The semiarid region of Alagoas, that occupies 45,6% of State, presents an irregular distribution of rain, shallow soils and high evaporation taxes, being necessary to know with more accuracy the hydrological processes and the relations between them to improved the water resources management of the region. The aim of this study was to simulate surface runoff for different land occupation and use scenarios in the Experimental Basin of Santana do Ipanema (BESI), located in the Gravata Creek Watershed (BHRG). For this reason, the BESI was deployed, composed by three units of study: two subbasins of 3,35 and 0,09 km2, and a microbasin of 5.000 m2. It was applied the runoff and erosion model Kineros2 for nine rain events occurred during 2007 and 2008 in the BHRG and in the largest sub-basin in the BESI. In the current scenario of land occupation and use, the runoff coefficient value ranged from 0,02 to 0,55 for the BHRG, with an average of 0,27, while for the sub-basin of the BESI the range of variation was from 0,05 to 0,69, with average value of 0,25. It was found that the parameters of largest sensibility are: mean capillarity degree (G), saturated hydraulic conductivity (Ks) and Manning s coefficient (n). The average value of runoff coefficient for the studied events ranged around 40%, when the initial condition of soil humidity was modified between 10% and 90%, for both basins. In land occupation and use scenarios analysis, for the BHRG, a total deforestation condition had a average runoff coefficient of 0,59 while for a caatinga condition the value was 0,08. In the BESI, the runoff coefficient was 0,64 and 0,14, respectively, for the same conditions. From the analysis of these values, was concluded that in two studied basins the effect of land deforestation leads to a considerable increase in runoff volume, contributing further to water scarcity in the region. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O semi-árido alagoano, ocupando 45,6% do Estado, apresenta uma distribuição irregular de precipitação, solos rasos e altas taxas de evaporação, sendo necessário conhecer de maneira mais precisa seus processos hidrológicos e a relação entre eles para que seja aprimorada a gestão dos recursos hídricos da região. O objetivo desse trabalho foi simular o escoamento superficial para diferentes cenários de uso e ocupação do solo na Bacia Experimental de Santana do Ipanema (BESI), localizada na Bacia Hidrográfica do Riacho Gravatá (BHRG). Para isso, foi implantada a BESI, composta por três unidades de estudo: duas sub-bacias, de 3,35 e 0,09 km2, e uma microbacia de 5.000 m2. Aplicou-se o modelo chuva-vazão-erosão Kineros2 para nove eventos de precipitação ocorridos durante 2007 e 2008, na BHRG e na sub-bacia maior da BESI. No cenário atual de uso e ocupação do solo, o coeficiente de deflúvio da BHRG variou de 0,02 a 0,55, com um valor médio de 0,27%, enquanto para a sub-bacia da BESI a faixa de variação foi de 0,05 a 0,69, com valor médio de 0,25. Foi constatado que os parâmetros de maior sensibilidade são o grau de capilaridade (G), a condutividade hidráulica saturada (Ks) e o coeficiente de Manning (n). O valor médio do coeficiente de deflúvio para os eventos estudados variou em cerca de 40% quando se modificou a condição inicial de umidade do solo na faixa de 10% a 90%, para ambas as bacias. Na análise de cenários de uso e ocupação do solo, para a BHRG, uma condição de desmatamento total apresentou um coeficiente de deflúvio médio de 0,59 enquanto uma condição de caatinga apresentou um valor de 0,08 para esse coeficiente. Na sub-bacia da BESI esse coeficiente foi de 0,64 e 0,14, respectivamente, para as mesmas condições. Com isso, percebe-se, a partir da análise desses valores, que nas duas bacias estudadas um efeito desmatamento do solo conduz a um acréscimo considerável no volume escoado, contribuindo ainda mais para a escassez hídrica da região.

Soil moisture can be a determining factor in hydrological processes. However, the monitoring of soil water content is difficult to perform because of its spatio-temporal variability and because field measurements are expensive and time-consuming. Thus, the use of the Tank Model and also a moisture index derived from this model can be very useful in hydrological studies and in the management of natural disasters. In addition, the evaluation of this index in a distributed form in the river basin allows a more detailed analysis of the water content of the soil, considering its spatial variability. The objective of this study was to develop a distributed version of the Tank Model (D-Tank Model) to determine a soil moisture content (IUS), dividing the basin into cells with a resolution of 2 meters. The study area was the Araponga River basin (5.26 ha), located in the north of Santa Catarina, and with hydro-meteorological and tensiometric data available. In the study, data were used every 5 minutes of rainfall, evapotranspiration and flow, and soil water tension every 10 minutes, measured from March 2011 to December 2015. Initially the Tank Model was used, Aiming only at the rain-flow process of the basin for five short-duration events aiming at the calibration of the parameters, which were also used in the D-Tank Model cells. The validation of this transfer of parameters was done using the average of the parameters found in the calibration, applying it in two other short duration events. After validation, the water storage in the soil of each of the basin cells generated for the D-Tank Model was calculated. With the D-Tank Model, the IUS values were obtained, which were compared with the soil water tension values measured by the tensiometers. The individual storage values of the two reservoirs S1, and S2, were also compared with the water tension values. The comparison was made through the linear correlation coefficient, seeking negative correlations between the variables, which occurred in a satisfactory way, both between the IUS and the tension values, as well as the storage values of the reservoirs and the water tension values. The present work showed that IUS may be an applicable measure for soil moisture representation. / A umidade do solo pode ser um fator determinante nos processos hidrológicos. No entanto, o monitoramento do conteúdo de água no solo é difícil de ser realizado, devido à sua variabilidade espaço-temporal e porque as medições de campo são dispendiosas e demoradas. Assim, a utilização do Tank Model e também de um índice de umidade, derivado deste modelo, podem ser muito úteis nos estudos hidrológicos. Além disso, a avaliação desse índice de forma distribuída na bacia hidrográfica permite uma análise mais detalhada do conteúdo de água do solo, uma vez que considera a sua variabilidade espacial. O objetivo deste estudo foi desenvolver uma versão distribuída do Tank Model (D-Tank Model), para determinar um índice de umidade do solo (IUS), dividindo a bacia em células com resolução de 2 metros. A área de estudo foi a bacia hidrográfica do Rio Araponga (5,26 ha), localizada no norte de Santa Catarina, e com disponibilidade de dados hidro-meteorológicos e tensiométricos. No estudo foram utilizados dados a cada 5 minutos de precipitação, evapotranspiração e vazão, e de tensão de água no solo a cada 10 minutos, medidos no período de março de 2011 a dezembro de 2015. Inicialmente foi utilizado o Tank Model (concentrado), visando somente o processo chuva-vazão da bacia para cinco eventos de curta-duração visando a calibração dos parâmetros, que foram também utilizados nas células do D-Tank Model. A validação desta transferência de parâmetros se deu utilizando a média dos parâmetros encontrados na calibração, aplicando-a em outros dois eventos de curta duração. Após a validação, foi calculado o armazenamento de água no solo, de cada uma das células da bacia, geradas para o D-Tank Model. Com o D-Tank Model obteve-se os valores de IUS, que foram comparados com os valores de tensão da água no solo, medidos pelos tensiômetros. Os valores de armazenamento individuais dos dois reservatórios S1, e S2, também foram comparados com os valores de tensão. A comparação foi feita através do coeficiente de correlação linear, buscando correlações negativas entre as variáveis, o que ocorreu de forma satisfatória, tanto entre o IUS e os valores de tensão, como para os valores de armazenamento dos reservatórios e os valores de tensão da água no solo. O presente trabalho mostrou que o IUS pode ser uma medida aplicável para representação da umidade do solo.

objetivo geral deste trabalho foi compreender os principais mecanismos de geração de vazão na bacia do rio Araponga (ARA), uma pequena bacia experimental caracterizada por vegetação secundária de Floresta Ombrófila Mista, situada na região norte do estado de Santa Catarina. Para isso, foi instalado um sistema de monitoramento de precipitação externa e interna, escoamento de tronco, tensiometria, fluviometria e temperatura (da água do rio no exutório e do solo nas profundidades 20 e 45 cm) na ARA; e monitoramento de variáveis meteorológicas (incluindo temperatura atmosférica) na estação do rio Feio, a 3 km de distância da ARA. O monitoramento de tensão da água no solo foi feito em 3 encostas com características geomorfológicas distintas, em 3 posições em cada encosta e ao longo do perfil do solo (9 perfis de solo). Utilizou-se o modelo HYDRUS-2D para simular o fluxo de água e compreender a dinâmica da água nas 3 encostas. As séries temporais também foram analisadas na escala temporal de evento hidrológico, por meio da delimitação de 87 eventos hidrológicos no período (total de 1125 dias – de 15/10/2011 a 12/11/2014) Para cada evento hidrológico, considerou-se 3 períodos de análise: A – antes; E – durante; e D – depois do evento. O inverno foi a estação mais chuvosa, e outono e inverno as estações com maiores vazões de permanência. As simulações com o modelo HYDRUS-2D permitiram, por meio e análise qualitativa, identificar a tendência de saturar primeiro na interface entre as camadas de solo e apenas depois ocorrer o fluxo lateral. A relação entre as temperaturas atmosférica e da água do rio não segue o ajuste em forma de S, possivelmente pois a bacia está localizada em região de clima subtropical. O uso da temperatura como indicador do mecanismo de geração de vazão permitiu inferir que durante o inverno, o fluxo de água que chega no rio é proveniente da camada de solo próxima à profundidade de 45 cm, pois ocorre um aumento da temperatura da água do rio durante o evento hidrológico se aproximando mais da temperatura do solo na profundidade de 45 cm. Esta situação foi observada em detalhes no evento nº 50. / The objective of this work was to understand the main mechanisms of runoff generation in the Araponga river basin (ARA), a small experimental basin characterized by secondary vegetation of the Ombrophilous Mixed Forest, located in the northern region of the state of Santa Catarina, Brazil. The system of monitoring of rainfall, throughfall, stemflow, tensiometry, fluviometry, and temperature (of the river water in the outlet and the soil at depths 20 and 45 cm) were installed in the ARA; and monitoring of meteorological variables (including atmospheric temperature) at the Feio river station, 3 km away from the ARA. Soil water tension was monitored in 3 hillslopes with distinct geomorphological characteristics, in 3 positions on each slope and along the soil profile (9 soil profiles). The HYDRUS-2D model was used to simulate the water flow and to understand the soil water dynamics in the 3 hillslopes The time series were analyzed in the time scale of hydrological event, by means of the delimitation of 87 hydrological events in the period (total of 1125 days - from 15/oct/2011 to 12/nov/2014). For each hydrological event, 3 periods of analysis were considered: A - before; E - during; and D - after the event. Winter was the most rainy season, and autumn and winter were the seasons with higher flow rates. The simulations with the HYDRUS-2D model allowed to identify the tendency of the hillslopes to saturate first at the interface between the soil layers and only after lateral flow occurs. The relationship between atmospheric and river water temperatures does not follow the S-shaped adjustment, possibly because the basin is in a subtropical climate region. The use of temperature as an indicator of the runoff generation mechanism allowed to infer that during the winter, the flow of water arriving in the river comes from the soil layer close to the depth of 45 cm, as there is an increase in the water temperature of the river during the hydrological event approaching more of the soil temperature in the depth of 45 cm. This situation was observed in detail in event nº 50.

Soil moisture can be a determining factor in hydrological processes. However, the monitoring of soil water content is difficult to perform because of its spatio-temporal variability and because field measurements are expensive and time-consuming. Thus, the use of the Tank Model and also a moisture index derived from this model can be very useful in hydrological studies and in the management of natural disasters. In addition, the evaluation of this index in a distributed form in the river basin allows a more detailed analysis of the water content of the soil, considering its spatial variability. The objective of this study was to develop a distributed version of the Tank Model (D-Tank Model) to determine a soil moisture content (IUS), dividing the basin into cells with a resolution of 2 meters. The study area was the Araponga River basin (5.26 ha), located in the north of Santa Catarina, and with hydro-meteorological and tensiometric data available. In the study, data were used every 5 minutes of rainfall, evapotranspiration and flow, and soil water tension every 10 minutes, measured from March 2011 to December 2015. Initially the Tank Model was used, Aiming only at the rain-flow process of the basin for five short-duration events aiming at the calibration of the parameters, which were also used in the D-Tank Model cells. The validation of this transfer of parameters was done using the average of the parameters found in the calibration, applying it in two other short duration events. After validation, the water storage in the soil of each of the basin cells generated for the D-Tank Model was calculated. With the D-Tank Model, the IUS values were obtained, which were compared with the soil water tension values measured by the tensiometers. The individual storage values of the two reservoirs S1, and S2, were also compared with the water tension values. The comparison was made through the linear correlation coefficient, seeking negative correlations between the variables, which occurred in a satisfactory way, both between the IUS and the tension values, as well as the storage values of the reservoirs and the water tension values. The present work showed that IUS may be an applicable measure for soil moisture representation. / A umidade do solo pode ser um fator determinante nos processos hidrológicos. No entanto, o monitoramento do conteúdo de água no solo é difícil de ser realizado, devido à sua variabilidade espaço-temporal e porque as medições de campo são dispendiosas e demoradas. Assim, a utilização do Tank Model e também de um índice de umidade, derivado deste modelo, podem ser muito úteis nos estudos hidrológicos. Além disso, a avaliação desse índice de forma distribuída na bacia hidrográfica permite uma análise mais detalhada do conteúdo de água do solo, uma vez que considera a sua variabilidade espacial. O objetivo deste estudo foi desenvolver uma versão distribuída do Tank Model (D-Tank Model), para determinar um índice de umidade do solo (IUS), dividindo a bacia em células com resolução de 2 metros. A área de estudo foi a bacia hidrográfica do Rio Araponga (5,26 ha), localizada no norte de Santa Catarina, e com disponibilidade de dados hidro-meteorológicos e tensiométricos. No estudo foram utilizados dados a cada 5 minutos de precipitação, evapotranspiração e vazão, e de tensão de água no solo a cada 10 minutos, medidos no período de março de 2011 a dezembro de 2015. Inicialmente foi utilizado o Tank Model (concentrado), visando somente o processo chuva-vazão da bacia para cinco eventos de curta-duração visando a calibração dos parâmetros, que foram também utilizados nas células do D-Tank Model. A validação desta transferência de parâmetros se deu utilizando a média dos parâmetros encontrados na calibração, aplicando-a em outros dois eventos de curta duração. Após a validação, foi calculado o armazenamento de água no solo, de cada uma das células da bacia, geradas para o D-Tank Model. Com o D-Tank Model obteve-se os valores de IUS, que foram comparados com os valores de tensão da água no solo, medidos pelos tensiômetros. Os valores de armazenamento individuais dos dois reservatórios S1, e S2, também foram comparados com os valores de tensão. A comparação foi feita através do coeficiente de correlação linear, buscando correlações negativas entre as variáveis, o que ocorreu de forma satisfatória, tanto entre o IUS e os valores de tensão, como para os valores de armazenamento dos reservatórios e os valores de tensão da água no solo. O presente trabalho mostrou que o IUS pode ser uma medida aplicável para representação da umidade do solo.

The current water resource management in the Brazilian Semi-arid area is scarce in information on methods that seek the optimization of the use of its water, which is fundamentally important having in view the serious panorama experienced in relation to the water availability. Searching to explore and understand the behavior of hydrosedimentology variables in the semi-arid region is increasingly common the study in experimental basins. In this context, this paper presents the instrumentation of an experimental basin in the semi-arid regions of the State of Alagoas, with emphasis on hydrosedimentology monitoring processes. This study was entirety developed from subsidies from hydrosedimentology monitoring processes in the field, having as the general objective to quantify the production of sediments in two different scales of experimental units: plots and microbasin. The selected microbasin has contributing area of 0.183 ha, and an average declivity of 6.5% and being constructed in the outlet a sediment pit for collecting the superficial discharge. In another area, three plots were installed, with 3 m² each, in a land with average declivity of 13%. The monitoring in the plots happened as of simulated rainfall, the simulator being calibrated to produce heavy rain for each of the plots. In relation to soil cover, the microbasin was studied in uncovered soil conditions, while as in the plots was done the plantation of cultivated corn hill under which is quite usual in the region. The production of sediment in the microbasin and in the plots was calculated from samples of the superficially drained material. The data observed made it possible to correlate the production of sediments with variables related to the total and effective rainfall. A growth tendency in the production of sediments due to the increase in superficial draining for both the monitored events in the microbasin as well as the monitoring done in the plots was observed. In the plots, the protection of the soil exerted by the corn cultivation provided a reduction in the production of sediments for all the simulated pluviometric intensities. / A atual gestão dos recursos hídricos no semi-árido brasileiro é carente em informações acerca de métodos que busquem a otimização do uso de suas águas, sendo estas de fundamental importância tendo em vista o grave panorama vivenciado em relação à disponibilidade hídrica. Buscando analisar e compreender o comportamento das variáveis hidrossedimentológicas na região semi-árida, é cada vez mais comum o estudo em bacias experimentais. Neste contexto, o trabalho apresenta a instrumentação de uma bacia experimental no semi-árido alagoano, com ênfase no monitoramento dos processos hidrossedimentológicos. O estudo foi desenvolvido em sua totalidade a partir de subsídios provenientes de monitoramento dos processos hidrossedimentológicos em campo, tendo como objetivo geral quantificar a produção de sedimentos em duas diferentes escalas de unidades experimentais: parcelas e microbacia. A microbacia selecionada possui área contribuinte de 0,183 ha, e declividade média de 6,5%, sendo construída no exutório uma fossa de sedimentos para coleta do deflúvio superficial. Em outra área foram instaladas três parcelas, possuindo 3 m² cada, em um terreno com declividade média de 13%. O monitoramento nas parcelas se deu a partir de chuva simulada, sendo o simulador calibrado para produzir chuvas intensas específicas para cada uma das parcelas. Em relação à cobertura do solo, a microbacia foi estudada em condição de solo descoberto, enquanto que nas parcelas foi realizado o plantio de milho cultivado morro abaixo por ser bastante usual na região. A produção de sedimentos na microbacia e nas parcelas foi calculada a partir de coletas do material escoado superficialmente. Os dados observados possibilitaram correlacionar a produção de sedimentos com variáveis relacionadas com a chuva total e efetiva. Foi observada uma tendência de crescimento da produção de sedimentos em função do aumento do escoamento superficial tanto para os eventos monitorados na microbacia quanto para o monitoramento realizado nas parcelas. Nas parcelas, a proteção do solo exercida pelo cultivo do milho proporcionou uma redução na produção de sedimentos para todas as intensidades pluviométricas simuladas.

objetivo geral deste trabalho foi compreender os principais mecanismos de geração de vazão na bacia do rio Araponga (ARA), uma pequena bacia experimental caracterizada por vegetação secundária de Floresta Ombrófila Mista, situada na região norte do estado de Santa Catarina. Para isso, foi instalado um sistema de monitoramento de precipitação externa e interna, escoamento de tronco, tensiometria, fluviometria e temperatura (da água do rio no exutório e do solo nas profundidades 20 e 45 cm) na ARA; e monitoramento de variáveis meteorológicas (incluindo temperatura atmosférica) na estação do rio Feio, a 3 km de distância da ARA. O monitoramento de tensão da água no solo foi feito em 3 encostas com características geomorfológicas distintas, em 3 posições em cada encosta e ao longo do perfil do solo (9 perfis de solo). Utilizou-se o modelo HYDRUS-2D para simular o fluxo de água e compreender a dinâmica da água nas 3 encostas. As séries temporais também foram analisadas na escala temporal de evento hidrológico, por meio da delimitação de 87 eventos hidrológicos no período (total de 1125 dias – de 15/10/2011 a 12/11/2014) Para cada evento hidrológico, considerou-se 3 períodos de análise: A – antes; E – durante; e D – depois do evento. O inverno foi a estação mais chuvosa, e outono e inverno as estações com maiores vazões de permanência. As simulações com o modelo HYDRUS-2D permitiram, por meio e análise qualitativa, identificar a tendência de saturar primeiro na interface entre as camadas de solo e apenas depois ocorrer o fluxo lateral. A relação entre as temperaturas atmosférica e da água do rio não segue o ajuste em forma de S, possivelmente pois a bacia está localizada em região de clima subtropical. O uso da temperatura como indicador do mecanismo de geração de vazão permitiu inferir que durante o inverno, o fluxo de água que chega no rio é proveniente da camada de solo próxima à profundidade de 45 cm, pois ocorre um aumento da temperatura da água do rio durante o evento hidrológico se aproximando mais da temperatura do solo na profundidade de 45 cm. Esta situação foi observada em detalhes no evento nº 50. / The objective of this work was to understand the main mechanisms of runoff generation in the Araponga river basin (ARA), a small experimental basin characterized by secondary vegetation of the Ombrophilous Mixed Forest, located in the northern region of the state of Santa Catarina, Brazil. The system of monitoring of rainfall, throughfall, stemflow, tensiometry, fluviometry, and temperature (of the river water in the outlet and the soil at depths 20 and 45 cm) were installed in the ARA; and monitoring of meteorological variables (including atmospheric temperature) at the Feio river station, 3 km away from the ARA. Soil water tension was monitored in 3 hillslopes with distinct geomorphological characteristics, in 3 positions on each slope and along the soil profile (9 soil profiles). The HYDRUS-2D model was used to simulate the water flow and to understand the soil water dynamics in the 3 hillslopes The time series were analyzed in the time scale of hydrological event, by means of the delimitation of 87 hydrological events in the period (total of 1125 days - from 15/oct/2011 to 12/nov/2014). For each hydrological event, 3 periods of analysis were considered: A - before; E - during; and D - after the event. Winter was the most rainy season, and autumn and winter were the seasons with higher flow rates. The simulations with the HYDRUS-2D model allowed to identify the tendency of the hillslopes to saturate first at the interface between the soil layers and only after lateral flow occurs. The relationship between atmospheric and river water temperatures does not follow the S-shaped adjustment, possibly because the basin is in a subtropical climate region. The use of temperature as an indicator of the runoff generation mechanism allowed to infer that during the winter, the flow of water arriving in the river comes from the soil layer close to the depth of 45 cm, as there is an increase in the water temperature of the river during the hydrological event approaching more of the soil temperature in the depth of 45 cm. This situation was observed in detail in event nº 50.

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2017-07-27T12:49:58Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 7019018 bytes, checksum: 871823e939a6e022aaadd5b6b55b3dab (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-27T12:49:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 7019018 bytes, checksum: 871823e939a6e022aaadd5b6b55b3dab (MD5) Previous issue date: 2016-03-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This Master thesis studies the spatio-temporal variability of soil moisture in the Guaraíra experimental watershed, located on the southern coast of Paraíba. As it is an experimental basin, it is of great importance to know how its variables work and interact together, in order to allow inferences in similar basins. In that case, the soil moisture play a role responsible for several factors in the watershed, like flow generation, drought development and groundwater recharge, for example. Initially, being a small watershed, (5,84 km²) it was believed that its results related to soil moisture should be very homogeneus, however, a hypothesis was made about how the different soil and vegetation cover between each station could make an influence in the results. The research had as its main objective to study the spatio-temporal variability on the soil moisture on the said study area, in order to use these information as subsidy to similar basins, even bigger ones. For this it was used data from the TDR (Time Domain Reflectometry) soil moisture probes installed at five stations and pluviographs in the study area combined with manual collection for calibration and validation of the probe’s results since april 2013 until September 2014. This way, it was possible to apply the methods used by Vachaud et al. (1985( and Mittelbach & Seneviratne (2012), with the disconnection of the resilts of soil moisture into its variable and invariable parts on time, which consist in the spatio-temporal variability of soil moisture analysis. As the TDR probes used to measure soil moisture give a temporal resolution of one hour, an analysis of temporal resolution was proceeded, allowing to use diary data in order to represent the soil moisture, without significant variation of results. The results confirmed the homogeneity of spatio-temporal variability of the soil moisture in the basin, except for the station with less vegetation cover, where the spatio-temporal variability of soil moisture differed significantly from the rest of the basin. Thus, it was perceived the similiraty between the results of soil moisture in the terms of temporal mean and anomalies, for the stations with similar vegetation cover. This way, it was concluded that the fact that the results of the station with less vegetation cover had been so different is due to its lack of vegetation cover, being very different from the rest of the basin, thus enhancing the importance of vegetacion cover as a natural controller of soil moisture. As to the temporal variability, that is more susceptible to climatic effect, like precipitation for example, while the spatial-variability is more related to the invariable terms on time. Yet, the calibration of the probes was successfully executed and they do represent well the soil moisture for that study area, allowing continuous monitoring on that experimental basin. / Este trabalho tem como objeto de estudo a variabilidade espaço-temporal da umidade do solo na bacia hidrográfica experimental do riacho Guaraíra, localizada na região litorânea sul do Estado da Paraíba. Tratando-se de uma bacia experimental, é de suma importância conhecer como funcionam e interagem entre si seus variados elementos, afim de possibilitar inferências em bacias semelhantes. Nisto, a umidade do solo é responsável por vários outros fatores na bacia hidrográfica, tais quais geração de vazão, desenvolvimento de secas e recarga de aquíferos, por exemplo. Inicialmente, por ser uma área pequena (5,84 km²), acreditava-se que os seus resultados relativos à umidade do solo seriam bastante homogêneos, entretanto, pensou-se na hipótese de os diferentes solos e vegetações de cada estação poderem influenciar no comportamento da umidade do solo. A pesquisa teve então como principal objetivo estudar a variabilidade espaço-temporal da umidade do solo na referida área de estudo, de forma a utilizar estas informações como subsídio para bacias semelhantes, podendo até serem de maior porte. Para isto, utilizaram-se dados das sondas de umidade do solo do tipo TDR (Time Domain Reflectometry) e pluviógrafos instalados em cinco locais da bacia experimental, aliados à coletas manuais para calibração e validação dos resultados destas sondas durante o período de abril de 2013 até setembro de 2014. Com isto, aplicaram-se os métodos propostos por Vachaud et al. (1985) e Mittelbach & Seneviratne (2012), que permitem a separação da umidade do solo em suas parcelas variáveis e invariáveis no tempo, que consistem na análise de variabilidade espaço-temporal da umidade do solo. Como as sondas TDR utilizadas para medição da umidade fornecem uma resolução temporal de uma hora, procedeu-se uma avaliação desta resolução temporal que permitiu utilizar dados diários para representar as umidades dos solos, sem variação significativa de resultados. Os resultados confirmaram a homogeneidade da variabilidade espaço-temporal da umidade do solo na bacia experimental, com a exceção da estação que possui menor cobertura vegetal, onde a variabilidade espaço-temporal da umidade do solo diferiu significativamente do resto da bacia. Ainda, percebeu-se a semelhança entre os resultados de umidade do solo das estações com cobertura vegetal semelhantes em termos tanto de média temporal quanto de anomalias. Desta forma, concluiu-se que, o fato de os resultados da estação com pouca cobertura vegetal terem sido tão diferentes na época chuvosa deve-se justamente à esta falta de cobertura vegetal, diferente das outras estações, reforçando a importância da cobertura vegetal como um controlador natural da umidade do solo. Quanto à variabilidade temporal, esta é mais sujeita aos efeitos climáticos, como por exemplo a precipitação, enquanto que a variabilidade espacial está mais atrelada aos termos invariáveis no tempo. Ainda, a calibração das sondas foi efetuada com sucesso e representam bem a umidade do solo para a área de estudo, tornando possível o contínuo monitoramento desta bacia experimental.

Soil moisture can be a determining factor in hydrological processes. However, the monitoring of soil water content is difficult to perform because of its spatio-temporal variability and because field measurements are expensive and time-consuming. Thus, the use of the Tank Model and also a moisture index derived from this model can be very useful in hydrological studies and in the management of natural disasters. In addition, the evaluation of this index in a distributed form in the river basin allows a more detailed analysis of the water content of the soil, considering its spatial variability. The objective of this study was to develop a distributed version of the Tank Model (D-Tank Model) to determine a soil moisture content (IUS), dividing the basin into cells with a resolution of 2 meters. The study area was the Araponga River basin (5.26 ha), located in the north of Santa Catarina, and with hydro-meteorological and tensiometric data available. In the study, data were used every 5 minutes of rainfall, evapotranspiration and flow, and soil water tension every 10 minutes, measured from March 2011 to December 2015. Initially the Tank Model was used, Aiming only at the rain-flow process of the basin for five short-duration events aiming at the calibration of the parameters, which were also used in the D-Tank Model cells. The validation of this transfer of parameters was done using the average of the parameters found in the calibration, applying it in two other short duration events. After validation, the water storage in the soil of each of the basin cells generated for the D-Tank Model was calculated. With the D-Tank Model, the IUS values were obtained, which were compared with the soil water tension values measured by the tensiometers. The individual storage values of the two reservoirs S1, and S2, were also compared with the water tension values. The comparison was made through the linear correlation coefficient, seeking negative correlations between the variables, which occurred in a satisfactory way, both between the IUS and the tension values, as well as the storage values of the reservoirs and the water tension values. The present work showed that IUS may be an applicable measure for soil moisture representation. / A umidade do solo pode ser um fator determinante nos processos hidrológicos. No entanto, o monitoramento do conteúdo de água no solo é difícil de ser realizado, devido à sua variabilidade espaço-temporal e porque as medições de campo são dispendiosas e demoradas. Assim, a utilização do Tank Model e também de um índice de umidade, derivado deste modelo, podem ser muito úteis nos estudos hidrológicos. Além disso, a avaliação desse índice de forma distribuída na bacia hidrográfica permite uma análise mais detalhada do conteúdo de água do solo, uma vez que considera a sua variabilidade espacial. O objetivo deste estudo foi desenvolver uma versão distribuída do Tank Model (D-Tank Model), para determinar um índice de umidade do solo (IUS), dividindo a bacia em células com resolução de 2 metros. A área de estudo foi a bacia hidrográfica do Rio Araponga (5,26 ha), localizada no norte de Santa Catarina, e com disponibilidade de dados hidro-meteorológicos e tensiométricos. No estudo foram utilizados dados a cada 5 minutos de precipitação, evapotranspiração e vazão, e de tensão de água no solo a cada 10 minutos, medidos no período de março de 2011 a dezembro de 2015. Inicialmente foi utilizado o Tank Model (concentrado), visando somente o processo chuva-vazão da bacia para cinco eventos de curta-duração visando a calibração dos parâmetros, que foram também utilizados nas células do D-Tank Model. A validação desta transferência de parâmetros se deu utilizando a média dos parâmetros encontrados na calibração, aplicando-a em outros dois eventos de curta duração. Após a validação, foi calculado o armazenamento de água no solo, de cada uma das células da bacia, geradas para o D-Tank Model. Com o D-Tank Model obteve-se os valores de IUS, que foram comparados com os valores de tensão da água no solo, medidos pelos tensiômetros. Os valores de armazenamento individuais dos dois reservatórios S1, e S2, também foram comparados com os valores de tensão. A comparação foi feita através do coeficiente de correlação linear, buscando correlações negativas entre as variáveis, o que ocorreu de forma satisfatória, tanto entre o IUS e os valores de tensão, como para os valores de armazenamento dos reservatórios e os valores de tensão da água no solo. O presente trabalho mostrou que o IUS pode ser uma medida aplicável para representação da umidade do solo.

objetivo geral deste trabalho foi compreender os principais mecanismos de geração de vazão na bacia do rio Araponga (ARA), uma pequena bacia experimental caracterizada por vegetação secundária de Floresta Ombrófila Mista, situada na região norte do estado de Santa Catarina. Para isso, foi instalado um sistema de monitoramento de precipitação externa e interna, escoamento de tronco, tensiometria, fluviometria e temperatura (da água do rio no exutório e do solo nas profundidades 20 e 45 cm) na ARA; e monitoramento de variáveis meteorológicas (incluindo temperatura atmosférica) na estação do rio Feio, a 3 km de distância da ARA. O monitoramento de tensão da água no solo foi feito em 3 encostas com características geomorfológicas distintas, em 3 posições em cada encosta e ao longo do perfil do solo (9 perfis de solo). Utilizou-se o modelo HYDRUS-2D para simular o fluxo de água e compreender a dinâmica da água nas 3 encostas. As séries temporais também foram analisadas na escala temporal de evento hidrológico, por meio da delimitação de 87 eventos hidrológicos no período (total de 1125 dias – de 15/10/2011 a 12/11/2014) Para cada evento hidrológico, considerou-se 3 períodos de análise: A – antes; E – durante; e D – depois do evento. O inverno foi a estação mais chuvosa, e outono e inverno as estações com maiores vazões de permanência. As simulações com o modelo HYDRUS-2D permitiram, por meio e análise qualitativa, identificar a tendência de saturar primeiro na interface entre as camadas de solo e apenas depois ocorrer o fluxo lateral. A relação entre as temperaturas atmosférica e da água do rio não segue o ajuste em forma de S, possivelmente pois a bacia está localizada em região de clima subtropical. O uso da temperatura como indicador do mecanismo de geração de vazão permitiu inferir que durante o inverno, o fluxo de água que chega no rio é proveniente da camada de solo próxima à profundidade de 45 cm, pois ocorre um aumento da temperatura da água do rio durante o evento hidrológico se aproximando mais da temperatura do solo na profundidade de 45 cm. Esta situação foi observada em detalhes no evento nº 50. / The objective of this work was to understand the main mechanisms of runoff generation in the Araponga river basin (ARA), a small experimental basin characterized by secondary vegetation of the Ombrophilous Mixed Forest, located in the northern region of the state of Santa Catarina, Brazil. The system of monitoring of rainfall, throughfall, stemflow, tensiometry, fluviometry, and temperature (of the river water in the outlet and the soil at depths 20 and 45 cm) were installed in the ARA; and monitoring of meteorological variables (including atmospheric temperature) at the Feio river station, 3 km away from the ARA. Soil water tension was monitored in 3 hillslopes with distinct geomorphological characteristics, in 3 positions on each slope and along the soil profile (9 soil profiles). The HYDRUS-2D model was used to simulate the water flow and to understand the soil water dynamics in the 3 hillslopes The time series were analyzed in the time scale of hydrological event, by means of the delimitation of 87 hydrological events in the period (total of 1125 days - from 15/oct/2011 to 12/nov/2014). For each hydrological event, 3 periods of analysis were considered: A - before; E - during; and D - after the event. Winter was the most rainy season, and autumn and winter were the seasons with higher flow rates. The simulations with the HYDRUS-2D model allowed to identify the tendency of the hillslopes to saturate first at the interface between the soil layers and only after lateral flow occurs. The relationship between atmospheric and river water temperatures does not follow the S-shaped adjustment, possibly because the basin is in a subtropical climate region. The use of temperature as an indicator of the runoff generation mechanism allowed to infer that during the winter, the flow of water arriving in the river comes from the soil layer close to the depth of 45 cm, as there is an increase in the water temperature of the river during the hydrological event approaching more of the soil temperature in the depth of 45 cm. This situation was observed in detail in event nº 50.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A Ãgua na bacia hidrogrÃfica està distribuÃda em diversos compartimentos importantes no que se refere à ecohidrologia. Muitos estudos em regiÃes semiÃridas apontam os reservatÃrios superficiais como principais compartimentos de Ãgua. Entretanto, a bacia hidrogrÃfica tem maior abrangÃncia que as bacias hidrÃulicas nela contida, e os recursos hÃdricos nos compartimentos distribuÃdos na bacia hidrogrÃfica (como no solo) devem ser analisados nÃo somente no que se refere aos usos ecolÃgicos, mas tambÃm como espaÃo de disponibilidade hÃdrica. Portanto, o objetivo do trabalho foi analisar, com base em medidas e modelagem, a dinÃmica da Ãgua nos solos de uma bacia semiÃrida de Caatinga preservada e seu impacto sobre a disponibilidade hÃdrica. Para isso foi medida, entre outros, a umidade do solo a cada hora, de 2003 a 2010 (2923 dias) na Bacia Experimental de Aiuaba (BEA, 12 kmÂ), totalmente preservada e com precipitaÃÃo mÃdia anual de 560 mm. O monitoramento foi realizado atravÃs de trÃs sensores TDR, um instalado em cada uma das trÃs associaÃÃes entre solo e vegetaÃÃo (SVA) identificadas na bacia. O mÃtodo de investigaÃÃo considerou seis etapas principais: i) determinaÃÃo da profundidade efetiva das raÃzes da Caatinga preservada; ii) calibraÃÃo dos sensores de umidade tipo TDR; iii) representaÃÃo espaÃo-temporal da umidade do solo em cada unidade de SVA; iv) anÃlise da disponibilidade hÃdrica do solo na zona das raÃzes; v) parametrizaÃÃo do modelo hidrolÃgico WASA-SED; e vi) parametrizaÃÃo do modelo hidrolÃgico DiCaSM. Os resultados obtidos nesta pesquisa indicam a importÃncia da abordagem da anÃlise temporal da umidade do solo e da disponibilidade hÃdrica do solo na zona das raÃzes para a manutenÃÃo do bioma Caatinga. Mais especificamente, foi observado que a profundidade efetiva do sistema radicular na BEA oscilou entre 70 e 80 cm nas regiÃes com solos profundos, porÃm, em regiÃes com solos rasos, observou-se que a profundidade efetiva das raÃzes adaptou-se Ãs restriÃÃes, ficando reduzida a menos de 40 cm. AlÃm disso, a anÃlise sazonal demonstrou que, na estaÃÃo de estio, as raÃzes tÃm comprimentos atà 11 cm menores, abrindo, portanto, poros secundÃrios que facilitarÃo a penetraÃÃo da Ãgua nas eventuais chuvas dos meses secos (junho a dezembro), assim como nas primeiras chuvas da estaÃÃo Ãmida. Nas duas SVAs cujos solos sÃo profundos e cuja vegetaÃÃo à densa, a Ãgua no solo encontra-se ânÃo-disponÃvelâ (isto Ã, abaixo do ponto de murcha permanente â WP) em quase nove meses ao ano (72% do tempo); e somente durante trÃs meses ao ano (25%) a Ãgua no solo encontra-se disponÃvel. Nos 3% restantes do ano (cerca de 10 dias) hà Ãgua gravitacional nessas SVAs. Na SVA cujo solo à raso e cuja vegetaÃÃo à esparsa, a dinÃmica da Ãgua no solo à diferente: o tempo em que hà Ãgua gravitacional, disponÃvel e nÃo disponÃvel à praticamente o mesmo (quatro meses ao ano). Isso se deve, entre outros, à baixa umidade do solo no ponto de murcha permanente do neossolo litÃlico; e à sua restrita espessura, gerando saturaÃÃo muito mais frequentemente que nos demais solos que â ao contrÃrio deste â dispÃem de drenagem profunda. A depleÃÃo da Ãgua no solo sob condiÃÃes de umidade abaixo do ponto de murcha foi outro resultado importante desta pesquisa. Nas duas associaÃÃes com solos profundos e vegetaÃÃo densa, observou-se â ao longo de todo o perÃodo investigado â decaimento contÃnuo da umidade atà que a mesma se aproximasse assintoticamente da umidade residual. AnÃlise mais detalhada demonstrou que a reduÃÃo da umidade do solo entre o WP e a umidade residual sempre obedecia ao decaimento exponencial. Na associaÃÃo com solo raso e vegetaÃÃo esparsa observou-se que a umidade nÃo caÃa para valores inferiores ao WP, mesmo sujeita ao mesmo rigor climÃtico das demais associaÃÃes. Considerando-se: (i) que em solo tÃo seco, a drenagem à improvÃvel; e (ii) que os processos associados de percolaÃÃo e evaporaÃÃo tampouco devam ser os responsÃveis pela retirada de Ãgua do solo (posto que o fenÃmeno nÃo se observa na SVA cujo solo à raso e, portanto, mais quente); levanta-se a hipÃtese que o secamento do solo nessas condiÃÃes deva ser causado por extraÃÃo de Ãgua pela vegetaÃÃo. Isso reforÃaria a tese de que a Caatinga dispÃe de adaptaÃÃo para sobreviver mesmo em condiÃÃes de estresse hÃdrico. Os modelos hidrolÃgicos WASA-SED e DiCaSM nÃo conseguiram representar adequadamente a dinÃmica temporal da Ãgua nos solos da BEA. No entanto, os modelos reproduziram satisfatoriamente as curvas de permanÃncia da umidade dos solos, permitindo representar a disponibilidade hÃdrica na zona das raÃzes para fins de planejamento. Por fim, logrou-se avaliar â quantitativa, espacial e temporalmente â a disponibilidade hÃdrica do solo. Esta à da mesma ordem de grandeza da disponibilidade de um reservatÃrio superficial Ãtimo. Em termos quantitativos, a disponibilidade no solo chega a ser quase cinco vezes superior à do reservatÃrio superficial, entretanto, a garantia associada da Ãgua superficial (90%) à bem superior à permanÃncia da Ãgua disponÃvel na BEA: apenas 28% nas Ãreas com solos profundos e 65% nas Ãreas com solos rasos. / Regarding ecohydrology, the catchment water is distributed over several important compartments. Many studies in semiarid re gions indicate the surface reservoirs as the main water compartments. However, the watershed has greater scope than the water reservoirs contained therein, and water resources in compartments distributed in the watershed (like in soil) should be analyzed not only with regard to ecological uses, but also as spaces of water availability. Therefore, the object ive of this work was to analyze, based on measurements and modeling, the water dynamics in th e soils of a semi-arid basin in preserved Caatinga, and its impact on water availability. Wit h this in mind, it was measured, among others, the soil moisture, every hour, from 2003 to 2010 (2923 days) in the Aiuaba Experimental Basin (AEB, 12 km Â), fully preserved and with average annual rainfall of 560 mm. Monitoring was carried out through three TDR se nsors, one installed in each of the three soil and vegetation associations (SVA) identified in the basin. The research method considered six main steps: i) assessment of the eff ective root depth of preserved Caatinga ii) calibration of humidity TDR sensors iii) space-time representation of soil moisture in each SVA unit iv) analysis of soil water availability in the root zone, v) parameterization of the WASA-SED hydrological model, and vi) parameterizati on of the DiCaSM hydrological model. The results of this research indicate the importance of addressing the temporal analysis of soil moisture and soil water availability in the root zone to maintain the Caatinga biome. More specifically, it was observed that the effecti ve depth of the root system on AEB ranged between 70 and 80 cm in areas with deep soils, but in areas with shallow soils, it was observed that the effective depth of the roots had adapted to the constraints, having been reduced to less than 40 cm. Furthermore, the season al analysis showed that in the dry season, the roots have lengths up to 11 cm smaller, openin g, therefore, secondary pores that facilitate the penetration of what little rain water falls in the dry months (June-December), as well as in the first rains of the wet season. In the two SVAs whose soils are deep and the vegetation is dense, the soil water is 'not available' (ie below the permanent wilting point - WP) during nearly nine months a year (72% of the time), and on ly during three months of the year (25% of the time) the soil water is available. In the re maining 3% of the year (about 10 days) there is gravitational water in these SVAs. In the SVAs whose soil is shallow and whose vegetation is sparse, the dynamics of soil water are different : the time when there is gravitational water, available and unavailable, is practically the same (four months a year). This is due to, among other things, the low soil moisture at the permanen t wilting point of the Udorthent, and to its limited thickness, generating saturation much more frequently than in others that - unlike this one - have deep drainage. The depletion of soil wat er under conditions of moisture below the wilting point was another important result of this research. In the two associations with deep soils and thick vegetation, it was observed â throu ghout the observation period â continuous fall of moisture level until it approached asymptot ically the residual moisture. More detailed analysis showed that the reduction of soil moisture between the WP and the residual moisture level always followed the exponential decay. It was observed, in the association of shallow soil and sparse vegetation, that the moisture did not fall to below the WP, even subjected to the same rigorous climate of the other associations . Considering: (i) that in such a dry soil, the drainage is unlikely, and (ii) that the associated processes of percolation and evaporation should not be responsible for the removal of soil w ater either (since the phenomenon is not observed in SVAs whose soil is shallow and therefor e warmer) , it is raised the hypothesis that the soil drying under these conditions must be caused by water extraction by vegetation. This would strengthen the argument that the Caating a has adapted to survive under water stress. The hydrological models WASA-SED and DiCaSM failed to adequately represent the temporal dynamics of soil water in the AEB. However , the models did satisfactorily reproduce the retention curves of soil moisture, al lowing the representation of the water availability in the root zone for planning purposes . Finally, we managed to evaluate - quantitatively, spatially and temporally â the soil water availability. This availability is of the same order of magnitude of the availability of an o ptimal surface reservoir. The availability in the soil, in quantitative terms, can be almost five times higher than that of the surface reservoir. However, the security associated with su rface water (90%) is much higher than the water permanence available in the AEB: just 28% in areas with deep soils and 65% in areas with shallow soils.