Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais da Universidade do Extremo Sul Catarinense-UNESC, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Ciências Ambientais. / Rain is one of the meteorological factors that have large spatial and temporal variation. Several outdoor activities are directly or indirectly affected by the precipitation absence or its excess. This study aimed to characterize the frequency and distribution of monthly and annual precipitation and the frequency of occurrence of dry and wet periods in the State of Santa Catarina. We used data of daily precipitation from the period between 1970-2012 of 92 rainfall stations distributed in the state of Santa Catarina, monitored by the National Water Agency (ANA). With the Kolmogorov-Smirnov test we evaluated the adhesions of the monthly gamma distribution and the total annual precipitation we evaluated the adhesion to normal and gamma distribution. To estimate the sequence of dry and wet days we used the geometric distribution, where the parameters were obtained from the transition matrices between wet and dry days according to Markov chains of first order and two states. The adopted criterion as dry day was a value of precipitation less than 1,0 mm. To evaluate the Geometric distribution adhesion to the observed sequences of dry and wet days we used the Kolmogorov-Smirnov test to the level of significance of 5%. Maps of analyzed variables were generated to represent the spatial and seasonal precipitation variation using ArcGIS software. Based on data we observed that Gamma distribution seemed adequate to estimate the probabilities of monthly rain and also to annual series, being that in 75% of the stations the obtained adjust with the gamma distribution was better than the normal distribution. The monthly maps of precipitation were determined with probabilities of 25%, 50% and 75%, in which we can observe the seasonal variation and also spatial variation of the precipitation in the state of Santa Catarina. From October to March the biggest monthly precipitations occur by the North and less by the South. From April to September it is observed a higher rainfall level in the Western Region of the state. The geometric distribution seemed adequate to estimate the sequences of dry and rainy days for all stations analyzed. The probability maps of occurrence of 3, 5 and 7 rainy days were determined as the probability of occurrence of 7, 10 e 15 consecutive dry days were so. / A chuva é um dos fatores meteorológicos que apresenta grande variação espacial e temporal. Diversos trabalhos ao ar livre são afetados de forma direta e indireta pela sua ausência ou excesso de precipitação. Este trabalho teve como objetivo caracterizar a frequência e distribuição da precipitação mensal e anual bem como a frequência de ocorrência de períodos secos e chuvosos no Estado de Santa Catarina. Foram utilizados os dados de precipitação diária do período de 1970 a 2012 de 92 estações pluviométricas distribuídas no estado de Santa Catarina, monitoradas pela Agência Nacional de Águas (ANA). Com o teste de Kolmogorov-Smirnov, foram avaliadas as aderências das distribuições mensais a distribuição gama e para as precipitações totais anuais avaliou-se a aderência para distribuição normal e gama. Para a estimativa da sequencia de dias secos e chuvosos foi usada a distribuição geométrica, em que os parâmetros foram obtidos das matrizes de transição entre dias secos e chuvosos segundo a cadeia de Markov de primeira ordem e dois estados. O critério adotado como dia seco foi valor de precipitação inferior a 1,0 mm. Para avaliar a aderência da distribuição Geométrica às sequencias observadas de dias secos e chuvosos foi utilizado o teste de Kolmogorov-Smirnov ao nível de significância de 5%. Para representar a variação espacial e sazonal da precipitação foram gerados mapas das variáveis analisadas usando o software ArcGIS. Com base nos dados, observou-se que a distribuição Gama se mostrou adequada para estimar as probabilidades de chuva mensal e também para as séries anuais, sendo que em 75% das estações o ajuste obtido com a distribuição gama foi melhor que a distribuição normal. Foram determinados os mapas mensais de precipitação com probabilidades de 25%, 50 e 75 %, em que se pode observar a variação sazonal e também espacial da precipitação no estado de Santa Catarina. Nos meses de outubro a março as maiores precipitações mensais ocorrem na região do litoral norte e menor no litoral sul. Nos meses de abril a setembro observa-se maiores precipitações na região oeste do estado. A distribuição geométrica se mostrou adequada para estimativa das sequencias de dias secos e chuvosos para todas estações analisadas. Foram determinados os mapas de probabilidade de ocorrência de 3, 5 e 7 dias chuvosos consecutivos e também a probabilidade de ocorrência de 7, 10 e 15 dias secos consecutivos.

The search for information and technology that can contribute for an adequate management of soil and water utilization has been in an increasing need, as their conservation is of great matter for a sustainable agriculture. The goal of the present work was determining and modelling the water losses through surface runoff, of a soil with different levels of crop residue and declivity, using simulated rainfall. The work was conducted inside an area for experiments of the Departamento de Engenharia Rural da UFSM, in four locations, which had slope of zero, 2.5, 5 e 8%, respectively. The design of the experiment was completely randomized, with three levels of crop residue of oat in the surface (0, 2.5 e 5 Mg ha-1) in three replicates. The parcels of the experiment of 0.5 m2 were delimited using galvanized metal sheets implanted in the soil with a gutter at the bottom, to collect the water of the surface runoff (measuring in 5 minutes intervals). The rainfall intensities of 30, 80 and 120 mm h-1 were applied using a rainfall simulator of multiple and oscillating nozzles, doing two simulations (Rainfall 1 and 2, applied alternately each day) in each slope for each intensity. For each simulated rainfall it was determined the starting time and the runoff rate, besides rain (amount, duration and intensity), initial humidity and soil saturation. For estimating the surface runoff, it was used the modified Smith model. The model parameters were adjusted through multivariate equations. In the Rainfall 1, with intensity of 30 mm h-1 there was no runoff for the zero slope, and for the remaining slopes, the runoff represented 1.0, 8.8 e 11.5% of the amount of rain applied. In the rainfalls with intensity of 80 and 120 mm h-1, the water losses through surface runoff represented about 59 and 53% of the amount of rain applied, respectively. In Rainfall 2, the water losses through surface runoff represented 33, 45 e 73%, of the amount applied, respectively, for the intensities of 30, 80 and 120 mm h-1. The presence of crop residue delays the start of surface runoff and reduces the surface runoff rate, for different rain intensities (30, 80 e 120 mm h-1) and slope steepness (zero, 2.5, 5 and 8%). The multivariate equations generated from the rain characteristics and soil humidity showed good precision in estimating the surface runoff rate and the starting time of the runoff. / A conservação da água e do solo constitui um aspecto de grande relevância para uma produção agrícola mais sustentável, assim, a busca de tecnologias e informações que contribuam para um adequado manejo do solo e o uso da água se faz cada vez mais necessária. O objetivo desse trabalho foi determinar e modelar as perdas de água por escoamento superficial, de um solo com diferentes níveis de resíduos vegetais na superfície e declividades do terreno, a partir de chuvas simuladas. O trabalho foi desenvolvido em área experimental do Departamento de Engenharia Rural da UFSM, em quatro locais, os quais possuíam declividades de zero, 2,5, 5 e 8%, respectivamente. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado, com três níveis de resíduos vegetais de aveia na superfície do solo (0, 2,5 e 5 Mg ha-1) em três repetições. As parcelas experimentais de 0,5m2 foram delimitadas por chapas metálicas galvanizadas cravadas no solo contendo na parte inferior uma calha coletora, para coletar a água do escoamento superficial (mensurado em intervalos de cinco minutos). A intensidade de precipitação de 30, 80 e 120 mm h-1 foram aplicadas utilizando um simulador de chuvas de bicos múltiplos e oscilantes, fazendo duas simulações (chuva 1 e 2, aplicados alternadamente, a cada dia) em cada declividade para cada intensidade. . Em cada intensidade de chuva simulada simulação foi determinado o tempo de início e a taxa de escoamento superficial, além da chuva (quantidade, duração e intensidade), umidade inicial e de saturação do solo. Utilizou-se o modelo modificado de Smith para estimativa do escoamento superficial. Os parâmetros do modelo foram ajustados através de equações multivariadas. Na chuva 1, intensidade de 30 mm h-1 não houve escoamento superficial na declividade zero, nas demais declividades, o escoamento superficial representou 1,0, 8,8 e 11,5%, da quantidade de chuva aplicada. Nas chuvas de intensidades de 80 e 120 mm h-1, as perdas de água por escoamento superficial representaram em média 59 e 53% da quantidade de chuva aplicada, respectivamente. Na chuva 2, as perdas de água por escoamento superficial representaram 33, 45 e 73%, da quantidade aplicada, respectivamente, para as intensidades de 30, 80 e 120 mm h-1. A presença de resíduo vegetal na superfície retarda o início do escoamento superficial e reduz a taxa de escoamento superficial constante, para diferentes intensidades de chuva (30, 80 e 120 mm h-1) e declividades do terreno (zero, 2,5, 5 e 8%). As equações multivariadas geradas a partir das características da chuva e do teor de umidade no solo apresentaram boa precisão na estimativa da taxa de escoamento superficial constante e o tempo de início do escoamento superficial.

Cada vez são mais comuns problemas relacionados a movimentos de massa nas encostas de clima tropical no Estado do Rio de Janeiro, especialmente na Serra do Mar, provocados por acumulados pluviométricos intensos. A ocupação humana desordenada de áreas sensíveis a tais processos geomorfológicos, bem como as condicionantes geológicas, geomorfológicas, pedológicas e de uso e cobertura do solo são apontadas como fatores cruciais na explicação desses processos. O maior conhecimento da dinâmica pluviométrica bem como suas interações com tais aspectos físicos ligados ao relevo parece ser a chave dessa maior compreensão desses fenômenos. Assim foram realizadas pesquisas relacionadas aos volumes e intensidades das chuvas na região do Alto Curso do Rio São João, bem como uma análise dos movimentos de massa identificados através de imagens de satélite e in loco, como forma de fornecer subsídios à melhor gestão do espaço dessas regiões montanhosa estão vulneráveis a movimentos de massa. A correlação entre os acumulados e a intensidade pluviométrica com fenômenos climáticos de escala global, como El Niño e La Niña também foi contemplada nessa pesquisa, mostrando uma relação mais alta com relação à intensidade da chuva mensal para anos de El Niño e para anos de La Niña uma reduzida ocorrência dessas intensidades pluviométricas. Os estudos revelaram que os tipos de solos e sua cobertura e uso têm uma grande influência na deflagração de movimentos de massa. Foram observados um número reduzido de movimentos de massa em áreas naturais e uma maior proporção desses movimentos em áreas utilizadas para a atividade da pecuária na região. Grande parte dos movimentos de massa ocorreram em áreas de Cambissolos (áreas mais elevadas) e Latossolos (áreas de encostas em menores altitudes). Ambos os solos são mais espessos do que os encontrados em áreas mais declivosas, apresentando maior acúmulo de materiais a serem mobilizados durante grandes acumulados pluviométricos, gerando movimentos de massa. A análise mostrou também que áreas mais chuvosas e com maior ocorrência de acumulados pluviométricos extremos, acima de 100 mm/dia e acima de 30mm/mês concentraram um número maior de movimentos de massa, como a região mais próxima da estação de Quartéis (porção leste). Por outro lado áreas bastante elevadas, com altas declividades, porém com predomínio de Mata Atlântica e áreas com solos menos espessos, como os Neossolos Litólicos, se mostraram com um número reduzido desses processos. Enfim esse estudo mostrou a necessidade de se gerir melhor os espaços dessas áreas sensíveis sob o ponto de vista geomorfológico, até por que são áreas na periferia de regiões densamente habitadas e cujas demandas tendem a se tornar cada vez mais marcantes, o que pode gerar problemas locais, atingindo sua população e economia, com sérias conseqüências para o ambiente. / Are increasingly common problems related to mass movements on the slopes of tropical climate in the State of Rio de Janeiro, especially in the Serra do Mar, caused by intense rainfall accumulated. The disorganized human occupation of sensitive areas such geomorphological processes and the geological conditions, geomorphology, soil and use and land cover are cited as crucial factors in explaining these processes. The understanding of rainfall dynamics as well as their interactions with such physical aspects related to the relief seems to be the key to this greater understanding of these phenomena. So were performed research related to volume and intensity of rainfall in the Upper St. John River Course, as well as an analysis of mass movements identified through satellite imagery and on-site as a way to provide subsidies to better management of these space mountainous regions as vulnerable to mass movements. The correlation between rainfall intensity and accumulated with global-scale climatic phenomena like El Niño and La Niña was also considered in this study, showing a higher ratio with respect to the intensity of monthly rainfall for El Niño years and La Niña years a reduced occurrence of rainfall intensities. Studies have shown that the types of soils and their cover and land use have a great influence on outbreaks of mass movements. We observed a small number of mass movements in natural areas and a higher proportion of these movements in areas used for livestock activity in the region. Most mass movements occurred in areas of Cambisols (higher areas) and Oxisols (slopes in areas of lower altitudes). Both soils are thicker than those found in hilly areas, with higher accumulation of materials to be deployed during large accumulated rainfall, generating mass movements. The analysis also showed that areas with increased wet and accumulated occurrence of precipitation extreme excess of 100 mm/day and above 30mm/month concentrated a larger number of mass movements, as the region closest to the station Quartéis (East portion).On the other hand very high areas with steep slopes, but with a predominance of Atlantic Forest and areas with thinner soils, such as Entisols, were with a small number of these processes. Finally this study showed the need to better manage these areas, sensitive areas under the geomorphological point of view, even for areas that are on the outskirts of densely populated and whose demands tend to become increasingly salient, which can cause problems locations, reaching its population and economy, with serious consequences for the environment

The rainfall specifics characteristics vary from one region to another. The knowledge of the rainfall potential to cause erosion is necessary to plan agricultural and civil engineering activities. For Quarai and Rio Grande (RS, Brazil), were determined the rainfall erosivity and its relationship with precipitation and rainfall coefficient, rainfall patterns and rainfall return period. Were used rainfall data charts of 38 years of Quarai (1966-2003) and 23 years of Rio Grande (1957, 1959-1978 e 1980-1981). For each erosive rainfall were separated the segments of the rainfall chart with the same intensity and the data registered in worksheet. With the software Chuveros were estimated the mean monthly and annual rainfall erosivity, the EI30 index in the International System of Units and the rainfall patterns. The mean monthly values of precipitation and erosivity index were expressed as percentages of the mean annual values of precipitation and erosivity index, respectively, to obtain the curve of accumulated distribution of precipitation and erosivity index in function of time. The rainfall coefficient (Rc) was calculated. Were performed Pearson correlations and linear regressions between the erosivity index EI30 and the mean annual values of precipitation and rainfall coefficient.. The rainfall return period were calculated for 2, 5, 10, 20, 50 e 100 years. The mean annual values of EI30 for Quarai and Rio Grande were 9292.1 e 5135.0 MJ mm ha-1 h-1 ano-1, respectively. Were obtained the equations EI30 = -754.37 + 13.50 p (r2 = 0.85) e EI30 = - 47.35 + 82.72 Rc (r2 = 0.84) for Quarai. For Rio Grande the equations were not significant. In relation to the total of the rainfalls studied for each place, 44.3% of the number and 90.4% of the volume were erosive in Quarai, and 32.6% of the number and 99.3% of the volume were erosive in Rio Grande. The method of extreme distribution type I was adequate for obtaining the curves of intensity-duration-frequency. The rainfall return periods may be calculated by the equations using the values of the parameters found, or by the figures of intensity-durationfrequency. / As características específicas das chuvas variam de uma região a outra. O conhecimento da potencialidade das chuvas em causar erosão é necessário para planejar atividades agrícolas e de engenharia civil. Para as localidades de Quarai e Rio Grande (RS), foram determinados a erosividade da chuva e a relação com a precipitação e o coeficiente de chuva, os padrões da chuva e o período de retorno da chuva. Utilizaram-se dados pluviográficos de 38 anos de Quarai (1966-2003) e 23 anos de Rio Grande (1957, 1959-1978 e 1980-1981). Para cada chuva erosiva foram separados os segmentos do pluviograma com a mesma intensidade e registrados os dados em planilha. Com o programa Chuveros foram calculadas a erosividade mensal, anual e média das chuvas pelo índice EI30 no Sistema Internacional de Unidades e os padrões de chuva. Os valores médios mensais da precipitação e do índice de erosividade foram expressos como percentagens do valor médio anual da precipitação e do índice de erosividade respectivamente, para obter a curva de distribuição acumulada da precipitação e do índice de erosividade em função do tempo. O coeficiente de chuva (Rc) foi calculado. Foram realizadas correlações de Pearson e regressões lineares simples entre o índice de erosividade EI30 e os valores médios anuais de precipitação e de coeficiente de chuva. O período de retorno foi calculado para 2, 5, 10, 20, 50 e 100 anos. Os valores médios anuais de EI30 para Quarai e Rio Grande foram 9292,1 e 5135,0 MJ mm ha-1 h-1 ano-1, respectivamente. Para Quarai, obtiveram-se as equações EI30 = -754,37 + 13,50 p (r2 = 0,85) e EI30 = -47,35 + 82,72 Rc (r2 = 0,84). Para Rio Grande as equações não foram significativas. Em relação ao total das chuvas estudadas em cada localidade, 44,3% do número e 90,4% do volume foram erosivas em Quarai, e 32,6% do número e 99,3% do volume foram erosivas em Rio Grande. O método da distribuição extrema tipo I foi adequado para obter as curvas de intensidade duração-freqüência. Os períodos de retorno da chuva podem ser calculados através das equações utilizando os valores dos parâmetros achados, ou pelos gráficos das curvas de intensidade-duração-freqüência.

Cada vez são mais comuns problemas relacionados a movimentos de massa nas encostas de clima tropical no Estado do Rio de Janeiro, especialmente na Serra do Mar, provocados por acumulados pluviométricos intensos. A ocupação humana desordenada de áreas sensíveis a tais processos geomorfológicos, bem como as condicionantes geológicas, geomorfológicas, pedológicas e de uso e cobertura do solo são apontadas como fatores cruciais na explicação desses processos. O maior conhecimento da dinâmica pluviométrica bem como suas interações com tais aspectos físicos ligados ao relevo parece ser a chave dessa maior compreensão desses fenômenos. Assim foram realizadas pesquisas relacionadas aos volumes e intensidades das chuvas na região do Alto Curso do Rio São João, bem como uma análise dos movimentos de massa identificados através de imagens de satélite e in loco, como forma de fornecer subsídios à melhor gestão do espaço dessas regiões montanhosa estão vulneráveis a movimentos de massa. A correlação entre os acumulados e a intensidade pluviométrica com fenômenos climáticos de escala global, como El Niño e La Niña também foi contemplada nessa pesquisa, mostrando uma relação mais alta com relação à intensidade da chuva mensal para anos de El Niño e para anos de La Niña uma reduzida ocorrência dessas intensidades pluviométricas. Os estudos revelaram que os tipos de solos e sua cobertura e uso têm uma grande influência na deflagração de movimentos de massa. Foram observados um número reduzido de movimentos de massa em áreas naturais e uma maior proporção desses movimentos em áreas utilizadas para a atividade da pecuária na região. Grande parte dos movimentos de massa ocorreram em áreas de Cambissolos (áreas mais elevadas) e Latossolos (áreas de encostas em menores altitudes). Ambos os solos são mais espessos do que os encontrados em áreas mais declivosas, apresentando maior acúmulo de materiais a serem mobilizados durante grandes acumulados pluviométricos, gerando movimentos de massa. A análise mostrou também que áreas mais chuvosas e com maior ocorrência de acumulados pluviométricos extremos, acima de 100 mm/dia e acima de 30mm/mês concentraram um número maior de movimentos de massa, como a região mais próxima da estação de Quartéis (porção leste). Por outro lado áreas bastante elevadas, com altas declividades, porém com predomínio de Mata Atlântica e áreas com solos menos espessos, como os Neossolos Litólicos, se mostraram com um número reduzido desses processos. Enfim esse estudo mostrou a necessidade de se gerir melhor os espaços dessas áreas sensíveis sob o ponto de vista geomorfológico, até por que são áreas na periferia de regiões densamente habitadas e cujas demandas tendem a se tornar cada vez mais marcantes, o que pode gerar problemas locais, atingindo sua população e economia, com sérias conseqüências para o ambiente. / Are increasingly common problems related to mass movements on the slopes of tropical climate in the State of Rio de Janeiro, especially in the Serra do Mar, caused by intense rainfall accumulated. The disorganized human occupation of sensitive areas such geomorphological processes and the geological conditions, geomorphology, soil and use and land cover are cited as crucial factors in explaining these processes. The understanding of rainfall dynamics as well as their interactions with such physical aspects related to the relief seems to be the key to this greater understanding of these phenomena. So were performed research related to volume and intensity of rainfall in the Upper St. John River Course, as well as an analysis of mass movements identified through satellite imagery and on-site as a way to provide subsidies to better management of these space mountainous regions as vulnerable to mass movements. The correlation between rainfall intensity and accumulated with global-scale climatic phenomena like El Niño and La Niña was also considered in this study, showing a higher ratio with respect to the intensity of monthly rainfall for El Niño years and La Niña years a reduced occurrence of rainfall intensities. Studies have shown that the types of soils and their cover and land use have a great influence on outbreaks of mass movements. We observed a small number of mass movements in natural areas and a higher proportion of these movements in areas used for livestock activity in the region. Most mass movements occurred in areas of Cambisols (higher areas) and Oxisols (slopes in areas of lower altitudes). Both soils are thicker than those found in hilly areas, with higher accumulation of materials to be deployed during large accumulated rainfall, generating mass movements. The analysis also showed that areas with increased wet and accumulated occurrence of precipitation extreme excess of 100 mm/day and above 30mm/month concentrated a larger number of mass movements, as the region closest to the station Quartéis (East portion).On the other hand very high areas with steep slopes, but with a predominance of Atlantic Forest and areas with thinner soils, such as Entisols, were with a small number of these processes. Finally this study showed the need to better manage these areas, sensitive areas under the geomorphological point of view, even for areas that are on the outskirts of densely populated and whose demands tend to become increasingly salient, which can cause problems locations, reaching its population and economy, with serious consequences for the environment