Overland flow generation mechanisms in the Concórdia River basin, in southern Brazil Translated title: Mecanismos de geração de escoamento superficial na bacia do ribeirão Concórdia, Santa Catarina, sul do Brasil

Abstract

ABSTRACT Overland flow in watersheds is responsible for the occurrence of various environmental problems, including flood formation, erosion and the transportation of sediment, and the addition of pollutants to the soil. Additionally, understanding this hydrological process is fundamental to improving knowledge regarding individual interest factors in a region, since it interferes with agricultural productivity and water supply for both the population and industry, among other contributions. Two principal theorists have described the overland flow generation processes: Horton (1933) and Dunne (1978). The TOPMODEL (a topography-based hydrological model) approach represents the overland flow by variable contribution areas, which develop along the watercourses following the concept of Dunne’s overland flow. Thus, this study aimed to evaluate the mechanisms of overland flow generated in the Concórdia River basin based on the application of the TOPMODEL, using measured hydrological data obtained from a high frequency installed monitoring network. Discharge data series were performed for three sub-basins: SF3 (29.74 km2), SF2 (5.81 km2), and SF1 (2.36 km2). In these sub-basins, the flood hydrograph were separated and its response conditions were verified in the TOPMODEL. Rainfall, discharge, and potential evapotranspiration data were used in an hourly scale for the three sub-basins. In general, the model showed adequate efficiency for the SF3 sub-basin; however, the SF2 and SF1 sub-basins showed distortion in its parameters, thereby delaying the simulated hydrograph in terms of time. Accordingly, the results corroborate the more frequent appearance of Dunnian overland flow in the SF3 sub-basin, where the topography is smoother and features large areas with a low slope, which serve as variable saturation areas. The SF2 and SF1 sub-basins present characteristics that strongly reflect Hortonian overland flow, with slopes in the topography that do not allow the frequent formation of variable contribution areas.

Translated abstract

RESUMO Em uma bacia hidrográfica o escoamento superficial é responsável pela ocorrência de diversos problemas ambientais, como formação de ondas de cheias, erosão e transporte de sedimentos e de poluentes nas vertentes. Além disto, entender este processo hidrológico é de fundamental importância para aprimorar o conhecimento sobre fatores de interesse próprios de determinada região, pois interfere na produtividade agrícola e abastecimento de água para população e indústria, entre outras contribuições. Dois conceitos têm sido utilizados para descrever os processos de geração de escoamento superficial: (i) Horton (1933); e (ii) Dunne (1978). O modelo TOPMODEL representa o escoamento superficial pelas áreas de contribuição variável, que se desenvolvem ao longo dos cursos de água, seguindo o conceito de escoamento superficial de Dunne. Assim, este trabalho visou à avaliação dos mecanismos de geração de escoamento superficial da bacia do ribeirão Concórdia a partir da aplicação do modelo hidrológico TOPMODEL, utilizando-se dados hidrológicos medidos com rede de monitoramento de alta frequência instalada. Foram analisadas séries de dados de escoamentos fluviais para três sub-bacias: SF3 (29,74 km2), SF2 (5,81 km2) e SF1 (2,36 km2). Nestas, foram separados os hidrogramas de cheias e verificadas as condições de resposta do modelo hidrológico TOPMODEL. Foram utilizados dados de precipitação, vazão e evapotranspiração potencial, em escala horária, para as três sub-bacias. Em geral, o modelo mostrou adequada eficiência para a sub-bacia SF3, contudo, as sub-bacias SF2 e SF1 apresentaram distorção em seus parâmetros, atrasando o hidrograma simulado. Neste sentido, os resultados corroboram com o aparecimento mais frequente do escoamento dunniano na sub-bacia SF3, onde a topografia é mais suave e apresenta grandes áreas com baixa declividade, passíveis de contribuição em forma de área de saturação variável. As sub-bacias SF2 e SF1 apresentam características que refletem fortemente o escoamento superficial hortoniano, onde a topografia é declivosa e não permite de maneira frequente a formação de áreas de contribuição variável.