ano de 2011, sendo validada para os dados de 2009, 2010, 2012, 2013 e 2016. Para a função objetivo otimizada pelo AG foi adotado o índice de Willmott, tendo o resultado da calibração uma verificação adicional por mais duas funções de avaliação, o índice de concordância (c) e Fator de Eficiência de Nash e Sutcliffe (NSE), sendo a última também utilizada no processo de validação dos dados. Diante dos resultados apresentados no estudo, percebeu-se uma robustez da técnica de algoritmos genéticos, expressa por meio dos valores de 0,903, 0,926 e 0,952 obtidos para a função objetivo na calibração das microbacias nativa, raleada e queima e pastagem, respectivamente. Os parâmetros obtidos pelo AG na calibração das três microbacias conseguiram refletir as especificidades identificadas in loco, além de apresentarem valores que se mantiveram dentro dos intervalos preestabelecidos pela literatura. Em relação à validação para as três microbacias percebeu-se um comportamento diferente em anos que apresentaram pluviosidade abaixo da média histórica e os que se mantiveram acima da mesma, apresentando-se melhores valores de NSE para o segundo caso. Uma das possíveis causas par