O presente trabalho teve por objetivos a aplicação do modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) na simulação da produção de sedimentos e do volume de escoamento superficial na microbacia hidrográfica do Ribeirão do Marins, localizada em Piracicaba, SP, e a simulação de cenários alternativos de uso do solo para exemplificar o modelo e verificar as possibilidades de cobertura do solo. Para alimentação do modelo são necessários dados espacializados, os quais foram manipulados com o auxílio do Sistema de Informações Geográficas (SIG). A interface SWAT–SIG extrai os dados para caracterizar cada sub-bacia dos Planos de Informações (PI’s): Modelo Numérico do Terreno (MNT), solo e uso do solo, e do banco de dados do modelo. Os resultados obtidos foram comparados aos dados observados no posto hidrossedimentométrico localizado na microbacia, e submetidos a análise estatística para verificação da eficiência da simulação. Os cenários alternativos gerados foram divididos em dois grupos. No primeiro, foram criados seis cenários de acordo com o tipo de solo encontrado na microbacia: litólico e podzólico. Esse critério foi adotado com o objetivo de observar a produção de sedimentos e volume de escoamento superficial em cada tipo de solo combinados com os três usos encontrados na microbacia, com a finalidade de observar as respostas de cada solo, e possivelmente indicar uma melhor combinação solo/uso. No segundo, foram gerados sete cenários de uso do solo de acordo com a suscetibilidade do solo à erosão. Esse grupo foi criado com o objetivo de avaliar o comportamento da produção de sedimentos e do volume de escoamento superficial, nas áreas mais suscetíveis à erosão. As simulações dos cenários alternativos foram comparadas com os resultados encontrados no cenário atual. A utilização da interface SWAT-SIG permitiu avaliar os dados simulados em relação aos dados coletados no posto hidrossedimentométrico, os resultados obtidos foram satisfatórios, pois os dados simulados acompanharam os dados observados. Permitiu também, gerar cenários alternativos para verificar os efeitos da cobertura do solo na produção de sedimentos e no volume de escoamento superficial na microbacia. Comparando as simulações dos cenários alternativos, foi possível observar que quando no uso do solo predominava o cultivo da cana-de-açúcar, a produção de sedimentos e o volume de escoamento superficial aumentaram consideravelmente em relação ao cenário atual. No entanto, quando a vegetação nativa predominava, ocorria um decréscimo. Com base nas simulações de cenários é possível concluir que a MHRM é muito suscetível aos processos erosivos. Os resultados obtidos ressaltaram a necessidade de reconhecer nas bacias hidrográficas as áreas sensíveis aos processos erosivos, onde são necessárias práticas de controle da erosão ou mudanças na cobertura do solo, e não somente a proteção aos corpos d’água através da implantação da mata ciliar. Também é possível concluir que no contexto deste trabalho, o modelo não possui sensibilidade de reconhecer pequenas áreas em meio de áreas maiores. / The present work had as objectives to apply the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model in the simulation of sediment production and runoff volume in the Ribeirão do Marins watershed, located in Piracicaba, SP, and to simulate alternative sceneries of soil use to exemplify the model and to study the possibilities of soil covering. To feed the model, it is necessary specialized data, which were manipulated with the aid of GIS’s (Geographical Information System). The SWAT-GIS interface extracts the data to characterize each sub-basin with Information Plans (IP's): Digital Elevation Model (DEM’s), soil and soil use, and from the model database. The results were compared to the data observed at the gauge station located in the watershed, and submitted to statistical analysis for validation of the simulation efficiency. The generated alternative sceneries were divided in two groups. In the first one, six sceneries were created in conformity with the soil type found in the watershed: litholic and podzolic. This criterion was adopted with the objective of observing the sediment production and the runoff volume in each soil type combined with the three soil usages found in the watershed with the purpose of observing each soil response, and the prospect to indicate a better soil/management combination. In the second one, seven sceneries of soil exploitation were generated in conformity with the susceptibility of the soil to erosion. This group was created with the objective to evaluate the behavior of sediment production and runoff volume in the areas most susceptible to erosion. The simulations of the alternative sceneries were compared with the results found in the current scenery. The use of the interface SWAT-SIG allowed to evaluate the simulated data in relation to the data collected in the gauge station, the obtained results were satisfactory, because the simulated data accompanied the observed data. Also allowed, to generate alternative sceneries to verify the effects of the covering of the soil in the production of sediments and in the volume of superficial drainage in the watershed. Comparing the simulations of the alternative sceneries, it was possible to observe that where sugarcane cultivation prevailed as major soil use, sediment production and runoff volume increased considerably in relation to the current scenery. However, when the native vegetation prevailed, there was a decrease in these factors. Based on the simulations of sceneries, it is possible to conclude that WRM is very susceptible to erosive processes. These results emphasized the need to recognize in watershed the sensitive areas to erosive processes, where it is necessary erosion control practices or changes in soil covering besides protecting bodies of water through the implantation of riparian forest. It is also possible to conclude that in the context of this work, model shows no sensibility to recognize small areas within larger ones.

A inadequada utilização do meio físico tem gerado desequilíbrios ambientais com sérias consequências socioeconômicas, por vezes de proporções desastrosas, como é o caso das feições erosivas encontradas em vários estados do país. No estado de São Paulo, somente na região entre as cidades de São Pedro e Corumbataí (SP) ocorrem milhares de feições erosivas de portes variados. Os estudos sobre erosão têm apresentado resultados diversos em função de aspectos como a variabilidade das informações consideradas, a diversidade e pequeno número de pesquisas com validação espacial e temporal e a falta de continuidade e detalhamento dos estudos. Os modelos de previsão de erosão existentes mensuram e avaliam principalmente a quantidade de sedimento gerado por erosão laminar. É possível observar a inexistência de modelos que considerem os processos envolvidos na incisão e permanência de erosões lineares, ou que forneçam uma previsão de ocorrência desse tipo de erosão. A complexidade e dificuldade de obtenção de dados para alimentar e validar um modelo estão entre as principais justificativas do baixo número de tentativas de desenvolvimento de modelos de erosão linear. A presente tese buscou identificar e gerar dados de variáveis envolvidas nos processos erosivos lineares e analisar a variabilidade espacial e temporal dos resultados. Adicionalmente, foi avaliada a dificuldade de obtenção de tais dados. Ensaios de caracterização geotécnica, resistência à penetração dinâmica, taxa de infiltração e erodibilidade do solo foram empregados para esse fim. O levantamento da rugosidade do terreno e ensaios com simulador de chuva foram utilizados para a determinação de valores de escoamento superficial e geração de sedimento. Os ensaios com simulador de chuva promoveram, ainda, a observação da ocorrência de incisões no terreno e do processo erosivo. Como resultado obtiveram-se séries de dados para alimentar um modelo de erosão linear. Optou-se por tratar os dados como uma distribuição aleatória e utilizar a ferramenta estatística de análise de variância, a ANOVA, para comprovar a igualdade significante dos valores obtidos. Dentre as respostas obtidas a partir dos resultados, destaca-se a comprovação da dificuldade em gerar dados para alimentar um modelo de erosão, principalmente de obter dados de incisão no solo, para validar um possível modelo de erosão linear. Em uma área que possui um determinado material geológico, em geral, a variabilidade dos dados de caracterização do solo mostrou-se pequena. E a resistência do solo à penetração, por sua vez, apresentou grande variabilidade em função da umidade do solo. / Inappropriate use of physical environment has led to an environmental imbalance with serious social and economic consequences. In many cases, such as erosive features found in several Brazilian States, these problems reached disastrous proportions. Thousands of erosive features with different sizes and depths can be found between the municipalities of São Pedro and Corumbataí, in São Paulo State, Brazil. Researches regarding erosion processes in this region have provided inconclusive results due to aspects related to data variability, and lack of both researches with reliable validation and continuity of studies. Current erosion prediction methods are mainly concerned with the amount of sediment resulted from laminar erosion processes. In addition, prediction models for linear erosion processes are rarely reported in technical literature, mainly due to their complexity and difficulty of obtaining reliable validating data. In this regard, the objective of this study is to identify the variables involved in linear erosion processes and build a database with these parameters in order to analyze both spatial and temporal distribution of such phenomenon. As a secondary objective, the difficulty of collecting data was evaluated. Field and laboratory tests were performed in this research, including geotechnical characterization, dynamic penetration test, infiltration rate and erodibility tests. Besides, a rain simulator was developed and used in field tests to cause an erosive process. These observations combined with characteristics of terrain roughness allowed the determination of both runoff and infiltration amounts. As a result, it was possible to provide validation data to a linear erosion prediction model. Data was evaluated as a random distribution using a statistical tool for variance analysis (ANOVA). Among the results, it is important to notice the difficult to collect reliable data to be used in validation of a linear erosion model, mainly those related with the soil incision. Areas with the same soil cover have presented similar data variability referred to soil characterization. On the other hand, penetration resistance values were found to be highly dependent on the soil water content.

Muitos rios brasileiros ainda não são monitorados. A carência de informações relevantes costuma gerar diversos problemas para a administração pública. Por vezes, essa falta de dados pode ser compensada por meio de modelagem hidrológica, que requer um conhecimento prévio sobre a bacia a ser estudada. Atualmente, a mudança no uso e cobertura do solo em bacias hidrográficas é um dos temas mais abordados nas pesquisas hidrológicas, podendo a avaliação dos impactos causados por essa ser feita através de modelagem hidrológica. O presente trabalho utilizou o framework JAMS (Jena Adaptable Modelling System) na elaboração de um modelo hidrológico para a bacia do Ribeirão da Onça, a qual está localizada em zona de afloramento do Sistema Aquífero Guarani, um dos mais importantes aquíferos transfronteiriços do mundo. A bacia é predominantemente rural, logo, seu uso e ocupação do solo variam ao longo do tempo. Sendo assim, objetivou-se avaliar os efeitos das alterações de uso do solo no regime hidrológico da bacia por meio da elaboração de múltiplos modelos hidrológicos no JAMS/J2K, os quais foram calibrados independentemente (de 2008 a 2015) e validados por um modelo atual (2017), a fim de se gerar uma parametrização capaz de predizer os efeitos hidrológicos decorrentes de alterações no uso e ocupação do solo da bacia. Previamente à elaboração dos modelos, procedeu-se à validação dos dados hidrológicos e climatológicos coletados e disponíveis da bacia, por meio da análise das correlações entre as medições dos equipamentos, feita por programa elaborado em Python. Em seguida, elaboraram-se mapas de uso do solo para os anos de 2008, 2011, 2013, 2015 e 2017. Então, os modelos com seus conjuntos de URHs (Unidades de Resposta Hidrológica) específicos foram calibrados, e os parâmetros ótimos encontrados para cada modelo foram aplicados nos demais para identificação de quais poderiam ser os mais representativos. Durante esta etapa, verificou-se que o modelo de 2013 comportava-se anomalamente, devido à estiagem ocorrida em seu período de calibração, o que justificou sua retirada das etapas seguintes. Em seguida, um programa criado em Python permitiu que os arquivos .dat gerados durante a calibração fossem analisados visualmente, por meio de gráficos de dispersão e plots violinos, embasando a tomada de decisão relativa à redução da amplitude de variação dos parâmetros para uma posterior busca manual por parâmetros representativos temporalmente. Os parâmetros encontrados produziram modelos com NSE variando de 0,25 a 0,39; PBIAS de -20,98 a -0,74 e R2 de 0,45 a 0,65, sendo que o modelo de validação (2017) obteve NSE de 0,26; PBIAS de -1,78 e R2 de 0,45; indicando que a parametrização encontrada, apesar de não conseguir produzir modelos que eficientemente reproduzam os picos no escoamento, é capaz de estimar satisfatoriamente o escoamento de base, mesmo em condições de mudanças de uso e ocupação do solo. Com isso, realizou-se a aplicação do conjunto de parâmetros em cenários hipotéticos de uso e ocupação do solo, que produziu resultados coerentes com o que se espera. Além disso, também se realizou a setorização do modelo, utilizando os dados de vazão de duas calhas Parshall instaladas na bacia. No entanto, não houve êxito na setorização, evidenciado pelos valores de NSE (-35,41 e 88,08), PBIAS (118,63 e 118,81) e R2 (0,15 e 0,12). O fraco desempenho na setorização pode ser corrigido calibrando-se o modelo espacialmente, em adição à calibração temporal, ou seja, com múltiplos dados de entrada de vazão, localizados em pontos distintos na bacia. / Many Brazilian rivers are not monitored. The lack of relevant information may generate multiple problems for public administration. Sometimes this data may be supplied through hydrological modelling, which requires a previous knowledge regarding the watershed that will be studied. Currently, the land use and cover change in watersheds is one of the most researched themes in the hydrological scientific community, with the impacts caused by it being able t obe assessed by hydrological modelling. In that sense, this work has used the framework JAMS (Jena Adaptable Modelling System) in the elaboration of a hydrological model for the Ribeirão da Onça catchment, which is located in an outcrop zone of the Guarani Aquifer System, one of the largest transboundary aquifers in the world. The catchment is mainly rural; thus, its land use and occupation vary heavily over time. In this context, the intent of this work was to evaluate the effects of the land use/cover changes in the hydrological processes through the elaboration of multiple J2K/JAMS hydrological models, which were calibrated individually (2008 through 2015) and validated with a recent model (2017), with the goal of creating a model that is able to predict long term hydrological effects of land use/cover changes in the catchment. Before creating the models, a validation of the hydrological and climatic data available in the catchment was done, through the analysis of the correlations between the measures, achieved with the use of a Python software. After that, land use maps were elaborated for the years 2008, 2011, 2013, 2015 and 2017. Then, the models with their HRU (Hydrological Response Units) specific sets were calibrated, then the optimal parameters for each model were applied on the other ones, to assess which were the most representative. During this step, the 2013 model was deemed anomalous, due to the drought that occurred during its calibration period, which justified its removal from the following stages. After that, an application made in Python allowed the .dat files generated during calibration to be visually analysed, through scatter and violin plots, aiding the decisions regarding the new maximum and minimum values for the parameters, preceding a manual search for the globally representative parameters set. The set that was found produced models with NSE varying from 0.25 to 0.39, PBIAS from -20,98 to -0,74 and R2 from 0,45 to 0,65, being that the validation model (2017) achieved an NSE of 0.26; PBIAS of -1.78 and R2 of 0.45, meaning that the parameters found, despite not being able to effectively reproduce the runnof peak values, is able to satisfactorily estimate the base runoff, even in land use and cover change conditions. With that, the parameters set found was applied in hypothetical scenarios of land use and cover, which produced coherent results with what was expected. A model sectorization was also attempted, using discharge data from two Parshall flumes installed in the catchment. However, there was no success in the attempt, evidenced by the NSE (-35.41 and 88.08), PBIAS (118.63 and 118.81) and R2 (0.15 and 0.12) values. The weak performance of the sectorization may be fixed by calibrating the model spatially, in addition to the calibration in regards to time. In other words, with multiple input discharge data, located in distinct points inside the catchment.

O Sistema Nacional de Informações de Recursos Hídricos (SNIRH) ainda não monitora todos os rios brasileiros. Esta carência de informações reflete em falhas na estimativa da disponibilidade hídrica para os usos múltiplos da água. Nesse contexto, os modelos hidrológicos destacaram-se por tentar suprir essa insuficiência de dados. Entretanto, nota-se que muitos modelos não geram bons resultados quando executados fora da área de estudo onde foram criados. Por isso, devido à flexibilidade na escolha dos processos hidrológicos a serem simulados, este trabalho utilizou o framework JAMS (Jena Adaptable Modelling System) na construção de um modelo chuva-vazão específico para a bacia piloto do Ribeirão da Onça, a qual está inserida em zona de afloramento de um dos mais importantes aquíferos do mundo, o Sistema Aquífero Guarani (SAG). O JAMS apresentou-se como um sistema simplificado e flexível diante das adaptações necessárias para tratar e gerar dados compatíveis com as características climatológicas e hidrológicas da área de estudo. O modelo construído mostrou-se eficiente na predição da resposta hidrológica da bacia avaliada, apresentando um coeficiente de Nash-Sutcliffe de 0,76 e 0,81, para os períodos de calibração e validação do modelo, respectivamente. Foi ainda satisfatória a predição do volume escoado, apresentando uma porcentagem de viés de -1.13 e -1.03% para os dois períodos. A reconstituição da série histórica de vazão mostrou que o escoamento de base representa de 79 a 89% do escoamento total anual da bacia do Ribeirão da Onça. Portanto, o modelo construído torna-se uma importante ferramenta para a reconstituição da série histórica dos dados fluviométricos da bacia do Ribeirão da Onça, importante para o aperfeiçoamento dos estudos de recarga e proteção do SAG. / The National System of Information Resources (SNIRH) has not monitored all Brazilian rivers. This lack of information reflects in the fault estimation of water availability for the multiple uses. In this context, the hydrological models stood out for trying to address this lack of data. However, it is noted that many models do not generate good results when performed outside of the study area where they were created. Therefore, due to flexibility in the choice of hydrological processes to be simulated, this study used the framework JAMS (Jena Adaptable Modelling System) in the construction of a specific rainfall-runoff model to the basin of the Ribeirão da Onça monitored watershed, which is embedded in an outcrop area of one of the most important aquifers in the world, the Guarani Aquifer System (SAG). The JAMS presented as a simplified and flexible for use on the necessary adaptations to process and generate consistent data with the climatological and hydrological characteristics of the study area. The constructed model was effective in predicting the hydrological response of the basin evaluated, with a Nash-Sutcliffe coefficient of 0.76 and 0.81, for periods of calibration and validation of the model, respectively. It was also satisfactory prediction of runoff volume, with a bias of -1.3 and -1.03% for the two periods. The runoff time series reproduction showed that the baseflow represents from 79 to 89% of the annual total runoff in the Ribeirão da Onça watershed. Therefore, the constructed model becomes an important tool for reconstruting the time series fluviometric data from Ribeirão da Onça basin, important for the improvement of the recharge studies and SAG protection.

As águas superficiais vêm sofrendo impactos em diversas cidades e o escoamento superficial tem sido uma das causas primárias de degradação dos recursos hídricos devido à poluição difusa, além das fontes pontuais, como efluentes domésticos e industriais. A Concentração Média do Evento (CME) tem sido muito utilizada para caracterizar a poluição difusa gerada no escoamento superficial durante o evento de precipitação, além de ser empregada como parâmetro de entrada na estimativa de carga de origem difusa por meio de modelos hidrológicos. Este estudo se dedicou especialmente à avaliação de como a CME influencia a estimativa de cargas difusas quando parâmetro de entrada para modelos hidrológicos. Para isso, além de atividades de campo visando à confecção de modelos de previsão da CME com base em dados reais de uma bacia hidrográfica urbana (Mineirinho, São Carlos, SP) em resposta a eventos chuvosos, buscou-se ajustar, à realidade brasileira, um modelo consagrado para estimativa de cargas difusas e aplicado principalmente em países com clima temperado. Os resultados desta pesquisa mostraram que, em geral, os valores de CME observados são de 2 a 12 vezes maiores que os encontrados na literatura internacional. Em comparação com estudos nacionais, observou-se uma variação nos dados encontrados dependendo das características da bacia hidrográfica monitorada. Além disso, ao adequar o modelo hidrológico L-THIA às características locais, verificou-se um aumento na estimativa da carga de origem difusa quando se utilizavam dados locais. Por fim, com base nas análises realizadas neste estudo, foi possível verificar que os valores de CME que melhor representam as características da bacia hidrográfica do Mineirinho são: nitrogênio total Kjeldahl 6,19 mg.L-1, fósforo total 1,00 mg.L-1, sólidos suspensos totais 870 mg.L-1, chumbo 0,78 mg.L-1, cobre 0,09 mg.L-1 e zinco 0,34 mg.L-1. Reforça-se, portanto, a necessidade de estudos locais para análise da poluição difusa para o planejamento de ações de mitigação de poluição difusa no Brasil. / Surface water has been impacted in several cities and surface runoff has been one of the primary causes of degradation of this resource due to nonpoint source pollution besides the point sources, like domestic effluents and industries. The Event Mean Concentration (EMC) has been widely used to characterize the diffuse pollution generated in the surface runoff during the precipitation event, and it is still used as input parameter in hydrological models that seek to estimate diffuse load. This study focused particularly on the evaluation of how the EMC influences the estimation of diffuse loads as input parameter for hydrological models. To that end, in addition to field activities for the preparation of EMC forecast models based on real data from a river basin in response to rainy events, we attempted to adjust to the Brazilian reality a well-established model for estimating diffuse loads and mainly applied in countries with temperate climate. The results of this research showed that, overall, the EMC observed values are from 2 to 12 times higher than those found in the international literature. Compared with national studies, a variation was observed in the data found depending on the characteristics of the monitored watershed. In addition, when adapting the L-THIA hydrological model to local characteristics, there was an increase in the diffuse source load estimate when using local data. Finally, based on the analyzes carried out in this study, it was possible to verify that the EMC values which best represent the characteristics of the Mineirinho river basin are: Total Kjeldahl Nitrogen 6.19 mg.L-1, Total Phosphorous 1.00 mg.L-1, Total Suspended Solids 870 mg.L-1, Lead 0.78 mg.L-1, Copper 0.09 mg.L-1 and Zinc 0.34 mg.L-1. Therefore, it is necessary to carry out local studies to analyze diffuse pollution in order to create a more solid basis for the planning of mitigation actions to control diffuse pollution in Brazil.

As florestas nativas desempenham papel importante nos processos hidrológicoas, como regulação e provisão de água ao longo do ano. As mudanças do uso do solo, e o manejo intensivo das florestas plantadas podem causar efeitos sobre essas funções hidrológicas. As atividades de manejo do solo podem afetar os tipos de mecanismos de geração de escoamento superficial, o escoamento hortoniano, o escoamento superficial de áreas saturadas e o escoamento sub-superficial, o que por consequência afeta a disponibilidade de água em quantidade e qualidade. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi avaliar a geração de escoamento direto em microbacias hidrográficas com coberturas florestais. Sendo que, o segundo capítulo teve como objetivo avaliar o regime hidrológico e os tipos de mecanismos de geração de escoamento superficial em microbacia hidrográfica coberta por floresta nativa e em microbacia hidrográfica coberta por floresta plantada de Pinus spp. Na microbacia com floresta plantada de Pinus spp. a demanda hídrica foi alta, com rendimento hídrico menor que 10%. E mesmo com as atividades de manejo do solo, as propriedades do solo foram mantidas e o escoamento base foi maior e apresentou baixo coeficiente de escoamento. A microbacia coberta por floresta nativa apresentou rendimento hídrico acima de 10%, com índice de escoamento base maior que o escoamento direto, porém apresentou um maior coeficiente de escoamento. O que pode ter ocorrido devido às características físicas e pedológicas da área, relevo íngreme e solo com textura franca. Os resultados de condutividade hidráulica do solo saturado foram maiores que a intensidade da precipitação nas duas microbacias hidrográficas, mostrando que não é para ocorrer escoamento superficial hortoniano. Assim ocorreu predomínio de escoamento direto por meio do mecanismo de escoamento superficial de áreas saturadas. No terceiro capítulo foram avaliadas metodologias de caracterização das áreas variáveis de afluência nas duas microbacias hidrográficas. A metodologia da frequência de saturação se mostrou um método eficaz, em que as áreas variáveis de afluência ocorreram em 18,5% e 13,2%, na microbacia com floresta plantada de Pinus e na microbacia com floresta nativa, respectivamente. Já o método da relação escoamento direto-precipitação subestimou a área variável de afluência na microbacia com floresta plantada de Pinus, mas na microbacia com floresta nativa a quantidade de área foi semelhante. Os resultados demostraram que, mesmo com manejo florestal os processos hidrológicos estão ocorrendo na microbacia com floresta plantada de Pinus. E o planejamento florestal deve considerar ocorrência das áreas saturadas nas áreas de plantio e evitar atividades na época chuvosa e a construção de estradas nessas áreas. / Native forest plays an important role in hydrological process, such as regulation and provision of water, however land-use change, and intensive management of planted forest can modify the hydrological functions. Soil management can affect types of overland flow generation mechanism, the infiltration excess overland flow or Hortonian flow and the saturation excess overland flow, which consequently affects the availability of water in quantity and quality. The objective of this work was to understand the generation of overland flow in catchments with forest cover. In the second chapter, the aim was to characterize hydrologically and to understand the types of overland flow mechanism in a catchment covered by forest plantation of Pinus and in a catchment covered by native forest. In the catchment covered by forest plantation of Pinus, the water demand was high, with water yield lower than 10%. And even with the soil management, the soil properties were maintained, and the base flow was higher, and the flow coefficient was lower. The catchment covered by native forest presented high water yield, with base flow higher than the overland flow, but presented a high flow coefficient. This may have occurred due to the physical and pedological characteristics of the area, such as steep terrain and the frank soil. The soil saturated hydraulic conductivity was higher than the precipitation intensity in the two catchments, showing that the Hortonian overland flow does not occur, thus, to occur the saturation excess overland flow mechanism. In the third chapter, the aim of the work was to evaluate methodologies for characterizing the variable source areas in the two catchments. The saturation frequency methodology showed an effective method, the variable source area occurred in 18,5% of the forest plantation of Pinus catchments area, and 13,2% of the total area of the native forest catchment. The overland flow-precipitation ratio underestimated the saturated areas in the forest plantation of Pinus catchment, however in the native forest catchment the amount of saturated areas was similar. The results showed that the forest management does not affected the hydrological process in the catchment with forest plantation of Pinus. And the forest management planning should consider the occurrence of saturated areas in the planting areas and to avoid activities in the rainy season and the construction of roads in these areas.

O presente trabalho desenvolve uma proposta para a avaliação da redução da vazão de pico do hidrograma do método racional, no contexto de bacias hidrográficas topograficamente planas. Entendem-se como planas aquelas localidades, cujas declividades médias características e/ou projetadas são inferiores a 0,5%. Pretende-se também neste trabalho apresentar metodologias e práticas de projeto de drenagem usualmente adotadas em regiões de características topográficas semelhantes. No desenvolvimento do estudo, foram discutidas as bases teóricas do Método Racional e outros métodos de avaliação hidrológica que procuram levar em conta o amortecimento da vazão durante o seu escoamento sobre o leito das vias. Apresentam-se também as bases científicas para a criação de um modelo hidrodinâmico a ser usado no estudo para a determinação do fator de redução da vazão de pico do hidrograma racional. A capacidade de escoamento em vias urbanas é então discutida, de forma a se justificar as relações criadas como conclusão do trabalho. O resultado final apresentado é o estabelecimento de uma relação entre a variação do pico da vazão do Método Racional, com a capacidade de armazenamento ou amortecimento de cheias existente nessas vias. Relações estas que, para fins práticos, significam tanto o incremento positivo no período de retorno do projeto, quanto a redução da vazão para efeito de dimensionamento de galerias. Tais resultados são demonstrados de forma prática por meio do estudo de caso no município de Praia Grande, o litoral sul paulista. / This work presents a proposal for estimating the reduction of the Peak Flow Rate determined by the Rational Method, considering flat basins as a main characteristic. It is considered flat, all of those basins in which the average slope on the streets are smaller than 0,5 %. It is also intentions of this work discuss methods and practices adopted to flat areas as urban drainage solutions and best management practices. Within this work, we also present all the theoretical basis of the Rational Method, among others, that try to fuse the street storm water storage capacity whit the conveyance capacity of a usual street. It is also presented theoretical basis of hydrodynamic models to be used as the main tool to determine de peak flow reduction factor of the Rational Method Hydrogram. Conveyance capacity of a usual street is discussed, street storm water conveyance capacity is also discussed in order to justify the relations proposed as a conclusion of this work. As a result of this work it is established a relationship between the Peak flow rate determined by the Rational Method and the street storm water storage capacity. In addition, this peak reduction can be used as a positive increment on the Recurrence Interval or as flow rate reduction when designing the sewerage system, which means implementation costs reduction. An application to the city of Praia Grande, located the Sao Paulo State, is presented and used as a case of study.

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As ferramentas de geoprocessamento forneceram suporte metodológico à realização destes estudos, facilitando a obtenção, a organização e a análise espacial. Esta tese analisou a relação entre as variáveis vazão, precipitação, e a densidade da cobertura vegetal, estimada através do índice de vegetação da diferença normalizada, (IVDN), para as sub-bacias hidrográficas dos rios Jacaré-Pepira e Jaú (SP). Também objetivou verificar a viabilidade do uso do IVDN como subsídio à gestão ambiental de bacias hidrográficas. Os resultados mostraram que existe correlação entre as variáveis precipitação, vazão e o IVDN, utilizado como um indicativo das características da cobertura vegetal. Esses resultados indicaram que as vazões médias e mínimas apresentaram maior correlação com o IVDN. Considerando os anos padrão climáticos, secos, chuvosos e habituais, foi possível perceber que nos anos secos esta correlação ficou mais evidente reforçando a compreensão de que maiores densidades de cobertura vegetal aumentam a infiltração e reduzem o escoamento superficial, garantindo uma maior disponibilidade de água para as demandas socioambientais locais. A dinâmica espaço-temporal do uso e ocupação das terras na bacia do Jacaré-Pepira era menos intensa e caracterizada principalmente por pastagens e silvicultura que não demandam ciclos de cultivo curtos. Enquanto que na Bacia do Rio Jaú a dinâmica era mais intensa, sobretudo por influência do cultivo de cana de açúcar que apresenta ciclos curtos de plantio e colheita. A precipitação e IVDN apresentaram dependência espacial na sub-bacia do rio Jacaré-Pepira, enquanto no rio Jaú esta dependência não foi verificada. Isto se deve ao fato de que a cobertura vegetal suprimida no período da colheita, não ser influenciada diretamente pelas precipitações, diminuindo a dependência espacial destas duas variáveis. Foi possível verificar que o IVDN representa um importante indicador da situação ambiental hidrológica local, podendo subsidiar a gestão ambiental de bacias hidrográficas. Essas constatações são importantes para a gestão dos recursos hídricos superficiais em bacias hidrográficas, evidenciando o impacto do uso das terras na cobertura vegetal e na vazão, interferindo diretamente na disponibilidade da água superficial para a sociedade. / The systemic behavior of the hydrological cycle, mainly flow, precipitation and vegetation cover influence the availability of water. The watershed is the appropriate geographic unit for environmental and hydrological studies. Geographic Information Systems (GIS), and remote sensing, helping to carry out hydrological studies, making it easier to obtain, organize, and analyze data. The objective of this research was to characterize the main environmental aspects and analyze the relation among flow rate, rainfall, and the vegetation cover variables, estimated by the normalized difference vegetation index (NDVI), for the sub-basins of the Jacaré-Pepira and Jaú rivers (SP). It was also possible to check the viability to use NDVI to manage the environmental conditions of watershed. These results indicated that the average and minimum flows are the variables that showed the highest correlation with the NDVI in both areas. In the dry standard years, the correlation between the IVDN and the flow were more evident. This situation showed that greater intensities of vegetal cover intensify the infiltration and reduce the surface runoff, offering a greater availability of water for the local socio-environmental processes. The dynamics of land use in Jacaré-Pepira was less intense and characterized mainly by pasture and silviculture that do not require short crop cycles. While in Jaú the dynamics were more intense, mainly to the influence of sugarcane cultivation, which presents short crop cycles. The variables precipitation and NDVI showed spatial dependence in the Jacaré-Pepira, while in Jaú the dependence was not present. This situation evidenced that the rainfall spatial distribution demonstrated by the coefficient of variation promotes greater impacts in areas where the dynamics of land use is more intense. This situation occurs because the suppressed vegetation in the harvest, by the anthropic action, is not influenced directly by the rains, reducing the spatial dependence of these two variables. The NDVI can be considered an important indicator of the local hydrological environmental situation and subsidize the environmental management of watersheds. It is important for the management of surface water resources, showing how land use and its consequent impact on vegetation cover can influence flow rate, and interfere in the accessibility of surface water to society.

O presente trabalho desenvolve uma proposta para a avaliação da redução da vazão de pico do hidrograma do método racional, no contexto de bacias hidrográficas topograficamente planas. Entendem-se como planas aquelas localidades, cujas declividades médias características e/ou projetadas são inferiores a 0,5%. Pretende-se também neste trabalho apresentar metodologias e práticas de projeto de drenagem usualmente adotadas em regiões de características topográficas semelhantes. No desenvolvimento do estudo, foram discutidas as bases teóricas do Método Racional e outros métodos de avaliação hidrológica que procuram levar em conta o amortecimento da vazão durante o seu escoamento sobre o leito das vias. Apresentam-se também as bases científicas para a criação de um modelo hidrodinâmico a ser usado no estudo para a determinação do fator de redução da vazão de pico do hidrograma racional. A capacidade de escoamento em vias urbanas é então discutida, de forma a se justificar as relações criadas como conclusão do trabalho. O resultado final apresentado é o estabelecimento de uma relação entre a variação do pico da vazão do Método Racional, com a capacidade de armazenamento ou amortecimento de cheias existente nessas vias. Relações estas que, para fins práticos, significam tanto o incremento positivo no período de retorno do projeto, quanto a redução da vazão para efeito de dimensionamento de galerias. Tais resultados são demonstrados de forma prática por meio do estudo de caso no município de Praia Grande, o litoral sul paulista. / This work presents a proposal for estimating the reduction of the Peak Flow Rate determined by the Rational Method, considering flat basins as a main characteristic. It is considered flat, all of those basins in which the average slope on the streets are smaller than 0,5 %. It is also intentions of this work discuss methods and practices adopted to flat areas as urban drainage solutions and best management practices. Within this work, we also present all the theoretical basis of the Rational Method, among others, that try to fuse the street storm water storage capacity whit the conveyance capacity of a usual street. It is also presented theoretical basis of hydrodynamic models to be used as the main tool to determine de peak flow reduction factor of the Rational Method Hydrogram. Conveyance capacity of a usual street is discussed, street storm water conveyance capacity is also discussed in order to justify the relations proposed as a conclusion of this work. As a result of this work it is established a relationship between the Peak flow rate determined by the Rational Method and the street storm water storage capacity. In addition, this peak reduction can be used as a positive increment on the Recurrence Interval or as flow rate reduction when designing the sewerage system, which means implementation costs reduction. An application to the city of Praia Grande, located the Sao Paulo State, is presented and used as a case of study.

Made available in DSpace on 2017-07-10T15:14:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cristiano.pdf: 1521067 bytes, checksum: 8be179f3b8b51910029f0a61831b2fc6 (MD5) Previous issue date: 2016-04-07 / Urbanization and the disorderly occupation of cities have created many environmental problems, ranging from floods to climate change in large urban centers. Among the causes of these occurrences is mainly soil sealing in cities, that occurs by interference and man's need to use more space. The more waterproofed the surface of urban areas, higher runoff, and this, in turn, due to the adopted public politics and the lack of planning, are transferred to adjacent watersheds, causing, these problems such as floods and silting of rivers. The impermeabilized surfaces end up affording a smaller charge of watersheds, transferring to other river basins the amount of water that it should be restored in the region, that way impair the recovery of the basins where the percolations occur. This study is a comparison between two existing technologies in commercially known market as "paver" and "draining floor", and point which of these can help in the recovery of watersheds and, consequently, reduce the problems caused by surface runoff in urban areas. To reach the result precipitations were simulated using a sprinkler infiltrometer in intensities corresponding to 45mm.h-1, 60mm.h-1 and 90mm.h-1, and occurred in lysimeters where the coverages match the public walks characteristics using the technologies to be analyzed as ground cover. This experiment showed that the permeable concrete parts (draining floor) and concrete parts gaskets extended (paver) has percolation rate likened to grass cover and thus can be used as technologies for water infiltration into the soil aiding in the recovery of watersheds in urban areas / A urbanização e a ocupação desordenada das cidades criaram diversos problemas ambientais, que vão desde enchentes até alterações climáticas nos grandes centros urbanos. Entre as causas destas ocorrências está, principalmente, a impermeabilização dos solos nas cidades, que ocorre pela interferência e necessidade do homem em utilizar mais espaço. Quanto mais impermeabilizada a superfície das regiões urbanas, maior o escoamento superficial, e este, por sua vez, devido às políticas públicas adotadas e à falta de planejamento, são transferidos para bacias adjacentes, trazendo problemas a estas, como enchentes e assoreamentos dos rios. As superfícies impermeabilizadas acabam proporcionando uma menor recarga das bacias hidrográficas, transferindo para outras bacias a quantidade de água que deveria ser reposta naquela região, desta forma prejudicam a recuperação das bacias onde ocorrem as percolações. O presente estudo faz um comparativo entre duas tecnologias existentes no mercado comercialmente conhecidos como paver e o piso drenante , e apontará qual destas pode auxiliar na recuperação das bacias hidrográficas e, consequentemente, reduzir os problemas causados pelo escoamento superficial nas regiões urbanas. Para chegar ao resultado foram simuladas precipitações utilizando um infiltrômetro de aspersão em intensidades correspondentes à 45 mm.h-1, 60 mm.h-1 e 90 mm.h-1, e ocorreram em lisímetros onde as coberturas correspondem as características de passeios públicos utilizando as tecnologias a serem analisadas como cobertura de solo. Este experimento apontou que as peças de concreto permeável (piso drenante) e as peças de concreto com juntas alargadas (paver) têm taxa de percolação assemelhada a cobertura de grama e desta forma podem ser utilizadas como tecnologias para infiltração de água no solo auxiliando na recuperação das bacias hidrográficas das zonas urbanas.