Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-05-19T15:31:08Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1524112 bytes, checksum: 9a997cc493b2d4e9ec924f2a515a36dc (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-19T15:31:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1524112 bytes, checksum: 9a997cc493b2d4e9ec924f2a515a36dc (MD5) Previous issue date: 2016-07-26 / Visando caracterizar a ocorrência e a intensidade de secas na bacia hidrográfica do rio Doce, assim como desenvolver um sistema de classificação de secas no âmbito da bacia, foram avaliados quatro diferentes índices de seca (Índice de Porcentagem Normal – IPN, Método dos Decis – MD, Índice de Anomalia de Chuva – RAI e Índice de Precipitação Padronizada – SPI). Os índices foram calculados nas escalas de tempo mensal, trimestral e anual, a partir de dados de precipitação de 89 estações pluviométricas da rede hidrometeorológica da Agência Nacional de Águas. Trabalhou-se com nove unidades de análises (UAs) na bacia do rio Doce, tendo sido utilizado o método dos Polígonos de Thiessen para fins de obtenção da precipitação média nas respectivas áreas de drenagem. Para cada uma das UAs foi avaliado o número de ocorrências das classes de intensidade de seca associada aos quatro índices. Para a escala de tempo anual foi proposta uma classificação global dos índices para posterior uso no sistema de classificação de secas dos 30 anos do período base, compreendido entre 1985 e 2015. Os resultados indicaram alta variabilidade espacial na distribuição das precipitações entre as UAs, com diferenças de até 400 mm nos totais precipitados anuais, fato que pode ser explicado pela extensão territorial e pelos três tipos climáticos identificados na bacia. A região do alto rio Doce apresenta maiores índices pluviométricos no início da estação chuvosa (outubro a dezembro), em relação ao médio e baixo rio Doce. Já no período seco, entre abril e setembro, os totais precipitados são similares nas três regiões da bacia. Os anos hidrológicos mais críticos da bacia do Doce em relação à seca foram 1994/1995, 2000/2001 e 2014/2015, sendo esse último o mais crítico dos últimos 30 anos. O índice de seca IPN, tanto na escala mensal como trimestral, indicou um maior número de eventos de seca em todas as unidades de análise, quando comparado aos índices MD, RAI e SPI. Os resultados obtidos demostram que, dentre os quatro índices de seca avaliados, os índices RAI e SPI constituem-se nos mais apropriados para a avaliação de secas mensais e trimestrais na bacia hidrográfica do rio Doce. A classificação global dos índices de seca, baseada na escala anual, mostrou-se importante ferramenta de gestão a ser utilizada no sistema de classificação das secas anuais, permitindo verificar que a bacia do rio Doce apresenta uma condição climática grave de seca, em média, a cada sete anos. / Aiming to characterize the occurrence and intensity of droughts in the Rio Doce basin, as well as to develop a drought classification system for it, there were evaluated four different drought indexes (Percentage of Normal (IPN), Decis Method (DM), Rainfall Anomaly Index (RAI) and Standardized Precipitation Index (SPI). The indexes were calculated in monthly, quarterly and annual time scales, based on precipitation data from 89 pluviometric stations of the National Water Agency’s hydro meteorological network. The work was done in nine units of analysis (UAs) in the Rio Doce basin and the Polygon Thiessen method was used with the purpose of obtaining the rainfall average in the catchment areas. For each UA was evaluated the occurrences of drought intensity classes associated with the four indexes. For the annual time scale was proposed indexes overall rating for later use in the 30-year base period drought classification system, between 1985 and 2015. The upper region of Rio Doce basin has higher rainfall at the beginning of the rainy season (October to December) if compared to the middle and lower regions of the basin. Whereas in the dry season, between April and September, the total precipitates are similar along these three regions. The most critical hydrological years in the Rio Doce basin, with more intense droughts, were 1994/1995, 2000/2001 and 2014/2015, being the last period the most critical of the past 30 years. The IPN index indicated a higher number of drought events in every UA, for both monthly and quarterly scales, when compared to the DM, RAI and SPI indexes. The results has shown that among the four drought indexes evaluated, RAI and SPI constitute the most appropriate for assessing monthly and quarterly the droughts in the Rio Doce basin. These indexes overall ratings, based on the annual scale, is seen as an important management tool to be used in the classification system for annual drought. It was possible to conclude through this tool that the Rio Doce basin has severe climatic conditions of drought every seven years in average.

A crescente produção de carga orgânica e de nutrientes em bacias hidrográficas tem levado, historicamente, rios a significativas mudanças nos padrões de qualidade da água, na diversidade e riqueza biológica e nos usos nobres de suas águas. Neste trabalho, a qualidade da água na bacia do rio Doce foi avaliada através de um modelo hidrológico integrado a um SIG, denominado SGAG (Sistema Georeferenciado de Apoio ao Gerenciamento). O sistema foi capaz de analisar o efeito de lançamentos múltiplos de efluentes na qualidade da água do rio Doce no período de estiagem. O modelo foi calibrado satisfatoriamente utilizando os dados de monitoramento ao longo do curso do rio Doce. Cenários de planejamento também foram estabelecidos, simulados e avaliados. As simulações mostraram que as medidas propostas para os cenários de planejamento promovem uma significativa redução das concentrações dos poluentes em comparação com o cenário atual, principalmente no cenário de tratamento universal. O modelo hidrológico em ambiente SIG proposto mostrou ser uma ferramenta promissora e simples para investigação da qualidade da água de bacias hidrográficas sujeitas a lançamentos pontuais de efluentes. / The increase of organic and nutrient loading in watersheds have led to significant changes in water quality patterns in rivers. In this work we evaluated the water quality of the Basin of River Doce basin through an hydrologic model integrated with GIS, called SGAG (Georeferencing Management Support System). The model was calibrated using water quality monitoring data throughout River Doce extension. Moreover planning scenarios were established, simulated and evaluated. The simulations indicated that the corrective measures in the planning scenarios promoted a significant decrease of the pollutant concentrations in comparison with the current situation. The hydrological model coupled with GIS environment have shown to be a simple and a promising tool to investigating water quality in basins subject to point sources of pollution.

A crescente produção de carga orgânica e de nutrientes em bacias hidrográficas tem levado, historicamente, rios a significativas mudanças nos padrões de qualidade da água, na diversidade e riqueza biológica e nos usos nobres de suas águas. Neste trabalho, a qualidade da água na bacia do rio Doce foi avaliada através de um modelo hidrológico integrado a um SIG, denominado SGAG (Sistema Georeferenciado de Apoio ao Gerenciamento). O sistema foi capaz de analisar o efeito de lançamentos múltiplos de efluentes na qualidade da água do rio Doce no período de estiagem. O modelo foi calibrado satisfatoriamente utilizando os dados de monitoramento ao longo do curso do rio Doce. Cenários de planejamento também foram estabelecidos, simulados e avaliados. As simulações mostraram que as medidas propostas para os cenários de planejamento promovem uma significativa redução das concentrações dos poluentes em comparação com o cenário atual, principalmente no cenário de tratamento universal. O modelo hidrológico em ambiente SIG proposto mostrou ser uma ferramenta promissora e simples para investigação da qualidade da água de bacias hidrográficas sujeitas a lançamentos pontuais de efluentes. / The increase of organic and nutrient loading in watersheds have led to significant changes in water quality patterns in rivers. In this work we evaluated the water quality of the Basin of River Doce basin through an hydrologic model integrated with GIS, called SGAG (Georeferencing Management Support System). The model was calibrated using water quality monitoring data throughout River Doce extension. Moreover planning scenarios were established, simulated and evaluated. The simulations indicated that the corrective measures in the planning scenarios promoted a significant decrease of the pollutant concentrations in comparison with the current situation. The hydrological model coupled with GIS environment have shown to be a simple and a promising tool to investigating water quality in basins subject to point sources of pollution.

A crescente produção de carga orgânica e de nutrientes em bacias hidrográficas tem levado, historicamente, rios a significativas mudanças nos padrões de qualidade da água, na diversidade e riqueza biológica e nos usos nobres de suas águas. Neste trabalho, a qualidade da água na bacia do rio Doce foi avaliada através de um modelo hidrológico integrado a um SIG, denominado SGAG (Sistema Georeferenciado de Apoio ao Gerenciamento). O sistema foi capaz de analisar o efeito de lançamentos múltiplos de efluentes na qualidade da água do rio Doce no período de estiagem. O modelo foi calibrado satisfatoriamente utilizando os dados de monitoramento ao longo do curso do rio Doce. Cenários de planejamento também foram estabelecidos, simulados e avaliados. As simulações mostraram que as medidas propostas para os cenários de planejamento promovem uma significativa redução das concentrações dos poluentes em comparação com o cenário atual, principalmente no cenário de tratamento universal. O modelo hidrológico em ambiente SIG proposto mostrou ser uma ferramenta promissora e simples para investigação da qualidade da água de bacias hidrográficas sujeitas a lançamentos pontuais de efluentes. / The increase of organic and nutrient loading in watersheds have led to significant changes in water quality patterns in rivers. In this work we evaluated the water quality of the Basin of River Doce basin through an hydrologic model integrated with GIS, called SGAG (Georeferencing Management Support System). The model was calibrated using water quality monitoring data throughout River Doce extension. Moreover planning scenarios were established, simulated and evaluated. The simulations indicated that the corrective measures in the planning scenarios promoted a significant decrease of the pollutant concentrations in comparison with the current situation. The hydrological model coupled with GIS environment have shown to be a simple and a promising tool to investigating water quality in basins subject to point sources of pollution.

A utilização de modelos hidrossedimentológicos em grandes escalas é escassa, principalmente devido à falta de dados observados, necessários nas etapas de calibração e validação. Nesse contexto, foi realizada a simulação hidrossedimentológica com o modelo MGB-SED e avaliada a dinâmica espaço-temporal dos sedimentos em suspensão na bacia hidrográfica do rio Doce, localizada nos estados de Minas Gerais e Espírito Santo, que drena uma área de cerca de 86.715 km². Além disso, foi investigada a aplicabilidade de dados observados de concentração de sedimentos em suspensão (CSS), turbidez, sólidos suspensos totais (SST) e reflectância espectral de superfície na calibração e validação de modelos hidrossedimentológicos de grandes bacias. O modelo MGB-SED é resultante do acoplamento de um módulo de sedimentos ao modelo hidrológico de grandes bacias MGBIPH. O MGB-SED é um modelo empírico-conceitual, distribuído, discretizado em minibacias e que utiliza o conceito de Unidades de Resposta Hidrológica (URHs). Nas URHs são gerados os volumes de água e de sedimentos (calculado a partir da equação MUSLE) que serão propagados nos trechos de rio. A propagação do escoamento é feita por meio da equação de Muskingum-Cunge. O transporte de sedimentos é realizado por meio da equação de difusãoadvecção para materiais que estão em suspensão (argila e silte) e por meio da equação da continuidade dos sedimentos para a carga de fundo (areia). Foram estabelecidos quatorze experimentos para a calibração e validação do modelo MGB-SED com os dados observados. Os resultados mostraram que mesmo usando os valores padrão, o modelo MGB-SED apresentou resultados satisfatórios, com coeficiente de correlação acima de 0,50 para mais de 60% das estações de CSS, colaborando para a compreensão da dinâmica dos sedimentos na bacia. Os experimentos indicaram que os resultados podem ser melhorados ao: (i) aumentar o número sub-bacias; (ii) combinar métricas que representem a correlação, o viés e a amplitude de variação; (iii) utilizar o logaritmo da CSS ao invés da CSS diretamente; (iv) utilizar uma concentração de base; e (v) utilizar um intervalo de busca dos parâmetros calibráveis menor. A aplicação do modelo na bacia do rio Doce, da forma realizada, não permitiu representar sempre os grandes picos de CSS. A utilização do modelo permitiu identificar alguns padrões e comportamentos na bacia como o fato de que no período seco a principal fonte de sedimentos não é as encostas, mas sim os canais. A análise dos diferentes tipos de dados indica que os rios que mais contribuem com a carga de sedimentos para o rio Doce são o Caratinga, o Suaçuí Grande e o Guandu. / The use of erosion and sediment transport model at large scales is scarce, mainly due the lack of observed data, necessary in calibration and validation steps. In this context, erosion and sediment transport simulation was carried out using the MGB-SED model and the spatialtemporal dynamics of suspended sediment in the Doce river basin were evaluated. In addition, we investigated the applicability of observed suspended sediment concentration (SSC), turbidity, total suspended solid (TSS) and surface spectral reflectance in the calibration and validation of erosion and sediment transport models for large river basins. The MGB-SED model is the result of the coupling of a sediment module to the large-scale hydrological model MGB-IPH. The MGB-SED is an empirical-conceptual, distributed model that uses a catchmentbased discretization and the hydrological response units (HRU) approach. In the HRUs, volumes of water and sediments (estimated by MUSLE equation) that will be routed in river reaches are generated. Flow routing is performed using a Muskingum-Cunge equation. Sediment transport is performed using a diffusion-advection equation for materials that are suspended (silt and clay) and performed using a sediment continuity equation for bed load (sand). Fourteen experiments to calibration and validation of the MGB-SED model using the observed data were established. Results showed that even using standard values, the MGBSED model presented satisfactory results, with correlations coefficient above 0.50 for more than 60% of the CSS gauges, collaborating to understand the sediment dynamics in the basin. Experiments indicated that results can be improved by: (i) increasing the number of sub-basin; (ii) combine metrics that represent the correlation, the bias, and the amplitude variation; (iii) use the logarithm of SSC instead of SSC directly; (iv) using a background concentration; and (v) use a smaller search interval of calibrated parameters. The application of the model in Doce river basin, in the way it was done, did not allowed to always represent the large SSC peaks. The use of the model allowed to identify some patterns and behaviors in the basin such as the fact that in the dry period the main source of sediments is not slopes but channels. The analysis of the different types of data indicates that the rivers that contribute most for the Doce river sediment load are Caratinga, Suaçuí Grande and Guandu.

A utilização de modelos hidrossedimentológicos em grandes escalas é escassa, principalmente devido à falta de dados observados, necessários nas etapas de calibração e validação. Nesse contexto, foi realizada a simulação hidrossedimentológica com o modelo MGB-SED e avaliada a dinâmica espaço-temporal dos sedimentos em suspensão na bacia hidrográfica do rio Doce, localizada nos estados de Minas Gerais e Espírito Santo, que drena uma área de cerca de 86.715 km². Além disso, foi investigada a aplicabilidade de dados observados de concentração de sedimentos em suspensão (CSS), turbidez, sólidos suspensos totais (SST) e reflectância espectral de superfície na calibração e validação de modelos hidrossedimentológicos de grandes bacias. O modelo MGB-SED é resultante do acoplamento de um módulo de sedimentos ao modelo hidrológico de grandes bacias MGBIPH. O MGB-SED é um modelo empírico-conceitual, distribuído, discretizado em minibacias e que utiliza o conceito de Unidades de Resposta Hidrológica (URHs). Nas URHs são gerados os volumes de água e de sedimentos (calculado a partir da equação MUSLE) que serão propagados nos trechos de rio. A propagação do escoamento é feita por meio da equação de Muskingum-Cunge. O transporte de sedimentos é realizado por meio da equação de difusãoadvecção para materiais que estão em suspensão (argila e silte) e por meio da equação da continuidade dos sedimentos para a carga de fundo (areia). Foram estabelecidos quatorze experimentos para a calibração e validação do modelo MGB-SED com os dados observados. Os resultados mostraram que mesmo usando os valores padrão, o modelo MGB-SED apresentou resultados satisfatórios, com coeficiente de correlação acima de 0,50 para mais de 60% das estações de CSS, colaborando para a compreensão da dinâmica dos sedimentos na bacia. Os experimentos indicaram que os resultados podem ser melhorados ao: (i) aumentar o número sub-bacias; (ii) combinar métricas que representem a correlação, o viés e a amplitude de variação; (iii) utilizar o logaritmo da CSS ao invés da CSS diretamente; (iv) utilizar uma concentração de base; e (v) utilizar um intervalo de busca dos parâmetros calibráveis menor. A aplicação do modelo na bacia do rio Doce, da forma realizada, não permitiu representar sempre os grandes picos de CSS. A utilização do modelo permitiu identificar alguns padrões e comportamentos na bacia como o fato de que no período seco a principal fonte de sedimentos não é as encostas, mas sim os canais. A análise dos diferentes tipos de dados indica que os rios que mais contribuem com a carga de sedimentos para o rio Doce são o Caratinga, o Suaçuí Grande e o Guandu. / The use of erosion and sediment transport model at large scales is scarce, mainly due the lack of observed data, necessary in calibration and validation steps. In this context, erosion and sediment transport simulation was carried out using the MGB-SED model and the spatialtemporal dynamics of suspended sediment in the Doce river basin were evaluated. In addition, we investigated the applicability of observed suspended sediment concentration (SSC), turbidity, total suspended solid (TSS) and surface spectral reflectance in the calibration and validation of erosion and sediment transport models for large river basins. The MGB-SED model is the result of the coupling of a sediment module to the large-scale hydrological model MGB-IPH. The MGB-SED is an empirical-conceptual, distributed model that uses a catchmentbased discretization and the hydrological response units (HRU) approach. In the HRUs, volumes of water and sediments (estimated by MUSLE equation) that will be routed in river reaches are generated. Flow routing is performed using a Muskingum-Cunge equation. Sediment transport is performed using a diffusion-advection equation for materials that are suspended (silt and clay) and performed using a sediment continuity equation for bed load (sand). Fourteen experiments to calibration and validation of the MGB-SED model using the observed data were established. Results showed that even using standard values, the MGBSED model presented satisfactory results, with correlations coefficient above 0.50 for more than 60% of the CSS gauges, collaborating to understand the sediment dynamics in the basin. Experiments indicated that results can be improved by: (i) increasing the number of sub-basin; (ii) combine metrics that represent the correlation, the bias, and the amplitude variation; (iii) use the logarithm of SSC instead of SSC directly; (iv) using a background concentration; and (v) use a smaller search interval of calibrated parameters. The application of the model in Doce river basin, in the way it was done, did not allowed to always represent the large SSC peaks. The use of the model allowed to identify some patterns and behaviors in the basin such as the fact that in the dry period the main source of sediments is not slopes but channels. The analysis of the different types of data indicates that the rivers that contribute most for the Doce river sediment load are Caratinga, Suaçuí Grande and Guandu.

A utilização de modelos hidrossedimentológicos em grandes escalas é escassa, principalmente devido à falta de dados observados, necessários nas etapas de calibração e validação. Nesse contexto, foi realizada a simulação hidrossedimentológica com o modelo MGB-SED e avaliada a dinâmica espaço-temporal dos sedimentos em suspensão na bacia hidrográfica do rio Doce, localizada nos estados de Minas Gerais e Espírito Santo, que drena uma área de cerca de 86.715 km². Além disso, foi investigada a aplicabilidade de dados observados de concentração de sedimentos em suspensão (CSS), turbidez, sólidos suspensos totais (SST) e reflectância espectral de superfície na calibração e validação de modelos hidrossedimentológicos de grandes bacias. O modelo MGB-SED é resultante do acoplamento de um módulo de sedimentos ao modelo hidrológico de grandes bacias MGBIPH. O MGB-SED é um modelo empírico-conceitual, distribuído, discretizado em minibacias e que utiliza o conceito de Unidades de Resposta Hidrológica (URHs). Nas URHs são gerados os volumes de água e de sedimentos (calculado a partir da equação MUSLE) que serão propagados nos trechos de rio. A propagação do escoamento é feita por meio da equação de Muskingum-Cunge. O transporte de sedimentos é realizado por meio da equação de difusãoadvecção para materiais que estão em suspensão (argila e silte) e por meio da equação da continuidade dos sedimentos para a carga de fundo (areia). Foram estabelecidos quatorze experimentos para a calibração e validação do modelo MGB-SED com os dados observados. Os resultados mostraram que mesmo usando os valores padrão, o modelo MGB-SED apresentou resultados satisfatórios, com coeficiente de correlação acima de 0,50 para mais de 60% das estações de CSS, colaborando para a compreensão da dinâmica dos sedimentos na bacia. Os experimentos indicaram que os resultados podem ser melhorados ao: (i) aumentar o número sub-bacias; (ii) combinar métricas que representem a correlação, o viés e a amplitude de variação; (iii) utilizar o logaritmo da CSS ao invés da CSS diretamente; (iv) utilizar uma concentração de base; e (v) utilizar um intervalo de busca dos parâmetros calibráveis menor. A aplicação do modelo na bacia do rio Doce, da forma realizada, não permitiu representar sempre os grandes picos de CSS. A utilização do modelo permitiu identificar alguns padrões e comportamentos na bacia como o fato de que no período seco a principal fonte de sedimentos não é as encostas, mas sim os canais. A análise dos diferentes tipos de dados indica que os rios que mais contribuem com a carga de sedimentos para o rio Doce são o Caratinga, o Suaçuí Grande e o Guandu. / The use of erosion and sediment transport model at large scales is scarce, mainly due the lack of observed data, necessary in calibration and validation steps. In this context, erosion and sediment transport simulation was carried out using the MGB-SED model and the spatialtemporal dynamics of suspended sediment in the Doce river basin were evaluated. In addition, we investigated the applicability of observed suspended sediment concentration (SSC), turbidity, total suspended solid (TSS) and surface spectral reflectance in the calibration and validation of erosion and sediment transport models for large river basins. The MGB-SED model is the result of the coupling of a sediment module to the large-scale hydrological model MGB-IPH. The MGB-SED is an empirical-conceptual, distributed model that uses a catchmentbased discretization and the hydrological response units (HRU) approach. In the HRUs, volumes of water and sediments (estimated by MUSLE equation) that will be routed in river reaches are generated. Flow routing is performed using a Muskingum-Cunge equation. Sediment transport is performed using a diffusion-advection equation for materials that are suspended (silt and clay) and performed using a sediment continuity equation for bed load (sand). Fourteen experiments to calibration and validation of the MGB-SED model using the observed data were established. Results showed that even using standard values, the MGBSED model presented satisfactory results, with correlations coefficient above 0.50 for more than 60% of the CSS gauges, collaborating to understand the sediment dynamics in the basin. Experiments indicated that results can be improved by: (i) increasing the number of sub-basin; (ii) combine metrics that represent the correlation, the bias, and the amplitude variation; (iii) use the logarithm of SSC instead of SSC directly; (iv) using a background concentration; and (v) use a smaller search interval of calibrated parameters. The application of the model in Doce river basin, in the way it was done, did not allowed to always represent the large SSC peaks. The use of the model allowed to identify some patterns and behaviors in the basin such as the fact that in the dry period the main source of sediments is not slopes but channels. The analysis of the different types of data indicates that the rivers that contribute most for the Doce river sediment load are Caratinga, Suaçuí Grande and Guandu.