O trabalho apresenta resultados de um estudo sobre a influência da mata ciliar na análise qualitativa e dados quantitativos de água, em três pontos pertencentes à bacia do Ribeirão Lajeado-TO, cuja área é de 612,77 Km2. Os três pontos delimitados para a realização do estudo foram: Trecho do Ribeirão Lajeado (Ponto 1) com 22,09% de mata ciliar; Córrego Brejo da Passagem (Ponto 2) com 14,80% e Contribuinte do Ribeirão Lajeado (Ponto 3) com 49,08%. O objetivo principal do estudo foi avaliar a influência da mata ciliar na qualidade da água na bacia do Ribeirão Lajeado. Os dados estatísticos descritivos, mostraram que os três pontos no período chuvoso apresentaram flutuações significativas de algumas variáveis analisadas. O ponto 3, bacia mais preservada, apresentou gradientes maiores de temperatura, nitrogênio inorgânico dissolvido, pH e froude. Os pontos 1 e 2, as bacias consideradas menos conservadas, mostraram maiores flutuações das variáveis, no mesmo período amostral. O ponto 1 apresentou variações dos valores de sólidos totais dissolvidos, condutividade, transparência e nitrogênio orgânico relativamente mais altas. No ponto 2, a vazão apresentou valor mais elevado. A turbidez, nitrogênio total, sólidos totais, matéria orgânica, alcalinidade, oxigênio dissolvido tiveram também valores elevados neste ponto. O fosfato apresentou variações similares nos pontos 1 e 2. Durante o período seco, nota-se que o ponto 1 apresentou variações maiores nas concentrações de temperatura, condutividade, sólidos totais dissolvidos e transparência. A turbidez, pH, alcalinidade, nitrogênio inorgânico dissolvido, sólidos totais, matéria orgânica e Froude, demonstraram um gradiente relativamente alto no ponto 2. As concentrações das variáveis oxigênio dissolvido, nitrogênio (orgânico e total) e a vazão, apresentaram valores mais altos no ponto 3. A variável fosfato mostrou valores similares em todos os pontos. Os resultados de forma geral na análise de componentes principais demonstraram tendências para dois gradientes, temporal e espacial. No gradiente temporal, foi verificada a segregação dos períodos chuvoso e seco, onde foi analisado o comportamento das variáveis em ambos e no gradiente espacial observou -se a correlação entre os pontos e campanhas adotadas e o desempenho das variáveis físicas, químicas e hidrológicas. Em relação a dinâmica do carbono orgânico total e o carbono inorgânico dissolvido, pode evidenciar respostas mais significantes no período chuvoso, com valores mais expressivos nos pontos 1 e 2. No período seco analisado, observou-se que o ponto 3, apresentou valores mais elevados de carbono orgânico total, e o ponto 1 de carbono inorgânico dissolvido. De acordo com os resultados de outros testes estatísticos aplicados de forma integrada nos dois períodos analisados, verificou-se relações positivas entre: CND x STD; Zsd x Q; OD x Q e MO x ST, no ponto 1. Ainda no Ponto 1 os testes demonstraram correlação negativa nas relações OD x Froude e OD x STD. No ponto 2, verificou-se relações diretamente proporcionais entre as variáreis: T x Q; Zsd x Q; OD x Q; CND x STD e MO x ST. No ponto 3 observou-se também relações positivas entre as variáveis, T x Q; CND x STD e MO x ST; e relações negativas entre STD x (Froude e Q). Com relação ao comportamento hidrológico, especificadamente a vazão especifica, nos respectivos pontos estudados observou-se que o percentual de cobertura de mata ciliar no ponto 3, influenciou positivamente nos resultados dessa variável, no período seco. No período chuvoso, notou-se que os dados apresentaram valores relativamente mais baixos no mês de março. Os pontos 1 e 2, consideradas as bacias com menores percentuais de mata ciliar, demonstraram comportamentos diferentes nos resultados de vazões especificas. No período chuvoso as vazões especificas, com exceção do ponto 2 em parte do período de abril a maio, foram elevadas, o que possivelmente pode estar associado ao aumento do escoamento superficial neste período. Notou-se, entretanto, que no período seco, esses valores sofreram um decréscimo bastante significativo. De maneira geral para avaliar a possível influência da mata ciliar na qualidade da água, outros estudos devem ser realizados e aprofundados considerando características peculiares do ciclo hidrológico local, bem como monitoramento do transporte e deposição de sedimentos e a caracterização dos ciclos de nutrientes na água e nos ecossistemas de mata ripária, além de uma cuidadosa caracterização e quantificação das alterações no uso do solo. / The paper presents results of a study on the influence of riparian vegetation in qualitative and quantitative data of water at three points belonging to the basin of Lajeado stream-TO, whose area is 612.77 km2. The three points chosen for the study were: stretch of Lajeado steam (Point 1) with 22.09% of riparian vegetation; brejo da Passagem stream (Point 2) with 14.80% and Coducive of Lajeado stream (Point 3) with 49.08%. The main objective of the study was to assess the influence of riparian vegetation on water quality in the Lajeado stream basin. Descriptive statistics data showed that the three points in the wet season showed significant fluctuations of some variables analyzed. Point 3 is more preserved basin, showed higher gradients of temperature, dissolved inorganic nitrogen, pH, and Froude. Points 1 and 2 basins considered less conserved, showed greater fluctuations of the variables in the same sample period. Point 1 showed variations in the values of total dissolved solids, conductivity, transparency and relatively higher organic nitrogen. In point 2, the flow were higher. Turbidity, total nitrogen, total solids, organic material, alkalinity, dissolved oxygen values were also high at this point. Phosphate showed similar variations in 1 and 2. During the dry season, it was noted that in point 1 showed greater variations in the concentrations of temperature, conductivity, total dissolved solids and transparency. Turbidity, pH, alkalinity, dissolved inorganic nitrogen, total solids, organic matter and Froude, showed a relatively high gradient in point 2. The concentrations of variables dissolved oxygen, nitrogen (organic and total) and flow, were higher in point 3. The variable phosphate showed similar values at all points. The results generally in principal component analysis showed trends for two gradients, temporal and spatial. In the temporal gradient, there was segregation of the rainy and dry season, where was studied the behavior of both variables. In the spatial gradient it was observed correlation between points and campaigns adopted and performance of physical variables, chemical and hydrological . Concerning the dynamics of total organic carbon and dissolved inorganic carbon, may show the most significant responses in the rainy season, with higher values in point 1 and 2. In the dry period analyzed, it was noted that the point 3 had higher values for total organic carbon, and the point 1 of dissolved inorganic carbon. According to the results of other statistical tests applied in an integrated way in the two study periods analyzed, it was found positive relationships between: CND x STD; ZSD x Q; OD x Q and MO x ST in point 1. Still in Point 1, the tests showed a negative correlation in the relationship OD x Froude and OD x STD. In Point 2, it was observed that there was directly proportional relationship between the varied: T x Q, ZSD x Q; OD x Q; CND x STD end MO x ST. Point 3 was also observed positive relationships between the variables, T x Q; CND x STD and MO x ST and negative relationships between STD x (Froude and Q). With regard to hydrology, specifically the flow specifies, in their points studied it was observed that the percentage coverage of riparian vegetation in point 3, positively influenced the results of that variable in the dry period. In the rainy season, it was noted that the data showed relatively lower values in March. Points 1 and 2, considering the basins with smaller percentages of riparian vegetation, showed different behaviors on the results of specific flow rates. In the rainy season the specific flows, with the exception of point 2 in part the period from April to May, were high, which possibly can be associated with increased outflow superficial in this period. It was noted, however, that in the dry season, these values have undergone a fairly significant decrease. Generally to assess the possible influence of riparian vegetation on water quality, further studies should be conducted and detailed considering the peculiar characteristics of local hydrological cycle, as well as monitoring the transport and deposition of sediments and the characterization of the nutrient cycles in water and riparian forest ecosystems, beyond of a careful characterization and quantification of changes in land use.

A Bacia Hidrográfica do Rio Pardo é uma das 9 (nove) bacias que integram a Região Hidrográfica do Guaíba, no Rio Grande do Sul, sendo sua área de drenagem de aproximadamente 3.636 km². Os rios Pardo e Pardinho são os principais cursos de água, com extensões de aproximadamente 200 e 90 km, respectivamente. Estudos realizados recentemente sobre a situação atual dos recursos hídricos da Bacia do Rio Pardo constataram a ocorrência de deficiências hídricas em determinados períodos do ano e em algumas regiões. Estas deficiências foram atribuídas, principalmente, à demanda de água pela orizicultura, que representa 87% do volume total requerido anualmente e 97% do volume total requerido em janeiro, mês de maior demanda de água na Bacia. Dentro deste contexto, esta dissertação teve como objetivo geral analisar, sob as perspectivas da orizicultura irrigada, a situação hídrica quantitativa da Bacia Hidrográfica do Rio Pardo no cenário atual e em cenários futuros. Buscou-se quantificar os déficits hídricos (quando existentes) e identificar os cenários menos impactantes para os usuários da água da Bacia. Um modelo para estimativa da disponibilidade hídrica da Bacia foi testado e analisado. No entanto, quando da realização dos balanços hídricos, preferiu-se utilizar vazões observadas e medidas nos principais rios da Bacia, adotando-se, como disponibilidade hídrica, as vazões com 90% de garantia de excedência. Foram estabelecidos dois cenários futuros para a orizicultura – Tendencial e Otimista – os quais foram analisados sob duas projeções (4 e 12 anos). Os cenários foram configurados com base na combinação entre diferentes sistemas de cultivo e ciclo das cultivares de arroz, que, juntos, determinam diferentes demandas específicas, e, conseqüentemente, diferentes volumes totais por cenário. A demanda hídrica de cada cenário foi estimada utilizando-se um modelo matemático integrado a ferramentas de geoprocessamento. O modelo considera os principais componentes da demanda hídrica para irrigação (evapotranspiração, saturação do solo, lâmina superficial e fluxo lateral). Os resultados indicaram uma tendência de melhoria na eficiência de uso da água para irrigação na Bacia, com aumento de área cultivada e diminuição da demanda hídrica por unidade de área. Esse quadro pode ser atribuído, principalmente, ao aumento de lavouras sistematizadas, que garantem menor demanda hídrica, devido ao melhor aproveitamento da água de irrigação. A melhoria na eficiência de utilização da água é ainda maior nos cenários otimistas, em que se pressupõe, além do aumento de áreas sistematizadas, a utilização de cultivares de ciclo menor, condicionando reduções no período de irrigação. Apesar disso, os balanços hídricos realizados para cada cenário indicam a ocorrência de déficits hídricos mais graves do que os atuais nos cenários futuros. Esta configuração é atribuída ao aumento da área cultivada, que, mesmo com demanda específica menor, não garante que os conflitos sejam minimizados. Mesmo assim, os resultados mostraram que, dentro de uma mesma projeção futura, existe a possibilidade de haver significativas reduções na utilização de água, o que é evidenciado através das diferenças constatadas na comparação dos cenários tendenciais e otimistas, sendo estes últimos, menos impactantes na disponibilidade hídrica. A gestão e o planejamento de recursos hídricos, neste contexto, permitem disciplinar o uso e alocar a água entre os diversos usuários de uma bacia hidrográfica através da implementação de instrumentos de gestão e planejamento, como a outorga e a cobrança; no entanto, subsídios como os apresentados neste trabalho são necessários, pois, para que haja efetividade na implementação dos instrumentos, é fundamental que se conheçam as distribuições espacial e temporal das disponibilidades e demandas hídricas de cada Bacia Hidrográfica, e que se considerem as tecnologias empregadas nos diferentes sistemas de produção, que têm a água como insumo básico. / The Pardo River Basin (3.636 km²) is one of the 9 (nine) basins integrating the Guaíba Watershed Region, in the state of Rio Grande do Sul, Brazil. Pardo and Pardinho rivers are the most important water courses, with extensions of about 200 and 90 km, respectively. Recent studies about current water availability and water demand in Pardo River Basin showed the occurrence of water deficiencies in some periods of the year and in some areas. These deficiencies were attributed, mainly, to demand to rice irrigation that represents 84% of total volume requested annually, and 97% of total volume requested in January, month of higher water demand in the Basin. This study had as main objective to analyze, under the perspectives of the irrigated rice crop, the quantitative water situation in Rio Pardo River Basin in current and futures sceneries. It looked for quantifying water deficits (when existent) and to identify the less impactant sceneries to the Basin water users. A model to estimate water availability was tested and analyzed. However, to water balances, it was preferred using observed discharge measured in the principal rivers of the Basin, adopting, as water availability, the discharge with 90% of chance to exceeding. Two future sceneries were established related to rice system crop – Tendencial and Optimist – that were analyzed under two projections (4 and 12 years). The sceneries were configured based on combination of cultivation systems (soil manage) and rice variety cycle, that, together, determines different specific demands, and, consequently, different total volumes for each scenery. The water demand in each scenario was calculated using a mathematical model integrated to geoprocessing tools. The model considers the main components of irrigation demand to rice crop (evapotranspiration, soil saturation, superficial depth and lateral flow). Results indicated a tendency to improve efficiency of water use in rice irrigation, with increase of cultivated area and decrease in specific water demand. This frame can be attributed, mainly, to increasing of systematized crop soil that assures smaller water demand, due to the best use of water irrigation. The improvement in water use efficiency is larger in optimistic sceneries, when it’s presupposed, in addition to increase of systematized areas, the use of rice variety with smaller cycle, conditioning reductions in irrigation period. In spite of that, the water balances to the futures sceneries indicate the occurrence of worse water deficits than in the current one. This configuration is attributed to increasing in cultivated area that, even with smaller specific water demand, does not assure that conflicts are minimized. Even so, the results showed that there are possible reducing water use into a same future projection, evidenced through differences verified in the comparison between tendencial and optimists sceneries, when these last, are less impactant in the water availability. The water resources management, in this context, allow disciplining water use and to allocate it among several existent users through planning instruments implementation, as the grant and collection; however, subsidies as showed in this work, are essential to implement these instruments. Is fundamental that spatial and temporary distribution of water availability and water demand are known, and that technologies employed in different production systems using water like a basic input be considered.

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

Este trabalho propõe uma metodologia voltada para a geração de um índice de sustentabilidade ambiental aplicável a bacias hidrográficas urbanas abrangendo fatores relativos aos aspectos sociais, econômicos e físicos da bacia. O índice proposto foi implementado na bacia do arroio Sapucaia localizada na região metropolitana de Porto Alegre, abrangendo parte dos municípios de Cachoeirinha, Canoas, Esteio, Gravataí, Novo Hamburgo e Sapucaia do Sul, compreendendo uma área de aproximadamente 131 km2, estando a mesma sujeita a um intenso processo de urbanização e submetida a uma forte pressão antrópica. O índice proposto constitui-se de três dimensões: FDH ( Fator de Desenvolvimento Humano ), FUS ( Fator de Uso do Solo ) e FFP ( Fator de Fragilidade Potencial ). O FDH tem por objetivo representar aspectos da qualidade de vida da população expressa pelos itens educação, longevidade, renda e saneamento. O FUS avalia o uso do solo predominante na sub-bacia com base na classificação da imagem. O FFP avalia os aspectos físicos da bacia tomando por base a configuração da hidrografia e os dados altimétricos da área. Neste trabalho foram utilizadas as folhas MI 2970/4 (São Leopoldo) e MI 2971/3 (Gravataí) da Cartografia Sistemática Brasileira em escala 1:50.000, uma imagem do sensor ASTER do ano de 2001 (plataforma EOS/TERRA), bandas 1, 2 e 3N com resolução espacial de 15 m, fotografias aéreas em escala 1:40.000 do ano de 1991 e a base de informações por setor censitário do Censo Demográfico 2000 (IBGE) dos municípios integrantes da bacia. A metodologia mostrou-se adequada como instrumento de análise ambiental de bacias hidrográficas localizadas em áreas urbanas, sobretudo quando da inexistência de uma base de dados mais elaborada. Nesse aspecto o trabalho também permitiu demonstrar o potencial de utilização das técnicas de geoprocessamento como elemento de apoio na construção de indicadores de sustentabilidade ambiental. Os resultados foram apurados por sub-bacia originando um mapa final de setorização em função dos níveis de sustentabilidade, classificados como alta, média e baixa sustentabilidade. Esse mapa indicou cinco áreas, considerando a distribuição espacial dos níveis de sustentabilidade apurados em cada sub-bacia, constituindo-se assim num primeiro indicador das suas condições ambientais. Os resultados demonstram que as áreas mais sujeitas a pressão urbana, são aquelas que apresentaram os menores níveis de sustentabilidade, como no caso das sub-bacias 7 (IS = 0,531), 9 (IS = 0,67) e 10 (IS = 0,665) contudo também apontam baixos níveis de sustentabilidade para aquelas áreas localizadas junto as nascentes da bacia, em função de uma maior fragilidade potencial, como no caso da bacia 1 (IS = 0,612). Recomendando-se dessa forma restrições quanto ao seu uso e ocupação, bem como a adoção de políticas ambientais e de ordenamento territorial voltadas a sua preservação. / This study proposes a methodology come back for the generation from an index of applicable environmental sustainability to hydrographic basins situated in urban areas considering relative factors to the social, economic and physical aspects of the basin. The proposed index was implemented in the basin of the Sapucaia river located in the metropolitan area of Porto Alegre, embracing part of cities of Cachoeirinha, Canoas, Esteio, Gravataí, Novo Hamburgo and Sapucaia do Sul, understanding an area of approximately 131 km2, being the same subjects to an intense urbanization process and submitted to a strong human-induced pressures. The proposed index is constituted of three dimensions: FDH (Factor of Human Development), FUS (Factor of Use of the Soil) and FFP (Factor of Potential Fragility). FDH has for objective to represent aspects of the quality of life of the population expressed by the items education, longevity, income and sanitation. FUS evaluates the use of the predominant soil in the sub-basin with base in the classification of the image. FFP evaluates the physical aspects of the basin taking for base the configuration of the hydrography and the elevation data of the area. In this study employed were the 1:50.000 charts, from Braziliam Systematic Cartography, MI 2970/4 (São Leopoldo) and MI 2971/3 (Gravataí) pages, an ASTER image (EOS/TERRA platform) of the year of 2001, used bands 1, 2 and 3N with space resolution of 15 m, aerial pictures in scale 1:40.000 of the year of 1991 and the 2000 Demographic Census (IBGE) of the integral municipal districts of the basin. The methodology was shown appropriate as instrument of environmental analysis of hydrographic basins situated in urban areas, above all when of the inexistence of an elaborated base of data. In that aspect the study also allowed to demonstrate the potential of use of the geoprocessing techniques as support element in the construction of indicators of environmental sustainability. The results were select for sub-basin originating a final map of sectors according to level of sustainability, classified as high, medium and low sustainability. This map indicated five areas, considering the spatial distribution of the levels of sustainability in each sub-basin, thereby a first indicator of its environmental conditions. The results show that the areas most subject to pressure urban, are those that have the smallest levels of sustainability, in the case of sub-basins 7 (IS = 0.531), 9 (IS = 0.67) and 10 (IS = 0.665), however also show low levels of sustainability for those areas located nears the sources of the basin, according to a greater potential fragility, as in the case of sub-basin 1 (IS = 0.612). Recommending so restrictions on their use and occupation, and the adoption of environmental policies and territory planning toward its preservation.

A modelagem matemática é uma valiosa ferramenta para avaliação de alterações da qualidade da água causadas por descargas diversas. Para a simulação de bacias hidrográficas a integração com sistemas de informações geográficas (SIG) é muito útil para a descrição detalhada e automatizada da região de interesse, e para a interpretação dos resultados. Neste contexto de desenvolvimento de soluções integradas que o presente trabalho tem como objetivo contribuir para a melhoria no gerenciamento da qualidade da água em bacias hidrográficas, onde é apresentado o desenvolvimento de um modelo acoplado com SIG, aplicável para condições de baixa disponibilidade de dados, denominado SIAQUA-IPH. Adotou-se para o modelo a utilização de soluções analíticas da equação de advecção-dispersão para simular o impacto de lançamentos com duração variável em cursos de água, incluindo lançamentos instantâneos, ou de duração curta. No modelo é adotado um esquema de convolução dos polutogramas para a representação de lançamentos múltiplos e de confluências existentes na bacia. Ainda, para a simulação de constituintes comumente encontrados em esgotos (DBO, OD, N, P e Coliformes) foi adotada a utilização de soluções conhecidas, como a equação de Streeter-Phelps. Soluções analíticas foram priorizadas visando diminuir restrições relacionadas à capacidade computacional, tempo de simulação e outros erros numéricos. A topologia adotada na concepção do modelo consiste na subdivisão da bacia hidrográfica em pequenos trechos de rio, que pode ser obtida automaticamente através de ferramentas de geoprocessamento, o que caracteriza o primeiro fator de integração com SIG desenvolvida. Esta é a mesma topologia utilizada pelo modelo MGB-IPH, por isto os resultados do modelo hidrológico podem ser utilizados diretamente pelo modelo de qualidade. Como segundo fator de integração com SIG, o SIAQUA-IPH foi desenvolvido plenamente acoplado à plataforma MapWindow GIS®, de uso livre, onde o SIG é a forma como o usuário interage com o modelo, inserido os dados de entrada e visualizando os resultados. Para a calibração do SIAQUA-IPH adotou-se a possibilidade do uso do algoritmo de calibração automática SIMPLEX de Nelder-Mead. Para o cálculo do coeficiente de dispersão longitudinal foi adotado o uso de formulações práticas, selecionadas a partir de uma matriz de seleção desenvolvida. Testes hipotéticos de funcionamento do modelo nas bacias do rio Ijuí (RS) e do rio São Francisco (MG) evidenciaram um desempenho pleno de todas as soluções adotadas. Em um terceiro ensaio de representação de dados de traçadores, obtidos de Rigo (1992), foram obtidos resultados satisfatórios em que as diferenças computadas servem de referência para usuários sobre as incertezas dos métodos utilizados. Espera-se que as soluções adotadas no desenvolvimento do SIAQUA-IPH sirvam para várias aplicações, incluindo estudos prévios de impacto, avaliações posteriores de despejos ocorridos, e até suporte à decisão em tempo real, como no caso de derramamentos acidentais. / Mathematical modeling is a valuable tool to assess water quality changes produced by different kinds of discharges. For watershed simulations, the coupling with Geographic Information Systems (GIS) is very useful for automated and detailed description of the studied region and for helping results interpretation. On this context of integrated solutions development that this research aims to contribute for river basins water quality management improving, where is exposed the development of a model coupled with GIS and applicable to low data availability conditions, called SIAQUA-IPH. In the model was adopted the use of advection-dispersion equation analytical solutions to simulate the impacts of various duration discharges into rivers. A polutograph convolution scheme is adopted for representing multiple spills and confluences in the basin. For constituents commonly found in sewage simulation (BOD, OD, N, P and Coliforms) the model also allows the use of classical solutions, such as the Streeter-Phelps equation. The model is designed to use primarily analytical solutions aiming to reduce constraints related to computational capacity, simulation time and others numerical issues. The topology adopted in the model consists in the hydrography discretization into small river reaches, which can be obtained automatically through geoprocessing tools, which is the primary factor of developed GIS coupling. Also, as this is the same topology used by the MGB-IPH model, the hydrological model results can be used directly by the water quality model. As a second GIS integration factor, SIAQUA-IPH was developed fully coupled to MapWindow GIS ® platform, free distributed, where the GIS is the way the user interacts with the model, enters the input information and access results. Calibration of SIAQUA-IPH can be performed through Nelder-Mead SIMPLEX automatic calibration algorithm. For the longitudinal dispersion coefficients estimation was adopted the use of empirical formulations, selected through a selection matrix developed. Tests of hypothetical releases in the Ijuí (RS) and in the São Francisco (MG) river basins were carried out, which showed a full performance of all the adopted solutions. Also, a tracer data representation test was conducted using data showed by Rigo (1992) in the Paraíba do Sul River (RJ), where obtained results were considered satisfactory and computed differences can be used as a guide for uncertainty of the adopted methods. It is expected that the SIAQUA-IPH serves for various applications, including prior studies of pollutants releases, later evaluations of discharges and to support real-time decision in case of accidental spills.

Em planejamento de conservação aquática, abordagens quantitativas são realizadas ao longo de varias unidades de paisagem. Muitas vezes, as divisões internas como unidades de planejamento são definidas subjetivamente e condicionadas á disponibilidade de dados físicos y biológicos. Bacias hidrográficas como unidades de planejamento são subdividas e classificadas com base em contextos geológicos e climáticos, fisiográficos e biogeográficos que seguem escalas espaciais hierárquicas como subbacias, trechos e segmentos de rios até macro/micro habitats. Reconhecem-se fatores de grande escala espacial e temporal como condicionantes da expressão de padrões e processos (físicos e biológicos) a escalas menores e de maneira hierárquica. Mais além, existe uma interdependência destes (padrões e processos) operando através de múltiplas escalas. Na construção de abordagens de planejamento mais flexíveis e gerais, bacias e subbacias têm sido apontadas como escalas apropriadas de captura de fatores que influenciam (direta ou indiretamente) padrões biológicos observados a escalas menores. No entanto, a resolução espacial de subbacias como unidades de classificação poderia afetar os padrões encontrados? Poderia afetar também processos de planejamento de conservação? Neste contexto, analisamos a classificação de subbacias aninhadas em seis níveis hierárquicos de refinamento espacial com base em atributos topográficos da paisagem (altitude, declividade, formas de terreno, vegetação pretérita, posição de subbacias na rede, etc.) dentro da Bacia Hidrográfica do rio Taquari Antas no Rio Grande do Sul - Brasil (26000 km2). Através de uma abordagem quantitativa e análises multivariadas (ordenação e agrupamento), obtivemos basicamente o mesmo padrão espacial de organização através da hierarquia. Determinamos até oito tipos ou grupos de subbacias, influenciadas principalmente por altitude e declividade combinadas com diferentes formas de terreno e vegetação. Foram diferenciadas subbacias de planalto e planície nos extremos, e subbacias do curso principal superior, curso médio e áreas de transição desde morros altos, para morros em vales de rios encaixados, até áreas de encostas abertas e morros em planícies. Classificações com base em níveis hierárquicos de subbacias são importantes no sentido de obter alvos gerais para planejamento de conservação (como subunidades ecorregionais aquáticas). Desta maneira se contribui ao processo de geração de procedimentos e ferramentas de classificação mais flexíveis para planejamento de conservação aquática e com maior confiabilidade. / In freshwater conservation planning, quantitative classification approaches are performed across several landscape units. In general, internal divisions as planning units are subjective and depend on previous knowledge and information available. Usually, river basins are subdivided and grouped based on geology, climate, physiography and biogeographical context, following hierarchical spatial scales, such as sub-basins, reaches, segments, and macro-habitats. There is consensus that factors operating at great spatial and temporal scales constrict processes and patterns (physical and biological) expressed at finer scales, following a hierarchical organization. Furthermore, the interpendence between physical and biological patterns and processes (geomorphology, hydrology, ecology) is recognized to act at multiple scales. Towards more flexible and general planning approaches, basins and sub-basins are pointed as scales that capture the large scale factors that influence (directly or indirectly) the biological patterns observed at lower scales. Does the spatial resolution (area) of sub-basin division used to perform the classification affect the pattern obtained? Can this subject affect the conservation planning process? We analyzed the classification on Taquari Antas river basin (south Brazil) (26000 km2) along six spatially nested sub-basin classification, based on physiographic attributes. Through a quantitative approach and multivariate analyses (cluster and ordination), we obtained basically the same spatial pattern of organization across the hierarchy. The eight sub-basin types or groups where most influenced by elevation and slope, combined with landform classes and original vegetation. Extreme gradients of these attributes express plain region in the plateau and floodplains in lower gradient rivers. Between these extremes, the mainstem river and main tributaries where classified in four distinct groups of subbasins, based on the continuum of physiographical factors. Classifications based on nested hierarchical levels of sub-basins are important to get general coarse targets for freshwater conservation planning. These work contribute to the process of generating more flexible hierarchical classification frameworks for freshwater conservation planning.

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

Os registros de vazões líquidas obtidos das estações fluviométricas são válidos, unicamente, para o local de onde foram coletados ou muito próximo a ele. Na maioria das vezes, a região de influência deste não inclui o local de interesse para o desenvolvimento de projetos de recursos hídricos. Este inconveniente, geralmente, pode ser resolvido através do uso de métodos de regionalização hidrológica. Para determinar os coeficientes da equação de regionalização, o procedimento mais usado consiste em: i) estabelecer uma relação do tipo exponencial multivariada entre a variável dependente (vazão média de longo prazo ou média anual de cheia) e as covariáveis (variáveis climáticas e fisiográficas da bacia hidrográfica); ii) linearizar a equação anterior mediante a transformação logarítmica de ambos os membros; iii) utilizar modelos lineares de regressão para estimar os coeficientes, geralmente, o método dos mínimos quadrados ordinários; e iv) aplicar a transformação inversa para definir a equação. A aplicação deste procedimento implica assumir certas propriedades dos dados (assimetria positiva, registros da mesma extensão e que os mesmos possuem o mesmo período de início e fim, entre outros) que dificilmente podem ser atendidas, prejudicando a verificação das hipóteses nas quais estão baseados os métodos lineares de regressão e, em conseqüência, seu adequado uso, bem como a confiabilidade dos resultados obtidos. Esta pesquisa apresenta um aprimoramento dos métodos de regionalização de vazões geralmente empregados, incluindo-se técnicas que levam em consideração as limitações anteriores. Estas técnicas foram: i) uso da transformada de Box-Cox na linearização da equação exponencial multivariada; ii) determinação dos coeficientes da equação de regionalização usando mínimos quadrados ponderados; e iii) verificação se os resíduos da regressão estão correlacionados ou não. Para o desenvolvimento e verificação da metodologia proposta foram usados somente registros fluviométricos de Bacias Hidrográficas Brasileiras, que drenam suas águas para o Rio Grande do Sul e/ou que estejam localizadas dentro dele. Geograficamente, a área de estudo inclui a totalidade do estado do Rio Grande do Sul e parte de Santa Catarina. As equações de regionalização foram definidas usando dados de vazões médias de longo prazo e média de cheia, para tempo de retorno de 2,33 e 50 anos. Neste último caso, as freqüências foram estimadas através do método dos momentos-L.Comparando os resultados obtidos utilizando o modelo de regionalização hidrológica proposto neste trabalho (transformada de Box-Cox / mínimos quadrados ponderados) junto a seus similares gerados usando a metodologia convencional (transformada logarítmica / mínimos quadrados ordinários) e de modelos intermediários (transformada logarítmica / mínimos quadrados ponderados e transformada de Box-Cox / mínimos quadrados ordinários), os mesmos podem ser considerados satisfatórios, visto que em todas as simulações realizadas o modelo proposto forneceu melhores resultados que aqueles obtidos com os outros modelos, sendo utilizado como padrão de comparação: 1) a qualidade do ajuste, 2) o grau de verificação das hipóteses dos métodos lineares de regressão e 3) os erros na estimativa das descargas, em termos de vazão específica. Nas simulações realizadas usando os modelos intermediários, observou-se que: i) na regionalização de vazões médias, o ganho de considerar a heterogeneidade temporal dos dados é maior do que corrigir a assimetria dos mesmos; ii) quando são usadas séries de descargas máximas, ocorre o efeito contrário, visto que o ganho de corrigir a assimetria das séries é maior do que o efeito da heterogeneidade temporal dos dados. Com relação aos resíduos da regressão, contrariamente ao esperado, os mesmos não sugerem estar correlacionados; isto pode ser conseqüência de utilizar como variável dependente um único registro por estação (vazão média de longo prazo ou média anual de cheia).

Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-03-02T17:49:06Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Julio César Félix da Silva.pdf: 2836680 bytes, checksum: 700616f16824cf18494442d5aba43fc4 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-02T17:49:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Julio César Félix da Silva.pdf: 2836680 bytes, checksum: 700616f16824cf18494442d5aba43fc4 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / CNPQ / A bacia hidrográfica é uma unidade regional de planejamento, cujo olhar está centrado na sua totalidade territorial, já que possui um caráter interdependente do ponto de vista hidrológico, ou seja, as intervenções setoriais podem se refletir na quantidade e/ou qualidade das suas águas em trechos subsequentes. Quando trata-se de águas transfronteiriças, intervenções arbitrárias podem resultar em conflitos, na medida em que determinadas ações locais em um território compromete as águas em outras unidades territoriais. Outrossim, a interdependência hidrológica também precisa ser considerada quando da intervenção para conter a problemática sócio-ambiental de uma bacia hidrográfica, neste caso, é necessário que haja cooperação entre todas as unidades territoriais que partilham suas águas. Em consonância com o planejamento territorial da bacia hidrográfica assenta-se a hidropolítica, pela sua capacidade de abarcar as unidades territoriais (municípios, estados e/ou países) que compartilham suas águas. A hidropolítica é uma gestão compartilhada de águas superficiais ou subterrâneas tranfronteiriças, visando à equidade no seu uso entre os territórios onde estão distribuídas, para evitar a primazia de alguns e o comprometimento da quantidade e qualidade da água em outros. É nesse contexto que este trabalho visa a analisar a hidropolítica da bacia do rio Una a partir do estudo das margens fluviais na cidade de São Bento do Una – PE, visando à identificação e compreensão dos desafios da gestão das águas e as tendências da problemática. Sobre a hidropolítica da bacia do rio Una, constatou-se que vem ocorrendo de forma fragmentada e precária, devido à falta de cooperação e ações dos municípios, mas também em virtude da estrutura da dominialidade do rio, que não atribui responsabilidade consistente as municipalidades. Soma-se a isso, a pendência da APAC e do COBH-Una na realização do processo, e o fato do Estatuto não abrir espaço para todos os municípios inseridos na bacia hidrográfica do rio Una. No plano empírico, foi constatado a partir da caracterização das margens fluviais do rio Una na cidade de São Bento do Una, que os problemas sócio-ambientais decorrem da ineficácia do poder público em disciplinar as ocupações urbanas irregulares frente aos processos sociais que segregam classes espacialmente, da ausência de esgotamento sanitário, implicando o despejo de efluentes domésticos que, conforme análise de relatórios da CPRH, constitui a principal fonte poluidora. Esse processo de expansão das cidades no sentido das margens fluviais, acompanhado do aumento da poluição, agudiza a qualidade de vida dos citadinos, situação que configura-se como uma forte tendência na realidade da bacia do rio Una. / The watershed is a regional planning unit, whose gaze is focused on its territorial entirety, since it has an interdependent character of the hydrological point of view, ie, sectoral interventions can be reflected in the quantity and / or quality of water in subsequent sections. When it is transboundary waters, arbitrary interventions can result in conflicts, to the extent that certain local actions in a territory commits the waters in other units. Moreover, the hydrological interdependence must also be considered when intervention to contain the social and environmental problems of a watershed, in this case, there must be cooperation between all territorial units which share its waters. In line with the territorial planning of the basin sits the Hydropolitics, for its ability to cover the territorial units (municipalities, states and / or countries) that share its waters. The Hydropolitics is a shared management of surface water or groundwater tranfronteiriças, aimed at equity in its use among the territories where they are distributed to avoid the primacy of some and the impairment of water quantity and quality in others. In this context, this work aims to analyze the Hydropolitics river basin Una from the study of river banks in the city of São Bento - PE, aiming at identifying and understanding of water management challenges and trends of the problem. About Hydropolitics the river Una basin, it was found that has taken place in a fragmented and precarious due to lack of cooperation and actions of the municipalities, but also because of the structure of the river dominion, which does not assign responsibility consistent municipalities. Added to this, the pending APAC and COBH-Una in carrying out the process, and the fact that the laws do not make room for all cities within the basin of the river Una. Empirically, it was found from the characterization of river banks of the river Una in São Bento, the social and environmental problems resulting from the ineffectiveness of the government to discipline the irregular urban occupations compared to the social processes that segregate classes spatially , the lack of sanitation, involving the dumping of domestic effluents, as the CPRH reports analysis, is the main pollution source. This process of expansion of cities towards the river bank, accompanied by increased pollution, sharpens the quality of life of city dwellers, a situation that is configured as a strong trend in the reality of the Una river basin.

Made available in DSpace on 2014-06-12T16:26:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2119_1.pdf: 6936260 bytes, checksum: 1ab86bdd3cee643621b1386c8c7ffabe (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / O estudo aborda a realidade de uma microbacia hidrográfica concentrando-se na observação da interação dos processos constitutivos das variadas práticas espaciais que, originadas da relação do social com o natural, moldam o conjunto de usos do recorte espacial em questão. Este trabalho tem como objetivo analisar a dinâmica socioespacial a partir dos principais usos e formas de ocupação atuais no espaço da microbacia do rio Camaragibe, de sorte a oferecer subsídios à gestão urbano-ambiental participativa desse espaço. Para atingir este objetivo foi realizado o resgate histórico do uso e ocupação do solo dos últimos cinquenta anos no entorno desse sistema hídrico, cotejando as principais transformações ocorridas no território da microbacia, como forma de avaliar os processos que contribuem para a degradação socioambiental. O rio Camaragibe, afluente do rio Capibaribe pela margem direita, drena áreas dos municípios de São Lourenço da Mata, Camaragibe e da capital, Recife. No território da microbacia existe uma carência de instrumentos jurídicos, associada a uma debilidade da esfera publica em gerir o espaço de forma adequada. Associado a isso, observa-se a escassez de informações bibliográficas e cartográficas referentes a aspectos socioambientais dos citados municípios. Para preencher tais lacunas, foi realizado um levantamento de dados primários, através de visitas de campo e da busca e sistematização de dados bibliográficos que, sobrepostos e retrabalhados, possibilitaram a consolidação das analises textuais e o desenvolvimento de sínteses cartográficas. O estudo revelou que, ao longo dos últimos vinte anos a microbacia vem passando por profundas transformações em seu conteúdo ambiental, socioeconômico e cultural, surgindo, assim, vetores que denunciam novas dinâmicas de reestruturação socioambiental do território. Tais transformações são representadas ora pelas dinâmicas naturais do crescimento vegetativo, ora por dinâmicas de origem externa a área da microbacia, que desencadeiam processos de elitização de frações do espaço e expansão de assentamentos informais. Cada fração do espaço abriga em seu território uma rede de tecnologias de uma época que se encontra em relação, sincrônica ou não, com o uso do solo em processo nas diferentes frações espaciais. Tais usos e ocupações preponderantes no espaço formam um mosaico, cuja dinâmica de configuração das parcelas representa um complexo jogo de apropriações e (re)produções socioespaciais, sempre acompanhadas de impactos ambientais negativos agravados pela inexpressiva atuação do poder público, no que tange à gestão ambiental, bem como a políticas de regularização fundiária e de redução das desigualdades sociais. Ao propor uma tipologia de unidades espaciais baseada no uso e ocupação do solo e em seu conteúdo socioambiental, a pesquisa espera contribuir para fortalecer o diálogo entre atores sociais no gerenciamento dos conflitos provocados pelos interesses em jogo na apropriação dos recursos ambientais da microbacia