O significativo investimento em desenvolvimento tecnológico associado aos fatores ambientais, como disponibilidade de recursos naturais, clima e solo elevaram o Brasil ao patamar de maior produtor mundial de cana-de-açúcar, matéria-prima do açúcar e do etanol. Atualmente, o país exporta açúcar para mais de 100 países. Em relação ao etanol, esse vem se destacando no cenário mundial devido à viabilidade econômica e à necessidade de se utilizar energia renovável, em substituição aos combustíveis fósseis, com o intuito de mitigar o efeito estufa. Sendo assim, as perspectivas mundiais para a produção e, principalmente, consumo do etanol são favoráveis. Para o Brasil, devido à alta demanda mundial por açúcar e biocombustíveis, o zoneamento agroecológico da cana-de-açúcar, que apresenta uma seleção de terras potenciais para a expansão do seu cultivo visando uma produção sustentável, é uma necessidade imperiosa. Entretanto, os processos de mudança de uso e cobertura do solo são complexos e podem causar impactos, tais como: desertificação, perda da biodiversidade, poluição de ar, degradação dos componentes ambientais água e solo. Esse trabalho acadêmico visou estimar o escorrimento superficial e a produção de sedimentos em área consolidada e em área que encontra-se em expansão do cultivo da cana-de-açúcar para a produção de açúcar e etanol. Para isso, com base no Zoneamento Agroecológico da Cana-de-açúcar (ZAE Cana) que indica as áreas aptas ao cultivo da cana-de-açúcar, foram selecionadas duas áreas de estudo que possuem alta aptidão para a expansão da cana-de-açúcar. São elas: a Microbacia hidrográfica do ribeirão das Guabirobas (MBH-G) localizada no município de São Carlos - SP, região onde a cultura da cana-de-açúcar é consolidada e; a Microbacia hidrográfica córrego da Onça (MBH-O), localizada na região oeste do Estado de São Paulo, nos municípios de Ilha Solteira e Itapura, região onde a cultura da cana-de-açúcar encontra-se em expansão. O modelo de simulação espacial usado no trabalho é o Conversion of Land Use and its Effects at small region extent (CLUE-S), desenvolvido pela Universidade de Wageningen (Holanda). A aplicação satisfatória do CLUE-S permitiu o desenvolvimento de cenários futuros de uso e cobertura do solo com o intuito de simular a expansão da cultura da cana-de-açúcar em paisagens com diferentes características. A posteriori, foi estimada o escorrimento superficial e a produção de sedimentos desses cenários com o auxílio do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT). O SWAT foi sensível aos cenários, possibilitando a geração de resultados consistentes, qualitativa e quantitativamente para cada um deles, o que permitiu verificar as suas particularidades. Vale ressaltar que a avaliação ex-ante dos impactos ambientais na área de expansão da cultura da cana-de-açúcar em diferentes cenários pode direcionar ações de políticas públicas e de planejamento sócio-econômico-ambiental, dentre outros. / The significant investments in technological development associated to environmental factors, such as the availability of natural resources, for instance, climate and soil, have led Brazil to become the world\'s largest producer of sugarcane, the raw material used in the manufacture of ethanol and sugar. Currently, the country exports sugar to more than 100 countries. Ethanol has become globally eminent due to its economic feasibility and the need of clean and renewable energy rather than of fossil fuels in order to mitigate the greenhouse effect. Therefore, the global perspectives on the production and especially the consumption of ethanol are favorable. Due to the high global demand for sugar and biofuels, the agro-ecological zoning of sugarcane, which features a selection of potential areas for cultivation expansion aiming at sustainable production, is a fundamental necessity for Brazil. However, the changes inland use and land cover are complex processes and can cause impacts such as desertification, biodiversity loss, air pollution, and degradation of environmental components such as water and soil. This research aims to estimate the sediment yield and runoff in areas where the culture of sugarcane is consolidated and in areas of sugarcane expansion for the production of sugar and ethanol. Accordingly, based on the Agro-Ecological Zoning for Sugarcane (ZAE Cana), which indicates suitable areas for sugarcane cultivation, two study areas that have high potential for the expansion of sugarcane were selected, namely the microbacia hidrográfica do ribeirão das Guabirobas/MBH-G (Ribeirão das Guabirobas micro-drainage basin), located in the city of São Carlos - SP, a region where the culture of sugarcane is consolidated, and the microbacia hidrográfica córrego da Onça/MBH-O (córrego da Onça micro-drainage basin), located in the western region of the state of São Paulo, in the cities of Ilha Solteira and Itapura, an area of sugarcane expansion, i.e. a sugarcane expansion region. The spatial simulation model used in this research is the Conversion of Land Use and its Effects at small region extent (CLUE-S), developed by the University of Wageningen, Netherlands. Making use of this methodology, future land use and land cover scenarios were created in order to simulate the expansion of sugarcane cultivation in areas with different characteristics. Subsequently, the sediment yield and superficial runoff in these scenarios were estimated with the help of the SWAT model (Soil and Water Assessment Tool).This model was sensitive to both scenarios allowing the generation of consistent qualitative and quantitative results for each scenario enabling the identification of their particularities. It is noteworthy that the ex-ante evaluation of environmental impacts on areas of sugarcane expansion in different scenarios can guide public policy actions and socio-economic and environmental planning among others.

O significativo investimento em desenvolvimento tecnológico associado aos fatores ambientais, como disponibilidade de recursos naturais, clima e solo elevaram o Brasil ao patamar de maior produtor mundial de cana-de-açúcar, matéria-prima do açúcar e do etanol. Atualmente, o país exporta açúcar para mais de 100 países. Em relação ao etanol, esse vem se destacando no cenário mundial devido à viabilidade econômica e à necessidade de se utilizar energia renovável, em substituição aos combustíveis fósseis, com o intuito de mitigar o efeito estufa. Sendo assim, as perspectivas mundiais para a produção e, principalmente, consumo do etanol são favoráveis. Para o Brasil, devido à alta demanda mundial por açúcar e biocombustíveis, o zoneamento agroecológico da cana-de-açúcar, que apresenta uma seleção de terras potenciais para a expansão do seu cultivo visando uma produção sustentável, é uma necessidade imperiosa. Entretanto, os processos de mudança de uso e cobertura do solo são complexos e podem causar impactos, tais como: desertificação, perda da biodiversidade, poluição de ar, degradação dos componentes ambientais água e solo. Esse trabalho acadêmico visou estimar o escorrimento superficial e a produção de sedimentos em área consolidada e em área que encontra-se em expansão do cultivo da cana-de-açúcar para a produção de açúcar e etanol. Para isso, com base no Zoneamento Agroecológico da Cana-de-açúcar (ZAE Cana) que indica as áreas aptas ao cultivo da cana-de-açúcar, foram selecionadas duas áreas de estudo que possuem alta aptidão para a expansão da cana-de-açúcar. São elas: a Microbacia hidrográfica do ribeirão das Guabirobas (MBH-G) localizada no município de São Carlos - SP, região onde a cultura da cana-de-açúcar é consolidada e; a Microbacia hidrográfica córrego da Onça (MBH-O), localizada na região oeste do Estado de São Paulo, nos municípios de Ilha Solteira e Itapura, região onde a cultura da cana-de-açúcar encontra-se em expansão. O modelo de simulação espacial usado no trabalho é o Conversion of Land Use and its Effects at small region extent (CLUE-S), desenvolvido pela Universidade de Wageningen (Holanda). A aplicação satisfatória do CLUE-S permitiu o desenvolvimento de cenários futuros de uso e cobertura do solo com o intuito de simular a expansão da cultura da cana-de-açúcar em paisagens com diferentes características. A posteriori, foi estimada o escorrimento superficial e a produção de sedimentos desses cenários com o auxílio do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT). O SWAT foi sensível aos cenários, possibilitando a geração de resultados consistentes, qualitativa e quantitativamente para cada um deles, o que permitiu verificar as suas particularidades. Vale ressaltar que a avaliação ex-ante dos impactos ambientais na área de expansão da cultura da cana-de-açúcar em diferentes cenários pode direcionar ações de políticas públicas e de planejamento sócio-econômico-ambiental, dentre outros. / The significant investments in technological development associated to environmental factors, such as the availability of natural resources, for instance, climate and soil, have led Brazil to become the world\'s largest producer of sugarcane, the raw material used in the manufacture of ethanol and sugar. Currently, the country exports sugar to more than 100 countries. Ethanol has become globally eminent due to its economic feasibility and the need of clean and renewable energy rather than of fossil fuels in order to mitigate the greenhouse effect. Therefore, the global perspectives on the production and especially the consumption of ethanol are favorable. Due to the high global demand for sugar and biofuels, the agro-ecological zoning of sugarcane, which features a selection of potential areas for cultivation expansion aiming at sustainable production, is a fundamental necessity for Brazil. However, the changes inland use and land cover are complex processes and can cause impacts such as desertification, biodiversity loss, air pollution, and degradation of environmental components such as water and soil. This research aims to estimate the sediment yield and runoff in areas where the culture of sugarcane is consolidated and in areas of sugarcane expansion for the production of sugar and ethanol. Accordingly, based on the Agro-Ecological Zoning for Sugarcane (ZAE Cana), which indicates suitable areas for sugarcane cultivation, two study areas that have high potential for the expansion of sugarcane were selected, namely the microbacia hidrográfica do ribeirão das Guabirobas/MBH-G (Ribeirão das Guabirobas micro-drainage basin), located in the city of São Carlos - SP, a region where the culture of sugarcane is consolidated, and the microbacia hidrográfica córrego da Onça/MBH-O (córrego da Onça micro-drainage basin), located in the western region of the state of São Paulo, in the cities of Ilha Solteira and Itapura, an area of sugarcane expansion, i.e. a sugarcane expansion region. The spatial simulation model used in this research is the Conversion of Land Use and its Effects at small region extent (CLUE-S), developed by the University of Wageningen, Netherlands. Making use of this methodology, future land use and land cover scenarios were created in order to simulate the expansion of sugarcane cultivation in areas with different characteristics. Subsequently, the sediment yield and superficial runoff in these scenarios were estimated with the help of the SWAT model (Soil and Water Assessment Tool).This model was sensitive to both scenarios allowing the generation of consistent qualitative and quantitative results for each scenario enabling the identification of their particularities. It is noteworthy that the ex-ante evaluation of environmental impacts on areas of sugarcane expansion in different scenarios can guide public policy actions and socio-economic and environmental planning among others.

IPCC於第四次報告書中，模擬氣候持續暖化預測未來海平面上升之情形，而海平面上升對於人口集中的台北都會區將產生莫大之衝擊，同時亦會造成土地利用變遷。本研究目的在於探討海平面上升對台北都會區土地利用變遷之影響，以及受淹沒地區之人口未來可能之遷移區位，主要係從社會經濟發展層面進行分析。運用二元羅吉斯迴歸模式並結合土地利用轉換與影響模型（CLUE-s），以四種不同情境模擬土地利用變遷之情況，其情境分別為海平面上升59公分管制農林地與不管制，以及海平面上升100公分管制農林地與不管制。 　　研究結果顯示，海平面上升之情形越嚴重，未來的都市建地發展會越趨向擴張的形式，對農林地產生變遷之壓力；而於同一海平面上升水平下，針對農林地進行管制，其建地之發展會較為集中於都市計畫地區範圍內，且多數人口亦將遷移至此，容易形成人口壓力。此外，土地利用變遷模擬所得之新增建地部分，於情境A、C下足以容納受影響之人口，但情境B、D則不足以容納，皆會對台北都會區產生容受力之問題，產生累計人口超過計畫人口之現象。因此，建議未來政府於都市發展上，可調整都市計畫內之土地使用強度或都市範圍，也可利用都市更新之方式減少新的土地開發；此外，從國家層級分析，未來的國土計畫法於立法上，亦可將更多氣候變遷相關影響因子納入四大功能分區，透過適宜性分析進行分類分級，以做為未來土地利用發展之引導。 / The 4th IPCC report simulated climate warming and predicted future sea-level rise scenarios. A sea level rise will have a great impact on the population of the Taipei metropolitan area, and it will also produce land-use changes. The purpose of this study is to research the impact of sea level change on land use changes and population migration in Taipei metropolitan, and the areas that will be immigrated by the flooded areas. The method used includes binary logistic regression model combined with Conversion of Land Use and its Effects Model (CLUE-s). Setting the sea-level rise and regulating agricultural land, forest land of the four simulated situations. The results show that the higher sea level rises, the more transformation towards urban development in the future, and the higher sea level will also pressure agriculture and forestry changes. As a result of population pressure on Taipei metropolitan area, the same level of sea-level rise for the regulation of agriculture and forestry land, the development of building sites and population migration will be more concentrated on urban planning areas. In addition, the simulation of land use change generated new building sites, sufficient enough to accommodate the affected population under A and C simulated situations, but B and D couldn’t generate such results. Instead, it will generate a carrying capacity issue. Therefore, this thesis suggests that the government adjust the intensity of land use in urban development, urban areas and urban renewal of urban planning. In addition, the analysis from the national level, the future legislation of Land Planning Act should include the relation of climate change impact factors as a consideration of future land use development.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O atual nível das mudanças uso do solo causa impactos nas mudanças ambientais globais. Os processos de mudanças do uso e cobertura do solo são processos complexos e não acontecem ao acaso sobre uma região. Geralmente estas mudanças são determinadas localmente, regionalmente ou globalmente por fatores geográficos, ambientais, sociais, econômicos e políticos interagindo em diversas escalas temporais e espaciais. Parte desta complexidade é capturada por modelos de simulação de mudanças do uso e cobertura do solo. Uma etapa do processo de simulação do modelo CLUE-S é a quantificação da influência local dos impulsores de mudança sobre a probabilidade de ocorrência de uma classe de uso do solo. Esta influência local é obtida ajustando um modelo de regressão logística. Um modelo de regressão espacial é proposto como alternativa para selecionar os impulsores de mudanças. Este modelo incorpora a informação da vizinhança espacial existente nos dados que não é considerada na regressão logística. Baseado em um cenário de tendência linear para a demanda agregada do uso do solo, simulações da mudança do uso do solo para a microbacia do Coxim, Mato Grosso do Sul, foram geradas, comparadas e analisadas usando o modelo CLUE-S sob os enfoques da regressão logística e espacial para o período de 2001 a 2011. Ambos os enfoques apresentaram simulações com muito boa concordância, medidas de acurácia global e Kappa altos, com o uso do solo para o ano de referência de 2004. A diferença entre os enfoques foi observada na distribuição espacial da simulação do uso do solo para o ano 2011, sendo o enfoque da regressão espacial que teve a simulação com menor discrepância com a demanda do uso do solo para esse ano. / Present state of land use changes impacts global environmental changes. Land use and cover changes are complex processes and do not occur at random pattern in an area. In general, they are determined locally, regionally and globally by geographic, environmental, social, economic and political factors interacting at diverse temporal and spatial scales. Part of this complexity can be modeled by land use and cover change simulation models. An important step of simulation process in CLUE-S model is local influence of driving forces over the occurrence of a land use type. This influence is obtained by logistic regression model. A spatial lag regression model is proposed to select driving forces. This model incorporates spatial neighborhood information which is ignored by logistic regression. Based on a lineal trend scenario of land use demand, simulations of land use changes for Coxim microbasin, Mato Grosso do Sul, were generated, analyzed and compared using CLUE-S model under logistic and spatial regression approaches. The period of simulations was 2001-2011. Both approaches revealed elevated concordance, high global accuracy and Kappa index, to land use for 2004 reference year. Differences were observed for spatial distribution for land use simulations for 2011. Spatial lag regression simulation for 2011 reached less discrepancy to land use demand for that year.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O atual nível das mudanças uso do solo causa impactos nas mudanças ambientais globais. Os processos de mudanças do uso e cobertura do solo são processos complexos e não acontecem ao acaso sobre uma região. Geralmente estas mudanças são determinadas localmente, regionalmente ou globalmente por fatores geográficos, ambientais, sociais, econômicos e políticos interagindo em diversas escalas temporais e espaciais. Parte desta complexidade é capturada por modelos de simulação de mudanças do uso e cobertura do solo. Uma etapa do processo de simulação do modelo CLUE-S é a quantificação da influência local dos impulsores de mudança sobre a probabilidade de ocorrência de uma classe de uso do solo. Esta influência local é obtida ajustando um modelo de regressão logística. Um modelo de regressão espacial é proposto como alternativa para selecionar os impulsores de mudanças. Este modelo incorpora a informação da vizinhança espacial existente nos dados que não é considerada na regressão logística. Baseado em um cenário de tendência linear para a demanda agregada do uso do solo, simulações da mudança do uso do solo para a microbacia do Coxim, Mato Grosso do Sul, foram geradas, comparadas e analisadas usando o modelo CLUE-S sob os enfoques da regressão logística e espacial para o período de 2001 a 2011. Ambos os enfoques apresentaram simulações com muito boa concordância, medidas de acurácia global e Kappa altos, com o uso do solo para o ano de referência de 2004. A diferença entre os enfoques foi observada na distribuição espacial da simulação do uso do solo para o ano 2011, sendo o enfoque da regressão espacial que teve a simulação com menor discrepância com a demanda do uso do solo para esse ano. / Present state of land use changes impacts global environmental changes. Land use and cover changes are complex processes and do not occur at random pattern in an area. In general, they are determined locally, regionally and globally by geographic, environmental, social, economic and political factors interacting at diverse temporal and spatial scales. Part of this complexity can be modeled by land use and cover change simulation models. An important step of simulation process in CLUE-S model is local influence of driving forces over the occurrence of a land use type. This influence is obtained by logistic regression model. A spatial lag regression model is proposed to select driving forces. This model incorporates spatial neighborhood information which is ignored by logistic regression. Based on a lineal trend scenario of land use demand, simulations of land use changes for Coxim microbasin, Mato Grosso do Sul, were generated, analyzed and compared using CLUE-S model under logistic and spatial regression approaches. The period of simulations was 2001-2011. Both approaches revealed elevated concordance, high global accuracy and Kappa index, to land use for 2004 reference year. Differences were observed for spatial distribution for land use simulations for 2011. Spatial lag regression simulation for 2011 reached less discrepancy to land use demand for that year.

A bacia hidrográfica do Arroio Marrecas, localizada na porção nordeste do município de Caxias do Sul, RS, abriga os principais mananciais de água para abastecimento da crescente população na região, além de importantes fragmentos de Mata Atlântica e Campos Sulinos. Este estudo buscou analisar as alterações de uso das terras em escala espaço-temporal nos últimos 48 anos, analisar a relação entre a qualidade das águas superficiais, utilizando dados de campanhas de monitoramento entre 2010 e 2011, e o uso atual das terras e simular a dinâmica de cenários futuros para um período de 15 anos. As ferramentas utilizadas na primeira etapa foram interpretação visual de imagens de satélite e fotos aéreas, apoiadas em campanhas de levantamento a campo. A posteriori, foi construído um banco de dados geoespaciais e a simulação espacial utilizando o modelo Conversion of Land Use and its Effects at small region extent (CLUE-S). Os resultados obtidos na primeira etapa indicam um decréscimo das áreas originalmente ocupadas por campos e matas, o que pode ser atribuído ao crescente processo de urbanização e a expansão de atividades agrícolas intensivas como fruticultura e silvicultura, similar àquela observada em outras regiões na Serra Gaúcha A avaliação da qualidade de água mostra que a alteração na concentração de alguns parâmetros relacionou-se com o uso das terras. Embora os parâmetros Turbidez, Fósforo Total e Coliformes Termotolerantes tenham ultrapassado os limites de Classe 2 (Conama nº 257/2005) em algumas campanhas, a análise de correlação não conseguiu discriminar fatores explanatórios de maneira conclusiva. Quando analisados os resultados da modelagem, observou-se que a dinâmica de realocação dos usos e coberturas das terras nos planos de informação são definidos ou explicitados prioritariamente pelos seguintes fatores explanatórios: Cambissolo Háplico, Cambissolo Húmico e Neossolo Litólico, declividade e elevação do terreno. Análises apoiadas em ferramentas de estatística, geoprocessamento e campanhas de levantamento in situ como as aplicadas neste estudo podem ser instrumentos cruciais para o entendimento da evolução dos usos das terras, servindo de referencial para resolução de potenciais conflitos e mitigação dos impactos ambientais e socioeconômicos que se apresentam. / The Arroio Marrecas watershed, located in the northeastern section Caxias do Sul municipality, is a major drinking water source for the growing population in the region, and contains important fragments of subtropical forests and grasslands. This study investigates land use changes in a spatiotemporal scale in the Arroio Marrecas watershed in the last 48 years, analyze the relationship between the quality of surface water, using data from monitoring campaigns conducted in 2010 and 2011, and the current land use and simulates the dynamics of future scenarios for a period of 15 years. Tools used in the first stage were visual interpretation of satellite images and aerial photos, supported by the field survey campaigns were used. Subsequently, it was built from a geospatial database and the spatial simulation using the model Conversion of Land Use and Its Effects at small region extent (CLUE-S). The results obtained in the first step indicate a decrease in the areas originally occupied by forests and grasslands, which can be attributed to increasing urbanization and the expansion of intensive agricultural production such as horticulture and forestry, similar to that observed in other parts of the highlands of Rio Grande do Sul (Serra Gaúcha) The evaluation of water quality shows that the change in concentration of some parameters was related to the use of the land. Water quality parameters like turbidity, total phosphorus and thermotolerant coliform were above Class 2 limits (CONAMA Resolution 257/2005) in some campaigns, a correlation analysis could not conclusively discriminate the main explanatory factor. On the other hand, a modeling exercise of future ladn use scenarios with the CLUE-S model revealed that dynamic reallocation of land use/land cover were defined primarily by soil classes Cambissolo Háplico, Cambissolo Húmico and Neossolo Litólico, elevation and slope. Analysis supported by statistical geoprocessing tools and field surveys as applied in this study can be crucial tools for understanding the evolution of land uses and serve to resolve potential conflicts and mitigate environmental and socioeconomic impacts.

A bacia hidrográfica do Arroio Marrecas, localizada na porção nordeste do município de Caxias do Sul, RS, abriga os principais mananciais de água para abastecimento da crescente população na região, além de importantes fragmentos de Mata Atlântica e Campos Sulinos. Este estudo buscou analisar as alterações de uso das terras em escala espaço-temporal nos últimos 48 anos, analisar a relação entre a qualidade das águas superficiais, utilizando dados de campanhas de monitoramento entre 2010 e 2011, e o uso atual das terras e simular a dinâmica de cenários futuros para um período de 15 anos. As ferramentas utilizadas na primeira etapa foram interpretação visual de imagens de satélite e fotos aéreas, apoiadas em campanhas de levantamento a campo. A posteriori, foi construído um banco de dados geoespaciais e a simulação espacial utilizando o modelo Conversion of Land Use and its Effects at small region extent (CLUE-S). Os resultados obtidos na primeira etapa indicam um decréscimo das áreas originalmente ocupadas por campos e matas, o que pode ser atribuído ao crescente processo de urbanização e a expansão de atividades agrícolas intensivas como fruticultura e silvicultura, similar àquela observada em outras regiões na Serra Gaúcha A avaliação da qualidade de água mostra que a alteração na concentração de alguns parâmetros relacionou-se com o uso das terras. Embora os parâmetros Turbidez, Fósforo Total e Coliformes Termotolerantes tenham ultrapassado os limites de Classe 2 (Conama nº 257/2005) em algumas campanhas, a análise de correlação não conseguiu discriminar fatores explanatórios de maneira conclusiva. Quando analisados os resultados da modelagem, observou-se que a dinâmica de realocação dos usos e coberturas das terras nos planos de informação são definidos ou explicitados prioritariamente pelos seguintes fatores explanatórios: Cambissolo Háplico, Cambissolo Húmico e Neossolo Litólico, declividade e elevação do terreno. Análises apoiadas em ferramentas de estatística, geoprocessamento e campanhas de levantamento in situ como as aplicadas neste estudo podem ser instrumentos cruciais para o entendimento da evolução dos usos das terras, servindo de referencial para resolução de potenciais conflitos e mitigação dos impactos ambientais e socioeconômicos que se apresentam. / The Arroio Marrecas watershed, located in the northeastern section Caxias do Sul municipality, is a major drinking water source for the growing population in the region, and contains important fragments of subtropical forests and grasslands. This study investigates land use changes in a spatiotemporal scale in the Arroio Marrecas watershed in the last 48 years, analyze the relationship between the quality of surface water, using data from monitoring campaigns conducted in 2010 and 2011, and the current land use and simulates the dynamics of future scenarios for a period of 15 years. Tools used in the first stage were visual interpretation of satellite images and aerial photos, supported by the field survey campaigns were used. Subsequently, it was built from a geospatial database and the spatial simulation using the model Conversion of Land Use and Its Effects at small region extent (CLUE-S). The results obtained in the first step indicate a decrease in the areas originally occupied by forests and grasslands, which can be attributed to increasing urbanization and the expansion of intensive agricultural production such as horticulture and forestry, similar to that observed in other parts of the highlands of Rio Grande do Sul (Serra Gaúcha) The evaluation of water quality shows that the change in concentration of some parameters was related to the use of the land. Water quality parameters like turbidity, total phosphorus and thermotolerant coliform were above Class 2 limits (CONAMA Resolution 257/2005) in some campaigns, a correlation analysis could not conclusively discriminate the main explanatory factor. On the other hand, a modeling exercise of future ladn use scenarios with the CLUE-S model revealed that dynamic reallocation of land use/land cover were defined primarily by soil classes Cambissolo Háplico, Cambissolo Húmico and Neossolo Litólico, elevation and slope. Analysis supported by statistical geoprocessing tools and field surveys as applied in this study can be crucial tools for understanding the evolution of land uses and serve to resolve potential conflicts and mitigate environmental and socioeconomic impacts.

A bacia hidrográfica do Arroio Marrecas, localizada na porção nordeste do município de Caxias do Sul, RS, abriga os principais mananciais de água para abastecimento da crescente população na região, além de importantes fragmentos de Mata Atlântica e Campos Sulinos. Este estudo buscou analisar as alterações de uso das terras em escala espaço-temporal nos últimos 48 anos, analisar a relação entre a qualidade das águas superficiais, utilizando dados de campanhas de monitoramento entre 2010 e 2011, e o uso atual das terras e simular a dinâmica de cenários futuros para um período de 15 anos. As ferramentas utilizadas na primeira etapa foram interpretação visual de imagens de satélite e fotos aéreas, apoiadas em campanhas de levantamento a campo. A posteriori, foi construído um banco de dados geoespaciais e a simulação espacial utilizando o modelo Conversion of Land Use and its Effects at small region extent (CLUE-S). Os resultados obtidos na primeira etapa indicam um decréscimo das áreas originalmente ocupadas por campos e matas, o que pode ser atribuído ao crescente processo de urbanização e a expansão de atividades agrícolas intensivas como fruticultura e silvicultura, similar àquela observada em outras regiões na Serra Gaúcha A avaliação da qualidade de água mostra que a alteração na concentração de alguns parâmetros relacionou-se com o uso das terras. Embora os parâmetros Turbidez, Fósforo Total e Coliformes Termotolerantes tenham ultrapassado os limites de Classe 2 (Conama nº 257/2005) em algumas campanhas, a análise de correlação não conseguiu discriminar fatores explanatórios de maneira conclusiva. Quando analisados os resultados da modelagem, observou-se que a dinâmica de realocação dos usos e coberturas das terras nos planos de informação são definidos ou explicitados prioritariamente pelos seguintes fatores explanatórios: Cambissolo Háplico, Cambissolo Húmico e Neossolo Litólico, declividade e elevação do terreno. Análises apoiadas em ferramentas de estatística, geoprocessamento e campanhas de levantamento in situ como as aplicadas neste estudo podem ser instrumentos cruciais para o entendimento da evolução dos usos das terras, servindo de referencial para resolução de potenciais conflitos e mitigação dos impactos ambientais e socioeconômicos que se apresentam. / The Arroio Marrecas watershed, located in the northeastern section Caxias do Sul municipality, is a major drinking water source for the growing population in the region, and contains important fragments of subtropical forests and grasslands. This study investigates land use changes in a spatiotemporal scale in the Arroio Marrecas watershed in the last 48 years, analyze the relationship between the quality of surface water, using data from monitoring campaigns conducted in 2010 and 2011, and the current land use and simulates the dynamics of future scenarios for a period of 15 years. Tools used in the first stage were visual interpretation of satellite images and aerial photos, supported by the field survey campaigns were used. Subsequently, it was built from a geospatial database and the spatial simulation using the model Conversion of Land Use and Its Effects at small region extent (CLUE-S). The results obtained in the first step indicate a decrease in the areas originally occupied by forests and grasslands, which can be attributed to increasing urbanization and the expansion of intensive agricultural production such as horticulture and forestry, similar to that observed in other parts of the highlands of Rio Grande do Sul (Serra Gaúcha) The evaluation of water quality shows that the change in concentration of some parameters was related to the use of the land. Water quality parameters like turbidity, total phosphorus and thermotolerant coliform were above Class 2 limits (CONAMA Resolution 257/2005) in some campaigns, a correlation analysis could not conclusively discriminate the main explanatory factor. On the other hand, a modeling exercise of future ladn use scenarios with the CLUE-S model revealed that dynamic reallocation of land use/land cover were defined primarily by soil classes Cambissolo Háplico, Cambissolo Húmico and Neossolo Litólico, elevation and slope. Analysis supported by statistical geoprocessing tools and field surveys as applied in this study can be crucial tools for understanding the evolution of land uses and serve to resolve potential conflicts and mitigate environmental and socioeconomic impacts.

Models of land use change fall into two broad categories: pattern based and process based. This thesis focuses on pattern based land use change models, expanding our understanding of these models in three important ways. First, it is demonstrated that some driving variables do not have a smooth impact on the land use transition process. Our example variable is access to water. Land managers with access to piped water do not have any need for surface or groundwater. For variables like this, a model needs to change the way that driving variables are represented. The second important result is that including a variable which captures spatial correlation between land use types significantly increases the explanatory power of the prediction model. A major weakness of pattern based land use models is their inability to model interactions between neighbouring land parcels; the method proposed in this study can be an alternative to account for spatial neighbourhood association. These innovations are applied using the CLUE-S (Conversion of Land Use and its Effects at Small regional extent) system to the Deep Creek watershed in the Southern Interior of British Columbia. The results highlight the challenge of balancing the protection of agricultural land and conserving forest and natural areas when population and economic growth are inevitable. The results also demonstrate the implications of land use change on existing land use policies. The calibrated model was validated using remote sensing data. A series of discriminant functions were estimated for each land use type in the recent period and these functions were then used to classify. The calibrated model was run in reverse, back to the generated land use classification, and results compared. Fit was reasonable with error rates falling below ten percent when radii beyond 2.5 km were considered. Another important contribution is demonstrating the importance of modelling dynamic variables. Some important drivers are changing continuously and others depend on land use change itself. Failure to update these variables will bias model forecasts. Spatial neighbourhood association, an endogenous variable governed by land use change itself, is again used as the example dynamic variable. The study demonstrates the importance of updating all associated information. / Graduate Studies, College of (Okanagan) / Graduate