Na maior parte dos ecossistemas aquáticos a respiração excede a produção primária bruta autóctone, acarretando uma produção líquida de ecossistema negativa. Estudos recentes atribuem essa condição a processos de degradação de matéria orgânica alóctone, portanto o ciclo do carbono em corpos de água interiores deve estar pareado com o aporte de carbono orgânico originado na bacia hidrográfica. Este trabalho contribui para a melhor compreensão dos processos atuantes no ciclo de carbono em bacias hidrográficas, por meio de monitoramento de dados de campo, desenvolvimento e aplicação de modelagem matemática e simulação numérica. O estudo foi realizado utilizando dados de monitoramento na bacia hidrográfica do Rio Ijuí localizada no planalto meridional gaúcho. A exportação fluvial de carbono orgânico e inorgânico foi estimada a partir de dados de vazão e concentração. Um modelo baseado em processos para simulação da dinâmica de carbono, MGB-IPH-C, foi desenvolvido e acoplado ao modelo hidrológico MGB-IPH. O modelo hidrológico foi ajustado em diversos pontos de controle na bacia hidrográfica do Ijuí obtendo-se bons resultados, principalmente para as bacias de maior porte (>1000 km2). O modelo de carbono foi avaliado qualitativamente considerando a representação de processos conceituais e, quantitativamente, pela comparação das concentrações e fluxos simulados em relação aos obtidos pelos dados do monitoramento. Não foi possível identificar associações diretas entre as concentrações de carbono inorgânico ou orgânico e vazão, com base nos dados medidos em campo. As cargas médias de carbono nas bacias estudadas apresentaram valores abaixo da média global, na ordem de 25-40 kg.ha-1.ano-1 e 8-10 kg.ha-1.ano-1, para as frações inorgânica e orgânica, respectivamente. O MGB-IPH-C representou processos conceituais esperados, em especial, a acumulação no solo e o efeito da lavagem das águas sobre a concentração dos rios. Foi possível obter bons ajustes em escala anual para as cargas e concentrações médias de carbono na bacia de estudo. A simulação da dinâmica de carbono em ecossistemas aquáticos em pareamento com a bacia hidrográfica utilizando modelos conceituais determinísticos contribui para o entendimento dos processos operantes nesses sistemas e deve ser complementada por meio de análise de dados de monitoramento, em freqüência adequada à escala, com métodos empíricos. / In most aquatic ecosystems respiration exceeds autochtonous gross primary production leading to a negative net ecosystem production. Recent studies attributes this condition to allochtonous organic matter degradation processes, so the inland water carbon cycle should be linked to the input of organic carbon from the catchment. This work contributes to a better comprehension of processes operating in the carbon cycle in river basins, throughout development and application of mathematical modeling and numerical simulation. The study was conducted using data of the Ijuí river watershed, located in the Planalto Meridional Gaúcho. Fluvial exports of organic and inorganic carbon were estimated from data measured in field. A process-based model for carbon dynamics simulation, MGB-IPH-C, was developed and coupled to the hydrological model MGB-IPH. The hydrological model was calibrated to various control points in the Ijui river basin with good results, especially in larger subwatersheds (>1000 km2). The carbon model was evaluated considering the representation of carbon dynamics conceptual processes and by comparison of observed carbon concentrations and export rates obtained by simulation and monitoring data. The estimates of annual export of carbon in the study area were below the global average, in magnitude of 25-40 kg/ha.yr and 8-10 kg/ha.yr for inorganic and organic carbon, respectively. The proposed carbon model, MGB-IPH-C, was able to simulate expected conceptual processes, in particular, the build-up on soil and the effect of wash-off on carbon concentration in river reaches. It was possible to obtain good fits for annual average carbon fluvial export rates and concentrations. The simulation of carbon dynamics in inland waters coupled with the watershed using conceptual deterministic models contributes to the understanding of processes operating on these systems and may be complemented throughout analysis of field data, at frequency appropriated to the scale, with empirical methods.

Os efeitos das alterações de uso da terra na hidrologia das bacias hidrográficas têm sido, ao longo dos anos, amplamente discutidos para pequenas bacias experimentais. O uso de modelos hidrológicos para descrever esse tipo de processo tem se tornado promissor no que tange o estudo de grandes bacias. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é avaliar uma metodologia para analisar o impacto das mudanças de uso da terra sobre o regime hidrológico em bacias hidrográficas de grande escala. Este estudo foi realizado por meio de simulação. Para isso foi utilizado um modelo hidrológico distribuído de base física, o Modelo de Grandes Bacias (MGB-IPH). Para realizar simulações de impactos das mudanças de uso da terra, inicialmente avaliou-se a capacidade do modelo MGB-IPH de captar as alterações produzidas pelas mudanças de uso. A análise de sensibilidade mostrou que a vazão gerada na bacia é inversamente proporcional aos parâmetros de índice de área foliar (IAF) e de altura média da vegetação (h), uma vez que quanto maior o IAF, mais interceptação ocorrerá na bacia e, quanto maior o valor de h, mais facilidade haverá nas trocas aerodinâmicas, ambos favorecendo o processo de evaporação. Já em relação aos parâmetros albedo (a) e resistência superficial (rs), a vazão gerada é diretamente proporcional, pois quanto maior o a maior a energia refletida pela superfície e, consequentemente menos energia estará disponível para o processo de evaporação. Em relação à rs, o seu aumento implica em uma menor perda por transpiração, disponibilizando mais água para gerar escoamento. As simulações de análise de sensibilidade mostraram que o MGB-IPH reproduz, de forma coerente, o comportamento médio das bacias submetidas ao desmatamento em um grande número de estudos experimentais. Assim, avaliou-se os impactos das mudanças de uso da terra no regime hidrológico em bacias de grande escala através de um estudo de caso. Este estudo de caso foi realizado na Bacia Hidrográfica do Rio Paraná. Os resultados das simulações mostraram que o desmatamento possui forte influência sobre as variáveis hidrológicas, como interceptação, evapotranspiração e vazão. Devido ao desmatamento foram verificadas reduções na interceptação e na evapotranspiração ao longo dos anos. Em relação a vazão, verificou-se que as simulações foram capaz de captar a não estacionariedade existente nas vazões observadas. Além disso, foi possível verificar que a vegetação pode ser associada a 39% dos incrementos observados na vazão média de longo termo, quando comparados os períodos anterior e posterior a 1970 na Bacia Hidrográfica do Rio Paraná. Já as variações na precipitação são responsáveis por 61% dos impactos na vazão média. Em relação às vazões extremas foram verificados incrementos, sendo eles mais expressivos nas vazões mínimas do que nas vazões máxima. Assim, pode-se afirmar que a metodologia proposta é consistente com os efeitos observados na bacia e com os resultados de estudos experimentais realizados em diferentes regiões do mundo. / The effects of land use change on the hydrology of watersheds have been widely discussed during several years in small basins. The hydrological models have been promising for describe the effects of land use change in hydrology in large basins. Thus, the aim of this study was to evaluate a methodology to study the impact of land use changes on the hydrological processes in large basins. This study was conducted by hydrological simulation. For this, a physically based distributed hydrological model, Modelo de Grandes Bacias (MGB-IPH), was used. The ability of MGB-IPH model for study the effects of land-use change in hydrology processes was first analyzed. The results of sensibility analysis showed that the flow generated in the basin is inversely proportional to the parameters of leaf area index (LAI) and average vegetation height (h), since the higher the LAI more interception, and the higher the h easier will be the aerodynamic changes, both favoring the evaporation process . The flow is directly proportional to the parameters albedo (a) and surface resistance (rs), since the greater the a, more energy reflected by the surface, and consequently less energy is available for the evaporation process. The increasing in rs parameter implies a smaller loss by transpiration, and then more runoff is generated. The sensibility analysis showed that the MGB-IPH reproduces consistently, the average behavior of the basins subjected to deforestation on a large number of experimental studies. Thus, we evaluated the impacts of land use changes on the hydrological regime in large-scale basins by a case study. This case study was conducted in the Paraná River Basin. The simulation results showed that deforestation has a strong influence by hydrological variables, such as interception, evapotranspiration and flow. Due to deforestation were observed interception and evapotranspiration reduction over the years. It was found that the simulations were able to capture the non-stationarity in the observed streamflows. Furthermore, we found that 39% of the observed increase in average flow of long term is due to vegetation change, when comparing the periods before and after 1970 in the Paraná River Basin, while the 61% is due precipitation changes. Increments were observed in extreme flows. These increments were more evident at low flows than the maximum flow. Thus, it can be stated that the proposed methodology is consistent with the effects observed in the Rio Paraná basin and with the results of experimental studies conducted in different regions of the world.

Na maior parte dos ecossistemas aquáticos a respiração excede a produção primária bruta autóctone, acarretando uma produção líquida de ecossistema negativa. Estudos recentes atribuem essa condição a processos de degradação de matéria orgânica alóctone, portanto o ciclo do carbono em corpos de água interiores deve estar pareado com o aporte de carbono orgânico originado na bacia hidrográfica. Este trabalho contribui para a melhor compreensão dos processos atuantes no ciclo de carbono em bacias hidrográficas, por meio de monitoramento de dados de campo, desenvolvimento e aplicação de modelagem matemática e simulação numérica. O estudo foi realizado utilizando dados de monitoramento na bacia hidrográfica do Rio Ijuí localizada no planalto meridional gaúcho. A exportação fluvial de carbono orgânico e inorgânico foi estimada a partir de dados de vazão e concentração. Um modelo baseado em processos para simulação da dinâmica de carbono, MGB-IPH-C, foi desenvolvido e acoplado ao modelo hidrológico MGB-IPH. O modelo hidrológico foi ajustado em diversos pontos de controle na bacia hidrográfica do Ijuí obtendo-se bons resultados, principalmente para as bacias de maior porte (>1000 km2). O modelo de carbono foi avaliado qualitativamente considerando a representação de processos conceituais e, quantitativamente, pela comparação das concentrações e fluxos simulados em relação aos obtidos pelos dados do monitoramento. Não foi possível identificar associações diretas entre as concentrações de carbono inorgânico ou orgânico e vazão, com base nos dados medidos em campo. As cargas médias de carbono nas bacias estudadas apresentaram valores abaixo da média global, na ordem de 25-40 kg.ha-1.ano-1 e 8-10 kg.ha-1.ano-1, para as frações inorgânica e orgânica, respectivamente. O MGB-IPH-C representou processos conceituais esperados, em especial, a acumulação no solo e o efeito da lavagem das águas sobre a concentração dos rios. Foi possível obter bons ajustes em escala anual para as cargas e concentrações médias de carbono na bacia de estudo. A simulação da dinâmica de carbono em ecossistemas aquáticos em pareamento com a bacia hidrográfica utilizando modelos conceituais determinísticos contribui para o entendimento dos processos operantes nesses sistemas e deve ser complementada por meio de análise de dados de monitoramento, em freqüência adequada à escala, com métodos empíricos. / In most aquatic ecosystems respiration exceeds autochtonous gross primary production leading to a negative net ecosystem production. Recent studies attributes this condition to allochtonous organic matter degradation processes, so the inland water carbon cycle should be linked to the input of organic carbon from the catchment. This work contributes to a better comprehension of processes operating in the carbon cycle in river basins, throughout development and application of mathematical modeling and numerical simulation. The study was conducted using data of the Ijuí river watershed, located in the Planalto Meridional Gaúcho. Fluvial exports of organic and inorganic carbon were estimated from data measured in field. A process-based model for carbon dynamics simulation, MGB-IPH-C, was developed and coupled to the hydrological model MGB-IPH. The hydrological model was calibrated to various control points in the Ijui river basin with good results, especially in larger subwatersheds (>1000 km2). The carbon model was evaluated considering the representation of carbon dynamics conceptual processes and by comparison of observed carbon concentrations and export rates obtained by simulation and monitoring data. The estimates of annual export of carbon in the study area were below the global average, in magnitude of 25-40 kg/ha.yr and 8-10 kg/ha.yr for inorganic and organic carbon, respectively. The proposed carbon model, MGB-IPH-C, was able to simulate expected conceptual processes, in particular, the build-up on soil and the effect of wash-off on carbon concentration in river reaches. It was possible to obtain good fits for annual average carbon fluvial export rates and concentrations. The simulation of carbon dynamics in inland waters coupled with the watershed using conceptual deterministic models contributes to the understanding of processes operating on these systems and may be complemented throughout analysis of field data, at frequency appropriated to the scale, with empirical methods.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O amortecimento de ondas de cheias se constitui em uma caracterÃstica fundamental dos reservatÃrios superficiais, uma vez que tem impacto direto na prÃpria seguranÃa da barragem, afetando as outras funÃÃes do aÃude. Logo, se esta caracterÃstica nÃo for suficientemente eficiente para atenuar os picos de vazÃes afluentes, hà o sÃrio risco de ocorrÃncia de âgalgamentoâ; ou seja, a altura da lÃmina dâÃgua vertida supera o valor mÃximo admitido em projeto, levando a um possÃvel rompimento da estrutura da barragem. Muitos reservatÃrios superficiais encontram-se envelhecidos e fora das normas tÃcnicas atuais, sendo preocupante a situaÃÃo no Estado do CearÃ, no qual vÃrias barragens foram construÃdas hà mais de meio sÃculo. Tal fato à especialmente importante, dado que estes reservatÃrios desempenham mÃltiplas funÃÃes. Assim, para garantir que os padrÃes mÃnimos de seguranÃa das barragens brasileiras sejam atendidos, foi aprovada a Lei de Barragens em 2010. Esta lei surgiu como resposta, assim como em muitos paÃses, à ocorrÃncia de expressivos tipos de acidentes em barragens; entre eles, os decorrentes de âgalgamentoâ. Logo, para que o processo de amortecimento de ondas de cheias afluentes aos aÃudes do semiÃrido seja mais detalhado, foram realizadas simulaÃÃes hidrolÃgicas de vÃrios cenÃrios representativos de configuraÃÃes de reservatÃrios e de bacias hidrogrÃficas atravÃs da variaÃÃo dos parÃmetros originais de um reservatÃrio teste (AÃude JoÃo Guerra). Como resultado, determinou-se o impacto de cada parÃmetro fÃsico adimensional e de cada variÃvel no amortecimento. Estes parÃmetros foram agregados em um Ãnico Ãndice, em cuja funÃÃo foi proposto um mÃtodo grÃfico expedito fÃcil para estimar do amortecimento, segundo diversos valores de precipitaÃÃo. O presente estudo revelou ainda que o amortecimento decamilenar, a partir de uma dada fraÃÃo de chuva, pode ser aproximado pelo amortecimento milenar, e o mÃtodo à mais sensÃvel à variaÃÃo do fator de forma do reservatÃrio do que Ãs variaÃÃes das outras variÃveis. / Flood damping constitutes a fundamental characteristic of surface reservoirs, because it has direct impact on the safety of the dam itself, affecting other functions of the dam. So, if this feature is not efficient enough to attenuate the peak inflow, there is a serious risk of occurrence of "overtoppingâ; in other words, the height of the poured water exceeds the maximum value allowed in the project. Many surface reservoirs are getting old and out of the current technical standards, being worrying the situation in the State of CearÃ, in which several dams were built more than half a century ago. This fact is particularly important, given that these reservoirs play multiple roles. Thus, to ensure that brazilians damsâ minimum safety standards are met, The Dams Act was approved in 2010. This law appeared in response, as in many countries, to the occurrence of significant types of accidents, including the ones resulting from âovertoppingâ. Therefore, in order to more detail the process of flood damping in semiarid reservoirs, hydrological simulations were performed for several scenarios that represent settings of reservoirs and watersheds through the variation of the original parameters of a test reservoir (JoÃo Guerra Dam). As a result, it was determined the weight of each dimensionless physical parameter and each variable in the flood damping. These parameters were aggregated into a single index, in whose function it was proposed an easy expeditious graphical method in order to estimate the flood damping, according to different values of precipitation. This study also revealed that the decamillennial damping, from a given fraction of precipitation, can be approximated by the millennial damping, and the method is more sensitive to the variation of the form factor of the reservoir than to the variations of the other variables.

Na maior parte dos ecossistemas aquáticos a respiração excede a produção primária bruta autóctone, acarretando uma produção líquida de ecossistema negativa. Estudos recentes atribuem essa condição a processos de degradação de matéria orgânica alóctone, portanto o ciclo do carbono em corpos de água interiores deve estar pareado com o aporte de carbono orgânico originado na bacia hidrográfica. Este trabalho contribui para a melhor compreensão dos processos atuantes no ciclo de carbono em bacias hidrográficas, por meio de monitoramento de dados de campo, desenvolvimento e aplicação de modelagem matemática e simulação numérica. O estudo foi realizado utilizando dados de monitoramento na bacia hidrográfica do Rio Ijuí localizada no planalto meridional gaúcho. A exportação fluvial de carbono orgânico e inorgânico foi estimada a partir de dados de vazão e concentração. Um modelo baseado em processos para simulação da dinâmica de carbono, MGB-IPH-C, foi desenvolvido e acoplado ao modelo hidrológico MGB-IPH. O modelo hidrológico foi ajustado em diversos pontos de controle na bacia hidrográfica do Ijuí obtendo-se bons resultados, principalmente para as bacias de maior porte (>1000 km2). O modelo de carbono foi avaliado qualitativamente considerando a representação de processos conceituais e, quantitativamente, pela comparação das concentrações e fluxos simulados em relação aos obtidos pelos dados do monitoramento. Não foi possível identificar associações diretas entre as concentrações de carbono inorgânico ou orgânico e vazão, com base nos dados medidos em campo. As cargas médias de carbono nas bacias estudadas apresentaram valores abaixo da média global, na ordem de 25-40 kg.ha-1.ano-1 e 8-10 kg.ha-1.ano-1, para as frações inorgânica e orgânica, respectivamente. O MGB-IPH-C representou processos conceituais esperados, em especial, a acumulação no solo e o efeito da lavagem das águas sobre a concentração dos rios. Foi possível obter bons ajustes em escala anual para as cargas e concentrações médias de carbono na bacia de estudo. A simulação da dinâmica de carbono em ecossistemas aquáticos em pareamento com a bacia hidrográfica utilizando modelos conceituais determinísticos contribui para o entendimento dos processos operantes nesses sistemas e deve ser complementada por meio de análise de dados de monitoramento, em freqüência adequada à escala, com métodos empíricos. / In most aquatic ecosystems respiration exceeds autochtonous gross primary production leading to a negative net ecosystem production. Recent studies attributes this condition to allochtonous organic matter degradation processes, so the inland water carbon cycle should be linked to the input of organic carbon from the catchment. This work contributes to a better comprehension of processes operating in the carbon cycle in river basins, throughout development and application of mathematical modeling and numerical simulation. The study was conducted using data of the Ijuí river watershed, located in the Planalto Meridional Gaúcho. Fluvial exports of organic and inorganic carbon were estimated from data measured in field. A process-based model for carbon dynamics simulation, MGB-IPH-C, was developed and coupled to the hydrological model MGB-IPH. The hydrological model was calibrated to various control points in the Ijui river basin with good results, especially in larger subwatersheds (>1000 km2). The carbon model was evaluated considering the representation of carbon dynamics conceptual processes and by comparison of observed carbon concentrations and export rates obtained by simulation and monitoring data. The estimates of annual export of carbon in the study area were below the global average, in magnitude of 25-40 kg/ha.yr and 8-10 kg/ha.yr for inorganic and organic carbon, respectively. The proposed carbon model, MGB-IPH-C, was able to simulate expected conceptual processes, in particular, the build-up on soil and the effect of wash-off on carbon concentration in river reaches. It was possible to obtain good fits for annual average carbon fluvial export rates and concentrations. The simulation of carbon dynamics in inland waters coupled with the watershed using conceptual deterministic models contributes to the understanding of processes operating on these systems and may be complemented throughout analysis of field data, at frequency appropriated to the scale, with empirical methods.

Os efeitos das alterações de uso da terra na hidrologia das bacias hidrográficas têm sido, ao longo dos anos, amplamente discutidos para pequenas bacias experimentais. O uso de modelos hidrológicos para descrever esse tipo de processo tem se tornado promissor no que tange o estudo de grandes bacias. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é avaliar uma metodologia para analisar o impacto das mudanças de uso da terra sobre o regime hidrológico em bacias hidrográficas de grande escala. Este estudo foi realizado por meio de simulação. Para isso foi utilizado um modelo hidrológico distribuído de base física, o Modelo de Grandes Bacias (MGB-IPH). Para realizar simulações de impactos das mudanças de uso da terra, inicialmente avaliou-se a capacidade do modelo MGB-IPH de captar as alterações produzidas pelas mudanças de uso. A análise de sensibilidade mostrou que a vazão gerada na bacia é inversamente proporcional aos parâmetros de índice de área foliar (IAF) e de altura média da vegetação (h), uma vez que quanto maior o IAF, mais interceptação ocorrerá na bacia e, quanto maior o valor de h, mais facilidade haverá nas trocas aerodinâmicas, ambos favorecendo o processo de evaporação. Já em relação aos parâmetros albedo (a) e resistência superficial (rs), a vazão gerada é diretamente proporcional, pois quanto maior o a maior a energia refletida pela superfície e, consequentemente menos energia estará disponível para o processo de evaporação. Em relação à rs, o seu aumento implica em uma menor perda por transpiração, disponibilizando mais água para gerar escoamento. As simulações de análise de sensibilidade mostraram que o MGB-IPH reproduz, de forma coerente, o comportamento médio das bacias submetidas ao desmatamento em um grande número de estudos experimentais. Assim, avaliou-se os impactos das mudanças de uso da terra no regime hidrológico em bacias de grande escala através de um estudo de caso. Este estudo de caso foi realizado na Bacia Hidrográfica do Rio Paraná. Os resultados das simulações mostraram que o desmatamento possui forte influência sobre as variáveis hidrológicas, como interceptação, evapotranspiração e vazão. Devido ao desmatamento foram verificadas reduções na interceptação e na evapotranspiração ao longo dos anos. Em relação a vazão, verificou-se que as simulações foram capaz de captar a não estacionariedade existente nas vazões observadas. Além disso, foi possível verificar que a vegetação pode ser associada a 39% dos incrementos observados na vazão média de longo termo, quando comparados os períodos anterior e posterior a 1970 na Bacia Hidrográfica do Rio Paraná. Já as variações na precipitação são responsáveis por 61% dos impactos na vazão média. Em relação às vazões extremas foram verificados incrementos, sendo eles mais expressivos nas vazões mínimas do que nas vazões máxima. Assim, pode-se afirmar que a metodologia proposta é consistente com os efeitos observados na bacia e com os resultados de estudos experimentais realizados em diferentes regiões do mundo. / The effects of land use change on the hydrology of watersheds have been widely discussed during several years in small basins. The hydrological models have been promising for describe the effects of land use change in hydrology in large basins. Thus, the aim of this study was to evaluate a methodology to study the impact of land use changes on the hydrological processes in large basins. This study was conducted by hydrological simulation. For this, a physically based distributed hydrological model, Modelo de Grandes Bacias (MGB-IPH), was used. The ability of MGB-IPH model for study the effects of land-use change in hydrology processes was first analyzed. The results of sensibility analysis showed that the flow generated in the basin is inversely proportional to the parameters of leaf area index (LAI) and average vegetation height (h), since the higher the LAI more interception, and the higher the h easier will be the aerodynamic changes, both favoring the evaporation process . The flow is directly proportional to the parameters albedo (a) and surface resistance (rs), since the greater the a, more energy reflected by the surface, and consequently less energy is available for the evaporation process. The increasing in rs parameter implies a smaller loss by transpiration, and then more runoff is generated. The sensibility analysis showed that the MGB-IPH reproduces consistently, the average behavior of the basins subjected to deforestation on a large number of experimental studies. Thus, we evaluated the impacts of land use changes on the hydrological regime in large-scale basins by a case study. This case study was conducted in the Paraná River Basin. The simulation results showed that deforestation has a strong influence by hydrological variables, such as interception, evapotranspiration and flow. Due to deforestation were observed interception and evapotranspiration reduction over the years. It was found that the simulations were able to capture the non-stationarity in the observed streamflows. Furthermore, we found that 39% of the observed increase in average flow of long term is due to vegetation change, when comparing the periods before and after 1970 in the Paraná River Basin, while the 61% is due precipitation changes. Increments were observed in extreme flows. These increments were more evident at low flows than the maximum flow. Thus, it can be stated that the proposed methodology is consistent with the effects observed in the Rio Paraná basin and with the results of experimental studies conducted in different regions of the world.

Os efeitos das alterações de uso da terra na hidrologia das bacias hidrográficas têm sido, ao longo dos anos, amplamente discutidos para pequenas bacias experimentais. O uso de modelos hidrológicos para descrever esse tipo de processo tem se tornado promissor no que tange o estudo de grandes bacias. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é avaliar uma metodologia para analisar o impacto das mudanças de uso da terra sobre o regime hidrológico em bacias hidrográficas de grande escala. Este estudo foi realizado por meio de simulação. Para isso foi utilizado um modelo hidrológico distribuído de base física, o Modelo de Grandes Bacias (MGB-IPH). Para realizar simulações de impactos das mudanças de uso da terra, inicialmente avaliou-se a capacidade do modelo MGB-IPH de captar as alterações produzidas pelas mudanças de uso. A análise de sensibilidade mostrou que a vazão gerada na bacia é inversamente proporcional aos parâmetros de índice de área foliar (IAF) e de altura média da vegetação (h), uma vez que quanto maior o IAF, mais interceptação ocorrerá na bacia e, quanto maior o valor de h, mais facilidade haverá nas trocas aerodinâmicas, ambos favorecendo o processo de evaporação. Já em relação aos parâmetros albedo (a) e resistência superficial (rs), a vazão gerada é diretamente proporcional, pois quanto maior o a maior a energia refletida pela superfície e, consequentemente menos energia estará disponível para o processo de evaporação. Em relação à rs, o seu aumento implica em uma menor perda por transpiração, disponibilizando mais água para gerar escoamento. As simulações de análise de sensibilidade mostraram que o MGB-IPH reproduz, de forma coerente, o comportamento médio das bacias submetidas ao desmatamento em um grande número de estudos experimentais. Assim, avaliou-se os impactos das mudanças de uso da terra no regime hidrológico em bacias de grande escala através de um estudo de caso. Este estudo de caso foi realizado na Bacia Hidrográfica do Rio Paraná. Os resultados das simulações mostraram que o desmatamento possui forte influência sobre as variáveis hidrológicas, como interceptação, evapotranspiração e vazão. Devido ao desmatamento foram verificadas reduções na interceptação e na evapotranspiração ao longo dos anos. Em relação a vazão, verificou-se que as simulações foram capaz de captar a não estacionariedade existente nas vazões observadas. Além disso, foi possível verificar que a vegetação pode ser associada a 39% dos incrementos observados na vazão média de longo termo, quando comparados os períodos anterior e posterior a 1970 na Bacia Hidrográfica do Rio Paraná. Já as variações na precipitação são responsáveis por 61% dos impactos na vazão média. Em relação às vazões extremas foram verificados incrementos, sendo eles mais expressivos nas vazões mínimas do que nas vazões máxima. Assim, pode-se afirmar que a metodologia proposta é consistente com os efeitos observados na bacia e com os resultados de estudos experimentais realizados em diferentes regiões do mundo. / The effects of land use change on the hydrology of watersheds have been widely discussed during several years in small basins. The hydrological models have been promising for describe the effects of land use change in hydrology in large basins. Thus, the aim of this study was to evaluate a methodology to study the impact of land use changes on the hydrological processes in large basins. This study was conducted by hydrological simulation. For this, a physically based distributed hydrological model, Modelo de Grandes Bacias (MGB-IPH), was used. The ability of MGB-IPH model for study the effects of land-use change in hydrology processes was first analyzed. The results of sensibility analysis showed that the flow generated in the basin is inversely proportional to the parameters of leaf area index (LAI) and average vegetation height (h), since the higher the LAI more interception, and the higher the h easier will be the aerodynamic changes, both favoring the evaporation process . The flow is directly proportional to the parameters albedo (a) and surface resistance (rs), since the greater the a, more energy reflected by the surface, and consequently less energy is available for the evaporation process. The increasing in rs parameter implies a smaller loss by transpiration, and then more runoff is generated. The sensibility analysis showed that the MGB-IPH reproduces consistently, the average behavior of the basins subjected to deforestation on a large number of experimental studies. Thus, we evaluated the impacts of land use changes on the hydrological regime in large-scale basins by a case study. This case study was conducted in the Paraná River Basin. The simulation results showed that deforestation has a strong influence by hydrological variables, such as interception, evapotranspiration and flow. Due to deforestation were observed interception and evapotranspiration reduction over the years. It was found that the simulations were able to capture the non-stationarity in the observed streamflows. Furthermore, we found that 39% of the observed increase in average flow of long term is due to vegetation change, when comparing the periods before and after 1970 in the Paraná River Basin, while the 61% is due precipitation changes. Increments were observed in extreme flows. These increments were more evident at low flows than the maximum flow. Thus, it can be stated that the proposed methodology is consistent with the effects observed in the Rio Paraná basin and with the results of experimental studies conducted in different regions of the world.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-07-26T15:07:48Z No. of bitstreams: 1 PRISCILA BARROS RAMALHO ALVES-DISSERTAÇÃO (PPGECA) 2017.pdf: 16298693 bytes, checksum: 353f5c91fe6e788569d5b7cca8ad3d5a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-26T15:07:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PRISCILA BARROS RAMALHO ALVES-DISSERTAÇÃO (PPGECA) 2017.pdf: 16298693 bytes, checksum: 353f5c91fe6e788569d5b7cca8ad3d5a (MD5) Previous issue date: 2017-02-22 / Capes / O processo de ocupação e crescimento dos centros urbanos comumente se dá a partir de um planejamento urbano empírico, atendendo a interesses de pequenos grupos sociais, e desarticulado de outros fatores que compõem uma cidade, como a bacia hidrográfica na qual o município está inserido, o relevo, o regime de chuvas da região, que interferem no sistema de drenagem de águas pluviais e podem apresentar riscos às pessoas que residem em áreas ocupadas indevidamente. O aumento desordenado de áreas impermeáveis nos centros urbanas causa impactos ao meio ambiente e danos à população, como alagamentos e inundações, caso não seja feito através de um processo de planejamento. O maior número de espaços impermeáveis gera altos escoamentos superficiais e levam os sistemas de drenagem, muitas vezes inadequados, ao seu limite de funcionamento. Nesse sentido, o presente trabalho simulou a aplicação de medidas compensatórias sustentáveis de baixo impacto, coberturas verdes, pavimentos permeáveis e jardins de chuva, em duas microbacias do município de Campina Grande – PB, a fim de mitigar os problemas no sistema de drenagem urbana do município. O software de simulação hidrológica utilizado foi o SWMM – Storm Water Management Model, com o objetivo de analisar a redução do escoamento superficial em bacias com alto e médio risco a alagamentos e inundações. As medidas compensatórias de drenagem urbana foram aplicadas em dois cenários: de uso atual observado no momento da pesquisa e com a impermeabilização máxima prevista em legislação. Os resultados indicaram desempenho satisfatório na implementação de todas as medidas, com reduções de até 100% de escoamento, porém, a eficiência na redução do volume de escoamento gerado varia de acordo com as áreas e critérios de aplicação. O uso das medidas propostas não é capaz de minimizar todos os impactos hidrológicos do uso e ocupação urbana mal planejados, mas os resultados deste estudo sugerem que as infraestruturas sustentáveis devem ser discutidas como um novo método de controle de inundação urbana, juntamente com o manejo e controle do uso e ocupação do solo. Espera-se que estes resultados contribuam para estudos futuros, a fim de que a cidade de Campina Grande, bem como outras cidades com problemas semelhantes, alcance um nível eficiente e sustentável de prestação dos serviços de drenagem urbana. / The process of occupation and growth of urban centers is usually based on an empirical urban planning, considering the interests of small social groups, and disjointed from other factors that compose a city, such as the hydrographic basin in which the municipality is inserted, the relief, the region's rainfall regime, which interfere with the rainwater drainage system and may present risks to people residing in unduly occupied areas. The disorderly increase of impermeable areas in urban centers causes impacts to the environment and damage to the population, such as floods, if is not done through a planning process. The greater number of impermeable spaces generates high surface runoffs and lead to drainage systems, often inadequate, at their limits of operation. In this sense, the present work sought to apply sustainable low-impact compensatory measures, green roofs, permeable pavements and rain gardens, in two small basins of the city of Campina Grande - PB, in order to mitigate the problems in the urban drainage system of the municipality. The hydrological simulation software used was the SWMM - Storm Water Management Model, with the objective of analyzing the reduction of surface runoff in basins with high and medium risk to floods. The urban drainage compensatory measures were applied in two scenarios: current use observed at the time of the research and with the maximum waterproofing provided in legislation. The results showed a satisfactory performance, with, in some cases, 100% of flor reduction, in the implementation of all the measures, however, the efficiency in the reduction of the volume generated varies according to the areas and criterias` application. The use of the proposed measures is not capable of minimizing all hydrological impacts of urban use and occupation, but the results of this study suggest that sustainable infrastructures should be discussed as a new method of urban flood control, along with the management and control of land use and occupation. It is expected that these results will contribute to future studies, so that the city of Campina Grande, as well as other cities with similar problems, reach an efficient and sustainable level of urban drainage services.

Recentes catástrofes provocadas por eventos hidrológicos extremos ocorridos nas cidades brasileiras revelaram a fragilidade das atuais políticas empregadas no tratamento do problema das inundações. Freqüentemente, faltam recursos mesmo para as ações emergenciais, e as ações estruturais aplicadas muitas vezes consistem de medidas pontuais e paliativas que não promovem soluções definitivas no âmbito de bacia hidrográfica. O tratamento do problema de inundações de maneira orientada ao risco, em lugar da tradicional abordagem orientada a evento, é uma alternativa que propicia soluções mais eficientes e sustentáveis. A gestão do risco de desastres naturais compreende três níveis: antes, durante e após o evento extremo, com base em ações que visam à redução do risco por meio de suas três componentes: ameaça, vulnerabilidade e exposição. No contexto do desenvolvimento e fortalecimento econômico do Brasil, os seguros para desastres naturais têm papel importante como agentes de transferência do risco que possibilitam a recuperação econômica das áreas atingidas. Vencido o entrave inicial à implantação de seguros deste tipo no Brasil, que foi a abertura, em 2007, ao mercado ressegurador internacional, o desafio que se apresenta atualmente é o desenvolvimento de metodologias que possibilitem relacionar a magnitude do evento natural extremo com o prejuízo monetário correspondente e o prêmio de seguro que possibilite ressarcir as perdas contabilizadas, considerando cenários de longo prazo. O modelo de seguros proposto neste trabalho é baseado no princípio de seguro indexado, em que o pagamento de indenizações é vinculado a uma variável climática, no caso, a vazão máxima de cheia. Foram utilizadas ferramentas de modelagem e simulação hidráulico-hidrológica para gerar mapas de risco de inundação e quantificar os prejuízos correspondentes às cheias de diferentes probabilidades de ocorrência. Em seguida, foi simulado um modelo econômico de seguros para obter o prêmio ótimo capaz de ressarcir os prejuízos estimados, considerando diferentes cenários de longo prazo. Um estudo de caso ilustra a aplicação do método em uma bacia hidrográfica caracterizada por problemas recorrentes de inundação, dado o processo de expansão urbana que nela vem ocorrendo. Foram avaliadas faixas de cobertura em função dos períodos de retorno das cheias correspondentes. Os resultados mostraram que a metodologia é adequada à análise do comportamento do fundo de seguros. Resseguros podem ser requeridos para o tratamento de eventos de períodos de retorno muito extremos. / Recent disasters caused by extreme hydrological events, occurred in Brazilian cities, have exposed how fragile the current policies are to manage such situation. Often, a lack of resources is observed even for emergency actions, while structural actions commonly consist of palliative and punctual measures that do not promote real solutions considering the watershed sphere. To face the problem based on a risk-oriented approach instead of the traditional event-oriented approach represents an alternative that provides more efficient and sustainable solutions. Disaster risk management comprehends three time-oriented phases: before, during and after the extreme event, each phase focusing on the three risk\'s components: hazard, vulnerability and exposition. As Brazil\'s economy grows stronger and more stable, natural disaster insurance plays an important role as a risk transfer mechanism, promoting economic resilience in damaged areas. After the opening of the reinsurance\'s market in 2007, Brazil\'s challenge is to develop methodologies relating extreme events hazard with its corresponding damage and an insurance premium, in a way that the losses can be refunded in long term sceneries. The insurance model proposed in this work is based on the indexed insurance, where the refunds are linked to a weather variable - the maximum discharge. Hydrologic and hydraulic simulations were developed in order to generate risk maps and to quantify the damage related to floods with different return periods. Afterwards, a flood insurance model was simulated in order to obtain the optimal insurance premium sufficient to refund the expected damage for long term sceneries. A case study illustrates the method in a watershed where flood events are frequent due to urban occupation. The insurance coverage associated to each flood return period was examined and the results have shown that the methodology is suitable for the analysis of the flood insurance\'s behavior. Reinsurance may be required to deal with extreme events with high return periods.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-09-19T19:31:31Z No. of bitstreams: 1 EDIVALDO AFONSO DE OLIVEIRA SERRÃO – DISSERTAÇÃO (PPGMet) 2018.pdf: 5221512 bytes, checksum: 0bb1b4ee7c18b4cae80a1e0ca7a742f9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-19T19:31:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EDIVALDO AFONSO DE OLIVEIRA SERRÃO – DISSERTAÇÃO (PPGMet) 2018.pdf: 5221512 bytes, checksum: 0bb1b4ee7c18b4cae80a1e0ca7a742f9 (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / CNPq / A bacia amazônica representa a maior extensão de florestas tropicais da Terra, exercendo significativa influência no clima local e global devido aos fluxos de energia e água na atmosfera. Exerce um papel importante no sequestro de carbono, bem como na emissão de água para a atmosfera que é fundamental na manutenção da própria floresta. Vários modelos hidrológicos têm sido aplicados para os biomas do Brasil, desde bases conceituais até a inserção dos SIG’s desenvolvendo os modelos distribuídos de base física. Dentre estes, o Soil and Water Assessment Tool – SWAT é um modelo hidrológico para grandes bacias e foi desenvolvido para simular processos que ocorrem em uma bacia hidrográfica. O objetivo desse trabalho foi utilizar o modelo SWAT para simular a vazão fluvial, alguns processos hidrológicos e risco de erosão da bacia hidrográfica do rio Itacaiúnas, sudeste do Estado do Pará, bem como sua calibração e validação do modelo para a bacia de estudo. Para isto foram necessários dados de uso e ocupação do solo, tipos de solo, declividade. Bem como dados climáticos e fluviométricos de precipitação, temperatura, vento, umidade relativa, radiação solar e vazão fluvial. Os resultados demostraram que para a análise do risco de erosão para a bacia hidrográfica do rio Itacaiúnas foi constatado que ás áreas de maior risco para erosão, foram ás regiões de maior altitude com solos de fácil degradação e com uma dinâmica de uso de solo elevada, sendo estas na jusante da bacia e na porção sul do município de Marabá. Na validação da vazão obtida através do modelo SWAT, foi observado que todos os índices estatísticos aplicados mostraram que a vazão simulada tive um bom desempenho, em relação a vazão observada na estação fluviométrica da ANA. Foi validado ainda a evapotranspiração potencial simulada pelo SWAT, a partir de outros dois métodos, Linacre e Turc e observou-se que todos os índices estatísticos aplicados a evapotranspiração simulada com SWAT tive um bom desempenho em relação aos outros dois métodos de estimar evapotranspiração. Já na comparação dos métodos de Linacre teve um menor desempenho, em relação ao método de Turc, haja visto que na estimativa feita por Turc é levado em consideração radiação solar, o que torna o método mais robusto em relação a Linacre. Logo o modelo SWAT teve um bom desempenho em simular a vazão, evapotranspiração e outros processos hidrológicos para a bacia hidrográfica do rio Itacaiúnas e pode ser uma fundamental ferramenta no monitoramento hidrológico dessa bacia, além de auxiliar os tomadores de decisões em uma boa gestão dos seus recursos. / The Amazon basin represents the largest expanse of tropical rainforests on Earth, exerting significant influence on the local and global climate due to the energy and water fluxes in the atmosphere. It plays an important role in carbon sequestration as well as in the emission of water into the atmosphere that is essential in maintaining the forest itself. Several hydrological models have been applied to the biomes of Brazil, from conceptual bases to the insertion of the GIS, developing the distributed models of physical base. Among these, the Soil and Water Assessment Tool - SWAT is a hydrological model for large basins and was developed to simulate processes that occur in a watershed. The objective of this work was to use the SWAT model to simulate river flow, some hydrological processes and risk of erosion of the Itacaiúnas river basin, southeast of the State of Pará, as well as its calibration and validation of the model for the study basin. For this, data on land use and occupation, soil types and slope were required. As well as climatic and fluviometric data of precipitation, temperature, wind, relative humidity, solar radiation and river flow. The results showed that for the analysis of the erosion risk for the Itacaiúnas river basin, it was found that the areas with the highest risk for erosion were the highest altitude areas with easily degraded soils and a high soil use dynamics, being these downstream of the basin and in the southern portion of the municipality of Marabá. In the validation of the flow obtained through the SWAT model, it was observed that all the applied statistical indices showed that the simulated flow had a good performance, in relation to the flow observed in the fluviometric station of the ANA. It was also validated the potential evapotranspiration simulated by SWAT, from two other methods, Linacre and Turc, and it was observed that all the statistical indices applied to simulated evapotranspiration with SWAT performed well in relation to the other two methods of estimating evapotranspiration. In the comparison of the methods of Linacre had a lower performance, in relation to the method of Turc, since in the estimation made by Turc is taken into consideration solar radiation, which makes the method more robust in relation to Linacre. The SWAT model performed well in simulating flow, evapotranspiration and other hydrological processes for the Itacaiúnas river basin and can be a fundamental tool in the hydrological monitoring of this basin, besides helping decision-makers in a good way. management of its resources.