O presente estudo avalia a inclusão de indicadores hidrológicos em modelos tradicionais de gestão de povoamentos comerciais de eucalipto. As restrições adicionadas referem-se a uma redução máxima da vazão em cada ano do período de análise de 300, 200 e 100mm.ano-1. Os valores de vazão foram estimados utilizando um modelo simplificado de balanço hídrico que considera as perdas por interceptação e por evapotranspiração dependentes de fatores ambientais. Funções foram ajustadas a fim de descrever a variação das características da vegetação ao longo de seu crescimento. A área de estudo corresponde a uma microbacia de 0,97km² localizada no município de Eldorado do Sul/RS. Foram consideradas 1296 alternativas de regime de manejo para a área, variando a espécie, densidade de plantio, índice de solo, idades de corte e sistema de condução. O índice de área foliar apresentou-se como um importante descritor do dossel florestal, de grande influência sobre o impacto hidrológico das plantações florestais. Os resultados dos modelos de programação linear utilizados demonstraram que quanto maior a restrição hidrológica imposta, mais se altera o plano de manejo da área e o valor do projeto obtido. A utilização do modelo com restrição de 200mm.ano-1, comparado ao modelo sem restrição hidrológica, ocasionou um aumento médio na vazão anual de 22% e uma redução no valor esperado de terra de 15%. Para a região de estudo, a utilização de regimes de manejo com diferentes idades e a definição do material genético foram as variáveis de manejo mais afetadas pela imposição das restrições hidrológicas. A consideração da microbacia como unidade de manejo e a adição das restrições hidrológicas aos modelos econômicos mostraram-se ferramentas úteis à integração do planejamento florestal e de recursos hídricos. / This study evaluates the inclusion of hydrological goals in the traditional planning models for commercial stands of eucalyptus. The constraints added to the linear programming model relate to maintaining a minimum flow of 300, 200 and 100mm.ano-1 in each year of the analysis. The flow values were estimated using a simplified water balance model that considers the interception loss and evapotranspiration dependent on environmental factors. Functions were fitted to describe the variation of the vegetation parameters along its growth. The study area represents a watershed of 0,97km² located in Eldorado do Sul (RS, Brazil). It were considered 1296 alternative forest regimes for the area, ranging species, planting density, site index, cutting age and the conduction system. The leaf area index was presented as an important descriptor of the forest canopy with great influence on the hydrological impact of forest plantations. The results showed that the greater the restriction imposed hydrology, the more you change the management plan for the area and the project value obtained. Using the model with constraint 200mm.ano-1, compared to the not hydrologically constrained model, causes an increase in average annual flow of 22% and a reduction of 15% in the expected value of the land. For the study area, the definition of the genetic material was the variable that most influenced the results. The consideration of watershed as the management unit and the addition of hydrological constraints in economic models proved to be useful tools in planning the integration of forestry and water resources.

O presente estudo avalia a inclusão de indicadores hidrológicos em modelos tradicionais de gestão de povoamentos comerciais de eucalipto. As restrições adicionadas referem-se a uma redução máxima da vazão em cada ano do período de análise de 300, 200 e 100mm.ano-1. Os valores de vazão foram estimados utilizando um modelo simplificado de balanço hídrico que considera as perdas por interceptação e por evapotranspiração dependentes de fatores ambientais. Funções foram ajustadas a fim de descrever a variação das características da vegetação ao longo de seu crescimento. A área de estudo corresponde a uma microbacia de 0,97km² localizada no município de Eldorado do Sul/RS. Foram consideradas 1296 alternativas de regime de manejo para a área, variando a espécie, densidade de plantio, índice de solo, idades de corte e sistema de condução. O índice de área foliar apresentou-se como um importante descritor do dossel florestal, de grande influência sobre o impacto hidrológico das plantações florestais. Os resultados dos modelos de programação linear utilizados demonstraram que quanto maior a restrição hidrológica imposta, mais se altera o plano de manejo da área e o valor do projeto obtido. A utilização do modelo com restrição de 200mm.ano-1, comparado ao modelo sem restrição hidrológica, ocasionou um aumento médio na vazão anual de 22% e uma redução no valor esperado de terra de 15%. Para a região de estudo, a utilização de regimes de manejo com diferentes idades e a definição do material genético foram as variáveis de manejo mais afetadas pela imposição das restrições hidrológicas. A consideração da microbacia como unidade de manejo e a adição das restrições hidrológicas aos modelos econômicos mostraram-se ferramentas úteis à integração do planejamento florestal e de recursos hídricos. / This study evaluates the inclusion of hydrological goals in the traditional planning models for commercial stands of eucalyptus. The constraints added to the linear programming model relate to maintaining a minimum flow of 300, 200 and 100mm.ano-1 in each year of the analysis. The flow values were estimated using a simplified water balance model that considers the interception loss and evapotranspiration dependent on environmental factors. Functions were fitted to describe the variation of the vegetation parameters along its growth. The study area represents a watershed of 0,97km² located in Eldorado do Sul (RS, Brazil). It were considered 1296 alternative forest regimes for the area, ranging species, planting density, site index, cutting age and the conduction system. The leaf area index was presented as an important descriptor of the forest canopy with great influence on the hydrological impact of forest plantations. The results showed that the greater the restriction imposed hydrology, the more you change the management plan for the area and the project value obtained. Using the model with constraint 200mm.ano-1, compared to the not hydrologically constrained model, causes an increase in average annual flow of 22% and a reduction of 15% in the expected value of the land. For the study area, the definition of the genetic material was the variable that most influenced the results. The consideration of watershed as the management unit and the addition of hydrological constraints in economic models proved to be useful tools in planning the integration of forestry and water resources.

O presente estudo avalia a inclusão de indicadores hidrológicos em modelos tradicionais de gestão de povoamentos comerciais de eucalipto. As restrições adicionadas referem-se a uma redução máxima da vazão em cada ano do período de análise de 300, 200 e 100mm.ano-1. Os valores de vazão foram estimados utilizando um modelo simplificado de balanço hídrico que considera as perdas por interceptação e por evapotranspiração dependentes de fatores ambientais. Funções foram ajustadas a fim de descrever a variação das características da vegetação ao longo de seu crescimento. A área de estudo corresponde a uma microbacia de 0,97km² localizada no município de Eldorado do Sul/RS. Foram consideradas 1296 alternativas de regime de manejo para a área, variando a espécie, densidade de plantio, índice de solo, idades de corte e sistema de condução. O índice de área foliar apresentou-se como um importante descritor do dossel florestal, de grande influência sobre o impacto hidrológico das plantações florestais. Os resultados dos modelos de programação linear utilizados demonstraram que quanto maior a restrição hidrológica imposta, mais se altera o plano de manejo da área e o valor do projeto obtido. A utilização do modelo com restrição de 200mm.ano-1, comparado ao modelo sem restrição hidrológica, ocasionou um aumento médio na vazão anual de 22% e uma redução no valor esperado de terra de 15%. Para a região de estudo, a utilização de regimes de manejo com diferentes idades e a definição do material genético foram as variáveis de manejo mais afetadas pela imposição das restrições hidrológicas. A consideração da microbacia como unidade de manejo e a adição das restrições hidrológicas aos modelos econômicos mostraram-se ferramentas úteis à integração do planejamento florestal e de recursos hídricos. / This study evaluates the inclusion of hydrological goals in the traditional planning models for commercial stands of eucalyptus. The constraints added to the linear programming model relate to maintaining a minimum flow of 300, 200 and 100mm.ano-1 in each year of the analysis. The flow values were estimated using a simplified water balance model that considers the interception loss and evapotranspiration dependent on environmental factors. Functions were fitted to describe the variation of the vegetation parameters along its growth. The study area represents a watershed of 0,97km² located in Eldorado do Sul (RS, Brazil). It were considered 1296 alternative forest regimes for the area, ranging species, planting density, site index, cutting age and the conduction system. The leaf area index was presented as an important descriptor of the forest canopy with great influence on the hydrological impact of forest plantations. The results showed that the greater the restriction imposed hydrology, the more you change the management plan for the area and the project value obtained. Using the model with constraint 200mm.ano-1, compared to the not hydrologically constrained model, causes an increase in average annual flow of 22% and a reduction of 15% in the expected value of the land. For the study area, the definition of the genetic material was the variable that most influenced the results. The consideration of watershed as the management unit and the addition of hydrological constraints in economic models proved to be useful tools in planning the integration of forestry and water resources.

Abstract A key challenge in Integrated Water Resources Management (IWRM) is determination of environmental flow (EF). This is relevant in all water use scenarios and river regulation work. Water use and management alter water availability for ecosystems and the timing and distribution of runoff. Increased water consumption and allocation of water to different types of consumption impose pressures on aquatic ecosystems, affecting their status and ability to deliver important services, well–known examples being the Aral Sea in Asia and Lake Chad in Africa. This thesis presents new methods to determine the impacts of hydraulic structures on the flow regime of lakes and rivers. Methods to quantify different characteristics of flow in a non–dimensionless way are also presented. These tools allow more environment–based regulation of flow regimes. By using three main flow characteristics of river regime (magnitude, timing and intra–annual), three impact factors, MIF (magnitude impact factor), TIF (timing impact factor) and VIF (variation impact factor), were developed. Combining these impact factors produced a new river impact (RI) index to assess the impacts of hydraulic structure using monthly flow data. Based on RI variations, a classification was developed rating impacts along a scale from ‘Low’ to ‘Drastic’. The importance of climate patterns and river flow regime in controlling lake levels was examined. The lake simulation results were compared using a new index, Degree of Lake Wetness (DLW) and lake response time to changes in hydrology or climate was evaluated. Environmental flow allocation and optimisation of annual EF distribution are critical for ecosystem health. Flow release from reservoirs can be partly supplemented or compensated for by natural runoff from downstream (residual) catchment areas. In a new hydrological approach, optimal intra–annual flow regime for EF can be estimated while considering water inflow from the downstream residual sub-catchment. This thesis provides methods and indices to help quantify river and lake regimes, better understand the possible impacts of changes and manage these impacts optimally. This knowledge is crucial for decision making about EF regimes and achieving water release patterns from dams and hydropower that minimise the hydrological, morphological and biological impacts. / Tiivistelmä Integroidun vesivarojen suunnittelun ja hallinnan (IWRM) yhtenä haasteena on ympäristövirtaaman määrittäminen valuma–alue-tasolla. Tämä on tärkeää arvioitaessa säännöstelyn ja vesirakentamisen ympäristövaikutuksia. Vedenkäyttö ja hallinta muuttavat veden saatavuutta jokiekosysteemissä ja virtaaman vuosittaista ajoittumista sekä jakautumista eri kuukausien välillä. Vesivarojen lisääntyvä käyttö eri tarkoituksiin voi vaikuttaa vesiekosysteemeihin ja niiden tuottamiin ekosysteemipalveluihin. Aral–järvi Aasiassa ja Chad–järvi Afrikassa ovat hyviä esimerkkejä veden liiallisesta käytöstä ja ympäristönäkökulman huomiotta jättämisestä. Väitöstyön keskeisin tavoite oli kehittää menetelmiä, joilla voidaan arvioida miten vesirakentaminen vaikuttaa jokien virtaamiin ja järvien vedenpintoihin. Jotta vesistövaikutuksia voidaan yleistää, menetelmät kehitettiin dimensiottomiksi. Nämä menetelmät luovat perustan ympäristöystävällisemmällä vesistöjen virtaamien säännöstelylle. Käyttäen kuukausittaista keskivirtaamaa ja kolmea tyypillisintä virtaamaluokkaa (suuruus, ajoittuminen ja vuodenaikainen vaihtelu), määritettiin uusi yhdistetty jokivaikutusindeksi (RI). Tämän indeksin avulla voitiin lopulta arvioida vesirakentamisen vaikutusta. Perustuen RI-indeksiin, usean joen vesirakentamisen vaikutuksia arvioitiin luokittelemalla vaikutukset vähäisiksi tai merkittäviksi. Työssä tarkasteltiin ilmaston vaihtelun ja jokien virtaamaolosuhteiden vaikutusta järvien vedenpintoihin. Järvisimuloinnin tuloksia verrattiin puolestaan käyttäen indeksiä, joka kuvaa järvessä tapahtuvia muutoksia suhteessa hydrologisiin ja ilmastollisiin olosuhteisiin. Väitöskirja käsittelee myös ympäristövirtaamien (EF) keskeisiä kysymyksiä: vedenkäytön jakautumista ja vuosittaisen virtaaman optimointia ympäristövirtaaman näkökulmasta. Työssä käytetään uutta hydrologista lähestymistapaa arvioimaan ympäristövirtaaman optimoitua kausivirtaamavaihtelua. Tässä lähestymistavassa vesivarastoaltaista lähtevää virtaamaa voidaan osittain täydentää tai kompensoida alapuoliselta valuma–alueelta tulevalla virtaamalla. Väitöstyön tulokset lisäävät ymmärrystä vesivarojen kestävästä käytöstä. Lisäksi työssä kehitetyillä menetelmillä voidaan määrittää ja optimoida jokien ja järvien virtaamaolosuhteita erilaisissa tilanteissa. Väitöstyö tarjoaa uusia käytäntöjä päätöksentekoon liittyen ympäristövirtaamaolosuhteisiin ja -jakaumiin vesivoima- ja vedenkäyttökysymyksissä ottaen huomioon hydrologiset, morfologiset ja biologiset rajoitteet.