Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-10T14:21:55Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ImplantacaoCGHsAmazonia.pdf: 4824358 bytes, checksum: 1becb37a522249e90ed82f7766e85cd4 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-23T01:47:52Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ImplantacaoCGHsAmazonia.pdf: 4824358 bytes, checksum: 1becb37a522249e90ed82f7766e85cd4 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-23T01:47:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ImplantacaoCGHsAmazonia.pdf: 4824358 bytes, checksum: 1becb37a522249e90ed82f7766e85cd4 (MD5) Previous issue date: 2007 / Um problema de grande relevância social na Amazônia é o fato das pequenas comunidades isoladas não serem contempladas pelos benefícios dos grandes empreendimentos hidrelétricos instalados na região. Uma solução alternativa a para este problema, é o aproveitamento da grande malha de pequenos rios e igarapés da região a partir da implantação de Centrais Geradoras Hidrelétricas – CGH’s (antigas mini e microcentrais).. Dentro deste contexto, o presente trabalho analisa e discute certos aspectos gerais inerentes à implantação das CGH’s, e principalmente, trazendo-os à realidade das pequenas bacias Amazônicas. Os aspectos a serem abordados neste trabalho dizem respeito às avaliações preliminares de terreno, aspectos hidrológicos, tecnológicos, ambientais e financeiros. Os aspectos são analisados de forma global para implantação de CGH’s e suas etapas, também analisados e aplicados a um estudo de caso – implantação da CGH irmã Dorothy na pequena bacia hidrográfica do Igarapé são João em Anapú-pa, onde foi possível a utilização de metodologia existente para um estudo aprimorado de implantação de CGH’s na Amazônia. No âmbito hidrológico, utilizou-se um modelo chuva-vazão desenvolvido por Blanco 2005 e aplicou a pequenas bacias da Amazônia que não possuem registros de vazão. Nos aspectos tecnológicos utilizou ferramentas computacionais para predição de desempenho de turbinas axiais de baixa queda adaptas ao relevo da região, e simulados para a turbina axial a ser implantada na CGH irmã Dorothy. No contexto ambiental atualmente há forte cobrança pelas autoridades competentes locais para realização do estudo ambiental inerente ao aproveitamento, e se tratando da região Amazônica, ambientalmente muita agredida pela ação do homem, os estudos devem ser bem definidos, apontando os possíveis impactos que podem ser causados pela CGH, descritos no RAS (Relatório Ambiental Simplificado) anexo deste trabalho. Desta forma foi desenvolvido um método para cálculo e simulação da área inundada para implantação de CGH’s na Amazônia, aplicado à CGH irmã Dorothy. No âmbito financeiro, são raras as informações referentes aos custos de implantação de CGH’s na Amazônia. Assim, foram levantados os custos referentes à implantação da CGH irmã Dorothy e comparados a custos de CGH’s e de geradores a diesel disponíveis na literatura. / A problem of great social relevance in the Amazon Region is the fact that small isolated communities are not contemplated by the benefits of the big hydroelectric plants installed in the region. An alternative solution to this problem is the use of the big mesh of small rivers and creeks of the area to the implantation of small hydroelectric power plants known in Brazil as CGH´s. Within this context, the present work analyzes and discusses certain general aspects concerning the implantation of CGH's, and mainly, bringing them to the reality of the small Amazon basins. The aspects to be approached in this work are concerned with the technological, hydrological, environmental, and financial contexts. These aspects are analysed in a global form and also in a specific way through a case study - the implantation of sister’s Dorothy CGH, in which was possible the use of existent methodologies for the studies of implanting CGH's in the Amazon Region. Within the hydrological aspects it was possible the use of existent rain-flow model developed by Blanco 2005, and applied to small basins in the Amazon Region which do not possess flow registrations. In the environmental context nowadays there is a strong requirement of the local authorities for the accomplishment of environmental studies relative to the energy enterprise. Taking into consideration that the Amazon region is environmentally very affected by man's action, these studies should be very well defined, in order to point out the possible impacts that can be caused by CGH, which must be described in the RAS (Simplified Environmental Report), requested by the competent organ responsible for regulating small energy uses. In view of that, it was developed in this work a methodology to simulate and calculate the flooded area by the CGH’s implantation in the Amazon Region, and a case study concerning the implantation of sister Dorothy’s CGH is presented. In the technological context, due to the main characteristics of low falls of the Amazonian rivers and creeks, the focus of the technological analysis will be on the behavior of axial turbine adapted to low falls. The technological analysis contemplates the use of tools for predicting the performance of axial turbines. In the financial context , there is rare information regarding the costs of implantation of CGH's in the Amazon. The costs regarding the sister’s Dorothy CGH were obtained and compared with other equivalent CGH’s and diesel generators available in the literature.

A precipitação é uma das principais variáveis hidrológicas analisadas antes de ser fornecida como dado de entrada aos modelos chuva-vazão. As dificuldades para quantificar o valor da chuva, de modo a representar o evento que verdadeiramente ocorre na bacia hidrográfica, provêm principalmente da alta variabilidade espacial da precipitação, da quantidade de postos distribuídos em uma área, das falhas existentes nas séries pluviométricas (falhas nos aparelhos, no processamento dos dados e por perdas dos dados). Uma das formas de quantificar o valor da chuva em uma determinada área para uso em modelos concentrados chuva-vazão, a partir de uma rede de pluviômetros, pode ser com base na Media Aritmética ou na Mediana, que foi uma das propostas desta pesquisa. Os métodos para se obter estas estatísticas pontuais seriam mediante a utilização dos cálculos diretos aplicados nos postos presentes dentro dos limites da bacia, ou através dos valores dos nós de uma grade regular localizados no interior da bacia, com os valores destes nós estimados por interpolação de medidas pontuais posicionadas no interior e fora dos limites da bacia. Os interpoladores utilizados foram o Inverso do Quadrado da Distância, O Vizinho mais Próximo, O Vizinho Natural e a Triangulação Linear. O método de interpolação mais adequado, para as situações encontradas nas séries de precipitação, foi selecionado com o uso da Técnica da Validação Cruzada, ao qual, o método do Vizinho Natural apresentou melhor desempenho. As séries das precipitações médias e medianas diárias obtidas pelos Cálculos Diretos, e após a espacialização com o Interpolador Vizinho Natural, foram utilizadas como dados de entrada no modelo chuva-vazão concentrado conceitual IPH II, versão WIN_IPH II, em diferentes escalas de bacias hidrográficas embutidas (9426 a 19,5 Km² ). Os resultados das vazões simuladas pelo modelo, após os processos de calibração, com o uso da calibração monoobjetivo SCE-UA, evidenciaram o melhor método, Cálculos Diretos ou Interpolação, e a estatística pontual, Media ou Mediana, que foi mais adequada a partir do desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação dos parâmetros resultantes. Concluiu-se que além das falhas existentes influenciarem nas chuvas médias e medianas obtidas por cálculos diretos, a mediana não é uma estatística que representa bem o volume de chuva ocorrente na bacia, pois produziu baixo desempenho no modelo e valores de parâmetros sem significado físico para bacias rurais. Observou-se uma melhora nas duas estatísticas pontuais, após o cálculo da chuva média e da mediana com base nos valores dos nós da grade regular no interior da bacia, estimados pelo interpolador Vizinho Natural. O uso das estatísticas pontuais obtidas por este método produziu bom desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação. A chuva média obtida por interpolação com o Vizinho Natural foi a estatística mais representativa para a maior parte das escalas analisadas. Este trabalho também mostrou a possibilidade de se fazer à transferência de parâmetros do modelo IPH II, com o uso da melhor estatística pontual, de bacias maiores para bacias menores, com o intuito de verificar situações para obtenção de vazões em bacias menores que não possuem medições fluviométricas. / Precipitation is a key hydrological variables analyzed before being supplied as input to rainfall-runoff models. The difficulties to quantify the amount of rain in order to truly represent the event that occurs in the watershed, primarily come from the high spatial variability of precipitation, the number of stations distributed in an area of flaws in the rainfall series (faults in apparatus in data processing and for loss of data). One way to quantify the amount of rainfall in a given area for use in concentrated rainfall-runoff models, from a network of rain gauges, can be based on the arithmetic mean or median, which was one of the purposes of this research. The methods to obtain these statistics would be off by using the direct calculations applied in these posts within the limits of the basin, or through the values of the nodes of a regular grid located inside the basin, we estimated these values by interpolation offs positioned inside and outside the boundaries of the basin. The interpolators used were the Inverse Square Distance, Nearest Neighbor, The Natural Neighbor and Linear Triangulation. The interpolation method most appropriate to the situations found in the precipitation series, was selected by using the Cross Validation technique, which the Natural Neighbor method showed better performance. The series of daily precipitation means and medians obtained by direct calculations, and after the spatial interpolator with Natural Neighbor, were used as input to rainfall-runoff model focused conceptual HPI II, version WIN_IPH II, at different scales of watersheds embedded (9426 to 19.5 km ²). The results of the simulated flows by the model after the calibration procedures, calibration using the SCE-UA monoobjetivo, showed the best method, Direct calculations or interpolation, and timely statistics, mean or median, which was more appropriate to the performance stages of the model calibration and verification of resulting parameters. It was concluded that besides the existing faults influence on rainfall averages and medians obtained by direct calculations, the median is a statistic that well represents the volume of rainfall occurring in the basin, because it produced lower scores in the model and parameter values without physical meaning to rural basins. We observed an improvement in the two point statistics, after calculating the mean and median rainfall based on the values of the nodes of regular grid within the basin, estimated by the Natural Neighbor interpolation. The occasional use of statistics obtained by this method produced good performance of the model in steps of calibration and verification. The average rainfall obtained by interpolation from the Natural Neighbor was statistically more representative for most of the scales analyzed. This work also showed the possibility of making the transfer of model parameters HPI II, using the best statistical point of basins larger for smaller basins, in order to check conditions for obtaining flows in smaller basins that have no measurements gauged.

Este trabalho refere-se à variabilidade da origem dos sedimentos transportados durante eventos de chuva-vazão em uma pequena bacia hidrográfica rural (1,19 Km2). Esta bacia está localizada no sul do Brasil e a área é caracterizada pela presença de agricultores familiares que principalmente cultivam fumo em áreas consideradas inaptas para atividades agrícolas, de acordo com o sistema de aptidão agrícola do solo. Isto ocasiona severas perdas de solo por erosão hídrica. Neste estudo foram utilizadas técnicas hidrossedimentométricas com análises estatísticas multivariadas para determinação da procedência dos sedimentos durante a subida e a descida da onda de cheia em eventos de precipitação variada. A metodologia utilizada é denominada “método Fingerprinting” e possibilita avaliar quais são as áreas contribuintes para a produção de sedimentos intra-eventos de chuva-vazão. Foram definidas três áreas com potencial para produção de sedimentos, sendo as fontes, o canal de drenagem, as estradas e as lavouras da bacia. Foram coletadas um total de quarenta amostras distribuídas nas áreas fontes de sedimentos. Sete eventos foram monitorados entre os anos de 2009 e 2011 e 24 amostras foram coletadas ao longo destes eventos. Como traçadores foram utilizados elementos químicos, de proveniência natural ou antrópica: sódio (Na), potássio (K), magnésio (Mg), cromo (Cr), manganês (Mn), ferro (Fe), cobre (Cu), zinco (Zn), cádmio (Cd), mercúrio (Hg), chumbo (Pb) e fósforo (P). Foi demonstrado que os elementos determinados como o melhor conjunto de traçadores (P, Fe, Mn, Mg e K) possuem capacidade em determinar a origem dos sedimentos. Pode-se afirmar que há variabilidade de fontes de sedimentos durante os eventos de chuva-vazão. O estudo revelou que o canal de drenagem contribui com boa parcela dos sedimentos (0 a 72%), principalmente no início do hidrograma. Mesmo utilizando práticas agrícolas de conservação dos solos e dos recursos hídricos as lavouras são as principais fontes fornecedoras de sedimentos, crescendo sua contribuição ao longo do evento (27 a 100%). Os sedimentos oriundos das estradas não possuíram contribuição relevante (0 a 23%) durante os eventos monitorados. Existem evidências da variabilidade das fontes de sedimentos durante a subida e a descida da onda de cheia ocorrida em eventos de chuva. / This work refers to the variability of the source of sediment transported during rainfall-runoff events in a small rural catchment (1.19 km2). This basin is located in the south of Brazil and the area is characterized by the presence of family farmers who mainly cultivate tobacco in areas considered unsuitable for agricultural activities, according to the system of agricultural capability of the soil. This causes severe soil loss by water erosion. In this study we used techniques hydrosedimentometrics with multivariate statistical analyzes to determine the provenance of sediments during the rise and fall of the flood wave in precipitation events varied. The methodology is called "fingerprinting method" and allows assessing which areas are contributors to sediment yield intra-rainfall-runoff events. We defined three areas with potential for sediment production, and sources, channel drainage, roads and crops in the basin. We collected a total of forty samples distributed in source areas of sediment. Seven events were monitored between 2009 and 2011 and 24 samples were collected during these events. Tracers were used as chemicals, natural or manmade origin of sodium (Na), potassium (K), magnesium (Mg), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu), zinc ( Zn), cadmium (Cd), mercury (Hg), lead (Pb) and phosphorus (P). It has been demonstrated that certain elements like the best set of tracers (P, Fe, Mn, Mg and K) have the ability to determine the origin of sediments. It can be said that there is variability of sediment sources during rainfall-runoff events. The study revealed that the drainage channel contributes good portion of the sediments (0-72%), especially early in the hydrograph. Even using agricultural practices to conserve soil and water resources crops are the main sources of sediment supply, growing their contribution throughout the event (27 to 100%). Sediment from roads did not possess relevant contribution (0-23%) during the monitored events. There is evidence of the variability of sediment sources during ascent and descent of the flood wave occurred in rain events.

Esta pesquisa teve por objetivo geral analisar a relação existente entre as variáveis chuva e vazão na bacia hidrográfica do Rio Paranaíba, abrangendo áreas dos estados de Goiás - (GO), Minas Gerais - (MG), Mato Grosso do Sul - (MS) e do Distrito Federal - (DF), Brasil. A bacia de estudo está inserida na região hidrográfica do Paraná, ocupando parte das regiões Centro- Oeste e Sudeste do país e possui uma área de drenagem de 223.000 km². Para a realização deste trabalho foram utilizados dados pluviométricos e fluviométricos diários, disponibilizados pela Agência Nacional de Águas (ANA) de 52 postos, sendo 26 para cada variável, compreendendo uma série histórica de 38 anos (1975 a 2012). Após a tabulação dos dados, foram desenvolvidas as seguintes etapas que contribuíram para o entendimento da relação chuva-vazão: estatística prévia dos dados, coeficiente de variação, determinação de vazões específicas, Índice Padronizado de Estiagem Pluviométrica (IESP), pluviogramas e fluviogramas, gráficos de dispersão, coeficientes de correlação de Pearson entre as duas variáveis e Decomposição das Séries para análise de tendências. Os resultados demonstraram uma média anual de precipitação de 1.468,4 mm, ocorrendo de forma sazonal, sendo de outubro a março o período chuvoso e de setembro a abril o período de estiagem. O regime de vazões acompanhou o comportamento pluviométrico, apresentando durante a estação chuvosa, um aumento nos valores médios de vazões que foram de 28,4 m³/s em outubro a 88,1 m³/s em março e uma diminuição nos valores médios de vazões dentro do período de estiagem que foram de 69,6 m³/s em abril a 24,6 m³/s em setembro. Diante de todos os postos, os picos e as baixas de precipitações incidiram diretamente no regime de vazões, devendo-se considerar o período de retardo do aumento da vazão em relação ao início das chuvas. Quanto as correlações entre as variáveis chuva e vazão, esta se mostrou positiva e forte, comprovando o fato de que quanto maior o acumulado total de chuvas, maior também é o volume de vazões. A análise de tendências utilizando a Decomposição das Séries evidenciou tendência de redução das vazões em 42,3% dos postos, aumento em 34,6% dos postos, 15,4% primeiramente de redução e a posteriori de aumento e 7,7% inicialmente de aumento e depois de redução do regime fluviométrico. / The main objective of this research was to analyse the association between rainfall and runoff variables in the Paranaíba River Basin which comprehends some areas of the states of Goiás - (GO), Minas Gerais - (MG), Mato Grosso do Sul - (MS) e do Distrito Federal - (DF), Brazil. The study basin is located in the Paraná Hydrographic Region, comprising part of the Midwest and Southeast regions and covering a drainage area of 223.000 km². For the purpose of this research, daily pluviometric and fluviometric data were obtained from the Brazilian Government National Water Agency (ANA) of 52 stations, 26 for each variable, based on a 38 year series (from 1975 to 2012). After tabulating the data, the following methodologies contributed to the understanding of the relationship between rainfall-runoff: preliminary statistical data, coefficient of variation, determination of specific flows, The Standardized Precipitation Index (SPI), rainfall charts and stage hydrographs, dispersion graphs, Pearson Linear Correlation between both variables and Decomposition of Series for trend analysis. The results indicate an annual average of precipitation of 1.468,4 mm in a seasonal regime from October to March (rainy season) and from April to September (dry season). The runoff regime accompanies the rainfall, presenting during the rainy season, an increase in the mean values from 28,4 m³/s in October to 88,1 m³/s in March and a decrease within the dry season from 69,6 m³/s in April to 24,6 m³/s in September. For all the stations, the peaks and low rainfall focused directly on the runoff regime and it should be considered the delay period in the increase of the runoff in relation to the beginning of the rain. With regard to the correlation between rainfall and runoff variables, it was positive and strong, which shows that the higher the total amount of rainfall is, the greater the runoff is. The trend analysis using the Decomposition of Series presented a runoff reduction trend of 42,3% of the stations, an increase of 34,6% of them, firstly 15,4% of reduction and next of increase and initially7,7% of increase and then a reduction of the fluviometric regime. / Dissertação (Mestrado)

A precipitação é uma das principais variáveis hidrológicas analisadas antes de ser fornecida como dado de entrada aos modelos chuva-vazão. As dificuldades para quantificar o valor da chuva, de modo a representar o evento que verdadeiramente ocorre na bacia hidrográfica, provêm principalmente da alta variabilidade espacial da precipitação, da quantidade de postos distribuídos em uma área, das falhas existentes nas séries pluviométricas (falhas nos aparelhos, no processamento dos dados e por perdas dos dados). Uma das formas de quantificar o valor da chuva em uma determinada área para uso em modelos concentrados chuva-vazão, a partir de uma rede de pluviômetros, pode ser com base na Media Aritmética ou na Mediana, que foi uma das propostas desta pesquisa. Os métodos para se obter estas estatísticas pontuais seriam mediante a utilização dos cálculos diretos aplicados nos postos presentes dentro dos limites da bacia, ou através dos valores dos nós de uma grade regular localizados no interior da bacia, com os valores destes nós estimados por interpolação de medidas pontuais posicionadas no interior e fora dos limites da bacia. Os interpoladores utilizados foram o Inverso do Quadrado da Distância, O Vizinho mais Próximo, O Vizinho Natural e a Triangulação Linear. O método de interpolação mais adequado, para as situações encontradas nas séries de precipitação, foi selecionado com o uso da Técnica da Validação Cruzada, ao qual, o método do Vizinho Natural apresentou melhor desempenho. As séries das precipitações médias e medianas diárias obtidas pelos Cálculos Diretos, e após a espacialização com o Interpolador Vizinho Natural, foram utilizadas como dados de entrada no modelo chuva-vazão concentrado conceitual IPH II, versão WIN_IPH II, em diferentes escalas de bacias hidrográficas embutidas (9426 a 19,5 Km² ). Os resultados das vazões simuladas pelo modelo, após os processos de calibração, com o uso da calibração monoobjetivo SCE-UA, evidenciaram o melhor método, Cálculos Diretos ou Interpolação, e a estatística pontual, Media ou Mediana, que foi mais adequada a partir do desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação dos parâmetros resultantes. Concluiu-se que além das falhas existentes influenciarem nas chuvas médias e medianas obtidas por cálculos diretos, a mediana não é uma estatística que representa bem o volume de chuva ocorrente na bacia, pois produziu baixo desempenho no modelo e valores de parâmetros sem significado físico para bacias rurais. Observou-se uma melhora nas duas estatísticas pontuais, após o cálculo da chuva média e da mediana com base nos valores dos nós da grade regular no interior da bacia, estimados pelo interpolador Vizinho Natural. O uso das estatísticas pontuais obtidas por este método produziu bom desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação. A chuva média obtida por interpolação com o Vizinho Natural foi a estatística mais representativa para a maior parte das escalas analisadas. Este trabalho também mostrou a possibilidade de se fazer à transferência de parâmetros do modelo IPH II, com o uso da melhor estatística pontual, de bacias maiores para bacias menores, com o intuito de verificar situações para obtenção de vazões em bacias menores que não possuem medições fluviométricas. / Precipitation is a key hydrological variables analyzed before being supplied as input to rainfall-runoff models. The difficulties to quantify the amount of rain in order to truly represent the event that occurs in the watershed, primarily come from the high spatial variability of precipitation, the number of stations distributed in an area of flaws in the rainfall series (faults in apparatus in data processing and for loss of data). One way to quantify the amount of rainfall in a given area for use in concentrated rainfall-runoff models, from a network of rain gauges, can be based on the arithmetic mean or median, which was one of the purposes of this research. The methods to obtain these statistics would be off by using the direct calculations applied in these posts within the limits of the basin, or through the values of the nodes of a regular grid located inside the basin, we estimated these values by interpolation offs positioned inside and outside the boundaries of the basin. The interpolators used were the Inverse Square Distance, Nearest Neighbor, The Natural Neighbor and Linear Triangulation. The interpolation method most appropriate to the situations found in the precipitation series, was selected by using the Cross Validation technique, which the Natural Neighbor method showed better performance. The series of daily precipitation means and medians obtained by direct calculations, and after the spatial interpolator with Natural Neighbor, were used as input to rainfall-runoff model focused conceptual HPI II, version WIN_IPH II, at different scales of watersheds embedded (9426 to 19.5 km ²). The results of the simulated flows by the model after the calibration procedures, calibration using the SCE-UA monoobjetivo, showed the best method, Direct calculations or interpolation, and timely statistics, mean or median, which was more appropriate to the performance stages of the model calibration and verification of resulting parameters. It was concluded that besides the existing faults influence on rainfall averages and medians obtained by direct calculations, the median is a statistic that well represents the volume of rainfall occurring in the basin, because it produced lower scores in the model and parameter values without physical meaning to rural basins. We observed an improvement in the two point statistics, after calculating the mean and median rainfall based on the values of the nodes of regular grid within the basin, estimated by the Natural Neighbor interpolation. The occasional use of statistics obtained by this method produced good performance of the model in steps of calibration and verification. The average rainfall obtained by interpolation from the Natural Neighbor was statistically more representative for most of the scales analyzed. This work also showed the possibility of making the transfer of model parameters HPI II, using the best statistical point of basins larger for smaller basins, in order to check conditions for obtaining flows in smaller basins that have no measurements gauged.

Este trabalho refere-se à variabilidade da origem dos sedimentos transportados durante eventos de chuva-vazão em uma pequena bacia hidrográfica rural (1,19 Km2). Esta bacia está localizada no sul do Brasil e a área é caracterizada pela presença de agricultores familiares que principalmente cultivam fumo em áreas consideradas inaptas para atividades agrícolas, de acordo com o sistema de aptidão agrícola do solo. Isto ocasiona severas perdas de solo por erosão hídrica. Neste estudo foram utilizadas técnicas hidrossedimentométricas com análises estatísticas multivariadas para determinação da procedência dos sedimentos durante a subida e a descida da onda de cheia em eventos de precipitação variada. A metodologia utilizada é denominada “método Fingerprinting” e possibilita avaliar quais são as áreas contribuintes para a produção de sedimentos intra-eventos de chuva-vazão. Foram definidas três áreas com potencial para produção de sedimentos, sendo as fontes, o canal de drenagem, as estradas e as lavouras da bacia. Foram coletadas um total de quarenta amostras distribuídas nas áreas fontes de sedimentos. Sete eventos foram monitorados entre os anos de 2009 e 2011 e 24 amostras foram coletadas ao longo destes eventos. Como traçadores foram utilizados elementos químicos, de proveniência natural ou antrópica: sódio (Na), potássio (K), magnésio (Mg), cromo (Cr), manganês (Mn), ferro (Fe), cobre (Cu), zinco (Zn), cádmio (Cd), mercúrio (Hg), chumbo (Pb) e fósforo (P). Foi demonstrado que os elementos determinados como o melhor conjunto de traçadores (P, Fe, Mn, Mg e K) possuem capacidade em determinar a origem dos sedimentos. Pode-se afirmar que há variabilidade de fontes de sedimentos durante os eventos de chuva-vazão. O estudo revelou que o canal de drenagem contribui com boa parcela dos sedimentos (0 a 72%), principalmente no início do hidrograma. Mesmo utilizando práticas agrícolas de conservação dos solos e dos recursos hídricos as lavouras são as principais fontes fornecedoras de sedimentos, crescendo sua contribuição ao longo do evento (27 a 100%). Os sedimentos oriundos das estradas não possuíram contribuição relevante (0 a 23%) durante os eventos monitorados. Existem evidências da variabilidade das fontes de sedimentos durante a subida e a descida da onda de cheia ocorrida em eventos de chuva. / This work refers to the variability of the source of sediment transported during rainfall-runoff events in a small rural catchment (1.19 km2). This basin is located in the south of Brazil and the area is characterized by the presence of family farmers who mainly cultivate tobacco in areas considered unsuitable for agricultural activities, according to the system of agricultural capability of the soil. This causes severe soil loss by water erosion. In this study we used techniques hydrosedimentometrics with multivariate statistical analyzes to determine the provenance of sediments during the rise and fall of the flood wave in precipitation events varied. The methodology is called "fingerprinting method" and allows assessing which areas are contributors to sediment yield intra-rainfall-runoff events. We defined three areas with potential for sediment production, and sources, channel drainage, roads and crops in the basin. We collected a total of forty samples distributed in source areas of sediment. Seven events were monitored between 2009 and 2011 and 24 samples were collected during these events. Tracers were used as chemicals, natural or manmade origin of sodium (Na), potassium (K), magnesium (Mg), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu), zinc ( Zn), cadmium (Cd), mercury (Hg), lead (Pb) and phosphorus (P). It has been demonstrated that certain elements like the best set of tracers (P, Fe, Mn, Mg and K) have the ability to determine the origin of sediments. It can be said that there is variability of sediment sources during rainfall-runoff events. The study revealed that the drainage channel contributes good portion of the sediments (0-72%), especially early in the hydrograph. Even using agricultural practices to conserve soil and water resources crops are the main sources of sediment supply, growing their contribution throughout the event (27 to 100%). Sediment from roads did not possess relevant contribution (0-23%) during the monitored events. There is evidence of the variability of sediment sources during ascent and descent of the flood wave occurred in rain events.

A precipitação é uma das principais variáveis hidrológicas analisadas antes de ser fornecida como dado de entrada aos modelos chuva-vazão. As dificuldades para quantificar o valor da chuva, de modo a representar o evento que verdadeiramente ocorre na bacia hidrográfica, provêm principalmente da alta variabilidade espacial da precipitação, da quantidade de postos distribuídos em uma área, das falhas existentes nas séries pluviométricas (falhas nos aparelhos, no processamento dos dados e por perdas dos dados). Uma das formas de quantificar o valor da chuva em uma determinada área para uso em modelos concentrados chuva-vazão, a partir de uma rede de pluviômetros, pode ser com base na Media Aritmética ou na Mediana, que foi uma das propostas desta pesquisa. Os métodos para se obter estas estatísticas pontuais seriam mediante a utilização dos cálculos diretos aplicados nos postos presentes dentro dos limites da bacia, ou através dos valores dos nós de uma grade regular localizados no interior da bacia, com os valores destes nós estimados por interpolação de medidas pontuais posicionadas no interior e fora dos limites da bacia. Os interpoladores utilizados foram o Inverso do Quadrado da Distância, O Vizinho mais Próximo, O Vizinho Natural e a Triangulação Linear. O método de interpolação mais adequado, para as situações encontradas nas séries de precipitação, foi selecionado com o uso da Técnica da Validação Cruzada, ao qual, o método do Vizinho Natural apresentou melhor desempenho. As séries das precipitações médias e medianas diárias obtidas pelos Cálculos Diretos, e após a espacialização com o Interpolador Vizinho Natural, foram utilizadas como dados de entrada no modelo chuva-vazão concentrado conceitual IPH II, versão WIN_IPH II, em diferentes escalas de bacias hidrográficas embutidas (9426 a 19,5 Km² ). Os resultados das vazões simuladas pelo modelo, após os processos de calibração, com o uso da calibração monoobjetivo SCE-UA, evidenciaram o melhor método, Cálculos Diretos ou Interpolação, e a estatística pontual, Media ou Mediana, que foi mais adequada a partir do desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação dos parâmetros resultantes. Concluiu-se que além das falhas existentes influenciarem nas chuvas médias e medianas obtidas por cálculos diretos, a mediana não é uma estatística que representa bem o volume de chuva ocorrente na bacia, pois produziu baixo desempenho no modelo e valores de parâmetros sem significado físico para bacias rurais. Observou-se uma melhora nas duas estatísticas pontuais, após o cálculo da chuva média e da mediana com base nos valores dos nós da grade regular no interior da bacia, estimados pelo interpolador Vizinho Natural. O uso das estatísticas pontuais obtidas por este método produziu bom desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação. A chuva média obtida por interpolação com o Vizinho Natural foi a estatística mais representativa para a maior parte das escalas analisadas. Este trabalho também mostrou a possibilidade de se fazer à transferência de parâmetros do modelo IPH II, com o uso da melhor estatística pontual, de bacias maiores para bacias menores, com o intuito de verificar situações para obtenção de vazões em bacias menores que não possuem medições fluviométricas. / Precipitation is a key hydrological variables analyzed before being supplied as input to rainfall-runoff models. The difficulties to quantify the amount of rain in order to truly represent the event that occurs in the watershed, primarily come from the high spatial variability of precipitation, the number of stations distributed in an area of flaws in the rainfall series (faults in apparatus in data processing and for loss of data). One way to quantify the amount of rainfall in a given area for use in concentrated rainfall-runoff models, from a network of rain gauges, can be based on the arithmetic mean or median, which was one of the purposes of this research. The methods to obtain these statistics would be off by using the direct calculations applied in these posts within the limits of the basin, or through the values of the nodes of a regular grid located inside the basin, we estimated these values by interpolation offs positioned inside and outside the boundaries of the basin. The interpolators used were the Inverse Square Distance, Nearest Neighbor, The Natural Neighbor and Linear Triangulation. The interpolation method most appropriate to the situations found in the precipitation series, was selected by using the Cross Validation technique, which the Natural Neighbor method showed better performance. The series of daily precipitation means and medians obtained by direct calculations, and after the spatial interpolator with Natural Neighbor, were used as input to rainfall-runoff model focused conceptual HPI II, version WIN_IPH II, at different scales of watersheds embedded (9426 to 19.5 km ²). The results of the simulated flows by the model after the calibration procedures, calibration using the SCE-UA monoobjetivo, showed the best method, Direct calculations or interpolation, and timely statistics, mean or median, which was more appropriate to the performance stages of the model calibration and verification of resulting parameters. It was concluded that besides the existing faults influence on rainfall averages and medians obtained by direct calculations, the median is a statistic that well represents the volume of rainfall occurring in the basin, because it produced lower scores in the model and parameter values without physical meaning to rural basins. We observed an improvement in the two point statistics, after calculating the mean and median rainfall based on the values of the nodes of regular grid within the basin, estimated by the Natural Neighbor interpolation. The occasional use of statistics obtained by this method produced good performance of the model in steps of calibration and verification. The average rainfall obtained by interpolation from the Natural Neighbor was statistically more representative for most of the scales analyzed. This work also showed the possibility of making the transfer of model parameters HPI II, using the best statistical point of basins larger for smaller basins, in order to check conditions for obtaining flows in smaller basins that have no measurements gauged.

Este trabalho refere-se à variabilidade da origem dos sedimentos transportados durante eventos de chuva-vazão em uma pequena bacia hidrográfica rural (1,19 Km2). Esta bacia está localizada no sul do Brasil e a área é caracterizada pela presença de agricultores familiares que principalmente cultivam fumo em áreas consideradas inaptas para atividades agrícolas, de acordo com o sistema de aptidão agrícola do solo. Isto ocasiona severas perdas de solo por erosão hídrica. Neste estudo foram utilizadas técnicas hidrossedimentométricas com análises estatísticas multivariadas para determinação da procedência dos sedimentos durante a subida e a descida da onda de cheia em eventos de precipitação variada. A metodologia utilizada é denominada “método Fingerprinting” e possibilita avaliar quais são as áreas contribuintes para a produção de sedimentos intra-eventos de chuva-vazão. Foram definidas três áreas com potencial para produção de sedimentos, sendo as fontes, o canal de drenagem, as estradas e as lavouras da bacia. Foram coletadas um total de quarenta amostras distribuídas nas áreas fontes de sedimentos. Sete eventos foram monitorados entre os anos de 2009 e 2011 e 24 amostras foram coletadas ao longo destes eventos. Como traçadores foram utilizados elementos químicos, de proveniência natural ou antrópica: sódio (Na), potássio (K), magnésio (Mg), cromo (Cr), manganês (Mn), ferro (Fe), cobre (Cu), zinco (Zn), cádmio (Cd), mercúrio (Hg), chumbo (Pb) e fósforo (P). Foi demonstrado que os elementos determinados como o melhor conjunto de traçadores (P, Fe, Mn, Mg e K) possuem capacidade em determinar a origem dos sedimentos. Pode-se afirmar que há variabilidade de fontes de sedimentos durante os eventos de chuva-vazão. O estudo revelou que o canal de drenagem contribui com boa parcela dos sedimentos (0 a 72%), principalmente no início do hidrograma. Mesmo utilizando práticas agrícolas de conservação dos solos e dos recursos hídricos as lavouras são as principais fontes fornecedoras de sedimentos, crescendo sua contribuição ao longo do evento (27 a 100%). Os sedimentos oriundos das estradas não possuíram contribuição relevante (0 a 23%) durante os eventos monitorados. Existem evidências da variabilidade das fontes de sedimentos durante a subida e a descida da onda de cheia ocorrida em eventos de chuva. / This work refers to the variability of the source of sediment transported during rainfall-runoff events in a small rural catchment (1.19 km2). This basin is located in the south of Brazil and the area is characterized by the presence of family farmers who mainly cultivate tobacco in areas considered unsuitable for agricultural activities, according to the system of agricultural capability of the soil. This causes severe soil loss by water erosion. In this study we used techniques hydrosedimentometrics with multivariate statistical analyzes to determine the provenance of sediments during the rise and fall of the flood wave in precipitation events varied. The methodology is called "fingerprinting method" and allows assessing which areas are contributors to sediment yield intra-rainfall-runoff events. We defined three areas with potential for sediment production, and sources, channel drainage, roads and crops in the basin. We collected a total of forty samples distributed in source areas of sediment. Seven events were monitored between 2009 and 2011 and 24 samples were collected during these events. Tracers were used as chemicals, natural or manmade origin of sodium (Na), potassium (K), magnesium (Mg), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu), zinc ( Zn), cadmium (Cd), mercury (Hg), lead (Pb) and phosphorus (P). It has been demonstrated that certain elements like the best set of tracers (P, Fe, Mn, Mg and K) have the ability to determine the origin of sediments. It can be said that there is variability of sediment sources during rainfall-runoff events. The study revealed that the drainage channel contributes good portion of the sediments (0-72%), especially early in the hydrograph. Even using agricultural practices to conserve soil and water resources crops are the main sources of sediment supply, growing their contribution throughout the event (27 to 100%). Sediment from roads did not possess relevant contribution (0-23%) during the monitored events. There is evidence of the variability of sediment sources during ascent and descent of the flood wave occurred in rain events.