In areas of native forests, interception of rain precipitation trhough the vegetation is an important variable of the water balance. This research analyzed the interception process in two areas of deciduous forest at Santa Maria RS; along river Vacacaí Mirim. The variables monitored from March / 2013 to March / 2014 were: incident precipitation, stemflow and throughfall. The incident precipitation was monitored by a rain gauge type vats-tipper and a rain gauge, and also checked by INMET. The internal precipitation was monitored in both areas (I and II), with dimensions of 12 m x 50 m and 13 m x 45 m respectively. The stakes were installed at 40 or 60 cm of height. In both areas 101 stakes were allocated for disposal of 40 interceptômetros. Tere were 20 of these remained fixed and 20 were rotated. The stemflow was determined by monitoring the flow in three trees chosen within each area and the interception was calculated as the difference between precipitation and the sum of throughfall and stemflow. The highest interception was found in the area I. The stemflow in area II was lower as reported by other authors, showing that this variable can not be ruled of interception study. The internal precipitation variation ranges and interception were similar to those reported in other studies. The average of rainfall for the internal fixed and mobile interceptômetros was not significant. The interception in the experimental area I was 46.63% of the incident rainfall and the experimental area II was 43.93% of the incident rainfall. The results showed that the interception is a key component of the hydrological cycle and generally underestimated by hydrological models. The research concludes that the study of interception in soils with forest cover is essential for determining the water balance of an area. / Em regiões de floretas nativas a interceptação da precipitação pela vegetação é um importante variável no balanço hídrico. Esta pesquisa analisou o processo de interceptação em duas áreas de floresta estacional decidual, na região de Santa Maria - RS, na cabeceira da bacia do Rio Vacacaí Mirim. As variáveis monitoradas no período de março/2013 a março/2014 foram: precipitação incidente, escoamento pelo tronco e precipitação interna. A precipitação incidente foi monitorada por um pluviógrafo tipo cubas-basculantes e por um pluviômetro. A precipitação interna foi monitorada nas duas áreas (I e II), com dimensões de 12 m x 50 m e 13 m x 45 m, respectivamente. As estacas foram instaladas a 40 ou 60 cm do solo. Nas duas áreas foram alocadas 101 estacas para disposição de 40 interceptômetros, sendo que 20 permaneceram fixos e 20 foram rotacionados. O escoamento pelo tronco foi determinado por meio de monitoramento do escoamento em três árvores escolhidas dentro de cada área e a interceptação foi calculada pela diferença entre precipitação e a soma da precipitação interna e o escoamento pelo tronco. O maior valor de interceptação foi verificado na área I. O escoamento pelo tronco na área II foi inferior aos valores verificados por outros autores, revelando que essa variável não pode ser descartada o estudo da interceptação. Já as faixas de variação de precipitação interna e da interceptação ficaram próximas àquelas registradas em outros estudos. As médias da precipitação interna por interceptômetros fixos e móveis não foi significativa. A interceptação na área experimental I foi 46,63% da precipitação incidente e na área experimental II foi 43,93% da precipitação incidente. Os resultados mostraram que a interceptação é um componente fundamental do ciclo hidrológico e, em geral, subestimada pelos modelos hidrológicos. A pesquisa conclui que o estudo da interceptação em solos com cobertura florestal é fundamental para a determinação do balanço hídrico de determinada área.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / ABSTRACT: In regions of natural or planted forests, rainfall interception by vegetation can be an important variable in the hydrological cycle and should not be neglected. This research analyzes the process of interception in different forest types (native and planted) in the region of Santa Maria - RS, at the head of Vacacaí Mirim. The variables Rainfall (R), stemflow (Sf), and throughfall (Tf) were monitored in the period from Dec/09 to Fev/11. Rainfall was monitored in two tipping bucket rain gauges and meteorological station installed in the subbasin on July 14th, 2010. Throughfall was monitored in three plots (areas I, II and III) with dimensions of 12 m x 50 m, 21 m x 12 m and 10 m x 20 m, respectively. The sampling points were installed 40 or 60 cm from the ground and spaced 1 m in straight line. In area I (native forest), 101 stakes were allocated to 40 instruments; where 20 collectors remained in fixed locations and 20 were rotated randomly. In the areas II (native forest) and III (eucalyptus) 60 sampling points were allocated to 20 collectors; at each new collection they were placed one sampling point ahead the former. Stemflow was based on values suggested in literature and by monitoring the flow in three selected trees within each plot, and the interception was calculated as the difference between precipitation and the sum of throughfall and stemflow. The results showed that interception is a key component of the hydrological cycle and, in general, underestimated by the hydrological models.The highest interception value was checked for native forest and the largest stemflow for eucalyptus. The stemflow was higher than the values observed by other authors, revealing that this variable cannot be ruled out in the study of interception. On the other hand, the ranges of variation of throughfall and interception were close to those reported in other studies. The results seem also to suggest that the depth parameter adopted for the calculation of interception using the leaf area index is underestimated and should be 0.4. Statistical analysis of the number of collectors used and necessary to ensure error of 5 mm of throughfall in relation to its average and 90% of confidence, showed that for vegetation such as Eucalyptus, the use of 20 rotating collectors were sufficient in 95.45% of the collections; which may be a reference to works in which there is a pattern of similarity of species. For native forest we observed that when the vegetation has a low density and the similar pattern of canopy, stem diameter and height, the use of 20 rotating collectors would be enough to ensure statistical requirements set out in 71.43% of the samples monitored. When the native vegetation is dense, with standard range of height, stem diameter and crown area, we observed the need for a higher number of collectors equipment of throughfall. The use of 40 collectors (20 fixed and 20 rotational) assured that the statistical requirements stipulated were guaranteed in 60.98% of the samples monitored. / RESUMO: Nas regiões de floretas naturais ou plantadas, a interceptação da precipitação pela vegetação pode ser uma importante variável do ciclo hidrológico, não devendo ser negligenciada. Esta pesquisa analisou o processo de interceptação em diferentes formações florestais (nativa e plantada) na região de Santa Maria - RS, na cabeceira do Vacacaí Mirim. As variáveis monitoradas no período de dez/09 a fev/11 foram: precipitação inicdente (P), escoamento pelo tronco (Esct) e precipitação interna (Pi). A precipitação incidente foi monitorada em dois pluviômetros tipo cubas-basculantes e pela estação climatológica instalada na sub-bacia em 14/7/2010. A precipitação interna foi monitorada em três parcelas (área I, II e III) com dimensões de 12 m x 50 m, 21 m x 12 m e 10 m x 20 m, respectivamente. As estacas foram instaladas a 40 ou 60 cm do solo, sendo espaçadas de 1 m e em linha reta. Na área I (mata nativa), foram alocadas 101 estacas para disposição de 40 instrumentos, sendo que 20 permaneceram fixos e 20 foram rotacionados. Já nas áreas II (mata nativa) e III (eucalipto) foram alocadas 60 estacas para disposição de 20 coletores, sendo que a cada nova coleta eles eram realocados uma estaca a frente da anterior. O escoamento pelo tronco foi determinado com base em valores sugeridos em literatura e por meio de monitoramento do escoamento em três árvores escolhidas dentro de cada parcela e a interceptação foi calculada pela diferença entre P e a soma de Pi e Esct. Os resultados mostraram que a interceptação é uma componente fundamental do ciclo hidrológico e, em geral, subestimada pelos modelos hidrológicos. O maior valor de interceptação foi verificado para mata nativa e o maior Esct para eucalipto. O escoamento pelo tronco foi superior aos valores verificados por outros autores, revelando que essa variável não pode ser descartada no estudo da interceptação. Já as faixas de variação de precipitação interna e da interceptação ficaram próximas aquelas registradas em outros estudos. Os resultados parecem sugerir, ainda, que o parâmetro de lâmina adotado para o cálculo de interceptação com utilização do índice de área foliar está subestimado e deveria ser 0,4. A análise estatística do número de aparelhos utilizados e necessários para garantir 5 mm de erro de Pi em relação a sua média e 90% de confiança, mostrou que para vegetação do tipo eucalipto, o uso de 20 instrumentos rotacionáveis seriam suficientes em 95,45% das coletas realizadas. O que pode ser uma referência para trabalhos em que existe um padrão de semelhança de espécies. Já para mata nativa observou-se que, quando a vegetação apresenta baixa densidade e mesmo padrão de copa, diâmetro do caule e altura, o uso de 20 instrumentos rotacionáveis seria suficiente para garantir os requisitos estatísticos estipulados em 71,43% das coletas monitoradas. Quando a vegetação nativa é densa, com padrão variado de altura, diâmetro do caule e área da copa, percebeu-se a necessidade de um número mais elevado de equipamentos coletores de Pi. O uso de 40 instrumentos, (20 aparelhos rotacionáveis e 20 fixos), garantiu que em 60,98% das coletas monitoradas os requisitos estatísticos estipulados fossem assegurados.

O governo do Estado de São Paulo, na década de 60, realizou um programa de introdução de florestas do gênero Pinus para consolidar esta cultura no estado. Algumas destas florestas foram implantadas em áreas do Cerrado, que estavam degradadas devido à utilização para pastagens. Com a intenção de contribuir para um melhor entendimento das características hidrometeorológicas em uma floresta de P. elliotii, os objetivos desta pesquisa foram analisar a repartição da precipitação, o balanço de radiação acima do dossel, o perfil da temperatura do ar e comparar algumas características hidrometeorológicas desta floresta com as características em uma área aberta (gramado) e em uma área campestre de cerrado (pastagem). Na floresta foram instaladas estações meteorológicas automáticas no alto de uma torre e no interior. A repartição da precipitação resultou, pela medição manual, em uma precipitação interna de 75,2%, um escoamento pelo tronco de 0,5% e uma interceptação de 24,3% na floresta. Pela medição automática obteve-se uma precipitação interna de 78,7%. O albedo da floresta apresentou um valor médio de 12,8% e a radiação líquida variou de 6,0 MJm-2dia-1 a 14,2 MJm-2dia-1\'. A diferença da temperatura média do ar, no dossel e no interior da floresta, foi de 0,4ºC. Esta pesquisa apresenta uma grande contribuição para o cenário nacional na área de monitoramento hidrometeorológico de florestas. / The government of São Paulo State, Brazil, forty years ago, carried out a program of introduction of forest species with the main objective to consolidate the Pinus culture in the State. Some of these forests were implanted in areas of the Cerrado that were degraded due their use for grassland. The aim of the present work was to verify the hydrometeorologycal characteristics of Pinus elliottii forest, located in Cerrado, in the central region of São Paulo State, and to compare some characteristics among forest, grassland and lawn. In the forest were installed two automatic meteorological stations, one on the tower top and other inside of the forest. The partitionings of the precipitation by manual measurement were 75.2% for throughfall, 0.5% for stemflow and 24.3% for forest interception. By automatic measurement it was obtained 78.7% for throughfall. Forest\'s albedo presented an average value of 12.8% and net radiation ranged from 6.0 MJm-2day-1 to 14.2 MJm-2day-1. The diference of average air temperature between the canopy and the interior of the forest was 0.4ºC. This study presents a great contribuition to the national ambit of the hydrometeorologycal monitoring in forests.

Deforestation of the Brazilian savanna (Cerrado) region has caused major changes in hydrological processes. These changes in water balance and soil erosion are still poorly understood, but are important for making land management decisions in this region. Therefore, it is necessary to understand the magnitudes of hydrological processes and soil erosion changes on local, regional and continental scales, and the consequences that are generated. The main objective of the study presented in this doctoral thesis was to better understand the mechanism of hydrological processes and soil erosion in the Cerrado. To achieve that, I worked with different scales (hillslope, watershed and continental) and using data from experimental field, laboratory, and remote sensing. The literature review reveals that the annual rainfall erosivity in Brazil ranges from 1672 to 22,452 MJ mm ha-1 h-1 yr-1. The smallest values are found in the northeastern region, and the largest in the north and the southeastern region. I found that the canopy interception may range from 4 to 20% of gross precipitation and stemflow around 1% of gross precipitation in the cerrado. The average runoff coefficient was less than 1% in the plots under cerrado and that the deforestation has the potential to increase up to 20 fold the runoff coefficient value. The results indicate that the Curve Number method was not suitable to estimate runoff under undisturbed Cerrado, bare soil (hydrologic soil group A), pasture, and millet. Therefore, in these cases the curve number is inappropriate and the runoff is more aptly modeled by the equation Q = CP, where C is the runoff coefficient. The water balance from the remote sensing data across the Brazilian Cerrado indicates that the main source of uncertainty in the estimated runoff arises from errors in the TRMM precipitation data. The water storage change computed as a residual of the water budget equation using remote sensing data (TRMM and MOD16) and measured discharge data shows a significant correlation with terrestrial water storage change obtained from the GRACE data. The results show that the GRACE data may provide a satisfactory representation of water storage change for large areas in the Cerrado. The average annual soil loss in the plots under bare soil and cerrado were 15.25 t ha-1 yr-1 and 0.17 t ha-1 yr-1, respectively. The Universal Soil Loss Equation cover and management factor (C-factor) for the plots under native cerrado vegetation was 0.013. The results showed that the surface runoff, soil erosion and C-factor for the undisturbed Cerrado changes between seasons. The greatest C-factor values were found in the summer and fall. The results found in this doctoral thesis provide benchmark values of the water balance components and soil erosion in the Brazilian Cerrado that will be useful to evaluate past and future land cover and land use changes for this region. In addition, I conclude that the remote sensing data are useful to evaluate the water balance components over Cerrado regions, identify dry periods, and assess changes in water balance due to land cover and land use change. / O desmatamento nas regiões de Cerrado tem causado intensas mudanças nos processos hidrológicos. Essas mudanças no balanço hídrico e erosão do solo são ainda pouco entendidas, apesar de fundamentais na tomada de decisão de uso e manejo do solo nesta região. Portanto, torna-se necessário compreender a magnitude das mudanças nos processos hidrológicos e de erosão do solo, em escalas locais, regionais e continentais, e as consequências dessas mudanças. O principal objetivo do estudo apresentado nesta tese de doutorado foi de melhor entender os mecanismos dos processos hidrológicos e de erosão do solo no Cerrado Brasileiro. Para tanto, utilizou-se diferentes escalas de trabalho (vertentes, bacias hidrográficas e continental) e usando dados experimentais in situ, de laboratório e a partir de sensoriamento remoto. O estudo de revisão de literatura indica que a erosividade da chuva no Brasil varia de 1672 to 22,452 MJ mm ha-1 h-1 yr-1. Os menores valores encontram-se na região nordeste e os maiores nas regiões norte e sudeste do Brasil. Verificou-se que os valores de interceptação da chuva variam de 4 a 20% e o escoamento pelo tronco aproximadamente 1% da precipital total no cerrado. O coeficiente de escoamento superficial foi menor que 1% nas parcelas de cerrado e o desmatamento tem o potencial de aumentar em até 20 vezes esse valor. Os resultados indicam que o método Curve Number não foi adequado para estimar o escoamento superficial nas áreas de cerrado, solo exposto (grupo hidrológico do solo A), pastagem e milheto. Portanto, nesses casos o uso do CN é inadequado e o escoamento superficial é melhor estimado a partir da equação Q = CP, onde C é o coeficiente de escoamento superficial. O balanço hídrico a partir de dados de sensoriamento remoto para todo o Cerrado Brasileiro indica que a principal fonte de incerteza na estimativa do escoamento superficial ocorre nos dados de precipitação do TRMM. A variação de água na superfície terrestre calculada como o residual da equação do balanço hídrico usando dados de sensoriamento remoto (TRMM e MOD16) e valores observados de vazão mostram uma correlação significativa com os valores de variação de água na superfície terrestre provenientes dos dados do GRACE. Os dados do GRACE podem representar satisfatoriamente a variação de água na superfície terrestre para extensas regiões do Cerrado. A média anual de perda de solo nas parcelas de solo exposto e cerrado foram de 15.25 t ha-1 yr-1 and 0.17 t ha-1 yr-1, respectivamente. O fator uso e manejo do solo (fator C) da Universal Soil Loss Equation para o cerrado foi de 0.013. Os resultados mostraram que o escoamento superficial, erosão do solo e o fator C na área de cerrado variam de acordo com as estações. Os maiores valores do fator C foram encontrados no verão e outono. Os resultados encontrados nesta tese de doutorado fornecem valores de referência sobre os componentes do balanço hídrico e erosão do solo no Cerrado, que podem ser úteis para avaliar o uso e cobertura do solo atual e futuro. Além disso, conclui-se que os dados de sensoriamento remoto apresentam resultados satisfatórios para avaliar os componentes do balanço hídrico no Cerrado, identificar os períodos de seca e avaliar as alterações no balanço hídrico devido à mudanças de uso e cobertura do solo.

Deforestation of the Brazilian savanna (Cerrado) region has caused major changes in hydrological processes. These changes in water balance and soil erosion are still poorly understood, but are important for making land management decisions in this region. Therefore, it is necessary to understand the magnitudes of hydrological processes and soil erosion changes on local, regional and continental scales, and the consequences that are generated. The main objective of the study presented in this doctoral thesis was to better understand the mechanism of hydrological processes and soil erosion in the Cerrado. To achieve that, I worked with different scales (hillslope, watershed and continental) and using data from experimental field, laboratory, and remote sensing. The literature review reveals that the annual rainfall erosivity in Brazil ranges from 1672 to 22,452 MJ mm ha-1 h-1 yr-1. The smallest values are found in the northeastern region, and the largest in the north and the southeastern region. I found that the canopy interception may range from 4 to 20% of gross precipitation and stemflow around 1% of gross precipitation in the cerrado. The average runoff coefficient was less than 1% in the plots under cerrado and that the deforestation has the potential to increase up to 20 fold the runoff coefficient value. The results indicate that the Curve Number method was not suitable to estimate runoff under undisturbed Cerrado, bare soil (hydrologic soil group A), pasture, and millet. Therefore, in these cases the curve number is inappropriate and the runoff is more aptly modeled by the equation Q = CP, where C is the runoff coefficient. The water balance from the remote sensing data across the Brazilian Cerrado indicates that the main source of uncertainty in the estimated runoff arises from errors in the TRMM precipitation data. The water storage change computed as a residual of the water budget equation using remote sensing data (TRMM and MOD16) and measured discharge data shows a significant correlation with terrestrial water storage change obtained from the GRACE data. The results show that the GRACE data may provide a satisfactory representation of water storage change for large areas in the Cerrado. The average annual soil loss in the plots under bare soil and cerrado were 15.25 t ha-1 yr-1 and 0.17 t ha-1 yr-1, respectively. The Universal Soil Loss Equation cover and management factor (C-factor) for the plots under native cerrado vegetation was 0.013. The results showed that the surface runoff, soil erosion and C-factor for the undisturbed Cerrado changes between seasons. The greatest C-factor values were found in the summer and fall. The results found in this doctoral thesis provide benchmark values of the water balance components and soil erosion in the Brazilian Cerrado that will be useful to evaluate past and future land cover and land use changes for this region. In addition, I conclude that the remote sensing data are useful to evaluate the water balance components over Cerrado regions, identify dry periods, and assess changes in water balance due to land cover and land use change. / O desmatamento nas regiões de Cerrado tem causado intensas mudanças nos processos hidrológicos. Essas mudanças no balanço hídrico e erosão do solo são ainda pouco entendidas, apesar de fundamentais na tomada de decisão de uso e manejo do solo nesta região. Portanto, torna-se necessário compreender a magnitude das mudanças nos processos hidrológicos e de erosão do solo, em escalas locais, regionais e continentais, e as consequências dessas mudanças. O principal objetivo do estudo apresentado nesta tese de doutorado foi de melhor entender os mecanismos dos processos hidrológicos e de erosão do solo no Cerrado Brasileiro. Para tanto, utilizou-se diferentes escalas de trabalho (vertentes, bacias hidrográficas e continental) e usando dados experimentais in situ, de laboratório e a partir de sensoriamento remoto. O estudo de revisão de literatura indica que a erosividade da chuva no Brasil varia de 1672 to 22,452 MJ mm ha-1 h-1 yr-1. Os menores valores encontram-se na região nordeste e os maiores nas regiões norte e sudeste do Brasil. Verificou-se que os valores de interceptação da chuva variam de 4 a 20% e o escoamento pelo tronco aproximadamente 1% da precipital total no cerrado. O coeficiente de escoamento superficial foi menor que 1% nas parcelas de cerrado e o desmatamento tem o potencial de aumentar em até 20 vezes esse valor. Os resultados indicam que o método Curve Number não foi adequado para estimar o escoamento superficial nas áreas de cerrado, solo exposto (grupo hidrológico do solo A), pastagem e milheto. Portanto, nesses casos o uso do CN é inadequado e o escoamento superficial é melhor estimado a partir da equação Q = CP, onde C é o coeficiente de escoamento superficial. O balanço hídrico a partir de dados de sensoriamento remoto para todo o Cerrado Brasileiro indica que a principal fonte de incerteza na estimativa do escoamento superficial ocorre nos dados de precipitação do TRMM. A variação de água na superfície terrestre calculada como o residual da equação do balanço hídrico usando dados de sensoriamento remoto (TRMM e MOD16) e valores observados de vazão mostram uma correlação significativa com os valores de variação de água na superfície terrestre provenientes dos dados do GRACE. Os dados do GRACE podem representar satisfatoriamente a variação de água na superfície terrestre para extensas regiões do Cerrado. A média anual de perda de solo nas parcelas de solo exposto e cerrado foram de 15.25 t ha-1 yr-1 and 0.17 t ha-1 yr-1, respectivamente. O fator uso e manejo do solo (fator C) da Universal Soil Loss Equation para o cerrado foi de 0.013. Os resultados mostraram que o escoamento superficial, erosão do solo e o fator C na área de cerrado variam de acordo com as estações. Os maiores valores do fator C foram encontrados no verão e outono. Os resultados encontrados nesta tese de doutorado fornecem valores de referência sobre os componentes do balanço hídrico e erosão do solo no Cerrado, que podem ser úteis para avaliar o uso e cobertura do solo atual e futuro. Além disso, conclui-se que os dados de sensoriamento remoto apresentam resultados satisfatórios para avaliar os componentes do balanço hídrico no Cerrado, identificar os períodos de seca e avaliar as alterações no balanço hídrico devido à mudanças de uso e cobertura do solo.

O governo do Estado de São Paulo, na década de 60, realizou um programa de introdução de florestas do gênero Pinus para consolidar esta cultura no estado. Algumas destas florestas foram implantadas em áreas do Cerrado, que estavam degradadas devido à utilização para pastagens. Com a intenção de contribuir para um melhor entendimento das características hidrometeorológicas em uma floresta de P. elliotii, os objetivos desta pesquisa foram analisar a repartição da precipitação, o balanço de radiação acima do dossel, o perfil da temperatura do ar e comparar algumas características hidrometeorológicas desta floresta com as características em uma área aberta (gramado) e em uma área campestre de cerrado (pastagem). Na floresta foram instaladas estações meteorológicas automáticas no alto de uma torre e no interior. A repartição da precipitação resultou, pela medição manual, em uma precipitação interna de 75,2%, um escoamento pelo tronco de 0,5% e uma interceptação de 24,3% na floresta. Pela medição automática obteve-se uma precipitação interna de 78,7%. O albedo da floresta apresentou um valor médio de 12,8% e a radiação líquida variou de 6,0 MJm-2dia-1 a 14,2 MJm-2dia-1\'. A diferença da temperatura média do ar, no dossel e no interior da floresta, foi de 0,4ºC. Esta pesquisa apresenta uma grande contribuição para o cenário nacional na área de monitoramento hidrometeorológico de florestas. / The government of São Paulo State, Brazil, forty years ago, carried out a program of introduction of forest species with the main objective to consolidate the Pinus culture in the State. Some of these forests were implanted in areas of the Cerrado that were degraded due their use for grassland. The aim of the present work was to verify the hydrometeorologycal characteristics of Pinus elliottii forest, located in Cerrado, in the central region of São Paulo State, and to compare some characteristics among forest, grassland and lawn. In the forest were installed two automatic meteorological stations, one on the tower top and other inside of the forest. The partitionings of the precipitation by manual measurement were 75.2% for throughfall, 0.5% for stemflow and 24.3% for forest interception. By automatic measurement it was obtained 78.7% for throughfall. Forest\'s albedo presented an average value of 12.8% and net radiation ranged from 6.0 MJm-2day-1 to 14.2 MJm-2day-1. The diference of average air temperature between the canopy and the interior of the forest was 0.4ºC. This study presents a great contribuition to the national ambit of the hydrometeorologycal monitoring in forests.