As áreas variáveis de afluência (AVAs) são dinâmicas, apresentando expansão das áreas saturadas durante os eventos de chuva, geralmente próximas aos cursos d\'água e, no momento que a chuva cessa, estas áreas saturadas se contraem. O escoamento superficial ocorre nessas áreas devido ao excesso de saturação, provocado pelo aumento do volume d\'água armazenado no perfil de solo e, extravasamento nas áreas com solos rasos, próxima aos rios. Dessa forma, faz-se necessário quantificar o processo de escoamento superficial para a correta delimitação das AVAs. A utilização dos modelos hidrológicos para essa finalidade teve início após legislação estadunidense que define níveis máximos permitidos para poluição difusa. Diversos modelos foram desenvolvidos para quantificar a entrada de poluentes nos corpos hídricos, entretanto não havia maneira precisa de localizar as áreas variáveis de afluência, sendo estas as mais propensas a carrear os contaminantes. Somente através da utilização de modelos hidrológicos distribuídos foi possível considerar o componente espacial, ou seja, a localização exata da ocorrência dos processos hidrológicos, e sua inter-relação com uso de solo e tipo de solo, permitindo testar diferentes cenários avaliando quais áreas convertidas em florestas contribuiriam para maior ganho de serviços ecossistêmicos relacionados à manutenção de recursos hídricos. Portanto, foram modelados 3 cenários: o cenário atual, o cenário AVA e o cenário Código Florestal. O primeiro representa a situação atual do uso do solo, e fornece base para comparação com outros cenários. A probabilidade de saturação para este cenário foi definida com uso do modelo hidrológico GSSHA, permitindo delimitar as áreas variáveis de afluência e criar o cenário AVA, o qual simula a restauração florestal em todas as áreas variáveis de afluência. Por último, foi modelado o cenário Código Florestal, que simula a restauração florestal das áreas de preservação permanentes (APPs), com a função de avaliar quais os impactos para a manutenção dos recursos hídricos caso seja cumprido o Código Florestal (Lei nº. 4.711/65) e sejam restauradas todas as áreas de preservação permanente. Os resultados mostram que a restauração das AVA, com alteração de apenas 4,04% da área total da bacia, aumentaria em 48% a infiltração da água no solo, eliminando a geração de escoamento superficial em áreas agrosilvopastoris e conseqüente carreamento de poluentes provenientes dessas áreas. A restauração das APPs representa uma alteração de 9,36% da área da bacia e promove a recuperação da dinâmica de expansão e contração das nascentes da bacia hidrográfica, que garante redução da vazão e atraso do pico de vazão, evitando respostas hidrológicas hortonianas na bacia hidrográfica. Ambos cenários apresentam benefícios para manutenção dos recursos hídricos. As áreas de preservação permanente apresentam papel significativo na proteção dos recursos hídricos, protegendo mais de 60% das AVAs e sendo de fácil delimitação. A utilização do índice topográfico como variável substituta à modelagem hidrológica apresentou correlação de ~0,33, que permite utilizar o índice para uma análise exploratória, porém insuficiente para delimitar as áreas variáveis de afluência. / The variables source areas (VSA) are dynamic, showing expansion of saturated areas during rain events, usually near to streams and, at the time the rain stops, these saturated areas contract. Runoff occurs in these areas due to saturation excess overland flow, caused by increased of stored volume water in the soil profile, and extravasation in areas with shallow soils, next to streams. Thus, it is necessary to quantify the process of runoff for the correct delineation of VSA. The use of hydrological models for this purpose began after U.S. law which sets maximum permitted levels for diffuse pollution. Several models have been developed to quantify the entry of pollutants in water bodies, however there was no accurate way to pinpoint variables source areas, which are the most likely to carrying contaminants. Only through the use of distributed hydrological models was possible to consider the spatial component, in other words, the exact location of the occurrence of hydrological processes and their interrelationship with land use and soil type, allowing you to test different scenarios by assessing which areas converted to forests contribute to greater gains in ecosystem services related to maintenance of water resources. Therefore, were evaluated three scenarios: the actual scenario, the VSA scenario and the Forest Code scenario. The first one represents the current state of land use and provides a basis for comparison with other scenarios. The probability of saturation for this scenario was defined using the hydrological model GSSHA, allowing to delimit variables source areas and to create the VSA scenario, which simulates forest restoration in all variables source areas. Finally, was modeled the Forestry Code scenario, which simulates forest restoration of permanent preservation areas (PPA), whose function is to assess the impacts for the maintenance of water resources if it complied the Forest Code (Law nº. 4.711/65) and restored all permanent preservation areas. The results show that the restoration of the VSA, with only a 4,04% change of the total area of the watershed, it would increase in 48% water infiltration into the soil, eliminating the generation of surface runoff and consequent carry pollutants from these areas. The restoration of the PPA represents a change of 9,36% of the watershed area and promotes the recovery of dynamic expansion and contraction of the headwaters of the watershed, which ensures reduction in flow rate and delay peak flow, avoiding answers hortonian in the hydrological basin. Both scenarios provide benefits for maintenance of water resources. The permanent preservation areas have significant role in protecting water resources, protecting more than 60% of VSA and being easy delimitation. The use of topographic index as surrogate parameter correlated to the hydrological modeling of ~ 0,33, which allows use the index to an exploratory analysis, but insufficient to delineate the variables source areas.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The main alternative of pig slurry discard is its disposition in the soil as source of nutrients for plants. However, copper and zinc accumulation in the soil has been increasing significantly and may become an environmental pollutant problem. The objective of this work was to evaluate copper and zinc potential pollutant in areas with successive applications of pig slurry through zinc and copper forms and accumulations in the soil, and their transference by surface runoff and percolation flow. The work was carried out in the experimental area of the Department of Agricultural Engineering of the Federal University of Santa Maria, Santa Maria (RS), Brazil. Typic Hapludalf soil was used and four rates of pig slurry (0, 20, 40, and 80 m3 ha-1) were applied on the soil surface presenting a total of 17 applications. In October 2006, the soil samples were collected in the depths of 0 - 2, 2 - 4, 4 - 6, 6 - 8; 8 - 10, 10 - 12, 12 - 14, 14 - 16, 16 - 18, 18 - 20, 20 - 25, 25 - 30, 30 - 35, 35 - 40, 40 - 50, and 50 - 60 cm. After collect, total contents in the pig slurry, as well as total contents and extracted contents by HCl 0.1 mol L-1 of copper and zinc in soil were analyzed. Soil samples (0 and 80 m3 ha-1 pig slurry) and dry pig slurry samples were collected and copper and zinc sequential extraction analyzed. Water volume and sediment losses were determined. Moreover, copper and zinc forms in samples of solutions transferred by surface runoff and percolation flow collected during the cycle of the corn (2006/07) in each event (rain + surface runoff) were determined. Successive applications of pig slurry increased the total content of copper and zinc extracted by HCl 0.1 mol L-1 in soil (superficial layers). These metals tended to be transferred to deeper layers of soil and to other environment compartment. The sequential extraction in soil where 80 m3 ha-1 pig slurry was applied showed an increase in the copper and zinc contents in the soil samples of the superficial layers when extracted with water deionization, MgCl2, HNO3 + H2O2, and NH2OHHCl, which represent soluble forms, exchangeable forms, mineral fraction forms, and organic matter forms, respectively. The findings showed an increase in the copper and zinc bioavailable forms. Losses by surface runoff were the main form of transferring copper and zinc, especially in treatments with successive applications of pig slurry. / A principal alternativa para o descarte do dejeto líquido de suínos é sua disposição no solo como fonte de nutrientes às plantas. Porém, a constatação do acúmulo de cobre e zinco no solo vem causando preocupação com relação à segurança ambiental. O presente trabalho teve por objetivo avaliar o potencial contaminante do cobre e do zinco em área com aplicações sucessivas de dejeto líquido de suínos, através do acúmulo e das formas do cobre e do zinco no solo e suas transferências por escoamento superficial e percolação. O trabalho foi desenvolvido na área experimental do Departamento de Engenharia Agrícola na Universidade Federal de Santa Maria, RS. As doses de dejeto líquido de suínos foram 0, 20, 40 e 80 m3 ha-1, sendo realizadas 17 aplicações de dejetos até o momento da coleta do solo em outubro de 2006, num Argissolo Vermelho Arênico distrófico. As camadas de solo amostradas foram as seguintes: 0 - 2; 2 - 4; 4 - 6; 6 - 8; 8 - 10; 10 - 12; 12 - 14; 14 - 16; 16 - 18; 18 - 20; 20 - 25; 25 - 30; 30 - 35-; 35 - 40; 40 - 50 e 50 - 60 cm de profundidade. Foram determinados os teores totais e extraídos com HCl 0,1 mol L-1 de Cu e Zn no solo e os teores totais nos dejetos. Foi realizada a extração seqüencial de Cu e Zn onde não foi aplicado dejeto e onde foi aplicado 80 m3 ha-1, bem como na fração seca do dejeto. Determinou-se o volume de água e sedimentos transferidos e as formas de Cu e Zn em amostras de soluções transferidas por escoamento superficial e percolação durante o ciclo do milho, ano agrícola 2006/07, em cada evento (chuva + escoamento superficial). As aplicações sucessivas de dejeto líquido de suínos promoveram aumentos nos teores totais de Cu e Zn e extraídos por HCl 0,1 mol L-1 nas camadas superficiais do solo, com tendência de transferência para camadas mais profundas do solo e para outros compartimentos do ambiente. A extração seqüencial em solo onde foi aplicado 80m3 ha-1 de dejeto mostrou que nas camadas superficiais do solo, ocorreu um incremento nos teores de Cu e Zn extraídos com os extratores água deionizada, MgCl2, HNO3 + H2O2 e NH2OHHCl, que representam, respectivamente, as formas solúveis, trocáveis, ligadas à fração mineral e à matéria orgânica do solo. Isso evidencia que houve um aumento das formas consideradas biodisponíveis de Cu e Zn no solo. Com relação às transferências, se observou que a principal forma de transferência de cobre e zinco do solo foi à solução escoada superficialmente, onde foram significativas as transferências de cobre e zinco nos tratamentos com aplicações sucessivas de dejeto.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Anthropogenic actions determine the surface condition of watersheds by altering the hydrological dynamics and sediment yields. Environmental quality indicators that use the hydrosedimentological variables and characteristics of the watersheds, considering the complexity assigned by the human-environment interaction may be more useful than the most robust model to evaluate paired watersheds. These models require exhaustive field works, becoming very demanding in terms of both cost and manpower. The overall objective of this study was to evaluate the hydrosedimentological behavior and the use of indicators to evaluate the different proportions of soil use in rural watersheds paired. The two rural watersheds, with an area of 1.445 km2 (RW 140) and 0.796 km2 (RW 80) are located in the municipality of Júlio de Castilhos, Rio Grande do Sul State, Brazil. The study period was from 2010 to 2012 and the hydrosedimentological variables monitored were rainfall, water flow, turbidity, and concentration of suspended and drag sediment. The coefficients of flow regularization and dissipation of erosive energy were also used to assess surface conditions provided by the human-environment interaction. From the results we conclude that: i) high proportions of riparian forests in watersheds minimizes the impacts of rainfall events, resulting in less runoff and greater baseflow; ii) crop areas with inadequate soil management and localized superjacent to wetlands contributed to maximize the impacts of large precipitation by increasing runoff and reducing water reserves during drought periods; iii) large rainfall events potentiate the sediment production, especially in areas with degraded riparian forest; iv) high proportions of wetlands minimizes sediment production, generating even greater runoff, and the conservation of areas surrounding watercourses with natural vegetation attenuates the sediments mobilization, reducing the risk of contamination of water courses, especially when the soil management is inappropriate. The coefficients used showed responses in agreement with the hydrosedimentological changes, demonstrating that they are effective in quantifying the hydrological and energy dissipation changes generated by the human-environment interaction in watersheds with different proportions of land use. / As ações antrópicas determinam as condições de superfície de bacias hidrográficas, alterando a dinâmica hidrológica e a produção de sedimento. Indicadores de qualidade ambiental que utilizam as variáveis hidrossedimentológicas e características das bacias, e consideram a complexidade atribuída na interação homem-meio podem ser mais uteis para avaliar bacias pareadas, do que modelos mais robustos. Esses modelos demandam exaustivos levantamentos e tornam-se de alto custo para sua utilização. O objetivo geral do presente estudo foi avaliar o comportamento hidrossedimentológico e a utilização de indicadores para avaliação das diferentes proporções de usos do solo em pequenas bacias hidrográficas rurais pareadas. As duas pequenas bacias hidrográficas com área de 1,445 km2 (PBH140) e 0,796 km2 (PBH80) estão localizadas no município de Júlio de Castilhos, Rio Grande do Sul, Brasil. O período de estudo foi de 2010 a 2012 e as variáveis hidrossedimentológicas monitoradas foram precipitação, vazão, turbidez, concentração de sedimento em suspensão e arraste de fundo. Também foram utilizados os coeficientes de regularização de vazão e de dissipação de energia erosiva para avaliar as condições de superfície proporcionadas pela interação homem-meio. Através dos resultados foi possível concluir que: i) a maior ocorrência de uso do solo com matas ciliares em bacias hidrográficas minimiza os impactos de eventos pluviométricos, resultando em menor escoamento superficial e maior escoamento de base; ii) as áreas de lavouras com manejo inadequado do solo e localizadas sobrejacentes às áreas úmidas contribuíram para maximizar os impactos de grandes precipitações aumentando o escoamento superficial e reduzindo a reserva hídrica em períodos de estiagem; iii) grandes eventos pluviométricos potencializam a produção de sedimento, principalmente em áreas com a mata ciliar degradada; iv) a maior proporção de uso do solo sob área úmida minimiza a produção de sedimentos, mesmo gerando maior escoamento superficial; e que v) a conservação das áreas que circundam os cursos d água com vegetação natural atenua o aporte de sedimentos, reduzindo os riscos de contaminação dos cursos hídricos, principalmente quando o manejo do solo da área de lavoura for inadequado. Além disso, os coeficientes utilizados apresentaram respostas condizentes às alterações hidrossedimentológicas, demonstrando que eles são eficientes em quantificar as alterações hidrológicas e de dissipação de energia geradas pela interação homem-meio em bacias hidrográficas com diferentes proporções de uso do solo.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:48:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarlindoABN_DISSERT.pdf: 3710968 bytes, checksum: c4cde6ddc0e6d0da8c608ea0713d3c5f (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / O controle sobre os processos erosivos ? uma necessidade constatada em v?rios segmentos da engenharia. A movimenta??o de terra necess?ria para a execu??o de taludes rodovi?rios, por exemplo, pode resultar em taludes de corte ou aterro vulner?veis ? eros?o superficial. Dentre as alternativas tecnol?gicas para controle de eros?o a utiliza??o de geossint?ticos se apresenta como uma solu??o potencial. A referida aplica??o encontra-se em amplo desenvolvimento em alguns pa?ses como, por exemplo, nos EUA. No Brasil, a especifica??o de geossint?ticos para controle de eros?o ? limitada pela aus?ncia de caracteriza??o desses produtos e de normas nacionais, sendo a ?nica fonte t?cnica de informa??o, os cat?logos dos fabricantes. Neste contexto, o objetivo deste trabalho ? construir um equipamento e desenvolver m?todos de ensaio para caracteriza??o e avalia??o de geossint?ticos utilizados no controle de eros?o superficial, com base na ASTM D7101. Al?m de um simulador de chuvas, o equipamento ? composto por uma bancada de testes formada por: rampa de escoamento, mesa de suporte e n?cleos de solo. Utilizando a bancada constru?da, foram realizados ensaios para avaliar o funcionamento do equipamento e o desempenho de uma geomanta na redu??o da taxa de eros?o superficial. Os ensaios foram realizados com intensidades de precipita??o de 100 ? 4mm/h e 150 ? 4mm/h, durante 30 minutos, com intervalo de leitura de 5 minutos. Os resultados obtidos nos ensaios sem a presen?a da geomanta mostraram uma perda de solo acentuada durante as chuvas simuladas, com uma iv tend?ncia de crescimento linear da perda de solo acumulada em fun??o do tempo de ensaio. Nos ensaios realizados com a presen?a da geomanta observou-se a a??o de prote??o do geossint?tico com uma redu??o da ordem de 90% da perda de solo acumulada para todas as intensidades de chuvas utilizadas / O controle sobre os processos erosivos ? uma necessidade constatada em v?rios segmentos da engenharia. A movimenta??o de terra necess?ria para a execu??o de taludes rodovi?rios, por exemplo, pode resultar em taludes de corte ou aterro vulner?veis ? eros?o superficial. Dentre as alternativas tecnol?gicas para controle de eros?o a utiliza??o de geossint?ticos se apresenta como uma solu??o potencial. A referida aplica??o encontra-se em amplo desenvolvimento em alguns pa?ses como, por exemplo, nos EUA. No Brasil, a especifica??o de geossint?ticos para controle de eros?o ? limitada pela aus?ncia de caracteriza??o desses produtos e de normas nacionais, sendo a ?nica fonte t?cnica de informa??o, os cat?logos dos fabricantes. Neste contexto, o objetivo deste trabalho ? construir um equipamento e desenvolver m?todos de ensaio para caracteriza??o e avalia??o de geossint?ticos utilizados no controle de eros?o superficial, com base na ASTM D7101. Al?m de um simulador de chuvas, o equipamento ? composto por uma bancada de testes formada por: rampa de escoamento, mesa de suporte e n?cleos de solo. Utilizando a bancada constru?da, foram realizados ensaios para avaliar o funcionamento do equipamento e o desempenho de uma geomanta na redu??o da taxa de eros?o superficial. Os ensaios foram realizados com intensidades de precipita??o de 100 ? 4mm/h e 150 ? 4mm/h, durante 30 minutos, com intervalo de leitura de 5 minutos. Os resultados obtidos nos ensaios sem a presen?a da geomanta mostraram uma perda de solo acentuada durante as chuvas simuladas, com uma iv tend?ncia de crescimento linear da perda de solo acumulada em fun??o do tempo de ensaio. Nos ensaios realizados com a presen?a da geomanta observou-se a a??o de prote??o do geossint?tico com uma redu??o da ordem de 90% da perda de solo acumulada para todas as intensidades de chuvas utilizadas

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:23:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1648259 bytes, checksum: 686967c8a87e84eb80c1fda048710266 (MD5) Previous issue date: 2010-07-30 / Runoff is the process of moving water on the soil surface and is part of the hydrological cycle. This process has some negative consequences for the environment, since this may be associated with water erosion, which also reduces the most fertile soil layer, also carries with lime, fertilizer and pesticides, which, in addition to environmental damage, promotes yet funding for agricultural activities. For such losses are avoided, it is necessary to understand the behavior of runoff, and the first step in this direction is to estimate it. Estimates of maximum flow and blade disposed are essential so that a better planning of works and actions to avoid or mitigate its consequences. The objective was to develop a software that would enable the estimation of maximum flow and blade surface runoff from the methods and Rational Curve Number respectively. It had been developed activity diagrams represent the functionality of the system, containing the various options available to the user. Then the system was implemented using the programming environment Delphi ® 2006 and was tested with dummy data of a watershed. The development of the system enabled the automation of calculations of maximum flow and blade disposed, which involve many variables and equations, ensuring greater speed in getting the value and reliability of them. / O escoamento superficial consiste no processo de movimento da água sobre a superfície do solo e é parte integrante do ciclo hidrológico. Este processo possui algumas consequências negativas para o meio ambiente, pois a este pode estar associado a erosão hídrica, que além de reduzir a camada mais fértil do solo, também leva consigo corretivos, fertilizantes e defensivos agrícolas, que, além dos prejuízos ambientais, promove ainda financeiros para a atividade agrícola. Para que tais prejuízos sejam evitados, faz-se necessário conhecer o comportamento do escoamento superficial, e o primeiro passo neste sentido consiste em estimá-lo. As estimativas da vazão máxima e da lâmina escoada são essenciais para que ocorra um melhor planejamento de obras e ações a fim de evitar ou amenizar suas consequências. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema computacional que possibilitasse a estimativa da vazão máxima e da lâmina do escoamento superficial a partir dos métodos Racional e Número da Curva respectivamente. Para tanto, foram desenvolvidos diagramas de atividades que representassem as funcionalidades do sistema, contendo as diversas opções disponibilizadas para o usuário. Então, o sistema foi implementado utilizando o ambiente de programação Delphi® 2006 e foi testado com dados fictícios de bacias hidrográficas. O desenvolvimento do sistema possibilitou a automatização dos cálculos da vazão máxima e da lâmina escoada, que envolvem muitas equações e variáveis, garantindo maior rapidez na obtenção dos valores e confiabilidade dos mesmos.

Made available in DSpace on 2015-03-26T12:31:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1048332 bytes, checksum: d2cc8bcdce04c4c44c28d4f3c1b64a84 (MD5) Previous issue date: 2009-09-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The main form of agricultural land degradation is the soil water erosion which is caused by the action of rain and runoff, being affected by a large number of natural and antropic agents. Moreover, much of the water that flows over the soil surface represents a reduction in the volume of water that reaches the water table. The models are important tools for analysis, since they allow a better understanding of hydrological processes and the assesment of management practices and land use. The aim of this work was to develop and calibrate a hydrologic model to support the impact assessment of the use and management of soil on water availability and soil losses. In 2001, Pruski et al. proposed a hydrologic model to estimate the components of water balance in agricultural areas. The intensity of precipitation is obtained by a function derived from the i-d-f equation, resulting in a profile where the peak rainfall intensity occur in the beginning of precipitation and decreases until the end. The infiltration rate is based on the Green-Ampt-Mein-Larson (GAML) equation. A major limitation of the method is related to the precipitation intensity profile, because it is always associated with a recurrence period and does not properly represent the majority of natural rainfall. With regard to infiltration, the GAML equation is applied without adjustment of the input parameters, which can lead to errors in the infiltration estimate. To make easier the application of the hydrological model was developed a software (Simulação Hidrológica-SH2), whose main limitation is the difficulty of making continuous simulation. In this study we implemented some adjustments to the hydrological model: a) replacement of i-d-f equation by a double exponential equation to represent the precipitation profile; b) the parametrization of the GAML equation to estimate the infiltration rate; c) inclusion of the continuity equation for the simulation of the soil water erosion. The software was integrated with a weather generator (ClimaBR) to allow for daily simulation of hydrological processes, and a module for calculating the soil loss was added. For the evaluation of the model were used monthly and annual rainfall, runoff and soil loss data, obtained from four experimental plots located on the campus of the University of Santa Catarina State - UDESC, in the period from 2003 to 2008. The treatments were the soil without vegetation (SC), conventional tillage (PC), minimum tillage (CM) and no tillage (SD). The simulation was performed with two precipitation synthetic series, one set on a monthly basis (SABM) and another set on a daily basis (SABD). The combination of parameters which resulted in the best fit of the GAML equation was: the replacement of hydraulic conductivity (K0) by the constant infiltration rate (Tie); and the estimated matric potential at the wetting front as a function of hydraulic conductivity in the saturated zone ( Ψf(Kw)). The regression coefficients between the total monthly runoff observed and estimated showed the model has a tendency to underestimate the runoff during the months when major events occur, and to overestimate during the months when minor events were observed. With SABD the coefficients of regression equations were better than the SABM. The model underestimated the average annual runoff for SC, PC and CM, but overestimated for SD. However, were not found statistically significant differences between the observed average annual runoff and average annual runoff estimated by the model. The values of r2 were low. There was no statistically significant difference between the average soil loss rate observed and estimated by the model for the soil without vegetation (SC), but was significant for the other soil tillage. / A principal forma de degradação das terras agrícolas é a erosão hídrica do solo, que é causada pela ação da chuva e do escoamento superficial, sendo afetada por um grande número de agentes naturais e antrópicos. Além disso, grande parte da água que escoa sobre a superfície do solo representa uma redução do volume de água que atinge o lençol freático. Os modelos são ferramentas de análise importantes, uma vez que permitem uma melhor compreensão dos processos hidrológicos, a análise do desempenho de práticas de manejo e uso do solo. Assim sendo, o objetivo deste trabalho foi desenvolver e calibrar um modelo hidrológico de suporte à avaliação do impacto do uso e manejo do solo na disponibilidade de água e nas perdas de solo. Em 2001, Pruski et al. propuseram um modelo hidrológico que permite estimar os componentes do balanço hídrico em áreas agrícolas. A intensidade de precipitação é obtida por uma função derivada da equação de chuvas intensas, resultando em um perfil de precipitação onde a intensidade máxima ocorre no início da chuva e decresce até o final. A taxa de infiltração se baseia no modelo de Green-Ampt modificado por Mein-Larson (GAML). Uma das principais limitações do método está relacionada ao perfil de precipitação, pois o mesmo está sempre associado a um período de retorno e não representa adequadamente a maioria das chuvas naturais. No que diz respeito à infiltração, a equação GAML é aplicada sem ajuste dos parâmetros de entrada, o que pode levar a erros consideráveis na estimativa da infiltração. Para facilitar a aplicação do modelo hidrológico foi desenvolvido um software (Simulação Hidrológica-SH2), cuja principal limitação é a dificuldade de fazer simulação contínua. Neste trabalho foram implementadas algumas adequações ao modelo hidrológico: a) substituição da equação de chuvas intensas por uma equação dupla exponencial para representar o perfil de precipitação; b) ajuste dos parâmetros da equação GAML para estimar a taxa de infiltração; c) inclusão da equação da continuidade para a simulação da erosão hídrica. No software foi implementada a integração com um gerador de séries climáticas (ClimaBR) para permitir a simulação diária dos processos hidrológicos, e a inclusão de um módulo para o cálculo da perda de solo. Para a avaliação do modelo foram utilizados dados mensais e anuais de precipitação, escoamento superficial e perda de solo, obtidos de quatro parcelas experimentais localizadas no campus da Universidade do Estado de Santa Catarina UDESC, em Lages (SC), no período de 2003 a 2008. Os tratamentos foram o solo sem cobertura (SC), preparo convencional (PC), cultivo mínimo (CM) e semeadura direta (SD). A simulação foi realizada com duas séries sintéticas de precipitação, uma ajustada em base mensal (SABM) e a outra ajustada em base diária (SABD). A melhor combinação de ajuste da equação GAML foi: a substituição da condutividade hidráulica (K0) pela taxa de infiltração estável (Tie), e a estimativa do potencial matricial na frente de umedecimento em função da condutividade hidráulica na zona de saturação ( Ψf(Kw)). Os coeficientes de regressão entre os valores mensais observados e o estimados mostraram que o modelo apresenta a tendência de subestimar o escoamento superficial nos meses em que ocorrem os maiores eventos, e de superestimar nos meses em que ocorrem os menores eventos observados. Com a SABD os coeficientes das equações de regressão foram melhores do que com a SABM. O modelo subestimou o escoamento médio anual para o SC, PC e CM, mas superestimou para a SD. No entanto, não houve diferença estatística significativa entre o escoamento médio anual observado e o escoamento médio anual estimado pelo modelo. Os valores de r2 para a regressão entre a perda de solo mensal observada e as perdas de solo mensais estimadas pelo modelo foram baixos. Não houve diferença estatística significativa entre a perda de solo média anual observada e a estimada pelo modelo para o solo sem cobertura (SC), mas foi significativa para os demais preparos de solo.

A perda de vegetação natural e o aumento das superfícies impermeáveis decorrentes da expansão urbana têm mostrado que os tradicionais sistemas de drenagem urbana são insuficientes e pouco adaptáveis às alterações de uso do solo. Uma das consequências disso é o aumento da velocidade do escoamento superficial (runoff) que favorece as inundações, com enormes prejuízos materiais e ambientais. As inundações ocorrem geralmente quando ha ocorrência de chuvas de alta intensidade. O objetivo deste trabalho foi estudar a contribuição dos telhados verdes modulares submetidos a chuvas de alta intensidade, 155mm/h com duração de 7,0 minutos para retenção e retardo do escoamento superficial. Além disso, foram determinados valores para parâmetros de modelos clássicos chuva-vazão: Método Racional (C) e CN (SCS), que poderá, futuramente, servir de modelagem hidrológica dos impactos da adoção de telhados verdes no controle das enchentes urbanas. A metodologia adotada foi de natureza experimental e envolveu a construção de bancadas com inclinação regulável para suporte dos módulos experimentais e um sistema para indução de chuvas com intensidade controlada. Foram estudados três modelos de sistema modular para telhado verde que permitem o armazenamento de água no fundo da bandeja que compõe os módulos, sendo 2 de 17,0 L (M-17 e F-17) e 1 de 4,0 L (M-4), nas condições de solo seco e solo úmido. Em cada módulo vegetado foram utilizadas 3 espécies de vegetação: Portulaca oleracea (Onze horas), Callisia repens (Dinheiro em penca) e Apnia cordfolia (Rosinha do sol). Os resultados demonstraram que os volumes retidos, calculados a partir da observação do runoff, nas diferentes situações, foram coerentes entre si e com dados relatados na literatura. Os módulos vegetados produziram os melhores resultados com solo seco e os piores resultados com solo úmido. O percentual médio de retenção, considerando todos os tipos de módulos, foi de 58% do volume total de água induzida, com retardo médio de 12 minutos no runoff. Os valores médios de C (Método Racional) foram 0,4, 0,48, 0,36, para os módulos M-17, M-4 e F-17, respectivamente e os de CN (SCS) foram 93, 95, 93, para os mesmos módulos. Conforme esperado, os maiores valores de CN foram para solos úmidos, mantendo a relação que quanto menor o volume retido, maior o runoff e o CN. O módulo F-17 foi o que apresentou melhor desempenho em todos os aspectos (redução do escoamento, retenção hídrica e retardo do runoff). Este estudo demonstra a boa contribuição que esse tipo de sistema pode proporcionar na retenção e retardo do escoamento superficial, mesmo para chuvas intensas de curta duração, principalmente após período de curta estiagem, situação comum em locais de clima tropical. Futuros estudos deverão avaliar o desempenho dos sistemas modulares de telhados verdes com outras características e intensidades de chuvas. A adoção de telhados verdes deve ser cautelosa, sobretudo pela carga extra que esse tipo de sistema representa. / The loss of natural vegetation and the increase of impermeable surfaces due to the urban expansion have shown that the traditional urban drain systems are ineffective and not much adaptable to the changes of ground use. One of the consequences is the increase of the speed of runoff, which furthers flood, with great material and environmental damage. The flood usually occurs because of stormwaters. The aim of this essay was to study the modular green roofs contribution, submitted to storms, 155mm/h lasting 7,0 minutes, in retention and delay of runoff. Besides, values were determined for these rain-flow classic model parameters: Rational method (C) and CN (SCS), which will be used for hydrological modeling of the effects of using green roofs to control urban flood. The methodology used is experimental and involved building worktops with adjustable inclination to support the experimental modules and a system for controlled induction of rain intensity. Three modular system models were studied for green roof which allow the storage of water at the bottom of the tray that the modules are made up, two are 17,0 L (M-17 and F-17) and one is 4,0 L(M-4), in dry soil and moist conditions. In each vegetated module three species of vegetation were used: Portulaca oleracea, Callisia repens e Apnia Cordfolia. The results show that the retained volume, calculated through observing the runoff, in different situations, are coherent with each other and have data reported in literature. The vegetated modules produced the best results with dry soil and the worst results with moist soil. The average percentage of retention, considering all the types of modules, was 58% of the total volume of induced water, with a 12 minute average delay on runoff. The average values of C (Rational method) were 0,4; 0,48; 0,36, to modules M-17, M-4 and F-17, respectively and the ones for CN (SCS) were 93, 95, 93, to the same modules. As expected, the greatest CN values were the ones for moist ground, keeping the relation of lesser retained volume and more runoff and CN. The module F-17 presented better performance in all aspects (flow reduction, hydric retention, runoff delay). This study shows the good contribution this kind of system may provide for retention and delay runoff, even for short duration heavy rains, mainly after dry season, common situation in places with tropical weather. Future studies should assess the green roofs performance of modular systems accounting other characteristics and types of rains intensity. Adopting green roofs must be cautious, especially the extra burden that such a system is.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The aim of this study was to analyze the hydrological behavior of a watershed with intense agricultural activity based on rainfall, water discharge and suspended sediment concentration data. The study provides an analysis based on monitoring and modeling techniques with special emphasis to the water infiltration estimate at catchment scale, the runoff modeling and processes of suspended sediment transfer from hillslopes to fluvial channel. The experimental catchment is located in the central-north part of Rio Grande do Sul State, Brazil, with a drainage area of 1.19 km2, which is characterized by shallow soils, steep hillslopes, tobacco cultivation and high sediment yield. Besides the daily and monthly data, the study focuses on 77 rainfall-runoff-sediment events from September 2009 to August 2011. For this data series were used three different models, they being the infiltration model based on hietogramas and hydrographs analysis, curve number model and LISEM model, both with analysis on the estimate infiltration and the runoff. The obtained result for this watershed indicated that: a) the empirical and simple model for infiltration and surface runoff estimation had a fine adjustment with the observed data from the hietograms and hydrograms, b) LISEM model calibration was able to describe the spatial and temporal infiltration variability and surface runoff in a watershed scale. These results contribute for a better understanding of hidrosedimentological processes in a watershed scale, indicating that the use of erosion and sediment yield mathematical modeling tools is efficient for practical indications of soil use and management for reducing environmental and economical problems resulted from runoff and erosion. / O objetivo do trabalho foi analisar o comportamento hidrológico de uma bacia hidrográfica com intensa atividade agrícola a partir do monitoramento da precipitação, da vazão e da concentração de sedimentos em suspensão. O estudo apresenta uma análise baseada em técnicas de monitoramento e de modelagem matemática com especial atenção à estimativa da infiltração de água no solo em escala de bacia, na modelagem do escoamento superficial, e nos processos de transferência de sedimentos da bacia vertente para o canal fluvial. A bacia experimental está localizada no município de Arvorezinha, região centro-norte do estado do RS. A bacia possui uma área de drenagem de 1,19 km2, com predomínio de solos rasos, encostas declivosas, intensa atividade agrícola, e elevada produção de sedimentos. Foram monitorados 77 eventos de chuva-vazão-sedimentos ocorridos entre setembro de 2009 e agosto de 2011. Para este conjunto, foram aplicados três diferentes modelos, sendo eles o modelo de infiltração baseado na análise de hietogramas e hidrogramas, modelo curva-número e o modelo LISEM, ambos com análise da estimativa da infiltração e do escoamento superficial. Os resultados obtidos para esta bacia indicaram que: a) um modelo empírico e simples de estimativa da infiltração e escoamento superficial obteve um bom ajuste com os dados observados a partir do conjunto de hietogramas e hidrogramas, b) a calibração do modelo LISEM foi capaz de descrever a variabilidade espacial e temporal da infiltração e do escoamento superficial na escala de bacia. Estes resultados contribuem para a melhor compreensão dos processos hidrossedimentológicos em escala de bacia hidrográfica, indicando que o uso de ferramentas de modelagem matemática da erosão e da produção de sedimentos é eficiente para a indicação de práticas de uso e manejo do solo para a redução dos problemas econômicos e ambientais ocasionados pelas enxurradas e pela erosão.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The urban growth and the disordered occupation of cities have increased the frequency and severity of flooding in urban areas, which occur mainly due to the modification on rainwater natural infiltration, as a result of soil imperviousness increase. The use of compensatory techniques (CT) for stormwater control has been encouraged through public polices, attempting to apply for sustainable solutions to mitigate the urbanization´s impact. An alternative already widespread in some Brazilian cities is the use of micro reservoirs (MR), which temporarily store volumes from impervious areas, and gradually emptying the water stored. Along this requirement, implementation of Rainwater Harvesting Reservoirs (RHR) to non-potable purposes is often encouraged in order to reduce the consumption of drinking water for less noble purposes, and to preserve the fountainheads. Some bibliographies suggest that in addition to these benefits, the RHR can be considered a CT also, once it stores the stormwater runoff, and therefore, in some cities where the MR is required, many buildings are already using the RHR to replace it. However, there are not many conclusive studies related to the real benefits and impacts that capturing rainwater and its use have on micro drainage networks, and specifically if such technique can be considered as a compensatory one. Thus, the main objective of this research was to evaluate whether RHR can be considered as an alternative to promote the quantitative stormwater control. For that, a comparative analysis was made between the impact that RHR use generates on micro drainage flows and networks, and the impact generated on a MR containing system. Such analysis was performed through a modeling of a urban watershed from Porto Alegre / RS, with 977 ha, 30.720 standard lots and around 70 km of micro drainage networks. The simulated MRs were designed according to the Decree No. 15.371/06 of the city of Porto Alegre, which aim to control the runoff at the source and it resulted in volumes of 3.13 m³ and 3.75 m³ for rainfall project with return period of 5 and 10 years (CP-CP-TR5 and TR10), respectively, answering to the allowable flow restriction at the lot outlet (VR = 0.624 L / s). The micro drainage networks were designed for both situations, with and without MRs, for CP-TR5 and CP-TR10. For sizing of the RHRs a continuous simulation of 12 years of precipitation data and demands series for non-potable uses data was performed, both with time step equal 5 minutes, resulting in volumes of 5.000, 10.000 and 15.000 liters due to the achieved service guarantee. These volumes of RHRs replaced the MRs and new modeling were performed considering observed rainfall data real from the continuum time series. It was found that the RHRs were not effective to maintain the VR at lots outlet, and the restriction value was exceeded for several times. For the simulated time seriess only the volume of 750 m³ would be appropriate to ensure only one offense within 10 years of simulation. That occurs because must have sufficient volume to store the expected drained volume, without spillage, regardless of the reservoir storage condition. However, if there is a very large storage capacity and demands are comparatively small, the reservoir does not empty. It was found, therefore, that exists an antagonism when trying to use the RHR for two functions: runoff control and water supply for non-potable purposes demand, since the attempt to ensure the fulfillment to the first function prevents the deployment of such large volumes. Overtopping of RHRs to 12 critical simulated events committed the microdrainage networks capacity, generating flooding in the streets along several drainage network ranges. Considering the same 12 critical events and MRs in lots were identified only four overflowing and lower overflows, which ended up committing a lower extent of drainage networks. Therefore, based on analysis of the continuous simulation with RHRs, it was found that it is not possible to consider it an equivalent technique to the MRs for storm water runoff control, unless the reservation volumes are extremely high, which would make its implementation on a few square meters lot impossible. / O crescimento urbano e a ocupação desordenada das cidades têm aumentado a frequência e a severidade das enchentes em áreas urbanas, que ocorrem, principalmente, devido à modificação nas condições naturais de infiltração das águas pluviais, decorrentes do aumento da impermeabilização do solo. Em busca de soluções sustentáveis para mitigar os impactos da urbanização, as políticas públicas vêm incentivando o uso de técnicas compensatórias (TC) para o controle do escoamento superficial. Uma alternativa já difundida em algumas cidades brasileiras é o uso de microrreservatório (MR), que armazena temporariamente os volumes oriundos do escoamento das áreas impermeáveis, esvaziando gradativamente a água armazenada. Paralelamente a essa exigência, a implementação de reservatórios para o aproveitamento da água da chuva (RAAC) com fins não potáveis vem sendo incentivada, com o intuito de reduzir o consumo de água tratada para fins menos nobres e preservar os mananciais. Algumas bibliografias sugerem que além desses benefícios, o RAAC pode ser considerado igualmente uma TC, já que armazenaria o escoamento pluvial, e por essa razão, em algumas cidades onde o MR é exigido, muitas edificações já estão utilizando o RAAC em substituição a este. No entanto, verifica-se uma falta de estudos conclusivos a respeito dos reais benefícios e impactos que a captação da água da chuva e seu aproveitamento têm sobre as redes de microdrenagem pluvial e, especificamente, se esta técnica pode ser considerada como compensatória. Assim, o principal objetivo desta pesquisa foi avaliar se os RAACs podem ser considerados como medidas para o controle quantitativo do escoamento pluvial. Para isso, foi realizada uma análise comparativa do impacto que a sua utilização gera sobre as vazões e redes de microdrenagem, com o impacto gerado em um sistema com MR. A análise foi realizada mediante modelagem matemática de uma bacia hidrográfica urbana da cidade de Porto Alegre/RS, com 977 ha, 30.720 lotes padrão e cerca de 70 km de redes de microdrenagem. Os MRs simulados foram dimensionados de acordo com o Decreto n° 15.371/06 da cidade de Porto Alegre para o controle do escoamento na fonte, resultando em volumes de 3,13 m³ e 3,75 m³, para chuvas de projeto com 5 e 10 anos de período de recorrência (CP-TR5 e CP-TR10), respectivamente, atendendo à vazão de restrição permissível na saída do lote (VR = 0,624 L/s). As redes de microdrenagem foram dimensionadas para as situações que contemplaram os MRs e para a situação sem os MRs, para CP-TR5 e CP-TR10. Para o dimensionamento dos RAACs foi realizada uma simulação contínua de 12 anos de dados de chuvas e série de demandas para fins não potáveis, ambas com intervalo de tempo de 5 minutos, tendo sido determinados os volumes de 5.000, 10.000 e 15.000 litros como os mais adequados para a edificação, em razão da garantia de atendimento atingida. Esses volumes de RAACs substituíram os MRs e novas modelagens foram realizadas considerando tanto eventos de projeto, como as chuvas reais da série contínua. Verificou-se que os RAACs não são eficientes na manutenção da VR na saída dos lotes, sendo que ao longo da série história simulada a mesma foi infringida várias vezes. Para a série histórica simulada apenas um volume de 750 m³ seria adequado para garantir apenas uma infração em 10 anos da simulação. Isso ocorre porque deve haver volume de espera suficiente para armazenar os volumes escoados, sem que haja vertimento, independentemente da condição de armazenamento do reservatório; no entanto, se existe uma capacidade de armazenamento muito grande, e as demandas são comparativamente pequenas, o reservatório não esvazia. Constatou-se, dessa forma, que existe um antagonismo quando se pretende utilizar o RAAC para as duas funções: controle de escoamento superficial e garantia de atendimento à demanda com fins não potáveis, visto que a tentativa de garantir o cumprimento da primeira função inviabiliza a implantação de volumes tão grandes. O extravasamento dos RAACs para 12 eventos críticos simulados comprometeu a capacidade das redes de microdrenagem, gerando armazenamento de água nas ruas ao longo de vários trechos. Considerando os mesmos 12 eventos críticos e os MRs nos lotes foram identificados apenas 4 extravasamentos e menores vazões extravasadas, o que acabou comprometendo uma menor extensão das redes de drenagem. Portanto, com base nas análises da simulação contínua com os RAACs, verificou-se que não é possível considerá-lo uma técnica equivalente aos MRs para o controle do escoamento pluvial, a menos que os volumes de reservação sejam extremamente elevados, o que tornaria impossível a sua implementação em um lote de poucos metros quadrados.

The effect of eucalyptus forests in hidrossedimentologic processes has been little explored by the scientific community, which results in a database containing information related to these incipient effects, especially at the watershed scale. The monitoring and the mathematical modeling are recognized as effective tools of science to supply the lack of information, particularly in natural resource management, in the representation and prediction of these processes. In this sense, the aim of this study was to describe the monitoring data to assess effects of eucalyptus cultivation in the hidrossedimentological processes, to calibrate the input parameters and to verify the potential application of the Limburg Soil Erosion Model (LISEM) in the representation of watershed hydrological processes embedded with forest cover. The study was conducted in two forest watersheds located in Eldorado do Sul - RS, and the watershed has an area of 94.46 ha and drainage sub-watershed, which is embedded in the amount and terms of the watershed, has a drainage area of 38.86 ha. The hidrossedimentometrical monitoring began in February 2011 and was conducted within the limits of the watershed in two automatic sections, composed of linigraph, turbidimeters and pluviographs. This work has included monitoring over a period of six months from 02/16/2011 to 08/15/2011. The sediment yield was determined by multiplying the data of sediment concentration and flow. The model LISEM was calibrated from six different rain events. The model input parameters were obtained through surveys conducted in the watershed and literature data. To evaluate the model ability in representing the hydrological processes hydrographs measured in the watershed exutory were used. The monitoring results demonstrated that periods with higher rainfall volume presented a significant increase in peak flows in relation to the driest intervals, as well as an increase in the suspended sediments concentration in the watershed and in the sub-watershed. The events with greater rainfall intensity demonstrated that the smallest drainage area of the subwatershed generated faster answers in flow and sediment concentration. For the watershed, in most events occurred flood wave attenuation with least steeply sloping and lowest hydrograph peaks than the sub-watershed. Specifically, the sediment yield was 38.41 and 33.65 t km-2, during the six months of monitoring for the watershed and for the subwatershed, respectively. The magnitude of sediment yield was 0.77 t ha-1 yr-1 for the watershed and 0.67 t ha-1 yr-1 for the sub-watershed. The LISEM model was able to reproduce adequately the peak flow and direct runoff for the six events used for calibration. On the other hand, the peak time and shape of the hydrograph did not have adequate fit. / O efeito das florestas de eucalipto nos processos hidrossedimentológicos tem sido pouco explorado pela comunidade científica, o que resulta em banco de dados contendo informações incipientes relacionadas a esses efeitos, principalmente na escala de bacias. O monitoramento e a modelagem matemática são reconhecidos como eficientes ferramentas científicas para suprir a carência de informações, principalmente na gestão dos recursos naturais, na representação e na predição desses processos. Nesse sentido, objetivou-se com este estudo, descrever os dados do monitoramento, avaliar os efeitos dos cultivos de eucalipto nos processos hidrossedimentológicos, calibrar os parâmetros de entrada e verificar o potencial de aplicação do modelo Limburg Soil Erosion Model (LISEM) na representação dos processos hidrológicos de bacias hidrográficas embutidas, com cobertura florestal. O estudo foi desenvolvido em duas bacias hidrográficas florestais situadas em Eldorado do Sul RS, sendo que a bacia possui área de drenagem de 94,46 ha e a sub-bacia, que se encontra à montante e embutida em relação à bacia, possui área de drenagem de 38,86 ha. O monitoramento hidrossedimentométrico teve início em fevereiro de 2011 e foi realizado no exutório das bacias, em duas seções automáticas, compostas de linígrafos, turbidímetros e pluviógrafos. O presente trabalho contemplou o monitoramento durante um período de seis meses, de 16/02/2011 a 15/08/2011. Os resultados do monitoramento demonstram que os períodos com maior volume de precipitação apresentaram aumento significativo nos picos de vazão em relação aos intervalos mais secos, assim como aumento na concentração de sedimentos em suspensão, para a bacia e para a subbacia. Os eventos com maior intensidade máxima de precipitação demonstraram que a pequena área de drenagem e o relevo mais acentuado da sub-bacia geraram respostas rápidas na vazão e concentração de sedimentos. Para a bacia hidrográfica, na maioria dos eventos, ocorreu amortização da onda de cheia com hidrogramas menos íngremes e ocorrência após o pico de vazão da sub-bacia. A produção de sedimentos foi de 38,41 e 33,65 Mg km-2, durante os seis meses de monitoramento para a bacia e para a sub-bacia, respectivamente. O modelo LISEM foi calibrado a partir de seis eventos de chuva. Os parâmetros de entrada utilizados para o modelo foram obtidos por meio de levantamentos realizados na bacia e de dados da literatura. Para avaliar a capacidade do modelo em representar os processos hidrológicos, foram utilizados hidrogramas medidos no exutório da bacia. A análise estatística aplicada foi o teste BIAS (Erro (%)) para os parâmetros vazão de pico, escoamento superficial direto e tempo de pico. Para avaliar a eficiência do modelo em reproduzir adequadamente o formato dos hidrogramas, foi utilizado o Coeficiente de eficiência Nash-Sutcliffe (COE) para os seis eventos utilizados na calibração. O modelo LISEM foi capaz de reproduzir adequadamente a vazão de pico e o escoamento superficial direto para os seis eventos utilizados na calibração, indicado pelos baixos erros percentuais. Por outro lado, o tempo de pico e a forma do hidrograma não apresentaram ajuste adequado, indicado pelos elevados erros e valores negativos para o erro e para o COE, respectivamente.