Los programas de monitoreo de calidad del agua superficial son muy importantes para la gestión integrada de los recursos hídricos. Estos programas comprenden la definición de los objetivos de monitoreo, el diseño de las redes, las actividades de muestreo propiamente, el análisis de las muestras en el laboratorio, la recopilación y el procesamiento de datos para obtener información sobre las propiedades físicas, químicas y biológicas del cuerpo de agua monitoreado. Resulta, pues, necesaria la evaluación periódica de estas redes de monitoreo con el fin de garantizar una gestión sostenible del recurso. En el Perú, los conflictos socioambientales registrados entre los años 2011 y 2014 muestran que 67% están vinculados a la calidad de los recursos hídricos y 62% a las disputas entre el uso minero y el uso agrario. Como medida de gestión, la Autoridad Nacional del Agua ha establecido redes de monitoreo en un total de 100 cuencas hidrográficas y ha ejecutado 434 monitoreos de calidad del agua superficial. Una de las cuencas más representativas, en la que se desarrollan ambas actividades socioeconómicas y que presenta conflictos socioambientales latentes, es la cuenca del río Jequetepeque. En esta cuenca, el monitoreo ha sido desarrollado por varias instituciones, tanto públicas como privadas, desde los años 80s. Cada estudio ha establecido una red propia de monitoreo de calidad de aguas de acuerdo a sus objetivos, sin embargo, hasta el momento, la evaluación de las redes de monitoreo de calidad de aguas superficiales no se encuentra en la agenda nacional. El objetivo de esta tesis es analizar una red de monitoreo de calidad del agua en la cuenca del río Jequetepeque por análisis estadístico de la relevancia de las estaciones de monitoreo y de los parámetros de calidad del agua monitoreados en la cuenca. Para ello, se aplicaron las técnicas de análisis multivariado - análisis factorial y análisis de conglomerados - a la base de datos de parámetros de los monitoreos realizados por la ANA durante los años 2015 y 2016. Los resultados revelaron que 5.88% de las estaciones de monitoreo y 5% de los parámetros de calidad del agua no se correlacionan con las demás estaciones y parámetros analizados. El descarte de la estación y del parámetro que resultaron estar menos correlacionados resulta inadecuado, debido a la importancia de ambos para la red de monitoreo. El conjunto de parámetros de calidad de agua se reduce a cuatro grupos que definen la calidad del recurso hídrico superficial en la cuenca: un grupo distribuido en la parte baja de la cuenca y relacionado a la conductividad eléctrica, otro grupo relacionado a los sólidos suspendidos distribuidos en toda la cuenca, y dos grupos conformados por los elementos trazas y los coliformes distribuidos principalmente en la parte alta de la cuenca. Finalmente, con esta tesis se evidenció que las técnicas de análisis multivariado resultan adecuadas para el análisis de las redes de monitoreo de calidad del agua y que pueden ser empleadas para asegurar la gestión sostenible del recurso hídrico. / The establishment of surface water quality monitoring programs plays a key role in the Integrated Water Resources Management. These programs include the definition of the monitoring objectives, the network desing, the sampling protocol, laboratory samples analysis, collection and processing of data through which the desired information will be obtained about the physical, chemical and biological properties of the monitored water body. Therefore, to ensure a sustainable water resources management, a periodically assessment of the monitoring network is mandatory. In Perú, 67% of the socio-environmental conflicts registered between 2011 and 2014 were related to water quality and 62% to disputes between mining and agriculture. As a management measure, the National Water Authority has established surface water quality monitoring networks in one hundred basins, and has monitored the surface water quality 434 times. A representative basin in the country, one which has agriculture and mining as principal socio-economic activities and also presents latent socio-environmental conflicts related to water, is the Jequetepeque river basin. Since the 80's, surface water quality monitoring programs in the Jequetepeque river basin has been executed by different institutions and each one has established monitoring networks according to their objectives. Nevertheless, the surface water quality monitoring networks assessment has not been taken into account in any water national plan. The main objective of this thesis is to analyze the surface water quality monitoring network in the Jequetepeque river basin using statistical significance analysis of the water quality monitoring stations and water quality parameters established to evaluate the water quality in the basin. Multivariate statistical techniques like factor analysis (FA) and hierarchical cluster analysis (HCA) has been applied to the water quality monitoring database collected in the basin between 2015 and 2016 by the National Water Authority. Results identified that only 5,88% of the monitoring stations and 5% of the water quality parameters were statistical uncorrelated with the other stations and analyzed parameters in the monitoring network. The discarding of the station and parameter that were less correlated may be inadequate, due to the importance of both for the monitoring network. Four main groups define the surface water quality in the basin: the first group is highly related to the electric conductivity and is mainly distributed in the lower part of the basin, a second group is related to suspended solids and is distributed in all the basin, and two groups constituted by trace elements and fecal coliform are principal distributed in the higher part of the basin. Finally, this thesis showed that multivariate statistical techniques can be effectively applied in the analysis of water quality monitoring networks and can be employed in the sustainable management of water resources. / Tesis

El Perú es uno de los países que cuenta con una importante oferta hídrica mundial; pues acorde a la Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) es el octavo país con mayor disponibilidad de agua en el ranking mundial; sin embargo, la distribución, acceso y disponibilidad hídrica per cápita es desigual, pues obedecen a factores geográficos, económicos, sociales, tecnológicos y sectoriales. La desigual distribución y alcance del agua entre los distintos grupos humanos ha generado e incrementado la situación de pobreza en distintos estratos sociales, sobre todo en los colectivos humanos que se ubican en las cuencas hidrográficas de la sierra y selva del país, lo que resulta ser discordante con el porcentaje de oferta hídrica con que cuentan estos ámbitos geográficos. Entre los grupos sociales que presentan el mayor índice de baja calidad de vida se encuentra el colectivo de personas que se dedican a la agricultura y ganadería, que para el presente estudio corresponden al mayor porcentaje de personas que habitan el ámbito de interés, más concretamente la cuenca hidrográfica del río Lares, provincia de Calca, Cusco. Por ende, debido a que la agricultura y ganadería, y actividades en general en el ámbito de estudio requieren indispensablemente del agua como recurso e insumo es imperante identificar la oferta y demanda hídrica para implementar una adecuada gestión del recurso en dicho ámbito geográfico. En este contexto, la baja calidad de vida de los pobladores, la heterogénea distribución y disponibilidad hídrica y accesibilidad; es que surge la necesidad de realizar intervenciones en la forma de uso, manejo y distribución que se le da al recurso hídrico. Por consiguiente, el objetivo del presente estudio es analizar el recurso hídrico a partir de la disponibilidad y seguridad hídrica para el desarrollo rural sostenible del distrito de Lares, con la finalidad de poder cuantificar y cualificar el balance hídrico de la cuenca hidrográfica objeto de estudio, y poder estimar su comportamiento actual y futuro. Para la investigación se planteó realizar una etapa de investigación previa de las características generales y específicas de la cuenca objeto de estudio en base a revisión bibliográfica exhaustiva de aspectos geográficos, sociales, económicos, políticos y de gestión hídrica del lugar; seguidamente, se realizó una intervención en campo, donde se trabajó con métodos de investigación como encuestas, entrevistas, fichas técnicas y SIG´s para poder obtener y generar información complementaría. Finalmente, se realizó un diagnóstico y análisis del estado actual de la oferta y demanda hídrica de la cuenca en estudio, para así poder realizar sugerencias a futuro para la mejor gestión y administración del recurso. / Tesis

Para el diseño de sistemas de aprovechamiento del recurso hídrico se requiere contar con información de caudales, registrada en el punto de interés. La longitud del registro disponible es clave en el procedimiento de estimación del caudal de diseño de las obras de control y evacuación de estos sistemas. La cuenca del río Maule, concentra un número importante de obras destinadas al aprovechamiento hidroeléctrico, cuyos diseños se basaron en antecedentes entre los años 1915 y 1991. Hoy en día, se dispone de un registro más extenso, por lo que se considera de interés analizar los efectos que tiene en la estimación de caudales de crecida, y en la seguridad hidrológica actual de dichas obras, la utilización de distintos escenarios temporales que contemplan variaciones de la longitud y el período del registro. El objetivo de este trabajo consiste en detectar la variabilidad que puede llegar a existir en las estimaciones de caudales máximos instantáneos asociados a períodos de retorno preestablecidos, en función de la longitud de los registros. Para ello, se recopilaron antecedentes sobre el diseño de seis obras hidráulicas de la cuenca alta del río Maule, y se analizaron los efectos de estas variaciones en la seguridad hidrológica de las obras. Los resultados del presente trabajo indican un comportamiento generalizado en las crecidas de origen pluvial, observándose para el mismo período de retorno, un aumento sistemático en la magnitud de los caudales estimados a medida que se utiliza un período del registro histórico actualizado más corto, llegando por ejemplo, a diferencias de hasta un 23,9% en la estimación del caudal milenario, utilizando 30 y 69 años de estadística, como ocurre en Melado en zona de presa. Si bien en las crecidas de origen nival no se detectó el mismo comportamiento para todas las cuencas analizadas, los caudales máximos instantáneos de períodos de retorno altos tienden a disminuir a medida que se utilizan sólo los últimos años de la estadística hidrológica. El caso más extremo para caudales de deshielo se presenta en los afluentes a la sección de Maule en bocatoma de central Pehuenche, donde existen diferencias de -8,9% en la estimación de caudales máximos instantáneos de período de retorno milenario, cuando se utilizan 50 y 30 años de estadística, respectivamente. Finalmente, se analizaron los efectos que tienen los caudales estimados bajo distintos escenarios de registro histórico, en la seguridad hidrológica de las obras, resultando en la mayoría de los casos una disminución con respecto a las esperadas en el diseño original.

El continuo aumento de la actividad económica tiene por consecuencia una creciente presión sobre los recursos naturales. La cuenca del río Maipo, cercana a la ciudad de Santiago, evidencia ya las consecuencias y conflictos ambientales típicos de tal situación. La actividad en el sector de infraestructura requiere del desarrollo de una industria del árido estable y de precios moderados. Las características de drenaje del río Maipo generan depósitos de áridos cercanos a la ciudad, los cuales han sido explotados durante décadas. La magnitud de las extracciones es tal que se han declarado conflictos entre diferentes usuarios del río Maipo. El objetivo principal de este trabajo se alinea con el de una gestión integrada de cuencas moderna, considerando, de esta manera, el río como una unidad de gestión. Como primer paso en este desafío se formula y resuelve un problema de optimización que apunta a determinar el esquema de extracciones óptimo de un sistema hipotético, inspirado en el sistema Maipo. La resolución del problema planteado se consigue con el acoplamiento de un modelo de transporte de sedimentos y evolución morfológica y algoritmos genéticos. Se ha realizado un reconocimiento, utilizando imágenes satelitales gratuitas, de las diferentes zonas productivas del río Maipo e infraestructura, definiendo en total 7 zonas de acuerdo con criterio de distanciamiento mínimo. De esa manera se ha desarrollado un modelo de simulación que comparte una geometría aproximada a la del sistema real, y un modelo de gestión que conserva la disposición de la infraestrutura y la ubicación de las zonas productivas del sistema Maipo real. La formulación matemática del problema de optimización plantea la maximización de la productividad de áridos del sistema, siendo ésta restringida mediante la imposición de un descenso máximo admisible de las cotas de fondo en cualquier punto del modelo. La función objetivo (productividad total) es lineal respecto de las variables de decisión (tasas de extracción), no así las variables de estado del problema (descensos de las cotas de fondo). Se ha incluido el monitoreo de los efectos producidos sobre infraestructura contabilizando el tiempo que pasan sometidos a un descenso mayor a un umbral predefinido. Para la utilización de algoritmos genéticos ha sido necesaria la implementación de una técnica que permita simular escenarios arbitrarios de extracción. Además, dentro del algoritmo genético se ha implementado la ampliación de la ventana de búsqueda de acuerdo a la evolución observada de la función objetivo, activándose ésta en 5 oportunidades. Se ha obtenido un esquema de extracciones que activa, en la zona más baja, la restricción de descenso máximo admisible, consiguiendo una productividad que se asocia a la degradación del lecho. Las altas tasas de las primeras zonas de extracción se asocian a un fuerte cambio de pendiente del sistema, en tanto las contracciones y ensanchamientos producen también zonas de depositación. Se recomienda, para aumentar la representatividad, incluir la variabilidad longitudinal de los caudales, además de estudiar la reducción del costo computacional priorizando los eventos de arrastre de sedimentos.

Submitted by Aline Aparecida dos Santos (aline.ap.as@gmail.com) on 2018-10-10T01:15:53Z No. of bitstreams: 1 aline_dissertacao.pdf: 8818019 bytes, checksum: 897bb26d3f8580354f5b2342a1440b38 (MD5) / Approved for entry into archive by Claudia Adriana Spindola null (claudia@fct.unesp.br) on 2018-10-10T13:23:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 santos_aa_me_prud.pdf: 8718423 bytes, checksum: 3f9bede63b8caf8fad50c6a69dd1d1a7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-10T13:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 santos_aa_me_prud.pdf: 8718423 bytes, checksum: 3f9bede63b8caf8fad50c6a69dd1d1a7 (MD5) Previous issue date: 2018-07-05 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O presente trabalho pretendeu estimar por meio de um modelo hidrológico os processos de escoamento superficial na região do Pontal do Paranapanema-SP em diferentes períodos hidrológicos, considerando as mudanças na cobertura e uso da terra na região ao longo dos anos. Para tanto, foi utilizado o modelo hidrológico Curve Number, que estima o escoamento superficial a partir da precipitação, da umidade antecedente do solo e da relação entre a cobertura da terra e a capacidade de infiltração do solo. Para gerar o modelo, definiram-se os anos de 1962 e 2014 com base em períodos hidrológicos já estabelecidos pela literatura. Na elaboração do modelo, foram utilizados os totais anuais de precipitação da região para os anos escolhidos, o mapa pedológico e os mapas de cobertura e uso da terra do período. O modelo foi gerado através de álgebra de mapas com o auxílio de um SIG. A análise dos mapas de escoamento superficial permitiu identificar áreas da bacia que sofreram alterações no escoamento superficial em função das mudanças da cobertura e uso da terra, bem como indicar as áreas que tiveram maior grau de escoamento. / Considering the changes in Pontal do Paranapanema land use over the years, this dissertation aimed to estimate the surface runoff processes in the region in different hydrological periods through a hydrological model. In order to do so, it was used the Curve Number hydrological model, which estimates the surface runoff create by precipitation, soil moisture and the relationship between land cover and soil infiltration capacity. It were defined 1962 and 2014 years to generate the model, based on hydrological periods already established in the literature. In the elaboration of the model, the annual precipitation totals for the selected years, the pedological map and the land use maps of the period were used. The model was generated through map algebra technic with the aid of a GIS. The surface runoff maps analysis allowed to identify areas of the basin that suffered changes in the surface runoff due to changes in land use, and to indicate the areas that had the highest surface runoff. / FAPESP: 2012/23959-9

A urbanização descontrolada das cidades brasileiras tem provocado o agravamento das enchentes naturais e a ampliação de sua freqüência, além de criar novos pontos de alagamento localizados. Isto se deve à crescente impermeabilização do solo com aumento do volume pluvial escoado e redução de amortecimento. A concepção de um projeto de macrodrenagem em uma bacia urbana que considere o controle das inundações, como por exemplo, a implementação de reservatórios de amortecimento em áreas sujeitas a alagamentos, constitui-se em uma tarefa complexa e difícil devido ao grande número de alternativas possíveis, considerando todas as variáveis envolvidas, como capacidades hidráulicas existentes e necessárias das redes de drenagem, disponibilidade de áreas para construção de reservatórios, custos de desapropriação destas áreas, existência de sistemas mistos de coleta, uso de reservatórios abertos ou subterrâneos, dentre outras. Desta forma o projetista coloca-se diante de um dilema: qual o conjunto destas alternativas podem ser o mais eficiente? Este estudo promoveu a análise da aplicabilidade e eficiência de um modelo de otimização associado a modelos hidrológico-hidráulicos como instrumentos de suporte à decisão em problemas de drenagem urbana. A ferramenta desenvolvida compôs-se pelo modelo IPHS1 para a simulação hidrológica e hidráulica, pelo algoritmo de evolução SCE-UA para o processo de otimização através da minimização do custo de implantação das soluções e do módulo EXTRAN do modelo SWMM para a verificação hidráulica dos resultados obtidos e análises de riscos superiores. Os resultados mostraram-se bons e o sistema implementado adaptou-se bem às características das duas bacias analisadas: bacia do arroio do Moinho e bacia do arroio da Areia. O sistema forneceu os cenários de custos otimizados de implantação da solução com detenções distribuídas nas bacias e ampliações de redes, em um curto período de tempo e utilizando dados que seriam necessários para qualquer projeto de macrodrenagem deste tipo. Com os resultados compilados, foram obtidas funções de auxílio à tomada de decisão em planos e projetos de drenagem urbana através de curvas ajustadas aos pontos gerados nas bacias estudadas. Foi realizada a análise de sensibilidade e a avaliação das incertezas envolvidas com o modelo hidrológico utilizado com relação ao seu parâmetro principal, o Curve Number. Esta análise mostrou grandes variações nas vazões de saída das bacias e nos custos das obras com pequenas alterações nos valores de CN. Apresenta-se ainda uma análise econômica da aplicação dos valores obtidos de forma extrapolada para todo o município de Porto Alegre.

Este estudo visa à estimativa dos fluxos de calor à superfície a partir de imagens orbitais, com os modelos SEBAL/METRIC e aplicação na modelagem hidrológica, com o modelo SWAT. Para isso, foram utilizados os dados da torre micrometeorológica da Ilha do Bananal, coletados durante os Experimentos do LBA, e os dados pluviométricos e fluviométricos. Os dados utilizados compreendem o período de outubro de 2003 a dezembro de 2006 da sub-bacia do rio Lajeado, localizada na bacia do rio Tocantins- Araguaia no estado do Tocantins. O clima na área de estudo tem sazonalidade bem definida, com períodos chuvosos de outubro a março e secos de abril a setembro. As estimativas a partir dos modelos SEBAL/METRIC variaram em função do tipo de solo, com estimativas coerentes dos fluxos de calor à superfície. Em geral, as estimativas dos fluxos de calor representam uma subestimativa de 10% para todo o período estudado. No entanto, sazonalmente observou-se subestimativas de 17% no período chuvoso e de 35% no período seco. De maneira geral, os resultados da utilização da evapotranspiração estimada por sensores remotos no modelo SWAT foi satisfatória. A assimilação da evapotranspiração a partir de imagens orbitais resultou em valores de COE que variaram de 0,57 a 0,84 com os dados diários e de 0,69 a 0,77 com os dados mensais de vazão. Isto indica melhoria no ajuste do modelo, devido a uma melhoria de 0,27 de COE no dado diário e de 0,08 no mensal. Observou-se ainda, que em termos percentuais a vazão simulada pelo modelo SWAT na bacia do rio Lajeado, após a assimilação dos dados de evapotranspiração, apresentou uma redução no erro, de 13% (superestimativa) para 3% (subestimativa) na vazão diária e de 9% para 7% (subestimativa) na vazão mensal. / This study presents estimate of the heat flow to the surface from orbital images with the models SEBAL / METRIC for use in hydrological modeling with the SWAT model. For this, we used data from micrometeorological tower of Island Bananal, collected during the experiments the LBA, rainfall and hydrological data. The data used is defined for the period October 2003 to December 2006, in the State Tocantins of catchments river Tocantins- Araguaia of the basin river Lajeado. We observed that the climate in the study area is seasonally well-defined with the rainy season from October to March and the dry are from April to September. Estimates from the models SEBAL / METRIC, varied according to soil type, are consistent with estimates of heat fluxes to the surface. In general, estimates of heat fluxes indicated underestimate of 10% for the period studied. However, seasonally there was an underestimates of 17% in the rainy season and of 35% in the dry season. The results of the hydrologic model can be judged satisfactory by the COE values which vary from 0.57 to 0.84 when comparing the streamflow daily data and from 0.69 to 0.77 with streamflow monthly data, with assimilation of evapotranspiration. This indicates benefits to the model, because was observed an improvement of 0.27 in the COE as daily and of 0.08 as monthly. It was also observed that in percentage terms the streamflow simulated by the SWAT model in the basin river Lajeado after the assimilation of evapotranspiration data showed a reduction error of 13% (overestimation) to 3% (underestimate) to the daily flow and from 9% to 7% (underestimate) to the monthly flow.

A umidade do solo é uma variável importante na interação solo-atmosfera, contribuindo nos processos hidrológicos e na agricultura. A determinação desta variável é um dado fundamental no planejamento das atividades agrícolas, inclusive na escolha do tipo de cultura mais adequada ao clima da região. O armazenamento de água no solo também é importante na agricultura irrigada, em que o tempo de irrigação e a quantidade de água a ser aplicada podem ser determinados utilizando experimentos eficientes. Esta pesquisa tem como foco a previsão de umidade do solo para a agricultura de sequeiro que depende fortemente da umidade, utilizando exclusivamente a água da chuva para completar o ciclo da cultura. Com base na umidade do solo também foi analisada a previsão da produtividade agrícola. A previsão de longo prazo foi desenvolvida a partir das previsões de precipitação do modelo CFS (Climate Forecast System) com o horizonte de até 6 meses e estimada a umidade do solo com base no módulo de balanço de água no solo do modelo hidrológico MGB-IPH. Os resultados obtidos mostraram que a metodologia proposta nesta pesquisa apresenta melhores resultados de previsão com relação aos métodos atualmente existentes, considerando a redução do erro padrão da estimativa com antecedências de 1 a 6 meses. Estes resultados permitem melhorar a estimativa da umidade do solo e da produtividade agrícola em sub-regiões da bacia do rio Uruguai no Rio Grande do Sul com as antecedências mencionadas. / Soil moisture is a very important variable in the interaction soil-atmosphere, contributing in hydrological processes and in agriculture. Determining this variable is an essential data for planning farming activities, and also when choosing the most adequate type of culture depending on the climate of the region. Water storage in the soil is also important for irrigated agriculture, in which the irrigation time and the amount of water to be applied can be determined using efficient experiments. This research focuses soil moisture forecast on dryland farming that strongly depends on the soil humidity, mostly using rainfall to complete the culture cycle and analysis of agricultural productivity forecast. The long term forecast was developed based on CFS precipitation models (Climate Forecast System) with a horizon of up to 6 months and estimated soil moisture based on the module of water balance in the soil of the hydrological model MGBIPH. The results showed that the proposed methodology in this research provides the best prediction results compared to the current applied methods, considering the reduction of the standard error of estimate in horizon from 1 to 6 months. These results allow better estimation of soil moisture and agricultural productivity in sub-region of the Uruguay river basin in Rio Grande do Sul.

Neste trabalho avaliou-se o impacto de possíveis cenários de mudanças climáticas sobre os recursos hídricos na bacia do Rio Ibicuí (35,158.43 Km².) afluente da margem esquerda do rio Uruguai em território brasileiro. Os impactos de mudanças climáticas na bacia do Rio Ibicuí foram avaliados através do uso de um modelo hidrológico, analises de sensibilidade de vazão e cenários de mudanças climáticas. As analises de sensibilidade mostraram que as vazões mínimas são menos sensíveis a mudanças de precipitação do às médias e máximas. Cenários de mudanças climáticas para o ano de 2050 (janela de 30 anos centrada em 2050) foram obtidos através do gerador de cenários MAGICC/SCENGEN, que considera resultados de vinte modelos climáticos globais (GCM’s) e três cenários de emissão de gases de efeito estufa. A totalidade dos resultados indicaram aumento da temperatura, porém divergências quanto aos resultados de referentes a precipitação. Alguns dos GCM’s indicaram diminuição da precipitação média anual enquanto outros indicaram o aumento desta variável. Os resultados mensais de modificação na temperatura e precipitação média previstos para 2050 na região da bacia do Ibicuí, obtidos pelos vinte GCMs para cada um dos três cenários, foram utilizados para perturbar as séries observadas e simular o impacto sobre o regime hidrológico através do modelo MGB-IPH. As incertezas relacionadas às projeções de anomalias de precipitação e temperatura, previstas pelo conjunto de 20 GCM’s, foram amplificadas ao avaliar o impacto de mudanças climáticas no regime de vazões. / The impact of possible climate change scenarios on water resources in the Ibicui River basin was assessment in this work. The Ibicui River (35,158.43 Km²) is tributary of Uruguay River and it is located on border of southern of Brazil. The impacts of climate change on the Ibicui River basin were evaluated using a large scale distribuited hydrological model, sensitivity analyses and climate change scenarios. Sensitivity analyses showed that minimum discharges in the Ibicui River are less sensitive to change in mean precipitation when compared to maximum and mean discharge. Climate change scenarios for 2050 (30-years time interval centered in 2050) was obtained through a climate scenario generator, MAGICC/SCENGEN, considering the results from twenty general circulation models (GCM’s) and three emission scenarios of greenhouse gas emissions. Results indicate an increase in the annual mean temperature, but divergences about precipitation. Some GCM’s indicated increase in the annual mean precipitation while others indicated decrease. The hydrological impact of all projections of climate change for 2050 was simulated using the MGB-IPH model, by perturbing the observed times series of temperature and precipitation according to relative changes projected by GMC’s. The uncertainties in projected climate changes are amplified in the hydrological results.

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.