Workshop Introdutório em Português R. Srinivasan,
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http://www.brc.tamus.edu/swat
R. Srinivasan
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Professor Blackland Research and Extension Center and Spatial Sciences Laboratory, ESSM Texas A&M AgriLIFE Research Texas A&M University
Traduzido por: Danielle de Almeida Bressiani
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Engenheira Ambiental - EESC/USP/Brasil Doutoranda em Hidráulica e Saneamento Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo
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Introdução ................................................................... .................................................................................................... .................................................................. ................................................................. ................................ 1 Objetivos .............................................................. ................................................................................................. ................................................................... .................................................................. ...................................... .... 1 Delineação de Bacia Hidrográfica (Watershed Delineation)............................................................. ........................................................................................ ........................... 6 Definição das Unidades de Resposta Hidrológica .................................................................. .................................................................................................... .................................... .. 30 Escrevendo as Tabelas de Entrada para o SWAT........................................................ SWAT......................................................................................... ............................................... .............. 31 Editando as Entradas do SWAT .................................................................................. .................................................................................................................... ............................................... ............. 35 Passos para adicionar os dados do usuário de solos e climáticos no banco de dados d ados do SWAT ............................... ............................... 71
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Introdução O Soil and Water Assessm ent Tool (SWAT) é um modelo hidrológico físico contínuo desenvolvido para prever o impacto de práticas de manejo nos recursos hídricos, sedimento e agricultura, em bacias hidrográficas grandes e complexas, com variados tipos e usos do solo, e condições de gestão e manejo durante longos períodos de tempo. Para a simulação uma bacia hidrográfica é subdividida em um número de sub-bacias homogêneas (Unidades de Resposta Hidrológica- hydrologic Response Units: HRUs), com propriedades únicas de tipo e uso do solo. As informações de entrada para cada sub-bacia são agrupadas em categorias: climática, áreas com um único tipo de solo, uso do solo e gestão/manejo dentro da sub-bacia; lagoas / reservatórios; águas subterrâneas; e do canal principal ou córrego, que drena a sub-bacia. A distribuição da carga e movimento do escoamento superficial, sedimentos, nutrientes e pesticidas para o canal principal em cada sub-bacia são simulados considerando o efeito de diversos processos físicos que influenciam na hidrologia. Para uma descrição detalhada das capacidades do SWAT, verifiquem o Soil and Water Assessment Tool User’s Manual, Version 2000
(Neitsch et al., 2002), publicado pelo Agricultural Research Service e
a Texas Agricultural Experiment Station, Temple, Texas. O manual também pode ser baixado do site do (www.brc.tamus.edu/swat/swatdoc.html#new ).
Objetivos Os objetivos desse workshop são: (1) Realizar a configuração de um projeto no SWAT e (2) familiarizar-se com as capacidades do SWAT.
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SWAT
Criando um Projeto A extensão do ArcSWAT para o ArcGIS 10 cria um arquivo arquivo de projeto no ArcMap, que contem links para os seus dados e incorpora incorpora todas as funções customizadas de SIG no arquivo de projeto do ArcMap. O arquivo do projeto contem uma Interface Gráfica do Usuário no ArcMap ( ArcMap Graphical Us er Interface -GUI ) incluindo menus, botões e ferramentas. Os principais passos para criar um projeto no SWAT dentro do ambiente do ArcMap são introduzidos abaixo:
Step 1. Inicie o ArcMap. Sob o menu Customize do ArcMap View, selecione Extensions. Você irá ver uma extensão chamada: “SWAT Project Manager” e “SWAT Watershed delineator” na
lista de extensões (Figura 1). Selecione essas duas extensões.
Step 2. Vá ao menu Customize do ArcMap, coloque o seu mouse em cima do botão de Toolbar, a lista de ferramentas irá aparecer. Clique na ferramenta do ArcSWAT, a interface principal do ArcSWAT irá abrir (Figura 2).
Figura 1 Extensões do ArcMap
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Figura 2 Interface do ArcSWAT
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Figura 3 Crie um novo projeto no SWAT e selecione o diretório de trabalho e o Banco de Dados
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Step 3. Criando um novo Projeto SWAT: Selecione o diretório de trabalho e o Banco de Dados
Project, do menu SWAT Project Setup. Setup. Uma aba chamada “ Project Set Up” irá Clique no botão New SWAT Project, aparecer (Figura 3), selecione o diretório de trabalho(Project trabalho( Project Directory) para o projeto. projeto . Os nomes do SWAT do SWAT Project Geodatabase e Raster Storage Geodatabase são Geodatabase são inicializados automaticamente. Estes dois Bancos de dados escolhida: Project Directory. Geodatabases serão criados dentro da pasta de trabalho escolhida: Project
O SWAT Parameter Geodatabase armazena Geodatabase armazena os parâmetros necessários para o modelo SWAT rodar. O diretório deste Geodatabase é dado pela interface, os usuários não devem modificar o valor, no entanto, se tiver outro banco de dados, este deve ser utilizado.
Clique em OK após você ter feito a configuração do projeto. Então um novo Projeto do SWAT será criado dentro do diretório escolhido: Project Directory (Figura 4). O projeto do SWAT inclui duas pastas, dois geodatabases, e um arquivo
.mxd. O arquivo < Diretório de Trabalho >.mxd é o arquivo que está em uso pelo usuário.
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Figure 4 A estrutura do Diretório de Trabalho do Projeto SWAT
Delineação de Bacia Hidrográfica (Watershed Delineation) Delineation (Delineação Após ter realizado realizado a configuração de um um novo projeto no SWAT, ative ative o botão: Automatic Watershed Delineation (Delineação automática da Bacia Hidrográfica) dentro do menu: Watershed Delineator . A ferramenta Watershed Delineation irá aparecer (Figura 5). As funções da ferramenta são divididas em cinco sessões, sessões, nomeadas: DEM setup, Stream Definition, Definition, Outlet and Inlet Definition, Watershed Outlet(s) Outlet(s) Selection e Definition. Esta ferramenta é utilizada para delimitar a bacia hidrográfica utilizando utilizando uma combinação do mapa de declividade do terreno (MDT, ou DEM em em inglês), rede de drenagem digitalizada (definida pelo usuário –
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pode ser a definida pela ANA ou pelo Comitê de Bacia), e outros dados do usuário. Os procedimentos detalhados de como utilizar utilizar a ferramenta de Watershed Delineation são introduzidas nas sessões que seguem:
Figura 5 Aba Principal de Delineamento de Bacia (Watershed Delineation)
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Step 1: 1: Adicione o MDT (DEM) 1.
Clique no ícone
para adicionar o grid do MDT que será utilizado
na modelagem com o SWAT. Uma caixa de diálogo (Figure 6) com opções de selecionar dos mapas já abertos (Select ( Select from Watershed View) e de abrir do disco do computador ( Load DEM grid from disk) irá abrir. Selecione Load DEM grid from disk e disk e selecione o MDT (DEM) localizado no seu disco (no diretó rio “C:\Jeldu\Input\DEM” para este exemplo) e clique em adicionar: ADD. ADD. O MDT selecionado será salvo novamente na \RasterStore.mdb\
Figure 6 Propriedades de Projeção do MDT
SourceDem, que é carregada no ArcMap. Note que: o arquivo d o MDT selecionado precisa estar projetado. Caso não es teja, um erro iráaparec er.
2. Após carregar o MDT, MDT, o botão
estará ativado. Usando este botão,
o usuário pode checar as informações de projeção projeção do MDT (Figure 7). A aba com as propriedades propriedades do MDT MDT permite que você você verifique se as propriedades do MDT estão corretas e realize as mudanças necessárias. As propriedades do MDT devem conter corretamente o tamanho do grid e as unidades. O usuário pode alterar a unidade de Z para refletir a situação real. Step 2: 2: Focando na Área da Bacia
Figure 7 Propriedades de Projeção do MDT
A interface permite permite que os usuários importem ou criem um mapa raster de
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máscara que seleciona a parte de interesse do grid MDT e/ou do mapa shape da rede de drenagem. Estes mapas não são requeridos, mas podem acelerar o tempo de processamento para as operações em SIG. 1. Clique no botão
ao lado de Mask Mask,, três opções estão disponíveis para
inserir a área de interesse (Figura 8): Carregar a máscara do disco (Load mask grid from disk), disk), delinear manualmente (manually delineate) e view). Selecionar do mapa (Select boundary theme from basins view). Selecione a opção Load mask grid from disk e disk e clique OK. OK. Selecione o mapa de uso do solo: final_lu, final_lu, como máscara, que está localizado no seu disco, e clique em ADD. ADD. O MDT selecionado será salvo novamente na \RasterStore.mdb\Mask, que será carregada no ArcMap (Figura 10). 2. Se você selecionar selecionar a opção de delineação delineação manual (Manually (Manually Delineate), Delineate), uma ferramenta irá aparecer, o que permite que você desenhe um polígono como
Figura 8 Opções para definir a máscara
máscara (Figura 9). A ferramenta com três botões, DRAW, DRAW, EDIT VERTEX e DELETE DELETE aparece. Estas ferramentas permitem uma capacidade similar a de desenho e edição de um tema de polígono no ArcMap. ArcMap. Clique no botão de de desenho (DRAW (DRAW)) para manualmente estipular a fronteira da bacia hidrográfica de interesse com o mouse. Clique duas vezes com o botão esquerdo do mouse para Vertex irá permitir que você ajuste as fronteiras do completar o polígono. EDIT Vertex irá DELETE irá permitir que você selecione o seu polígono máscara. O botão de DELETE irá polígono inteiro para ser deletado, utilizando a tecla “Delete” do seu teclado.
Figura 9 Ferramentas para manualmente definir a máscara R. Srinivasan, [email protected] D. Bressiani, [email protected]
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Clique em APPLY APPLY quando você estiver satisfeito com a sua área de máscara desenhada manualmente. Isto irá criar um grid de máscara ( MASK), MASK), que será adicionado no seu tema do Watershed View. Nota:
1. Se uma máscara grid já existir, você pode selecionar a opção Load mask grid from the disk. O grid será adicionado no Basins view e usado para o delineamento. 2. Um tema de polígono que já esteja no Basins View pode ser selecionado como máscara, usando o Select boundary theme from the Basins view option.
Área de máscara
Figura 10 MDT adicionado no ArcMap View com area de máscara Nota:
Você pode sair da caixa de diálogo do Watershed Delineation em qualquer momento e abriri ela novamente Texas A & M University menu: WATERSHED DELINEATOR .
R. Srinivasan, [email protected] selecionando AUT OMATIC OMATIC DELINEATION do D. Bressiani, [email protected]
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Step 3: Utilizando 3: Utilizando uma rede de drenagem já existente Se a rede de drenagem estiver disponível, ela pode ser sobreposta ao MDT para definir a localização da rede de drenagem. No entanto, como nós não possuímos a rede, iremos pular esse passo. Step 4: 4: Definição dos Fluxos e Drenagem (Nota: Para a função de definição de fluxo do Watershed Delineator há dois modos de definir a bacia hidrográfica e a rede de drenagem. Aqui o método baseado em um limiar de área será introduzido, enquanto outro método baseado em bacias hidrográficas pré-definidas será introduzida no Apêndice I.) 1. De modo a utilizar utilizar o método de limiar limiar de área para delinear a bacia hidrográfica e a rede de drenagem, drenagem, o Flow Direction and Accumulation precisa ser calculado clicando no botão
. A definição de fluxo define a rede de drenagem e os
exutórios das sub-bacias. São sugeridas áreas de sub-bacias mínima e máxima (em hectares) na caixa de área de drenagem (Figura 11). Você tem a opção de mudar o tamanho das sub-bacias dentro da faixa especificada de valores. Esta função tem um papel importante na determinação da resolução
Figura 11 Área Limiar para definição de Sub-bacias e drenagem
da rede de drenagem e o tamanho e número de sub-bacias criadas. A área limiar (threshold area) define a área de drenagem necessária para formar o início de um córrego. 2. Após definer o valor valor limiar da área (neste (neste exercício utilize utilize o valor limiar limiar de 200 ha), ha), então o usuário pode delinear a rede de drenagem e exutórios exutórios clicando no botão botão
. A rede de drenagem drenagem e junções de córregos/rios, córregos/rios, utilizadas para definir definir os
exutórios das sub-bacias, são apresentados no mapa do MDT (Figura 12).
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Figura 12 Rede de Drenagem e Exutórios de Sub-bacias
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3. O próximo passo é a Definição de Exutórios e “Entrada” Outlet and Inlet Definition (Figura 13). 13). Antes de proceder, você possui diversas opções: (1) modificar a area limiar e re-rodar a rotina de definição da rede de drenagem e exutórios, (2) adiionar pontos de exutório através de uma tabela que contém as suas localizações, (3) adicionar pontos de exutório manualmente, e (4) remover pontos de exutório. Assumindo que a rede de drenagem e de exutórios está aceitável proceda para a definição do inlet para a area de estudo. Inlets, entradas, entradas, representam um ponto de entrada na bacia ou uma drenagem de uma area superior da bacia.
Figura 13 Opções para Definição dos Exutórios e Entradas
Note
Ao especificar a área limiar, nós definimos a rede de drenagem. Significa que um número mínimo de células são necessárias para iniciar a delimitação de um córrego/rio. A área limiar é para toda a bacia hidrográfica, não para cada sub-bacia que será delimitada. A área sugerida que aparece na aba é a área média que poderia ser utilizada.
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Step 5: Seleção 5: Seleção e Definição do Exutório Principal da Bacia Neste passo os usuários irão selecionar um ou mais exutórios para definir os limites da bacia hidrográfica principal.
1. Clique no botão para selecionar
para escolher o exutório da bacia. Desenhe um quadrado englobando o local do
exutório irá definir o principal exutório da bacia. Neste exemplo, selecione 1 exutório na parte jusante da área dentro da máscara da bacia (Figura 14) e clique no botão para delinear a bacia Delineate Watershed
. Selecione YES Selecione YES na na próxima
caixa de diálogo para continuar com a delimitação da bacia principal e sub-bacias. Uma caixa de diálogo irá aparecer para anunciar que a delimitação foi r ealizada. 2. A bacia hidrográfica e sub-bacias delimitadas delimitadas serão adicionad adicionadas as ao View. Se a delimitação não for satisfatória satisfatória ou se o usuário quiser selecionar um outro exutório para a bacia, clique no botão para cancelar a seleção Cancel Selection e Selection e faça novamente. 3. Clique no botão botão para calcular calcular os parâmetros parâmetros das sub-bacias
para estimar os parâmetros. Esta função calcula as
características básicas básicas da bacia a partir dos dados do MDT e sub-bacias. Também atribui a identificação para as sub-bacias. Os resultados dos cálculos são armazenados como campos adicionais nos arquivos de banco de dados temáticos dos córregos e sub-bacias. Clique em OK para OK para concluir a etapa de delimitação da bacia hidrográfica. A Figura 15 mostra o divisor de águas delineado e as sub-bacias. 4. Abra a tabela de atributos atributos do Watershed Watershed ou Reach para ver as características características calculadas. calculadas.
** Segurando
a tecla SHIFT do seu teclado você pode selecionar mais de um exutório. Este recurso permite que bacias adjacentes sejam simuladas ao mesmo tempo no SWAT. S WAT. Não selecione um exutório à montante de d e outro exutório. Pelo menos um exutório tem qu e ser selecionado para a delimitação das bacias.
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Exutório Selecionado
Figura 14 Seleção
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do exutório da Bacia Principal
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Figura 15 Bacia hidrográfica e Sub-bacias Delimitadas
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Step 6: Reservatórios O usuário pode adicionar ou remover reservatórios para refinar o processo de delimitação. O procedimento é similar ao processo de adicionar manualmente ou remover um exutório. Neste exercício, nós não iremos focar em adicionar ou remover reservatórios. No reservatórios. No entanto o procedimento padrão segue abaixo para referência: 1. Para adicionar um reservatório, reservatório, clique clique no botão ADD e ADD e com o ponteiro do mouse de cruz, clique na sub-bacia aonde deseja inserir o reservatório.Uma caixa de diálogo irá aparecer para verificar o posicionamento do reservatório. Caso a sub-bacia errada esteja listada, clique em No e No e repita o passo 7(1). Se a sub-bacia correta estiver listada, clique em Yes. Yes. 2. Para remover remover um reservatório clique no botão REMOVE. REMOVE. Desenhe um quadrado ao redor do reservatório que deve ser removido, segurando o botão esquerdo e movendo o mouse. Uma nova caixa de diálogo irá verificar sobre a remoção do reservatório. Caso a sub-bacia errada esteja listada, clique No e repita o passo 7(2). Se a sub-bacia correta estiver listada, clique Yes clique Yes.. Step 7: 7: Clique em EXIT para EXIT para sair da caixa de diálogo do W atershed Delineation. Step 8: 8: Verifique o Relatório Topográfico (Topographic Report) Reports na clicando no botão de Watershed Reports na aba de menu do Watershed Delineator . Você pode verificar a distribuição de elevação; área e percentuais para a bacia inteira e para cada sub-bacia.
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Uso do Solo, Tipos de Solo e Definição de Declividades A opção de uso do solo, tipos de solo e definição de declividades (Land ( Land Use, Soil and Slope Definition) no menu do HRU Analysis permite que o usuário especifique os temas de uso do solo, tipos de solo e declividade que serão utilizadas para modelagem no modelo SWAT. Estes temas são então utilizados para determinar a distribuição das unidades de resposta hidrológica ( hydrologic response unit (HRU)) (HRU)) em cada sub-bacia. SWAT requer dados de uso do solo para determinar a área de cada categoria de uso do solo a ser simulada dentro de cada sub bacia. Adicionalmente Adicionalmente às informações de de uso do solo, solo, SWAT, SWAT depende de dados de tipos de solo para determinar o conjunto de características hidrológicas dentro de cada sub bacia. A opção opção Land Use, Soil and Slope Definition guia o usuário no processo de especificar os dados a serem utilizados na simulação e em assegurar que estes dados estejam no formato correto. Em particular, a opção permite que o usuário selecione dados de uso do solo e/ou tipos de solo que estejam em formato grid/raster ou shape. Arquivos Shape são automaticamente convertidos em grid, que é o formato requerido pelo ArcGIS para calcular as distribuições de uso e tipos de solo nas sub-bacias de interesse. Selecione a opção
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Figura 16 Caixa de Diálogo do Land Use / Soil / Slope Definition
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Land Use / Soil / Slope Definition do menu HRU Analysis . A caixa de diálogo do Land Use / Soil / Slope Definition irá abrir (Figura 16). 16). Os procedimentos procedimentos detalhados detalhados de como usar as funções funções contidas nessa nessa caixa de diálogo, diálogo, são introduzidas introduzidas abaixo:
Step 1: 1: Definindo os Usos do Solo 1. Selecione o seu mapa de uso do solo, clicando no botão da pasta de arquivo
,
ao lado de “ Land Use Grid.”
2. Uma caixa de diálogo diálogo para que você você selecione a opção desejada desejada de mapa de uso uso do solo irá aparecer (Figura 17). Você terá a opção de selecionar o seu arquivo do mapa aberto no ArcGIS ou carregar do disco. Selecione a opção de carregar do disco: Load Land Use dataset(s) from disk e disk e clique em Open. Open. Clique Yes Clique Yes para a caixa de diálogo sobre projeção. 3. Selecione o arquivo grid Landuse na pasta de trabalho e clique em Select. Select.
Figura 17 - Opções de Seleção para uso do solo
Uma mensagem irá aparecer informando que o carregamento do mapa foi realizado. 4. Após realizar o carregamento carregamento do arquivo arquivo do uso do solo no mapa, escolha o campo campo do seu arquivo grid que será utilizado como indicador para definir diferentes tipos de uso do solo. Neste exemplo, o campo “ Value” deve ser selecionado. Clique OK, OK, então
uma tabela intitulada “SWAT LandUse Classification Table” será criada automaticamente pela interface ( Figura 18). A primeira coluna contém os valores únicos do campo do seu arquivo grid escolhido. A segunda coluna contém a área de cada tipo de uso do solo. E a Terceira coluna contém os nomes dos usos do solo do banco de dados do SWAT, correspondentes aos valores do campo.
Figure 18 – Tabela Tabela de Classificação dos Usos do Solo R. Srinivasan, [email protected] D. Bressiani, [email protected]
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5. Para preencher com valores corretos na terceira coluna, os códigos do arquivo arquivo grid de uso do solo precisam estar atribuídos a uma descrição de cobertura do solo/ cultura. Você pode importar uma tabela de correspondência ( look-up table) ou manualmente atribuir um código de uso do solo/cultura. A interface inclui tabelas que convertem os códigos de classificação de uso do solo da classificação do USGS aos códigos do SWAT Se o mapa de uso do solo que
Figura 19 Opções de Tabela de Correspondência
está sendo utilizado é classificado por um método alternativo, você precisa criar uma tabela de correspondência ( look-up table) ou inserir as informações manualmente. 6. Selecione a tabela de correspondência para o uso do solo, clicando clicando no botão “Look-up Table” ao lado de “Table Grid Values – > Land cover classes”. Uma
caixa de diálogo " Land Cover Lookup Table" será exibida (Figura 19). 7. Quando o usuário possui possui dados de uso do solo e os correspondentes correspondentes códigos de quarto caracteres do SWAT, a opção de tabela do Usuário (“ User Table”) deve ser selecionada. 8. Selecione a tabela do usuário nos formatos formatos .txt ou .dbf (a tabela de correspondência no format ASCII .txt é mostrada na (Figura 21), em seguida a classificação de uso do solo do SWAT será preenchida na tabela (Figura 19). 19). 9. Clique em Reclassificar ( Reclassify). Reclassify). Então o mapa de uso do solo será reclassificado de acordo com a tabela de correspondência. O mapa reclassificado é apresentado na Figura na Figura 21.
Figura 19 Tabela de Classificação de Uso do Solo Preenchida
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Acessando a Tabela do Usuário da caixa de diálogo da definição de uso e tipos de solo:
A tabela definida pelo usuário tem que ser criada no formato da figura abaixo:
Figura 20 Tabela de Correspondência em formato ASCII (.txt)
Nota:
1. Para criar manualmente a tabela de correspondência (look- up table), clique duas vezes no campo “LandUseSwat” ao lado do número da primeira categoria na caixa de diálogo. Uma nova caixa de diálogo irá aparecer listando os dois arquivos de banco de dados do SWAT dos quais as categorias de uso de solo podem ser selecionadas: Uso do Solo/Cultura e Ur bano. Selecione o banco de dados desejado clicando nele. Clique OK. Uma caixa de diálogo irá aparecer listando os códigos disponíveis do SWAT. Selecione o código desejado da lista e clique em OK. Repita o procedimento para todos os valores do grid de uso do solo. 2. Se você não encontrar o uso de solo desejado no banco de dados, você terá de adicionar a classe de uso de solo no banco de dados.
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Figura 21 Mapa de Uso do Solo Reclassificado
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Step 2: Especificando os tipos de Solo 1. Selecione o arquivo de tipos do solo clicando clicando no botão para abrir a pasta no Rater de Tipos de Solo “ Soil Grid” na aba de Dados dos Solos “Soil Data” (Figura 22).
2. Uma caixa de diálogo chamada “Select Soils Data” aparece. Você possui a opção de Selecionar o arquivo do mapa, Carregá-lo do disco, ou utilizar o banco de dados dos Estados Unidos STATSGO do disco. Selecione o mapa de tipos de solo do disco e carregue-o ao mapa. Uma caixa de mensagem irá indicar se o carregamento foi bem sucedido. 3. Após ter carregado o arquivo de tipos de solo ao mapa, escolha o campo que será utilizado como indicador para definição dos tipos de solo. Neste exemplo, o campo “ Value” é selecionado. Clique OK, OK, e em seguida uma tabela com o título: “ SWAT Soil Classification Table” será
criada automaticamente pela interface. A primeira coluna contém os valores únicos do campo do seu arquivo de tipos de solo escolhido. A segunda coluna contém a área de cada tipo de solo na bacia. E a terceira contém os nomes dos tipos de solo correspondentes ao banco de dados do SWAT, que precisam ser indicados através da tabela de correspondência.
Figura 22 Interface para definição dos tipos de solo
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O mapa de tipos de solo deve ser linkado à base de dados dos Estados Unidos (disponível na interface) ou à base de dados do usuário (customizada). Dentro de “Options,” clique no clique no botão ao lado do método utilizado para ligar o mapa de solos ao
banco de dados de solos. Há cinco opções disponíveis:
Stmuid: Stmuid: Número de polígonos estaduais STATSGO, Americano, fase de solo dominante
S5id: S5id: Soils5ID número para a série de dados de solos do Departamento de Agricultura dos EUA (USDA)
Name: Name: Nome dos solos no banco de dados do usuário
Stmuid + Seqn: Seqn: Número de polígono estadual STATSGO e número de sequência da fase do solo
Name + Stmuid: Stmuid: Número de polígono estadual STATSGO e nome da série de solo
4. Selecione Name, e então carregue os valores de correspondência para o arquivo de tipos de solo e clique em Reclassify. Reclassify. O mapa de solos reclassificado aparece no mapa (Figura 23).
Nota:
Os dados de solo do SSURGO também podem ser usados no SWAT. A ferramenta para processamento do SWAT – SSURGO está disponível em http://lcluc.tamu.edu/ssurgo/ . A base de solos SSURGO é apenas utilizada para os Estados Unidos.
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Figura 23 Mapa de Tipos de Solo Reclassificado Nota:
1. Você pode manualmente reclassificar o mapa de tipos de solo usando um procedimento similar ao da reclassificação de usos do solo. 2. Tabelas de correspondência definidas pelo usuário em format de texto ou banco de dados podem ser adicionadas clicando no botão para abrir a pasta ao lado dos valores dos atributos dos solos.
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Step 3: Definindo a Declividade
A declividade é um fator importante, que determina o movimento da água, sedimentos e nutrientes. Nesta nova versão da interface, uma nova função foi adicionada para considerar a declividade na definição dos HRUs. O procedimento geral para a definição das declividades é introduzido abaixo: 1. Clique na aba de declividade (Slope) ( Slope),, então a interface para a definição do tema irá aparecer (Figura 24). 24). Existem duas opções para a discretização de declividade: única declividade (Single ( Single Slope) Slope) e múltiplas declividades (Multiple Slope). Slope). A opção de única declividade denota que o valor médio de declividade será utilizado para toda a bacia, enquanto que a opção de múltiplas declividades permitem que a classificação de declividade seja realizada em vários níveis. Se a opção “ Multiple Slope” tiver sido selecionada, o usuário precisa definir o
Classes) e número de classes de declividade que utilizará (Number ( Number of Slope Classes) e a faixa de valores (limite inferior e superior) para cada classe. Utilize para esse exemplo três classes de declividade. Para a primeira, coloque 5, e clique Add; Add; para a segunda; 20%,e clique Add. Add. A terceira classe será automaticamente definida pelo SWAT (utilizando o valor default máximo de 9999). Os resultados da classificação estarão na tabela: “ SWAT Slope
Classification Table”. Clique em “ Reclassify”, o mapa com as classes de declividade será adicionado ao mapa tema (Figura 26).
Figura 24 Tabela de d e Classificação de Declividades Preenchida R. Srinivasan, [email protected] D. Bressiani, [email protected]
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Figura 25 Mapa tema com Declividades reclassificadas de acordo com critério do usuário
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Step 4: Sobreposição das camadas de tipos e usos do solo e declividade Quando as camadas de uso do solo, tipo do solo e declividade tiverem sido classificadas, o botão para sobreposição ( OVERLAY) OVERLAY) será ativado. Clique no botão; as três camadas de raster serão sobrepostas. Assim que o processamento estiver estiver complete, uma mensagem irá informar. Clique em OK para proceder a definição das unidades hidrológicas de resposta (HRUs). Figura (HRUs). Figura 26 mostra as unidades com combinações únicas de uso do solo, tipo de solo e declividade dentro de cada sub-bacia. Esta camada será utilizada depois para a definição dos HRUs. Step 5: 5: Visualização dos relatórios de distribuição de uso do solo, tipos de solo e declividade Verifique a distribuição dos percentuais e áreas de cada classe de usos e tipos de solo em cada sub-bacia clicando no botão do HRU Analysis Reports na Reports na aba do menu HRU analysis. analysis.
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Figura 26 Arquivo Shape das unidades com combinações únicas de tipos e usos do solo e declividade dentro de cada sub-bacia
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Definição das Unidades de Resposta Hidrológica Antes de executar executar o SWAT, a distribuição distribuição das unidades de resposta hidrológica hidrológica (HRUs) dentro das sub-bacias precisa ser determinada baseada nas camadas dos usos do solo, tipos de solo e declividade definidas na etapa anterior. A interface permite ao usuário especificar os critérios a serem utilizados para determinar a distribuição de HRUs. Uma ou mais combinações de uso do solo/ tipo de solo/declividade (HRUs) podem ser criadas por sub-bacia. A subdivisão das bacias em áreas com combinações combinações únicas de uso so solo, tipo de solo e declividade permitindo ao modelo refletir diferentes evapotranspirações de várias culturas e tipos de solo. O escoamento superficial é calculado em separado para cada HRU e roteado para obter o escoamento superficial total para a bacia. Isto aumenta a acurácia e provê uma descrição física bem melhor do balanço hídrico. Analysis. Que irá abrir a caixa de Clique no botão de HRU Definition no menu HRU Analysis. diálogo “ HRU Definition” (Figura 27). O usuário possui duas opções para determinar
a distribuição dos HRUs: atribuir um único HRU para cada sub-bacia ou atribuir múltiplos HRUs para cada sub-bacia. Se for selecionada a opção de um único HRU por sub-bacia, o HRU é determinado pela combinação dominante de uso do solo/ tipo do solo/declividade dentro de cada sub-bacia. Se múltiplos HRUs são selecionados, o usuário pode especificar critérios para os dados de uso do solo, tipo do solo, declividade
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Figura 27 Definição dos HRUs
que serão utilizados para determinar o número e tipos de HRUs em cada sub-bacia. Os procedimentos de como utilizar esta ferramenta são introduzidos abaixo: Step 1: 1: Definição das Unidades de Resposta Hidrológica Units. 1. Selecione a opção de Multiple Hydrologic Response Units. Modifique os valores limiares de percentuais de área para uso/tipo do solo/ declividade em relação à área da sub-bacia para definir o quão detalhado será representado a bacia. Selecione o valor limiar desejado para tipo de solo, uso do solo, e declividade (por exemplo use 10% para uso e tipo do solo e declividade). declividade). 2. Agora clique clique em em “ Create HRUs” para delinear a distribuição dos HRUs. Você também pode ir para a aba de refinamento do uso do solo (Land (Land Use Refinement) Refinement) para especificar critérios mais detalhados. Há duas maneiras de refinar a definição dos HRUs. A primeira divide um uso do solo em dois ou mais sub usos do solo. Por exemplo, o uso de solo AGRL pode ser dividido em dois sub usos do solo: AGRL (50%) e AGRR (50%). A outra opção é selecionar um uso do solo como isento, o que significa que este tipo de uso do solo será isento do valor limiar de área definido na etapa anterior. Neste exemplo, as configurações destas duas funções são mostrados na Figura 28.
Figura 28 Interface para refinamento de uso do solo R. Srinivasan, [email protected] D. Bressiani, [email protected]
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3. Após criar os HRUs, HRUs, o relatório da distribuição dos HRUs HRUs pode ser aberto ao clicar no botão HRU Analysis Reports no Reports no menu HRU Analysis. Analysis. 4. Se a distribuição não for satisfatória, satisfatória, repita o procedimento explicado, explicado, alterando as sensibilidades sensibilidades de uso e tipos de solo, até obter uma distribuição satisfatória.
Nota para Distribuição dos HRUs:
Selecionando a opção de múltiplos HRUs nos permite eliminar usos do solo não significativos em cada sub-bacia. Por exemplo, se nós estabelecermos o limiar para p ara uso do solo (%) sobre a ár ea da sub-bacia para par a 15%, os usos do solocom menos de 15% de área da sub-bacia serão eliminados e o HRU será criado para os usos do solo com áreas superiors à 15% da área da sub-bacia. O mesmo vale para tipo de solo e declividade.
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Soil and Water Assessment Tool (SWAT) Abaixo seguem os procedimentos principais principais para a modelagem modelagem no SWAT.
Criar o projeto SWAT
Delineamento da Bacia Hidrográfica para modelagem
Definição dos dados de uso uso do solo/tipo do solo/declividade solo/declividade
Determinação da distribuição de HRUs baseada em um um só uso do solo e tipo de solo
Definição de precipitação, precipitação, temperatura, e outras outras varáveis varáveis climáticas
Escrever os arquivos arquivos de entrada do SWAT- requer dados de tipos do solo, climáticos, uso uso do solo, crescimento crescimento das plantas, plantas, uso de fertilizantes e de pesticidas, pesticidas, gestão de cultivo, e atividades atividades urbanas.
Editar os arquivos de entrada- se necessário
Configurar e rodar o SWAT – requer informação do período de simulação, método de estimative de PET e outras opções
Visualização dos resultados
Agora nós completamos completamos os três primeiros procedimentos. procedimentos. Neste tutorial nós vamos vamos nos concentrar concentrar no preparo do resto dos dados de entrada para o SWAT, rodando o modelo, e visualizando os r esultados do modelo. Note
A ferramenta do Spatial analyst do ArcGIS é a principal ferramenta utilizada pelo SWAT. SWAT simplesmente não pode ser usado. Informação Geral sobre o SWAT: Todos os dados de entrada e os resultados são em unidades métricas (MKS)
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BRC/UT/EPA/BASINS
Escrevendo as Tabelas de Entrada para o SWAT Este menu contém funções para construir os arquivos do banco de dados que incluem as informações necessárias para gerar as entradas padrão (default) para o modelo SWAT. Os comandos do menu precisam ser implementadas apenas uma vez para um projeto. No entanto, se o usuário modifica a distribuição HRUs depois de construir os arquivos de banco de dados de entrada, esses comandos devem ser reprocessados novamente. Step 1: 1: Definir os Dados Climáticos 1. Selecione o botão de Estações Meteorológicas ( Weather Stations) Stations) no menu do Write Input Tables. Tables. Uma caixa de diálogo “Weather Data Definition” é aberta (Figura 29 ). Este
diálogo permitirá que o usuário defina os dados de entrada para precipitação, temperatura e outros dados meteorológicos. Para os dados meteorológicos, você tem a opção de simular os dados no modelo ou utilizar a série de tabelas de dados. Se não há dados metereológicos disponíveis, a informação pode ser simulada usando um
Figura 29 Caixa de Definição dos Dados Metereológicos
gerador de condições atmosféricas (weather generator). Você pode preparar as informações para o weather generator Macro disponível no website do ArcSWAT http://sw http://swat.tamu.edu at.tamu.edu/software/li /software/links-to-relatednks-to-relatedusando a planilha WGEN Excel Macro disponível software/. Em caso de falta de dados, o usuário pode usar dados climáticos globais disponíveis no site da ArcSWAT http://globalweather.tamu.edu/
. Dile e Srinivasan, (2014) avaliaram este banco de dados para a Bacia do Lago Tana, Bacia
Superior do Rio Nilo. Os autores concluem que esses dados podem ser usados para previsões hidrológicas, quando dados meteorológicos observados não estão disponíveis. Os dados do weather generator devem ser definidos antes que você
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possa continuar a definir os outros dados, como precipitação e temperatura. Select the “ WGEN_user ” option for Weather Generator Data to add the weather simulation database automatically.
2. Na aba de “Rainfall data”, selecione a opção de estações pluviométricas (“Raingages”) para dados de precipitação. Procure no diretório de trabalho e escolha o arquivo PCP.txt e PCP.txt e clique em Add. 3. Na aba de “Temperature data”, selecione o botão de estações climáticas (“Climate Stations”). Busque no diretório de Temp.txt e clique em Add. trabalho e escolha o arquivo Temp.txt e 4. Depois de selecionar os dados de precipitação, precipitação, temperatura temperatura e do gerador climático, clique em OK para gerar os arquivos de dados meteorológicos de entrada do SWAT. Uma caixa de mensagem irá indicar geração bem-sucedida do banco de dados metereológico do SWAT. Neste ponto você tem a opção de gerar todos os arquivos de entrada utilizando a opção WRITE ALL localizada no menu INPUT menu INPUT ou gerar cada arquivo em separado. Os arquivos necessários são:
Watershed Configuration file (.fig)
Pond input (.pnd)
Soil data (.sol)
Management Input (.mgt)
Weather generator data (.wgn)
Main channel data (.rte)
General HRU data (.sub)
Ground water data (.gw)
Soil chemical input (.chm)
Water use data (.wus)
Stream water quality input (.swq)
Nota
Na nova versão do ArcSWAT (2012), o usuário pode modificar os arquivos de dados meteorológicos meteor ológicos mais tarde sem reescrever as tabelas de entrada. Na versão anterior (2009) os arquivos de entrada precisavam ser reescritos após a modificação de dados meteorológicos e as parametrizações modelo definido para os valores padrão.
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Figura 30 Localização das Estações Meterológicas
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Step 2: 2: Escrever Todas (Figura 31 ) 1. Selecione a opção Write SWAT Database Tables do menu Write Input Tables. Tables. 2. Uma caixa de mensagem aparece: “Current Status of Input Data”. Esta janela mostra a lista lista de arquivos de entrada que devem devem ser gerados e se se All e Create Tables. Tables. este já foi gerado ou não. Clique em Select All e 3. Para a geração dos arquivos arquivos de entrada da gestão (management) uma mensagem verifica se o banco de dados climáticos relativos ao EUA são suficientes para estimar as Unidades de Calor das Plantas (Plant Heat Units). Clique Yes Clique Yes se a área de estudo for nos EUA. 4. Uma caixa de mensagem irá indicar indicar se a geração dos dos arquivos de entrada foi bem sucedida .
Figura 31 Escrever todos os arquivos
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Editando as Entradas do SWAT SW AT Os comandos listados no menu de Edit SWAT Input abrem caixas de diálogo que permitem ao usuário alterar os dados default de entrada do SWAT. O menu Edit SWAT Input pode ser usado para fazer modificações nas entradas do modelo durante o processo requerido que você edite as informações de de calibração. Neste exercício não é requerido que entrada. No entanto, o procedimento geral é dado para que você se familiarize com os arquivos de entrada do SWAT e com as capacidades de edição do ArcSWAT. Step 1: 1: Editando o Banco de Dados 1. Selecione o botão Edit Databases do Databases do menu Edit SWAT Input. Input. Você irá receber uma lista de opções para escolher qual banco de dados será editado (Figura 32 ).
Figura 32 Lista dos Bancos de Dados do SWAT
Step 1-1: Editando 1-1: Editando o Banco de Dados de Solos (Figura 33 ) Soils, e clique OK 1. Selecione a opção User Soils, clique OK.. diálogo “ User Soils Edit” com a lista de nomes de solos abreviados irá aparecer. Clique no nome de um tipo de 2. A caixa de diálogo
solo para edição dos dados de perfil dos solos ou para uma camada individual do solo. 3. Você pode também adicionar um novo novo solo ao banco de dados dados clicando no botão botão Add New na parte inferior da caixa de diálogo: “ Add and Edit User Soil”.
EXIT após ter completado a edição do banco de dados. Uma caixa de diálogo irá aparecer dando a opção de salvar 4. Clique EXIT após ou ignorer as mudanças realizadas ao banco de dados.
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Ao utilizar um processo processo similar similar ao de edição do banco banco de dados de solos, solos, uma opção de Database no menu Edit Input você Input você pode editar ou adicionar informações sobre clima, uso do solo/culturas/crescimento solo/culturas/crescimento de plantas, fertilizantes, pesticidas, manejo, e áreas urbanas.
Figura 33 Caixa de Edição do Banco Banco de Dados de Solos Nota:
Movendo o ponteiro do mouse próximo pr óximo a um objeto (caixa de texto, botão, etc) em qualquer uma das abas de edição de entradas uma pequena uma pequena descrição dos dos parâmetros será apresentada. R. Srinivasan, [email protected]
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Step 2: 2: Editando as Entradas dos Pontos de Descarga (Fontes Pontuais) 1. Selecione a opção do Point Sources Discharges no menu Edit SWAT Input. Input. Uma caixa de diálogo “Edit Point Source Inputs” (Figura 34 ) com uma
lista de sub-bacias que contém pontos de descarga irão aparecer. 2. Clique no número da sub-bacia da qual deseja editar os dados de descarga. A caixa “Point Discharges Data” irá aparecer com a lista de
atributos do ponto. A caixa de diálogo permite que o usuário entre com os dados do ponto de descarga em um de quarto formatos: cargas diárias constantes, médias anuais de carga, medias mensais de carga e cargas diárias. 3. Escolha um formato clicando clicando no botão ao lado do formato a ser utilizado. O padrão para os dados de point source é a carga constante diária. Se você
Figura 34 Edição de Entradas dos Pontos de Descarga
selecionar este formato, você terá a opção de ou inserir uma media diária de vazão (m 3 /s), carga de sedimento (tons), e N orgânico, P orgânico, NO 3, cargas minerais de P (todas em kg), três metais conservadores, e 2 categorias de bactérias ou dados PCS diretamente. diretamente. Se você selecionar a opção de “Annual Records” irá aparecer a opção para carregar as informações do disco no botão da pasta aberta ou do PCS clicando no botão PCS. Se você selecionar “Monthly Records” ou “Daily Records” você deverá carregar a informação
do disco. Clique em OK para OK para completar a edição do banco de dados do ponto de descarga de uma sub-bacia.
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4. Se você deseja editar editar as fontes pontuais pontuais em outra outra sub-bacia, selecione-a na lista na caixa caixa de diá logo “Edit Point Source Inputs”. Clique em Exit para Exit para completar a edição do banco de dados de descargas pontuais em todas as sub-bacias.
Step 3: 3: Editando as Entradas do Inlet (Ponto de Entrada) Selecione a opção de Inlet Discharges dentro Discharges dentro do menu Edit Input 1. Se tiver tiver alguma alguma entrada por inlet no projeto, a caixa de inlet no diálogo “ Edit Inlet Input” com uma lista de sub -bacia
contendo os inlets irá aparecer (Figure 35 ). 2. Você poderá modificar modificar as informações de entrada do inlet utilizando um procedimento similar ao das modificações no banco de dados das fontes pontuais de pontos de descarga 3. A caixa de diálogo permite permite a edição dos dados de entrada do inlet em um dos quarto formatos: cargas diárias constantes, cargas anuais médias, e cargas diárias. Escolha um formato clicando no botão ao lado do formato formato a ser usado. 4. A opção padrão dos dados de entrada para o inlet é em cargas
Figure 35 Caixa de Edição de Inlet
diárias constantes.Se você selecionar este formato, deverá inserir vazão média diária (m 3), carga de sedimentos (tons), e cargas de N orgânico, P orgânico, NO 3 e P mineral. 5. Se você escolher as opções “Annual Records”, “Monthly Records” ou “Daily Records” você deverá carregar os dados do disco.
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6. Clique OK para completar a edição das descargas descargas dos inlets por sub-bacia. 7. Se você quiser quiser editar os os inlets de outra sub-bacia, selecione- a da lista da caixa de diálogo “Edit Inlet Discharger Input”. Clique Exit para completar a edição das entradas de descarga dos inlets em todas as sub-bacias. 8. Como não há descargas de inlet ness e tutorial, irá aparecer a mensagem de que não há inlets:“ No Inlet Discharges in the Watershed” Step 4: 4: Editando as entradas de Reservatório Input, selecione Reservoirs. Reservoirs. Uma caixa de diálogo irá aparecer com uma lista de 1. Para editar editar os reservatórios, no meu Edit Input, sub-bacias que possuem reservatórios. 2. Para editar os reservatórios reservatórios de uma sub-bacia, clique no número da sub- bacia na caixa de diálogo: “Edit Reservoirs Inputs”. 3. Como não há reservatórios neste projeto, a seguinte mensagem irá aparecer “ No Reservoirs in the
Watershed”. Step 5: 5: Editando os dados das Sub-Bacias 1. Para editar os arquivos arquivos de entrada das sub-bacias, selecione a opção Subbasins Data Data do menu Edit Input. Input. A caixa de diálogo: “ Edit Subbasin Inputs” irá aparecer (Figura 37). Esta caixa de diálogo contém a lista de sub-bacias, usos do solo, tipos de solo e classes
Figure 36 Edit Subbasin Inputs main dialog
2. de declividade dentro de cada cada sub-bacia e os arquivos de entrada correspondentes a cada cada combinação de sub-bacia/uso sub-bacia/uso do solo/tipo de solo/declividade. solo/declividade. Para selecionar um arquivo arquivo de entrada, selecione a sub-bacia, sub-bacia, uso do solo, tipo de solo e declividade que você gostaria de editar. Quando você seleciona uma sub-bacia, as opções de combinação de usos do solo,
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tipos de solo e classes de declividade são ativadas. Especifique a combinação de interesse de sub-bacia/uso do solo/tipo de solo/declividade, solo/declividade, selecionando cada categoria na caixa de mensagem. 3. Para editar os dados físicos do solo, clique sobre a extensão .sol., .sol., e selecione o número da sub-bacia, o uso uso do solo, tipo de solo e declividade. Em seguida, o botão OK é ativado. Clique em OK; OK; uma nova caixa de diálogo aparecerá (Figura 37). Clique no botão Edit Values; Values; todas as caixas são ativadas e o usuário pode rever os valores padrão. 4. A interface permite que o usuário salve a revisão do atual arquivo de .sol para outros arquivos arquivos .sol. Estão disponíveis três três opções: 1) estender as edições somente para o HRU que está sendo editado (que é a configuração padrão), 2) estender as edições a todos os HRUs, ou 3) estender as edições para HRUs selecionados. Para a terceira opção, o usuário precisa especificar o número da sub-bacia, o uso do solo, tipo de solo e classes de declividade para os HRUs que o usuário deseja aplicar os parâmetros editados do arquivo de .sol
Figura 37 Caixa de Edição do aquivo aqu ivo de entrada de solos R. Srinivasan, [email protected] D. Bressiani, [email protected]
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5. Para editar os dados do gerador metereológico metereológico (weather generator), clique clique na extensão .wgn. Para o arquivo arquivo .wgn você só precisa selecionar o número da sub-bacia, e o botão de OK será ativado. Clique em OK; uma nova caixa de diálogo (Figura 38) será exibida, que
permitirá que você modifique os dados no arquivo .wgn. De forma semelhante ao arquivo .sol, a
interface também permite que o usuário estenda as edições atuais para outras sub-bacias. O usuário pode selecionar 1) estender as edições apenas para a sub-bacia em questão, que é a configuração padrão, 2) estender as edições à todas as sub-bacias, ou 3) estender edições em sub-bacias selecionadas.
Figura 38 Editando os arquivos de entrada do weather generator
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6. Para editar os dados gerais da sub-bacia, sub-bacia, clique na extensão .sub no "Select Input File". Selecione o número da sub-bacia e clique em OK, em seguida, uma nova caixa de diálogo aparecerá
exibindo
os
dados
gerais
existentes da sub-bacia para a sub-bacia selecionada (Figura 39). 39). Para modificar dados, ative todos os campos, clicando no Values. Para os parâmetros de botão Edit Values. banda de elevação, o usuário pode escolher ELEVB, ELEVB_FR e SNOEB na caixa de diálogo ao lado da Elevation Band e alterar os valores dos parâmetros para cada banda. Nesta versão (ArcSWAT2012), o usuário pode modificar os parâmetros de neve sobre as bandas de elevação, enquanto na versão anterior os parâmetros de neve eram constantes ao longo de toda a bacia hidrográfica. Além disso, o usuário pode escolher RFINC, TMPINC, RADINC, RADINC, HUMINC na caixa ao lado do Weather
Figura 39 Editando as Sub-bacias
Adjustment, e em seguida alterar os valores dos parâmetros para cada mês. Depois de ter feito todas as alterações de edição, clique no botão OK. A interface irá salvar todas as alterações e voltará à caixa “ Edit Subbasin Inputs”. O usuário pode selecionar 1) estender as edições atuais para sub-bacia, que é a configuração padrão, 2) estender as edições à todas
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sub-bacias, ou 3) estender edições para sub-bacias selecionadas. Para selecionar várias sub-bacias, segure a tecla Shift ao clicar nos números sub-bacia escolhidos. 7. Para editar os dados gerais dos HRUs, clique sobre a extensão .hru na sessão “Select Input File” da caixa de diálogo “Edit Subbasin Inputs” (Figure 40 ). Uma
nova caixa de diálogo aparecerá exibindo os dados gerais existentes do HRU para a sub-bacia selecionada. Para modificar dados, ative um campo posicionando o cursor sobre a caixa de texto e clique. Uma vez que o cursor aparece no campo, faça as alterações desejadas. Depois de ter feito todas as alterações de edição, clique no botão OK. OK. Se você não deseja copiar os dados do HRU editados para outros conjuntos de dados, clique em No na caixa de diálogo. Nesta versão do ArcSWAT dois
Figure 40 Edit Hydrologic Response Units (HRU) dialog.
novos módulos: parâmetros de Carbono e BMP urbanas, e de drenagem e podem ser modificados na escala de HRU pelo usuário.
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8. Para editar o arquivo principal do canal, clique clique em .rte, da sessão “Select Input file” da caixa de diálogo “Edit Subbasin Inputs”. Uma nov a
caixa de diálogo Irá aparecer (Figura 41 ) com os dados existentes do canal principal da subbacia selecionada. Clique no botão Edit Values para Values para habilitar todas as caixas de texto à edição do usuário. O usuário também pode estender as edições realizadas para outras sub-bacias com três tipos de opção.
Figura 41 Editando os dados do Canal Principal
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9. Para editar os dados de entrada entrada de águas subterrâneas, clique em .gw na sessão “Select Input file” da caixa de diálogo “Edit Subbasin Inputs”. Na caixa de diálogo que abrir com os dados padrão (Figura 42 ), faça as modificações clicando no botão Edit
Values para Values para ativar todas as caixas de texto. De forma similar, após a modificação, o usuário tem três opções para salvar as edições para outros HRUs.
Figura 42 Editando os dados de entrada de Água Subterrânea
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10. Para editar os dados de entrada de uso consec utivo de água, clique em .wus no “Select Input file” da sessão “Edit Subb asin Inputs”. Na c aixa de diálogo (Figura 43) que abre, clique no botão Edit Values para Values para modificar os dados. Assim como nos
demais as edições podem ser salvas para outras sub-bacias.
Figura 43 Caixa de Diálogo para Edição dos Dados de Entrada do Uso da Água
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11. Para editar os dados de entrada de arquivo de gestão, clique em .mgt na sessão “Select Input file” da caixa de diálogo “Edit Subbasin Inputs”. Uma nova caixa de diálogo (Figura 44) vai aparecer e exibir o editor para edição dos dados de gestão e
gerenciamento. Esta caixa de diálogo tem duas guias: Parâmetros Gerais e Operações. Na primeira aba o usuário pode modificar os parâmetros gerais como o crescimento da planta inicial, Administração Geral, Gestão Urbana, Gestão de Irrigação, e gestão de drenagem. Na segunda aba, o usuário pode organizar as opções de gerenciamento detalhados sobre o atual HRU. As operações de gestão podem ser agendadas por data ou por unidades de calor. Os ajustes das operações de gestão também pode ser estendido para outros HRUs que o usuário tenha definido.
Figure 44 Editando os dados de entrada de Gestão R. Srinivasan, [email protected] D. Bressiani, [email protected]
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12. Para editar os dados de químicos no solo clique em .chm no “Select Input file” da caixa de diálogo “Edit Subbasin Inputs”. Uma nova caixa de diálogo (Figura 45) aparecerá 45) aparecerá exibindo o editor de dados de química do solo. Para modificar os dados exibidos, clique no botão Edit Values para Values para ativar todas as caixas de texto. Após a modificação dos dados dos químicos do solo, o usuário também pode estender a modificação para outros HRUs especificados.
Figura 45 Editor de dados de entrada de química dos solos
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13. Para editar os dados de lagoa clique em .pnd na sessão “Select Input file” da caixa de diálogo “Edit Subbasin Inputs”. Uma nova caixa de diálogo (Figura 46 ) aparecerá exibindo o editor de dados da lagoa. Para modificar os dados exibidos, clique no botão Edit Values para Values para ativar todas as caixas de texto. Após a modificação de dados da lagoa, o usuário também pode estender a modificação para outras sub-bacias especificadas pelo usuário.
Figura 46 Caixa de Diálogo para edição de dados de entrada de lagoas
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14. Para editar os arquivos de entrada sobre qualidade da água nos rios/córregos, clique no .swq na sessão “Select Input file” do “Edit Subbasin Inputs”. Uma nova caixa de diálogo (Figura 47) aparecerá 47) aparecerá exibindo o editor dos dados de entrada de qualidade
da água nos rios/córregos. Para modificar os dados exibidos, clique no botão Edit Values para Values para ativar todas as caixas de texto. Após a modificação de dados de entrada de qualidade da água, o usuário também pode pode estender a modificação modificação para outras outras sub-bacias especificadas pelo usuário.
Figura 47 Editor de dados de entrada de qualidade da água
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15. Para editar os dados de entrada sépticos clique no .sep na sessão “Select Input file” da caixa de diálogo “Edit Subbasin Inputs”. Uma nova caixa de diálogo (Figura 47 ) aparecerá exibindo o editor de dados da tanques sépticos. Para modificar os
Values para ativar todas as caixas de texto. Após a modificação de dados, o usuário dados exibidos, clique no botão Edit Values para também pode estender a modificação para outras sub-bacias.
Figura 48 Editor dos dados de entrada sépticos
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16. Para editar os dados de entrada referente s à operações, clique no .Ops na sessão “Select Input file” da caixa de diálogo “Edit Subbasin Inputs”. Uma nova caixa de diálogo (Figura 47 ) aparecerá exibindo o editor de dados de entrada de operações.
Para modificar os dados exibidos, clique no botão Edit Values para Values para ativar todas as caixas de texto. Após a modificação de dados de entrada, o usuário também pode estender a modificação para outras sub-bacias de interesse.
Figura 50 Editor dos do s parâmetros de Operações
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Step 6. Editar Dados de Bacias Hidrográficas 1. Vá para o item Watershed Data no menu Edit SWAT Input, e clique no botão de dados gerais General Data (.BSN), em seguida, uma nova caixa de diálogo (Figura 51) será exibida. Esta interface permite que você modifique os parâmetros em questão, em três grandes grupos: 1) Balanço Hídrico, escoamento superficial, e córregos/rios, 2) Nutrientes e qualidade da água, e 3)Gestão da Bacia Inteira. Após revisar os parâmetros, clique em Save Edits.
Figura 51 Editor dos Parâmetros Gerais da Bacia Hidrográfica
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1. Vá para o item Watershed Data no menu Edit SWAT Input, e clique no botão de dados de qualidade da água,
Water Quality Data (.WWQ), em seguida, uma nova caixa de diálogo (Figura 52) será exibida. Esta interface permite que você modifique os parâmetros envolvidos com a Simulação da Qualidade da Água da Bacia Hidrográfica. Após a revisão dos parâmetros, clique em Salvar edições.
Figura 52 Parâmetros de Qualidade da Água da Bacia Hidrográfica
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2. Vá para o item Watershed Data no menu Edit SWAT Input, e clique no botão para Atualizar o Uso do Solo
(.LUP), em seguida, uma nova caixa de diálogo (Figura 53) será exibida. Esta interface permite que você modifique os parâmetros. Após a revisão dos parâmetros, clique em Salvar edições.
Figure 53 Modificações nos Usos do Solo da Bacia Hidrográfica
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Step 7. Integrar com o Modelo APEX Os comandos para integrar o modelo APEX permitem que o usuário especifique sub-bacias dentro do modelo atual do SWAT, que queiram simular usando o modelo APEX exist ente. Para usar esta opção, o modelo APEX deve ter sido configurado com a interface ArcGIS APEX usando a opção de vincular/integrar o modelo APEX com um modelo SWAT existente. Além disso, o modelo APEX deve ser executado de forma independente do modelo SWAT. Escolhendo a opção de integrar o modelo APEX irá abrir uma nova caixa de diálogo que permitirá que o usuário defina as sub-bacias e insumos associados ao modelo APEX (Figura 54). 1. Selecione a sub-bacia que você deseja simular usando APEX da lista de subbacias da caixa de seleção e clique em Adicionar sub-bacia click Add Subbasin (Figura 54). 2. Procure a pasta TxtInOut apropriada do APEX que contém os dados de entrada e saída do modelo APEX e clique no botão OK. O caminho da pasta selecionada será escrito na tabela atual do APEX da sub-bacia. 3. Para reescrever o arquivo fig.fig do modelo
Figura 54 Caixa de Diálogo principal de conexão com o modelo APEX
SWAT para incorporar o modelo APEX para as sub-bacias selecionadas, clique no botão Update to APEX
Integrated Model. 4. Para resetar o arquivo fig.fig do SWAT novamente para o seu original, clique em Reset to Original SWAT Model.
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Configuração da Simulação no SWAT O menu de simulação do SWAT contém comandos para configurar e executar a simulação da SWAT. Para construir arquivos de entrada do SWAT e executar a simulação, segue o procedimento: 1. Selecione o comando Run SWAT no SWAT no menu SWAT Simulation. Simulation. Ele irá abrir uma caixa de diálogo (Figura 55) que permitirá que você configure os dados para simulação SWAT. Step 1: Configuração dos dados e rodada do SWAT 1. Abrirá uma uma caixa caixa de diálogo diálogo (Figura 55 ) que permitirá que você configure os dados para a simulação do SWAT.
Figura 55 Configuração dos dados e simulação do SWAT
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2. Selecione a data de início início 1/1/2009 (“Starting date”) e 12/31/2013 para a opção “ Ending date”. Se você estiver usando dados de temperatura e precipitação simulados, ambos os campos ficarão em branco e você tem que inserir as informações manualmente. 3. Escolha a opção mensal (“monthly”) para Printout Frequency 4. Mantenha o resto da seleção seleção padrão. 5. Depois que todos os parâmetros foram definidos, clique clique no botão Setup SWAT Run na caixa de diálogo “Run SWAT” (Figura ) para ) para a construção dos arquivos de entrada SWAT CIO, COD, PCP.PCP e TMP.TMP. Uma vez que todos os arquivos de entrada estão configurados, o botão Run SWAT é SWAT é ativado na parte inferior direita da caixa de diálogo. 6. Clique no botão Run SWAT. SWAT. Isto irá rodar o arquivo executável do SWAT. Uma caixa de mensagem irá indicar a conclusão com êxito da simulação do SWAT.
Step 2: Ler 2: Ler as Saídas do SWAT 1. No menu de Simulação do SWAT, SWAT, clique para ler as saídas em Read Read SWAT Output (Figura 56). 2. Uma caixa caixa de diálogo diálogo irá aparecer (Figura (Figura 57).
Figura 56. Menu de Simulação do SWAT
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3. Para visualizar visualizar o arquivo "Output.std", clique no botão botão Open output.std. 4. Para visualizar visualizar o arquivo "input.std", clique clique no botão Open input.std. input.std. 5. Para importar arquivos selecionados selecionados do SWAT SWAT em um banco de dados Access, selecione as caixas associadas com os arquivos de interesse de saída e, em seguida, clique no botão Import Files to Database. Database. Os arquivos de saída selecionados serão convertidos para tabelas de banco de dados Access no diretório de trabalho: "diretório de trabalho\ Scenarios\Default\TablesOut\SwatOutput.mdb Scenarios\Default\TablesOut\SwatOutput.mdb ". 6. Para executar uma verificação verificação simples para identificar problemas potenciais da simulação do modelo, clique no botão para executar o SwatCheck). programa SwatCheck (Run ( Run SwatCheck). 7. Agora, salve a simulação atual SWAT digite o nome nome desejado (ex:Sim1) para a simulação. 8. Agora o botão Save Simulation está Simulation está ativado. Você precisa
Figura 57. Caixa para Salvar a Simulação do SWAT
salvar a configuração atual do projeto SWAT para outra pasta. Clique no botão Save Simulation, Simulation, e coloque o nome "Sim1" como o nome da rodada atual do SWAT. Clique em OK. A interface irá copiar os arquivos da “pasta de trabalho \Scenarios\Default” para a “pasta de trabalho \Scenarios\Sim1”. E uma caixa de diálogo aparecerá para notificá -lo de que a rodada atual do SWAT foi salva como "Sim1" (Figura 58).
Figura 58. Caixa de Dialogo de Simulação Sa lva Corretamente R. Srinivasan, [email protected] D. Bressiani, [email protected]
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SWAT-Check SWAT-Check é uma ferramenta usada para resumir os resultados de simulações do SWAT. Ele também pode fornecer avisos que podem auxiliar a melhorar as habilidades de modelagem com o SWAT. Atualmente, o programa está integrado com o modelo SWAT e ele pode ser encontrado sob a aba SWAT Simulations Simulations e sob Read SWAT Output. Output. Ele também pode ser instalado separadamente. Ele pode ser baixado a partir do site do ArcSWAT: http://swat.tamu.edu/software/swat-check/ . SWAT-Check avalia diferentes processos terrestres. A sessão a seguir descreve os propósitos de algumas das abas do programa SWAT-Check. Cada aba possui uma breve nota sobre o assunto tratado. 1) A avaliação do SWAT-Check pode ser executado executado ao localizar a pasta TxtInOut de uma simulação simulação em particular (Figura SC1). Clicando no botão Run SWATCheck SWATCheck a partir da interface ArcSWAT, direciona para a pasta TxtInOut da simulação padrão default) (a simulação padrão sempre salva os resultados da simulação mais recente do SWAT). No entanto, diferentes (default) simulações podem ser acessadas clicando no botão de pasta Project Location (Figure SC1). SWAT-Check só lê os arquivos da pasta TxtInOut. TxtInOut. Portanto, é importante para selecionar a pasta TxtInOut da TxtInOut da simulação particular que se está interessado em Output. Além de (por exemplo: C/Jeldu/Scenarios/Sim1/TxtIn C/Jeldu/Scenarios/Sim1/TxtInOut). Out). A análise será executada ao clicar no botão Examine Model Output. executar o SWAT-Check, a janela de configuração (Setup ( Setup)) apresenta um resumo dos detalhes da simulação e características da bacia hidrográfica. Além disso, a janela de configuração fornece mensagens e avisos que precisam ser tratadas para melhorar a simulação do modelo.
Botão para escolher a simulação a ser verificada
R. Srinivasan, [email protected] Figura SC1. Janela de D. Bressiani, [email protected]
Configuração do SWAT-Check Texas A & M University
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2) A janela de Hidrologia Hidrologia (Hydrology (Hydrology)) no SWAT-Check resume o balanço hídrico tanto graficamente, quanto numericamente. Pode Hydrology no topo da janela do SWAT-Check. Como hidrologia é a base para os ser acessado clicando na aba Hydrology no processos terrestres, deve ser dada uma atenção especial para modelar bem a parte de hidrologia. Portanto, o SWAT-Check será uma ferramenta vital no fornecimento rápido do resumo dos componentes hidrológicos e com auxílios para fácil compreensão do sistema. Por exemplo, proporciona as razões dos diferentes componentes do balanço hídrico. Os usuários, portanto, devem comparar estes valores com os valores publicados na literatura, ou estimativas medidas, para ter uma ideia de como melhorar o desempenho do modelo e os processos subsequentes de calibração do modelo. Além disso, dá avisos e sugere métodos de como resolvê-los (Figura SC2).
Figura SC2. Resumo Gráfico e Numérico dos resultados relacionados à Hidrologia do SWAT no SWAT-Check
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3) A janela de sedimentos sedimentos (Sediment (Sediment)) resume graficamente e numericamente a produção de sedimentos na bacia hidrográfica tanto os processos na vertente da bacia, como nos rios (Figura SC3). Ele pode ser acessado clicando na guia de sedimentos no topo da janela do SWAT-Check. A perda de sedimentos terrestres é afetada por muitos fatores. Portanto, os resumos dos resultados relacionados a sedimentos no SWAT-Check podem auxiliar na compreensão sobre como melhorar o desempenho do modelo em simular a perda de sedimentos na bacia. Por exemplo uma rápida visão geral da superestimação de sedimentos pode sugerir inadequada produção de biomassa, o que pode ser estudada na guia de resumo do uso da terra (Figura SC4). Além disso, a aba de sedimentos fornece alertas quando os resultados são faixas externas às disponíveis na literatura. No entanto, os resultados são de bacias hidrográficas específicas e há a necessidade de usar essas advertências como base para reexaminar melhor posteriormente, tendo em contexto os processos terrestres reais no estudo das bacias hidrográficas em questão.
Figura SC3. Aba de Sedimento do SWAT-Check, que resume as perdas de sediment em diferentes processos terrestres
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4) A aba de Resumo Resumo sobre o Uso Uso do Solo (Land (Land Use Summary) resume Summary) resume os diferentes componentes do processo terrestre para cada tipo de uso da terra na bacia hidrográfica. Estes incluem hidrologia, qualidade da água, transporte de sedimentos e Summary pode ser acessado clicando na aba Land Use Summary, Summary, na parte crescimento de culturas. O relatório do Land Use Summary pode superior das abas do SWAT-Check. No caso de calibração do modelo, os usuários podem se concentrar no exutório da bacia hidrográfica, e podem ignorar processos que ocorrem em áreas menores de determinado de uso do solo. Nesse caso, o relatório de Land Use Summary é Summary é muito importante para mostrar onde o processo de modelagem SWAT pode estar ruim, uma vez que resume os resultados espacialmente por uso do solo. Além disso, fornece avisos relacionados a um tipo de uso da terra em particular, para que os usuários tomem as medidas adequadas.
Figure SC4. SWAT-Check Land Use Summary
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5) Este manual foca principalmente principalmente nas saídas relacionadas a hidrologia e sedimentos no SWAT-Check. SWAT-Check. No entanto, em estudos relacionados à qualidade da água, além das funções de SWAT-Check discutidas acima, Ciclo do Nitrogênio, Ciclo do Fósforo e perda de nutrients no processos terrestres podem ser de importância vital. Os resultados da aba de Crescimento de Plantas SWAT-Check fornecerá guia importante para os usuários que estudam o rendimento das culturas agrícolas e / ou produção de biomassa. Além disso, a janela de crescimento de planta fornece informações sobre as diversas tensões de culturas (por exemplo, nitrogênio, fósforo e temperatura). Nos casos em que, o reservatório está incluído nas operações de gestão, a aba de Reservatórios pode fornecer informações importantes sobre os processos de reservatório. Portanto, todas essas funcionalidades do SWAT-Check podem ser acessadas clicando nas respectivas barras de ferramentas.
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Step 3: Definir 3: Definir Simulação Padrão Para escolher a simulação salva (Sim1) a ser definida como a simulação padrão atual e conjunto de dados de entrada, faça o seguinte: 1. No menu SWAT Simulation clique Simulation clique Set Default Simulation (Figura Simulation (Figura 59). 2. Uma caixa caixa de diálogo diálogo irá aparecer (Figura 60) Simulation para definir 3. Escolha uma simulação salva “Sim1” na caixa Select Simulation para Default. A base de 4. esta como simulação simulação padrão e clique no botão Copy to Default. dados geográfica projeto atual do SWAT e o conteúdo da pasta “Default \TxtInOut\” serão substituídos pelo geodatabase encontrado na
Figura 59. Menu de Simulação do SWAT
pasta “TablesIn \” e da pasta “TxtInOut \” os conteúdos da simulação,
respectivamente. Uma caixa de diálogo aparecerá para notificá-lo de que a rodada atual do SWAT será substituída pela simulação salva em "Sim1" (Figura 61).
Figura 60. Menu de Simulação do SWAT
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Figura 61. Substituindo os valores da simulação padrão pelos da simulação salva Texas A & M University
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Step 4: Auxiliador 4: Auxiliador para Calibração Manual Esta caixa de diálogo fornece um método simples para fazer ajustes nos parâmetros através de um grupo definido pelo usuário de HRUs ou sub-bacias durante o processo de calibração manual. No menu SWAT Simulation clique Simulation clique em Manual Calibration Helper (Figura (Figura 62). 1. Uma caixa caixa de diálogo diálogo irá aparecer (Figura (Figura 63) 2. A parameter to adjust adjust is selected selected by choosing a parameter parameter from the the Select Parameter combo combo box. 3. Selecione uma operação operação matemática (multiplicação, adição, adição, ou substituição substituição do
Figure 62. Menu de Simulação SWAT
Op. valor) na caixa combo de Mathematical Op. 4. Entre com um valor para multipolar por, adicionar ou substituir substituir na caixa caixa Value. Value. 5. Especifique as sub-bacias sub-bacias ou os HRUs HRUs para os quais quer aplicar o ajuste de parâmetros. Na Figura 63, o ajuste de parâmetros escolhido foi aplicado em “PAST” para os HRUs da Sub -bacia 1. Clique para
atualizar o parâmetro (Update ( Update Parameter). 6. Quando complete, complete, uma mensagem mensagem irá aparecer indicando que as mudanças foram realizadas. Nota:
O usuário é responsável por se lembrar das modificações realizadas nos parâmetros enquanto usa o Manual Calibration Helper. É possível estipular mudanças irreais para parâmetros utilizando esta ferramenta, particularmente para um novo usuário. É sempre recomendado salvar a simulação do SWAT antes de fazer mudanças signifativas nos valores dos parâmetros durante a calibração.
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Figure 63. Calibrador Manual 66
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Apendix: Instalando Instalando ArcSWAT Requisitos do Sistema
O SWAT2012/ArcSWAT 2012.10_0.1 Beta8 Interface requer:
Equipamento:
Computador Pessoa utilizando plataforma plataforma com processador Pentium IV ou superior, que rode com 2 gigahertz ou mais rápido Mínimo de 1 GB RAM 500 megabytes de memória no disco para instalação minima e até 1.25 gigabyte para instalação completa (incluindo banco de dados de exemplo e dados do US STATSGO)
Software (ArcSWAT 2012.10_0.1 para versão ArcGIS 10):
Sistema operacional Microsoft Windows XP, ou Windows 2000 com o mais recente pacote de atualizações * ArcGIS-ArcView 10 com service pack pack 5 (Build 4400) Extensão do ArcGIS Spatial Analyst 10 ArcGIS Developer Kit Kit (normalmente em C:\Program Files\ArcGIS\Devel Files\ArcGIS\DeveloperKit\) operKit\) ArcGIS DotNet support (normalmente (normalmente em C:\Program C:\Program Files\ArcGIS\DotNet\) Files\ArcGIS\DotNet\) Microsoft .Net Framework 2.0 Adobe Acrobat Reader versão 7 ou superior
A Microsoft constantemente constantemente faz atualizações das diferentes versões do windows. Esta Esta interface foi foi desenvolvida para as versões mais novas do Windows e pode não rodar em versões anteriores. Atualizações estão disponíveis na Microsoft.
R. Srinivasan, [email protected] D. Bressiani, [email protected]
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Utilizando o Assitente de Configuração do ArcSWAT: Após ter feito o download do programa ArcSWAT, ArcSWAT, abra a pasta ArcSWAT_Install_1.0.0. ArcSWAT_Install_1.0.0. Clique no ícone para iniciar a instalação. Siga as instruções de instalação .
Selecione a localização da pasta a propriada para o programa, preferencialmente no disco rígido principal do computador. Clique no botão
Disk Cost para
assegurar que há espaço suficiente para a instalação. Indique se o acesso ao programa será para todos os usuários do computador ou somente para quem está i nstalando.
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Siga as instruções do assistente até a instalação ser finalizada com sucesso.
Assegure que o arquivo SWAT_US_Soils.zip SWAT_US_Soils.zip tenha sido baixado e descomprimido no diretório ArcSWAT\databases ArcSWAT\databases Note:
Após Após a instalação estar co mplete, verifique se os dados baixados estão na pasta/localização correta: SWAT_US_Soils.mdb.
R. Srinivasan, [email protected] C:\Program Files\ArcSWAT\Databases\ Files\ArcSWAT\Databases\ e possuem ambos bancos de dados: SWAT2012.mdb e D. Bressiani, [email protected] Texas A & M University
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Informação Adicional sobre a Instalação do ArcSWAT: Quais são os números de build/compilação para todas as versões recentes do ArcGIS? http://support.esri.com/index.cfm?fa=knowledgebase.techArticles.articleShow&d=30104
Você precise do ArcGIS Desktop 10 Service Pack 5:
http://support.esri.com/en/downloads/patches-ServicePacks/view/productid/159/metaid/1892 Como instalar o ArcGIS 10 com suporte .NET? 1. Insira o disco de instalação do ArcView ou ArcGIS Desktop. 2. Selecione a instalação do ArcGIS Desk top. 3. Selecione modificar. 4. Expanda as aplicações; verifique se o '.NET Support' está instalado. Se você vir um X vermelho, clique no X e selecione 'Entire feature will be installed' e então siga o restante das intruções.
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Passos para adicionar os dados do usuário de solos e climáticos no banco de dados do SWAT Antes de iniciar a configuração do modelo, modelo, os usuários usuários devem atualizar atualizar os dados de solos e climáticos. Esta Esta atualização ou configuração pode ser feita como segue: 1) Abra o arquivo SWAT2012.mdb SWAT2012.mdb do diretório de instalação (requer o programa programa MicroSoft Access). Access). No entanto, também pode ser feito através do ArcCatalog. 2) Vá para a aba de External Data no cabeçalho do File Data -> Import & Link clique em Excel 3) No File header ->External ->External Data -> 4) Na janela que abrir, clique em buscar e acesse acesse o arquivo de user soil (ou weather weather generator) na pasta salva. Estes Estes arquivos devem ser preparados no mesmo formato do que os em das abas de usersoil (wgn_user) no SWAT2012.mdb.
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5)
Após escolher o arquivo arquivo usersoil (weather (weather generator), clique clique na opção Append a copy of the records records to the table e table e vá até o arquivo de usersoil (userwgn) na lista para modificar os dados.
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swat.tamu.edu/conferences/2014
R. Srinivasan, [email protected] D. Bressiani, [email protected]
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