Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The human action induces changes in basins natural runoff. Flooding may become more intense, there may be more immediate and prolonged droughts, an accelerated erosion process and water quality tends to deteriorate. Thus, this work exposes the need to know the impact in the runoff caused by the use change and land use with emphasis on urban space. So, this study aims to evaluate the differences in the runoff between two contiguous watersheds and with the same area: one being use predominantly agricultural and the other with primarily urban use. For this, it was necessary to evaluate the urbanization influence on the hydrologic regime through the water balance, using two small small watershed, one with 54% of its urbanized area - MU and the other covered with natural grassland and areas used for agriculture - MR, both with the same area of 2.31 km². More specifically, it seeks to quantify some components of water balance variables to estimate water availability and evaluate the small discharges, using monthly retention curves of the studied period. Through the analysis of hydrographs constructed with flow data collected simultaneously each hour in two small watershed of the events that generated the maximum discharges the different variations and the maximum discharge generated in the two small watershed were evaluated using some data collected during the period between January 2011 and October 2011. The global water balance showed that MU had a 5.1 times greater discharge than the MR, and in none of the months monitored MR showed a runoff of more than MU, with emphasis on January and February when it was found the greatest difference in more than 29 times. Analyzing globally the discharges with bigger permanence than 40%, MU presented a volume disposed 7.9 times greater than the MR and in none of months the volume disposed in MR was superior to that of MU, which can be explained by the hypothesis that MR has no underground contribution in its runoff, only in the vadose layer of the soil. Examining the hydrographs it was showed that the MU presents an acceleration in its runoff causing flow oscillations in smaller periods than MR presenting its flow peak up to four hours before the MR, maximum flow rate up to 13,743 L/s, while MR showed a maximum flow of 275 L/s, representing a difference of 66 times in the urbanization effect within the small watershed. Therefore, MU showed a higher runoff volume effect of urbanization within the small watershed and greater water availability than MR, while MR showed a higher loss by evapotranspiration and soil water infiltration than MU during the period of this research. / A ação antrópica provoca alteração no escoamento natural das bacias. As cheias podem se tornar mais intensas, as estiagens mais imediatas e prolongadas, os processos erosivos acelerados, enquanto a qualidade da água tende a deteriorar-se. Com isso, a questão que se coloca neste trabalho é a necessidade de se conhecer o impacto provocado pela mudança do uso e ocupação do solo, no escoamento, com ênfase no espaço urbano. Portanto, o presente trabalho objetiva avaliar as diferenças no escoamento entre duas bacias contíguas e com a mesma área: uma com o uso preponderantemente agrícola e outra com o uso primordialmente urbano. Para isso, buscou-se avaliar a influência da urbanização sobre o regime hidrológico por meio do balanço hídrico, utilizando-se duas microbacias, uma com 54% de sua área urbanizada - MU e a outra coberta por campo nativo e áreas utilizadas para agricultura MR, ambas com a mesma área de 2,31 km². Mais especificamente, busca-se quantificar algumas variáveis componentes do balanço hídrico para estimar a disponibilidade hídrica e avaliar as pequenas vazões, utilizando curvas de permanência. Por meio da análise de hidrogramas construídos com dados de vazão coletados simultaneamente, de hora em hora, nas duas microbacias, dos eventos que geraram as vazões máximas avaliaram-se as diferentes variações de vazão e as máximas geradas, utilizando os dados coletados no período compreendido entre janeiro e outubro de 2011. O balanço hídrico global mostrou que a MU apresentou um escoamento 5,1 vezes maior que a MR, e, em nenhum dos meses monitorados, a MR apresentou um deflúvio superior a MU, merecendo destaque os meses de janeiro e fevereiro, em que se constatou a maior diferença em mais de 29 vezes. Em relação às vazões com permanência maiores que 40%, analisando de forma global, a MU apresentou volume escoado 7,9 vezes maior do que a MR, e, em nenhum dos meses, o volume escoado na MR foi superior ao da MU, o que pode ser explicado pela hipótese de a MR não possuir contribuição subterrânea em seu deflúvio, somente da camada vadosa do solo. Já a análise dos hidrogramas mostrara que a MU apresenta uma aceleração em seu escoamento, fazendo com que ocorram oscilações de vazão em períodos menores que na MR, apresentando o seu pico de vazão até quatro horas antes do que a MR, vazão máxima de até 13743 L/s, enquanto a MR apresentou uma vazão máxima de 275 L/s, o que representa uma diferença de 66 vezes, demonstrando o efeito da urbanização dentro da microbacia. Portanto, para o período da pesquisa, a MU apresentou maior volume escoado pelo efeito da urbanização dentro da microbacia e maior disponibilidade hídrica do que a MR, enquanto a MR apresentou maior perda por evapotranspiração e infiltração de água no solo do que a MU.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2016-01-05T12:43:51Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 7469211 bytes, checksum: 99e23a5e3e827ec0fdf765d03f0f8601 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-05T12:43:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 7469211 bytes, checksum: 99e23a5e3e827ec0fdf765d03f0f8601 (MD5) Previous issue date: 2015-03-27 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The assessment of rainfall-runoff transformation mechanisms with high temporal resolution data has proven crucial to the improving of hydrological studies, by providing detailed knowledge and information about the properties and the characteristics of their main variables. This study aimed at assessing the influence of rainfall event definition criteria in determining the characteristics of hyetographs, as well as in investigating the hydrological relations of rainfall events and antecedent soil moisture with those of the runoff hydrograph, by means of statistical techniques, in experimental basins in Northeast Brazil. To this end, a portion of the data was acquired, in sub-hourly scale, from the databases maintained by the partners of the research since 2003 and the other one was monitored and taken along the hydrological year of 2013-2014 through frequent measurements, performing essays and data processing. Then, descriptive statistics, hypothesis testing, exploratory data analysis, multivariate statistical techniques and multiple linear regression were carried out either for visual inspection or for statistical data investigation, in order to establish variation patterns and evaluate the association degree among variables. The first study revealed that the variation in minimum inter-event time criteria has reduced by almost 50% the number of events, and underestimated the average intensity of events by 4 times on average. The second study showed that the tropical coastal basin has approximately 4 times more events than those of semiarid, of which 6% of all events that remain unshaped, contribute to 38% of the total precipitation, and could be reduced by up to 97%, becoming mainly on unimodal events with peak to the left. The third study showed that soil moisture has a similar variation pattern up to 3 days in advance and exerts a significant influence, along with the precipitation and duration of rainfall events on both the runoff coefficient, the peak and the discharge of hydrographs; on the other hand, the principal component responsible for the peak and intensities of hyetographs was significant only on the runoff coefficient, which was, in turn, the best feature set for the multiple linear regression analysis, as it the coefficient of determination was 0.66. Therefore, this study highlights the importance of continuous and systematic hydro-climatological data monitoring for the experimental studies that may provide input to decision-making in water resources management measures. / O entendimento dos mecanismos de transformação chuva-vazão com dados em alta resolução temporal mostra-se fundamental no aperfeiçoamento da maior parte dos estudos hidrológicos, ao provê conhecimento e informação detalhada a respeito das propriedades e características de suas principais variáveis. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência dos critérios de definição de evento chuvoso na determinação das características dos hietogramas, bem como investigar as relações hidrológicas dos eventos chuvosos e da umidade antecedente do solo com aquelas dos hidrogramas de escoamento superficial, por meio de técnicas estatísticas, em bacias experimentais do Nordeste Brasileiro. Para tanto, uma parcela dos dados foi adquirida, em escala sub-horária, dos bancos de dados mantidos pelos parceiros da Rede de Hidrologia do Semiárido (REHISA) desde 2003 e a outra foi monitorada e obtida ao longo do hidrológico 2013-2014, por meio de frequentes medições, realização de ensaios e tratamento de dados. Em seguida, técnicas de estatística descritiva, testes de aderência e de hipóteses, métodos exploratórios de dados, análises estatísticas multivariadas e técnicas de regressão linear múltipla foram utilizadas, quer na inspeção visual, quer na investigação estatística dos dados, a fim de estabelecer padrões de variação e avaliar o grau de associação entre variáveis. O primeiro estudo realizado revelou que a variação do critério de mínimo intervalo de tempo entre eventos fez reduzir em até quase 50% o número de eventos, além de subestimar a intensidade média dos eventos 4 vezes, em média. O segundo estudo mostrou que a bacia hidrográfica tropical costeira apresenta aproximadamente 4 vezes mais eventos do que as do semiárido, dos quais 6% da totalidade dos eventos que permanecem não caracterizados, contribuem para 38% do total precipitado, e puderam ser reduzidos em até 97%, transformando-se, sobretudo, em eventos do tipo unimodal com pico à esquerda. O terceiro estudo mostrou que a umidade do solo apresenta um padrão de variação similar até 3 dias de antecedência e exerce uma influência significante, juntamente com a lâmina precipitada e a duração dos eventos chuvosos, sobre o coeficiente de escoamento, o pico e a vazão do hidrograma; por outro lado, a componente responsável pelo pico e intensidades dos hietogramas foi significante apenas sobre o coeficiente de escoamento, este que, por sua vez, foi a característica melhor ajustada pela análise de regressão múltipla, dado o coeficiente de determinação de 0,66. Portanto, este estudo evidencia a importância do monitoramento contínuo e sistemático de dados hidroclimatológicos para a realização de estudos experimentais que venham a dar subsídios à tomada de decisões em medidas de gerenciamento de recursos hídricos.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-09-05T19:13:02Z No. of bitstreams: 1 HUGO MORAIS DE ALCÂNTARA - TESE PPGRN 2013..pdf: 10749707 bytes, checksum: 042c63fe46b2820168cc4a2b33b2f966 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-05T19:13:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HUGO MORAIS DE ALCÂNTARA - TESE PPGRN 2013..pdf: 10749707 bytes, checksum: 042c63fe46b2820168cc4a2b33b2f966 (MD5) Previous issue date: 2013-08-29 / Em regiões tropicais, como o semiárido brasileiro, a redução de áreas de florestas por meio da extração de lenha, da agricultura e pecuária de subsistência, associada à variabilidade espacial e temporal dos regimes climático e hidrológico, têm contribuído significativamente para a degradação ambiental de extensas áreas. Estudos em bacias experimentais têm evidenciado o papel da cobertura vegetal sobre a redução da erosão como um dos principais fatores para a conservação de pequenas bacias rurais, mas em geral não consideram as relações do homem com o ambiente. Esta tese tem como o principal problema de pesquisa a conservação e/ou recuperação ambiental de pequenas bacias hidrográficas rurais na região do semiárido brasileiro. A hipótese que norteia o trabalho é que uma metodologia que considere cenários futuros de uso e ocupação do solo e as relações do homem com o meio ambiente resultará em uma maior possibilidade de implementação das estratégias conservacionistas. O objetivo deste trabalho é a proposição de metodologia para a seleção de estratégias de conservação e/ou recuperação de pequenas bacias hidrográficas do semiárido, na perspectiva dos recursos hídricos, através de modelagem ambiental, considerando a aceitabilidade social dessas estratégias pelas comunidades rurais que ocupam as bacias. A metodologia proposta enfatiza a necessidade de uma caracterização ambiental considerando fatores climáticos, hidrológicos, políticos, econômicos e sociais, para embasar um planejamento conservacionista realista, viável e que esteja em sintonia com as necessidades dos produtores rurais. Advoga-se o uso de entrevistas e reuniões com os produtores e de modelos de simulação ambiental como ferramental. Os modelos podem contribuir na localização de áreas críticas e fornecer subsídios para a identificação de potenciais estratégias para a redução dos processos erosivos em diferentes escalas espaciais. A metodologia foi aplicada em uma pequena bacia hidrográfica do semiárido do estado da Paraíba. Estratégias candidatas de conservação e recuperação da bacia foram identificadas por meio de reuniões com grupos focais de produtores rurais. O modelo hidrossedimentológico SWAT foi usado com o objetivo de estimar a produção de sedimentos e a lâmina escoada. Foram simulados, com dados climáticos do período de 1998 a 2012, quatro cenários de uso e ocupação do solo montados de acordo com o levantamento de opiniões dos produtores rurais, tendo sido contempladas as estratégias com maior aceitabilidade social. O envolvimento da sociedade nas discussões e negociações ajuda a incorporar, no planejamento de uso dos recursos naturais, aspectos ambientais, culturais e sociais. Os resultados das simulações indicam uma estimativa anual da produção de sedimentos para o cenário atual de uso e ocupação do solo superando de 1,7 a 2,7 vezes os limites de tolerância de perda de solo estabelecidos em nível mundial, porém as estratégias de alterações de uso e ocupação do solo podem reduzir quase totalmente a produção anual de sedimentos e aumentar a produção de água na bacia em até 55,0%. Uma vantagem da metodologia proposta é que, através de uma lista de indicadores socioeconômicos e ambientais, a comunidade pode participar ativamente da pesquisa de campo, tornando-se parte integrante do gerenciamento dos recursos naturais. / In tropical regions, such as the Brazilian semiarid region, the reduction of forest areas by extracting firewood, subsistence agriculture and livestock, associated with spatial and temporal variability of the climatic and hydrological regimes, have significantly contributed to environmental degradation of extensive areas. Research in experimental basins have shown the role of vegetation on erosion reduction as a major factor for the conservation of small rural basins, but generally do not consider the relationship between human society and the environment. This thesis has as its main research problem the conservation and/or environmental remediation of small rural watersheds in the semiarid region of Brazil. The hypothesis that guides the work is that a methodology that considers future scenarios of land use and occupation and the communities’ relationships with the environment will result in a greater possibility of implementation of conservation strategies. The objective of this work is to propose a methodology for the selection of strategies for conservation and/or restoration of small watersheds, from a water resources viewpoint through environmental modeling, considering the social acceptability of these strategies by rural communities that occupy the basins. The methodology emphasizes the need for environmental characterization considering climatic, hydrological, political, economic and social aspects, to support a realistic and feasible conservation planning, considering the farmers’ needs. It advocates the use of interviews and meetings with farmers and environmental simulation models as methodological tools. Models can help in locating critical areas and provide tools for identifying potential strategies to reduce erosion at different spatial scales. The methodology was applied in a small watershed in semiarid region of the State of Paraíba. Candidate strategies for the conservation and restoration of the basin were identified through meetings with focus groups of farmers. The SWAT hydrological model was used to estimate sediment production and runoff. Four scenarios of land use and occupation were simulated using climate data for the period 1998-2012. The scenarios were selected according to the opinions of farmers, having been contemplated strategies with greater social acceptability. Society involvement in the discussions and negotiations helps to incorporate environmental, cultural and social aspects in the planning process. Simulation results show an estimate of annual sediment yield at the current scenario of the use and occupation of land exceeding 1.7 to 2.7 times the tolerance limits established for soil loss worldwide, but the restoration strategies can reduce almost totally the annual sediment yield and increase water production in the basin up to 55.0%. An advantage of the proposed methodology is that through a list of socioeconomic and environmental indicators, the community can actively participate in the field research, becoming an integral part of natural resource management.