ABSTRACT Hydrosedimentological modeling is a useful tool to predict the water dynamic in a basin and for water resources management. This study aimed to i) evaluate the ability of Soil and Water Assessment Tool (SWAT) to model sediment load and continuous monthly streamflow in the Mortes River Basin (MRB) in Southeastern Brazil; ii) estimate the sediment yield spatially distributed by sub-basins; iii) estimate the sediment load export to the Funil Hydroelectric Power Plant reservoir (FHPP), located in the MRB outlet. For the sensitivity analysis, calibration, and uncertainty analysis of the model, a semi-automatic calibration in SWAT-CUP version 5.1.6 software with the “Sequential Uncertainty Fitting” algorithm was used. To evaluate the ability of SWAT to reproduce the continuous MRB monthly streamflow and sediment load, statistical indexes, and graphical analyses were used to compare the simulated and observed data. For the sediment evaluation, a spatial and temporal comparison of sediment yield maps was used as well as the sediment yield observed in sub-basins, aiming to identify the areas with a more significant contribution to the sediment generation in the basin. The results demonstrated that SWAT performed satisfactorily in simulating both monthly sediment load and streamflow. For discharge calibration, 99 % of the measured data were bracketed by the 95 % prediction uncertainty (95PPU), and for validation, 97 % of the data were bracketed by the 95PPU, which indicates proper bracketing of the measured data within model prediction uncertainty. Uncertainty analysis indicated that 95PPU could capture 78 % of the sediment loads measured during the calibration and 72 % of the measured data during the validation period at MRB. The hydrologic response unit with pasture and Argissolos (Ultisols), Neossolos Litólicos (Entisols), and Cambissolos (Inceptisols) combined with undulated relief were the main areas responsible for the highest sediment contributions. The sediment load delivered to the reservoir from its filling 2002 to 2015 was estimated in 6,682,704 m3 (16,706,761 Mg) (density of 2.5-Mg m-3) which value corresponded to 2.6 % of storage capacity (water plus sediment) in 14 years. These results are strategic since to become feasible identifying priority areas for soil and water conservation practices as well as useful information for water resources planning and management in the studied basin.

RESUMO Os modelos hidrológicos são ferramentas que descrevem processos e permitem antecipar as ocorrências e tomar decisões, dessa forma, apresentam-se como uma importante ferramenta de gestão dos recursos hídricos, principalmente no contexto de bacias hidrográficas de pequeno porte. Assim, objetivou-se com este trabalho abordar diferentes estratégias de calibração e teste do modelo SWAT na simulação hidrológica da bacia hidrográfica do Rio das Mortes, MG. Foram avaliados 6 postos fluviométricos, com área de drenagem entre 272 e 6.070 km², para fins de gestão dos recursos hídricos. A avaliação do desempenho do modelo foi realizada usando os coeficientes de Nash-Sutcliffe (CNS) e percentual de viés (PBIAS). Os resultados obtidos dos índices estatísticos aplicados na análise de desempenho do modelo, qualificam o modelo hidrológico SWAT como adequado na simulação da vazão para a bacia hidrográfica do Rio das Mortes. As estratégias adotadas atestaram a aplicabilidade do modelo como ferramenta de gestão e planejamento dos recursos hídricos para bacias menores e sem dados, possibilitando o uso racional da água na bacia.

ABSTRACT Hydrological models are tools which describe processes and allow predicting the results of making management decisions, and are an important water resource management tool, especially for small-sized watersheds. This work had as an objective to test different calibration strategies and apply the SWAT model for hydrological simulation of the Mortes River Basin, MG. We evaluated 6 fluviometric stations, with drainage area between 272 and 6070 km² for purposes of water resource management. The evaluation of the model performance was conducted by using Nash-Sutcliffe coefficients (CNS) and percent bias (PBIAS). The results obtained from the statistic indices applied in the analysis of the model performance qualified the SWAT hydrological model as adequate for streamflow simulation in the Mortes River Basin. The adopted strategies attest to the applicability of the model as a management tool for water resources planning for other small-sized watersheds without data, in order to plan for rational water use.

Os modelos de predição de perda de solo têm se tornado importantes ferramentas no planejamento conservacionista, sendo, para tanto, fundamental a estimativa local dos parâmetros que influenciam o processo erosivo. O objetivo deste trabalho foi determinar a erodibilidade (fator K) e os fatores manejo e cobertura (fator C) e práticas conservacionistas de suporte (fator P) da Equação Universal da Perda de Solo (USLE), em um Argissolo Vermelho-Amarelo. Foram avaliadas as perdas de solo (PS) ocorridas em parcelas-padrão de Wischmeier, no período de 2006 a 2011, com seus respectivos índices de erosividade (EI30). Valores de erodibilidade foram calculados pelo quociente entre PS e EI30 das chuvas anuais (Ka) e total no período (Kt) e pelo coeficiente angular gerado pela análise de regressão linear entre esses mesmos parâmetros (Kci e Kct). Os fatores C e P foram estimados para a cultura do milho, durante três anos de cultivo em nível (MN). Os valores de Kt e Kct obtidos foram de 0,0090 e 0,0106 Mg ha h ha-1 MJ-1 mm-1, respectivamente. Os valores médios calculados para os fatores C e P são de 0,0070 Mg ha Mg-1 ha-1 e de 0,45, respectivamente, indicando redução de 55 % na perda de solo do MN, em relação ao MMA. Os valores dos fatores K, C e P encontrados podem ser usados como primeira aproximação para estudos de manejo e conservação do solo e da água na região.

The soil loss prediction models have become important tools for conservation planning, being fundamental the local estimation of the parameters that influence the erosion processes. The objective of this work was to determine the soil erodibility (K factor), soil cover and management factor (C factor) and conservation practice factor (P factor) of the Universal Soil Erosion Equation (USLE), in an Ultisol. Soil losses (SL) were measured in Wischmeier standard-plots from 2006 to 2011, with the respective erosivity index (EI30). Soil erodibility was calculated by the ratio of SL and the annual (Ka) and total period EI30 (Kt), considering the angular coefficient generated from the linear regression analysis between those parameters (Kci, for each rainy period, and Kct, for the studied period). The factors C and P were estimated for three years of maize in contour cultivation (MCL) and down in the slope (MDS). The Kt and Kct values were 0.0090 and 0.0106 Mg ha h ha-1 MJ-1 mm-1, respectively. The average calculated values for factors C and P are 0.0070 Mg ha Mg-1 ha-1 and 0.45, respectively, indicating a soil loss reduction of 55 % in MCL, compared to MDS. The values of the factors K, C and P obtained can be used as first approximation to soil and water conservation management projects in the region.

O conhecimento da erosividade das chuvas associada à probabilidade de ocorrência e ao período de retorno pode contribuir para o planejamento conservacionista de uma região, em médio e longo prazo. A fim de gerar informações para melhor utilizar modelos e controle da erosão, dados de chuvas de 30 séries pluviográficas e pluviométricas, abrangendo 25 municípios, entre 1933 e 2006, foram estudados quanto à adequação das séries e do cálculo da probabilidade de ocorrência teórica (P) e período de retorno (T) da erosividade das chuvas (EI30 e KE>25), para o Estado do Rio de Janeiro. Foi feita a espacialização do potencial erosivo associado aos períodos de retorno de 2, 5, 10, 20, 50 e 100 anos para todo o Estado. A erosividade anual média (EI30) ou fator R da USLE para qualquer localidade no Estado do Rio de Janeiro pode ser igualada ou superada pelo menos uma vez, em média, em um período de 1,8 a 2,1 anos, com faixa de 48,5 a 54,9 % de probabilidade de ocorrência teórica. As localidades que apresentam maior erosividade associada aos períodos de retorno estão situadas nas mesorregiões Metropolitanas e em partes das mesorregiões Sul e Centro Fluminense. Foi possível identificar de oito a 12 regiões homogêneas, quanto à distribuição espacial da erosividade associada aos períodos de retorno de dois para 100 anos no Estado. De modo geral, a maior variação da distribuição espacial da erosividade apresenta-se na faixa de período de retorno de dois a cinco anos.

Knowledge on rainfall erosivity associated to occurrence probability and return periods can contribute to conservation planning in the medium and long term. With the objective of generating information for a better use of medium and long-term erosion models and erosion control, rainfall data of 30 pluviometric and pluviographic data sets from 25 cities ranging from 1933 to 2006 were studied in terms of adjustment of data sets, calculation of the probability of theoretical occurrence (P) and return period (T) of rainfall erosivity (EI30 and KE>25) for the State of Rio de Janeiro, as well as the spatialization of erosivity associated to return periods of 2, 5, 10, 20, 50, and 100 years for the whole state. Average annual erosivity (EI30), or "R" factor of USLE, for any location in the state of Rio de Janeiro, can on average be equaled or surpassed at least once in a 1.8-2.1 year period, at a theoretical occurrence probability of 48.5 to 54.9 %. The locations with highest erosivity rates associated to return periods are located in the Metropolitan mesoregions as well as in parts of the South and Center Mesoregions. It was possible to identify 8-12 homogeneous regions of spatial distribution of erosivity associated to the return periods of 2-100 years in the state of Rio de Janeiro. In general, the variation of spatial distribution of erosivity was highest in a return period ranging from two to five years.