ABSTRACT Hydrological modeling in decision-making is particularly challenging in tropical countries such as Brazil. There are numerous modeling tools; however, many applications have focused on watersheds with a total area of <20,000km2. Here we tailored a customized SWAT (Soil and Water Assessment Tool) ecohydrological model application using the SWAT CUP tool for calibration and validation of the Rio das Velhas, a relatively large, complex Brazilian basin (~28,000km2). The Rio das Velhas is the longest tributary of the São Francisco River and contains heterogeneous landforms, soils, vegetation, and land uses. A multisite calibration method obtained specific regionalized parameters for each sub-basin group for successfully simulating Rio das Velhas streamflows. Our results showed a suitable adjustment of the model. Nash-Sutcliff (NS) model performance values were 0.73-0.97 (calibration) and 0.51-0.98 (validation). The percent bias (PBIAS) was -11.3 to 19.4 (calibration) and -18.6 to 24.6 (validation), and the coefficient of determination values (R2) were >0.6 in all sub-basins on a monthly basis. We also explored how four contrasting land use scenarios affected four water-flow variables (surface runoff, base flow, percolation, and total streamflow). Our results show that by using multiple flow-monitoring stations and multisite calibration approaches, ecohydrological models can be useful for managing basin-extent water resources in countries of continental dimensions such as Brazil.
RESUMO O uso de ferramentas de modelagem hidrológica na tomada de decisão é particularmente desafiador em países tropicais como o Brasil. Existem inúmeras ferramentas de modelagem disponíveis; entretanto muitas aplicações destas ferramentas são focadas em bacias hidrográficas com área total <20.000 km2. Neste trabalho, adotamos e customizamos o modelo ecohidrológico SWAT (Soil and Water Assessment Tool) usando a ferramenta SWAT CUP para calibração e validação do Rio das Velhas, uma relativamente grande e complexa bacia brasileira (~ 28.000 km2). O Rio das Velhas é o maior afluente da bacia do rio São Francisco e contém formas de relevo, solos, vegetação e usos da terra heterogêneos. Usando um método de calibração multi-site, parâmetros regionalizados específicos foram obtidos para cada grupo de sub-bacias para simular com sucesso as vazões do Rio das Velhas. Nossos resultados mostraram um bom ajuste do modelo. Os valores do coeficiente de performance Nash-Sutcliff (NS) foram 0,73-0,97 (calibração) e 0,51-0,98 (validação). A porcentagem de viés (PBIAS) foi de -11,3 a 19,4 (calibração) e -18,6 a 24,6 (validação) e os valores do coeficiente de determinação (R2) foram >0,6 em todas as sub-bacias considerando uma escala mensal. Também exploramos as maneiras pelas quais quatro cenários contrastantes de uso da terra impactam às quatro variáveis de vazões avaliadas (escoamento superficial, fluxo de base, percolação e fluxo total). Nossos resultados mostram que, usando múltiplas estações de monitoramento de vazão e abordagens de calibração multi-site, os modelos ecohidrológicos podem de fato ser úteis para gerenciar os recursos hídricos da extensão da bacia em países de dimensões continentais como o Brasil.
