O processo de urbanização vem ocorrendo na maioria das cidades brasileiras de forma desorganizada. Desse modo, um problema recorrente que afeta diversos municípios brasileiros são as inundações. A falta de um planejamento que levasse em consideração a drenagem urbana no início do desenvolvimento das cidades acaba criando condições para que as inundações sejam deflagradas a cada época chuvosa. Assim, mostra-se necessária a planificação de medidas preventivas e corretivas que abordem essa questão, a fim de que os prejuízos causados pelas inundações sejam minimizados. Dessa forma, a modelação hidrológica aparece como uma poderosa ferramenta, ao tornar possível uma análise das medidas de controle, através da criação de cenários e simulação de eventos hidrológicos. Nesse contexto o presente trabalho tem como objetivo analisar, por meio de simulação hidrológica e hidráulica, o desempenho de algumas medidas de controle de inundação, estruturais e não-estruturais. Para tanto, com o auxílio do programa ArcGIS 9.3 e imagens de satélite de alta resolução, a bacia hidrográfica do Córrego do Gregório, em São Carlos SP, foi digitalizada e foram criados cenários alternativos que incorporaram as medidas de controle. Através da utilização dos softwares HEC-HMS e HEC-RAS foram realizadas as modelações hidráulica e hidrológica, utilizando tempos de retorno de 25, 50 e 100 anos para a chuva de projeto. Com os resultados obtidos (hidrogramas de cheia e manchas de inundação referentes a cada tempo de retorno), foi possível analisar as medidas comparando-se os diferentes cenários, e concluiu-se, para este caso, que os melhores resultados correspondem à associação das medidas estruturais e não-estruturais. Contudo, também foi verificado que, mesmo com a concretização do cenário mais favorável, o problema das inundações não seria satisfatoriamente equacionado, o que revela a necessidade de se considerar outras medidas para minimizar os prejuízos decorrentes das inundações, tais como medidas de controle na fonte, seguros contra inundações e sistemas de alerta antecipados. / The urbanization process has taken place in most Brazilian cities in a disorganized way, and floods are a recurring problem that has affected many municipalities. The lack of a planning that takes into account the urban drainage in the early development of the cities creates conditions for floods to occur in every rainy season. Therefore, the planning of preventive and corrective measures is necessary to address this issue in order to minimize the flood damages. Hydrological modeling appears as a powerful tool, as it enables the analysis of the flood management measures through the creation of scenarios and simulations of hydrological events. In this context, this dissertation analyzes the performance of some structural and nonstructural flood control measures by means of hydrologic and hydraulic simulations. The basin of the Gregório Stream, in São Carlos - SP, was scanned and scenarios that incorporate the management measures were created, both with the aid of software ArcGIS 9.3 and highresolution satellite images. Hydraulic and hydrologic modelings were performed by HEC-HMS and HEC-RAS software programs using return periods of 25, 50 and 100 years for the design storm. The results (flood hydrographs and flooding areas for each return period) allowed analyzing the measures by comparing the different scenarios and the best results corresponded to the association of structural and nonstructural measures. However, even by implementing the best scenario, the problem of flooding would not be satisfactorily solved, revealing the need to consider other measures to minimize flood damage, such as runoff source control measures, flood insurance and early warning systems.

No Brasil, o processo de urbanização iniciado na década de 1950 ocorreu sem o planejamento adequado, e resultou em impactos sobre os sistemas de drenagem das bacias hidrográficas. Essas alterações no escoamento, associadas à ocupação humana das áreas de várzea, resultam em inundações com enormes prejuízos materiais e não materiais. Na falta de uma visão mais global dos processos que ocorrem na bacia, muitas vezes os problemas de enchentes urbanas são combatidos com obras que visam expulsar a água o mais rápido possível. Tais soluções acabam por transferir o problema para regiões à jusante da bacia, além de estimular a ampliação da ocupação das planícies de inundação dos cursos de água. Em 1945, em sua tese de doutorado, o pesquisador Gilbert F. White analisou os prejuízos materiais e não materiais causados por inundações nos Estados Unidos e concluiu que, sempre que possível, a ocupação humana deve se adaptar às enchentes. A partir desse princípio, foi criado em 1969 o Urban Drainage and Flood Control District (UDFCD), com o objetivo de ajudar governos locais da região metropolitana de Denver, nos EUA, na redução do risco de inundações. O presente trabalho teve como objetivo principal o estudo das inundações geradas por precipitações de diferentes tempos de retorno em cenários alternativos de ocupação da bacia hidrográfica do Córrego do Mineirinho. Um dos cenários estudados foi desenvolvido à luz dos princípios e diretrizes do UDFCD para o controle de inundações. A modelação hidráulico-hidrológica foi utilizada para construir hidrogramas de cheia e manchas de inundação para a bacia, e assim possibilitar a comparação entre os cenários alternativos. Os resultados demonstraram que o Plano Diretor Municipal de São Carlos não considera o controle de inundações, e caso a região se desenvolva segundo suas diretrizes, ocorrerá ampliação das inundações na bacia e aumento nas vazões descarregadas no exutório, em relação à situação atual. Caso seja construído o reservatório de detenção previsto no Plano Diretor de Drenagem Urbana, as vazões no exutório diminuirão drasticamente, reduzindo o impacto nas bacias à jusante; no entanto, a inundação atingirá áreas residenciais, causando problemas aos habitantes. Caso a região se desenvolva segundo os princípios e diretrizes do UDFCD para o controle de inundações, as vazões no exutório da bacia diminuirão em relação à situação atual, e as áreas inundadas não atingirão a população. / In Brazil, the urbanization process started in the 1950s occurred without proper planning, and resulted in negative impacts on the hydrologic systems, such as increased frequency of flooding and peak flow volumes. The changes in runoff associated with human occupation of floodplains result in floods with huge losses. In the absence of a more global view of the processes occurring in the watersheds, often the problems of urban flooding are countered with works that aim to expel the water as quickly as possible. Such solutions end up transferring the problem to regions downstream of the watershed, and stimulate the occupation of floodplains. In 1945, Gilbert F. White analyzed the material and non-material damage caused by floods in the United States and concluded that whenever possible, human occupation must adapt to floods. From that idea, in 1969 was created the Urban Drainage and Flood Control District (UDFCD), with the goal of helping local governments in Denver metropolitan area, USA, in reducing the risk of flooding. This work aimed to study the floods generated by rainfall of different return periods under alternative scenarios for the land use and occupation of the watershed of stream Mineirinho, in Sao Carlos, SP. A particular scenario of land use and occupation was developed under the principles and guidelines of UDFCD for flood control. Hydraulic-hydrological modeling was performed to construct hydrographs and flood maps for the watershed, enabling a comparison between the alternative scenarios. The results demonstrated that the Master Plan of Sao Carlos does not consider flood control, and if the region is developed according to their guidelines, the flow rate and flood areas will be increase, in comparison to the current situation of land use and occupation. If the detention reservoir provided for Master Plan for Urban Drainage is built, flow rates will decrease drastically, reducing the impact on the watersheds downstream. However, the flood will reach residential areas, causing problems for the population. If the region is developed according to the principles and guidelines of UDFCD for flood control, the outflow will decrease compared to the current situation, and the flooded areas will not reach the population.

Desastres naturais (secas, enchentes, etc) têm resultado em perdas humanas e grandes prejuízos financeiros em diversos lugares do mundo. Os recentes períodos de seca ocorridos na região sudeste do Brasil mostraram a importância de se dispor de estratégias de mitigação dos efeitos decorrentes desses eventos extremos. Um pré-requisito para prever impactos desses eventos no futuro, é compreender como os mesmos ocorreram no passado, caracterizando-os espacial e temporalmente. Diante do exposto, o objetivo deste trabalho é quantificar os impactos regionais no sistema hidrológico causados por eventos extremos e identificar conexões entre as secas meteorológicas e hidrológicas, usando a bacia do rio Paraná como estudo de caso. Para tanto, foram identificados e caracterizados os principais eventos de seca ocorridos entre 1995 e 2015, analisaram-se as perdas de água nos componentes do balanço hídrico e no armazenamento total de água. Foram utilizados dados de sensoriamento remoto, incluindo medições da missão GRACE de anomalias no armazenamento total de água terrestre (TWSA), e estimativas de precipitação e evapotranspiração pelos satélites TRMM e MODIS, respectivamente. Simulações de modelos globais de assimilação de dados de superfície terrestre forneceram estimativas de escoamento superficial e umidade do solo. Foram coletados dados de 37 reservatórios para quantificar as perdas de água no armazenamento em terra. Os resultados mostram que o TWSA diminuiu 150 ± 50 km3 entre 2011 e 2015 na bacia do rio Paraná, o armazenamento dos reservatórios diminuiu 30% em relação à capacidade máxima do sistema com taxas de -17 a -25 km3 ano-1 durante as secas. Foram identificados seis grupos de reservatórios cujas respostas são variáveis de acordo com tipo de forçante (natural ou antropogênica) de maior controle. A análise dos tempos de resposta do sistema hidrológico sugere um tempo de até aproximadamente 6 meses para que medidas de combate às secas sejam tomadas. Este estudo ressalta as vantagens do uso combinado de dados de diferentes fontes em estudos regionais. / Natural disasters have caused major economics and human losses globally. Recent droughts over Southeast Brazil underscored the importance of having mitigation strategies to fight the effects from extreme events and a prerequisite to anticipate the impacts from future events is an understanding of past droughts by means of spatial and temporal characterization. The objective of this study is to quantify regional impacts of extreme events on the hydrological system and identify linkages between meteorological and hydrological droughts. To this end, major droughts events between 1995 and 2015 were identified and characterized. Depletion in total water storage (TWS) and main components of the water budget were analyzed. Simulated soil moisture and runoff from land surface models and remote sensing data were used, including measurements of TWS anomalies (TWSA) data from GRACE mission, rainfall and evapotranspiration estimates from TRMM and MODIS satellites, respectively. To quantify reservoir storage depletion, data from 37 reservoirs were collected. Results show that TWSA declined by 150 ± 50 km3 between 2011 and 2015 in the Paraná basin; and reservoir storage decreased 30% relative to the system\'s maximum capacity, with negative trends ranging from -17 to -25 km3 yr-1 during the droughts. Six groups of reservoirs were identified whose response vary according to the main forcing type: human and/or natural controls. Analysis of the system\'s time lag responses indicated a 6 month window during which actions could be taken to combat the drought impacts. This study emphasizes the importance of integrating remote sensing, modelling and monitoring data to evaluate droughts and develop a comprehensive understanding of the linkages between meteorological and hydrological droughts for future management.

A Mata Atlântica, um dos ecossistemas mais ameaçados do planeta, reduzida atualmente a menos de 8% de sua cobertura original, necessita atenção especial em termos de compreensão do seu funcionamento como subsídio para sua melhor conservação. O presente estudo além de expandir a quantidade de estudos realizados nessa região, visou caracterizar o funcionamento hidrológico e a dinâmica do nitrogênio de uma microbacia com cobertura de Mata Atlântica no litoral norte do Estado de São Paulo. Para isso, foram monitorados alguns processos hidrológicos, entre eles: escoamento superficial, umidade do solo (0,15, 0,30, 0,50 e 0,90 metros de profundidade), água subterrânea, transprecipitação, precipitação e vazão, entre os anos de 2008 e 2009. Com o intuito de elucidar os processos hidrológicos que geram escoamento direto, mediu-se a condutividade hidráulica do solo (Ksat) nas mesmas profundidades da umidade do solo, com um permeâmetro de carga constante. Adicionalmente foi utilizado um sistema de injeção em fluxo (FIA) para a análise de nitrogênio inorgânico (N-NH4 + e N-NO3 -) e para a análise do nitrogênio total dissolvido (NTD) foi utilizado o TOC (Total Organic Carbon Analyser). A precipitação total no ano de 2008 foi de 1716 mm, aproximadamente 33% foi interceptada pela floresta e 67% chegam à superfície do solo. O deflúvio total foi de 681 mm, dessa forma o coeficiente de deflúvio foi de aproximadamente 40% da precipitação, sendo o restante perdido por evapotranspiração (1035 mm.ano-1). Já o ano de 2009, a precipitação foi de 3003 mm, sendo quase 60% a mais em relação a 2008, e aproximadamente 32% foi interceptada pela floresta e 68% chegam à superfície do solo. O coeficiente de deflúvio foi de aproximadamente 48% da precipitação, sendo 52% perdidos por evapotranspiração. O fato de haver predomínio de intensidades de chuva de 0 a 5 mm.h-1 permite inferir que quase a totalidade das chuvas pode se infiltrar no solo já que Ksat a 0,15 m de profundidade geralmente está acima dos valores de intensidade de chuva. O que está de acordo com o baixo valor obtido no coeficiente de escoamento superficial. Todos os processos hidrológicos apresentaram baixas concentrações de nitrogênio inorgânico. O aporte de nitrogênio no sistema hidrográfico pela precipitação no ano de 2008 foi de 3,79 kg N ha-1 ano-1, e a perda via fluvial foi de 0,67 kg N ha-1 ano-1, gerando um ganho líquido de 3,12 kg N ha-1 ano-1. No ano de 2009 o ganho foi de 1,39 kg N ha-1 ano-1 de nitrogênio, com um aporte de 1,84 kg N ha-1 ano-1 e uma perda via fluvial de 0,45 kg N ha-1 ano-1. Com os resultados obtidos, podemos concluir que o escoamento de base foi à principal via hidrológica que compõe o deflúvio, e apesar da precipitação ter sido maior em 2009, as proporções de interceptação, escoamento superficial e evapotranspiração se mantiveram inalteradas. Em termos de nitrogênio, as baixas entradas e saídas monstraram que a microbacia possui ciclo de nitrogênio bastante conservativo. Com exceção do escoamento superficial e da transprecipitação, o nitrogênio orgânico predominou em relação ao inorgânico / The Atlantic rainforest is one of the most endangered ecosystems of our planet, this once huge forest area presents only 8% of its original distribution and need special attention in terms of the comprehension of its functioning as a mean to improve conservation goals. In this context, the present study contributes to increase the quantity of studies carried out in this region aimed to describe the hydrological functioning and the nitrogen dynamics of a small catchment covered by Atlantic rainforest sited on north coast of Sao Paulo State, Brazil. To reach these goals, hydrological processes such as surface runoff, groundwater, streamflow, precipitation, net precipitation, soil water storage at 0,15, 0,30, 0,50 and 0,90 m, water table fluctuations, were monitored during two years (2008 and 2009). Aiming to clarify soil hydrological processes the soil saturated hydraulic conductivity was measured in the field at the depths of water storage measurements using a constant head permeameter. In addition, a flow injection system was used to determine inorganic (N-NO3 - and N-NH4 +) concentrations in the water of these hydrological processes. For organic nitrogen calculations, total dissolved nitrogen was determined by Total Organic Carbon Analyser. For 2008, the annual precipitation (P) was 1716 mm, being 33% intercepted by the forest canopy. The remaining 67% reached the soil surface. The annual water yield (Q) was 681 mm and the runoff coefficient was 40% of annual rainfall being the rest, 1035 mm, lost as evapotranspiration. For 2009, annual precipitation was 2009, a value 60% higher than in 2008. Of this amount, 32% was intercepted by forest and 68% reached the forest floor. Runoff coefficient was 48% of annual rainfall and the difference between these processes was lost as evapotranspiration. The predominance of low intensity rainfall (0 5 mm h-1) provide basis to infer that most rainfall events infiltrate the soil because Ksat at 0,15 m always exceeds this rainfall rates. In this way, very low surface runoff coefficients were calculated from the plots. For nitrogen, the results of inorganic nitrogen concentrations showed very low values in all hydrological processes. The rainfall input of nitrogen in 2008 was 3,79 kg ha-1 yr-1 and output by streamflow was 0,67 kg ha-1 yr-1. Calculations show a net gain of 3,12 kg ha-1 yr-1. For 2009, the net gain was about 1,39 kg ha-1 yr-1. Annual rainfall input was estimated as 1,84 kg ha-1 yr-1 and nitrogen streamflow outputs was 0,45 kg ha-1 yr-1. From these results, the following conclusions can be drawn: (a) baseflow is the main source of water for the annual water yields. Despite the fact of higher annual precipitation in 2009, interception losses as well as surface runoff and evapotranspiration maintained the same values. For nitrogen, low deposition rates (inputs) as well as low outputs via streamflow demonstrate that the forest within the watershed presents a conservative nitrogen cycle. Except for net precipitation and surface runoff, organic nitrogen predominated against inorganic nitrogen

No Brasil, o processo de urbanização iniciado na década de 1950 ocorreu sem o planejamento adequado, e resultou em impactos sobre os sistemas de drenagem das bacias hidrográficas. Essas alterações no escoamento, associadas à ocupação humana das áreas de várzea, resultam em inundações com enormes prejuízos materiais e não materiais. Na falta de uma visão mais global dos processos que ocorrem na bacia, muitas vezes os problemas de enchentes urbanas são combatidos com obras que visam expulsar a água o mais rápido possível. Tais soluções acabam por transferir o problema para regiões à jusante da bacia, além de estimular a ampliação da ocupação das planícies de inundação dos cursos de água. Em 1945, em sua tese de doutorado, o pesquisador Gilbert F. White analisou os prejuízos materiais e não materiais causados por inundações nos Estados Unidos e concluiu que, sempre que possível, a ocupação humana deve se adaptar às enchentes. A partir desse princípio, foi criado em 1969 o Urban Drainage and Flood Control District (UDFCD), com o objetivo de ajudar governos locais da região metropolitana de Denver, nos EUA, na redução do risco de inundações. O presente trabalho teve como objetivo principal o estudo das inundações geradas por precipitações de diferentes tempos de retorno em cenários alternativos de ocupação da bacia hidrográfica do Córrego do Mineirinho. Um dos cenários estudados foi desenvolvido à luz dos princípios e diretrizes do UDFCD para o controle de inundações. A modelação hidráulico-hidrológica foi utilizada para construir hidrogramas de cheia e manchas de inundação para a bacia, e assim possibilitar a comparação entre os cenários alternativos. Os resultados demonstraram que o Plano Diretor Municipal de São Carlos não considera o controle de inundações, e caso a região se desenvolva segundo suas diretrizes, ocorrerá ampliação das inundações na bacia e aumento nas vazões descarregadas no exutório, em relação à situação atual. Caso seja construído o reservatório de detenção previsto no Plano Diretor de Drenagem Urbana, as vazões no exutório diminuirão drasticamente, reduzindo o impacto nas bacias à jusante; no entanto, a inundação atingirá áreas residenciais, causando problemas aos habitantes. Caso a região se desenvolva segundo os princípios e diretrizes do UDFCD para o controle de inundações, as vazões no exutório da bacia diminuirão em relação à situação atual, e as áreas inundadas não atingirão a população. / In Brazil, the urbanization process started in the 1950s occurred without proper planning, and resulted in negative impacts on the hydrologic systems, such as increased frequency of flooding and peak flow volumes. The changes in runoff associated with human occupation of floodplains result in floods with huge losses. In the absence of a more global view of the processes occurring in the watersheds, often the problems of urban flooding are countered with works that aim to expel the water as quickly as possible. Such solutions end up transferring the problem to regions downstream of the watershed, and stimulate the occupation of floodplains. In 1945, Gilbert F. White analyzed the material and non-material damage caused by floods in the United States and concluded that whenever possible, human occupation must adapt to floods. From that idea, in 1969 was created the Urban Drainage and Flood Control District (UDFCD), with the goal of helping local governments in Denver metropolitan area, USA, in reducing the risk of flooding. This work aimed to study the floods generated by rainfall of different return periods under alternative scenarios for the land use and occupation of the watershed of stream Mineirinho, in Sao Carlos, SP. A particular scenario of land use and occupation was developed under the principles and guidelines of UDFCD for flood control. Hydraulic-hydrological modeling was performed to construct hydrographs and flood maps for the watershed, enabling a comparison between the alternative scenarios. The results demonstrated that the Master Plan of Sao Carlos does not consider flood control, and if the region is developed according to their guidelines, the flow rate and flood areas will be increase, in comparison to the current situation of land use and occupation. If the detention reservoir provided for Master Plan for Urban Drainage is built, flow rates will decrease drastically, reducing the impact on the watersheds downstream. However, the flood will reach residential areas, causing problems for the population. If the region is developed according to the principles and guidelines of UDFCD for flood control, the outflow will decrease compared to the current situation, and the flooded areas will not reach the population.

Devido ao processo de crescimento das cidades e atividade agrícolas há impactos que afetam os recursos hídricos como a escassez, degradação da qualidade de água e consequente conflitos de usos. Neste contexto, os modelos hidrológicos são importantes ferramentas para avaliar o comportamento hídrico de bacias hidrográficas, além de também poderem ser utilizados na previsão de cenários a fim de verificar o impacto do uso e ocupação do solo. Assim, o presente estudo teve como finalidade avaliar o desempenho do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT) na simulação da vazão na Bacia Hidrográfica do Ribeirão Taquaruçu. A calibração automática foi realizada com o programa SWAT-CUP, em passo diário, com dados de duas estações fluviométricas da BRK Ambiental no período de abril de 2013 a julho de 2014, enquanto os dados de agosto de 2014 a agosto de 2015 foram utilizados no período de validação. A análise de sensibilidade foi realizada com 14 parâmetros selecionados entre aqueles mais significativos para a simulação de vazão em região do bioma Cerrado. Os resultados da análise de sensibilidade indicaram que os parâmetros mais influentes são o SOL_K (condutividade hidráulica saturada do solo) e CN2 (curva número para a condição II). Para avaliação do desempenho do modelo foram utilizadas as funções objetivos Nash-Sutcliffe (NSE) e o coeficiente de determinação (R2) que indicaram, no período de calibração, os seguintes valores: -0,05 e 0,55 (sub-bacia 1); 0,51 (sub-bacia 3), respectivamente. Já no período de validação foram apresentados os seguintes resultados para NSE e R2: 0,44 e 0,54 (sub-bacia 1); 0,24 e 0,29 (sub-bacia 3), nesta ordem. Considerando que o objeto de estudo é importante por ser responsável por grande parte do abastecimento de água do município de Palmas – TO e que o software não conseguiu simular de forma adequada as vazões mínimas, os resultados são considerados insatisfatórios. / Due to the process of city growth and agricultural activity there are impacts that affect water resources such as scarcity, degradation of water quality and consequent conflicts of uses. In this context, hydrological models are important tools to evaluate the hydrological behavior of watersheds, and can also be used to predict scenarios to verify the impact of land use and occupation. Thus, the present study had as purpose to evaluate the performance of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model in the flow simulation in the Ribeirão Taquaruçu Watershed. The automatic calibration was performed with the SWAT-CUP program, in a daily step, with data from two BRK Ambiental fluviometric stations from April 2013 to July 2014, while data from August 2014 to August 2015 were used in the period of validation. The sensitivity analysis was performed with 14 parameters chosen considering the most significant ones for the simulation of flow in the Cerrado region. The results of the sensitivity analysis indicated that the most influential parameters are the SOL_K (saturated hydraulic conductivity of the soil) and CN2 (number curve for condition II). The Nash-Sutcliffe objective functions (NSE) and the determination coefficient (R2) were used to evaluate the performance of the model, which indicated, in the calibration period, the following values: - 0.05 and 0.55 (sub-basin 1); 0.51 (sub-basin 3), respectively. In the validation period, the following results were presented for NSE and R2: 0,44 and 0,54 (sub-basin 1); 0.24 and 0.29 (sub-basin 3), in that order. Considering that the object of study is important because it is responsible for a large part of the water supply of the municipality of Palmas – TO and that the software was not able to simulate the minimum flows adequately, the results are considered unsatisfactory.

Os processos de cheias em bacias urbanas vêm sendo agravados devido a uma série de motivos associados à ocupação desordenada do solo urbano. As medidas de controle de enchentes podem ter sua eficiência analisada através da modelagem hidrológica matemática. É neste sentido que o presente trabalho analisa a influência da urbanização sobre os distúrbios no escoamento superficial, por meio de simulações de cenários urbanísticos propostos, com a finalidade de servir como ferramenta de planejamento urbano. Para isso, definiu-se como área de estudo, parte da bacia do Córrego do Gregório, São Carlos - SP. As principais informações da bacia a serem consideradas são: topografia, hidrografia, uso do solo urbano, expansão da área urbana, áreas de proteção ambiental e divisores de microbacias. O modelo hidrológico utilizado é o IPHS-1, do tipo concentrado. Para essa análise são propostos e simulados cenários urbanísticos, baseados na adoção de medidas de controle de inundações não-estruturais, referindo-se principalmente, à conservação de áreas verdes e disciplinamento do uso e ocupação do solo, verificando sua eficiência na redução do volume escoado e atenuação das vazões de pico. / The flooding processes in urban basins have become worse due to many reasons. All of them associated with the disorganized occupancy of the urban area land. The efficiency of flood mitigation measures can be analyzed by mathematical modeling. This study aims to be used as a tool for urban planning and it analyses the influence of the urbanization processes on surface runoff, using simulation of several urbanization scenarios. The case study was undertaken at the Gregório River Basin in São Carlos - SP. The main information considered was topography, hydrology, urban land use, urbanization, protected land and sub-basins. The software used was IPHS-1 which is a lumped hydrologic model. In this research many urbanization scenarios are proposed and simulated. These views are based in many nonstructural flood mitigation alternatives such as land cover conservation, use and occupancy of the land, in order to check their efficiency in reducing the total volume of surface runoff and the peak flow.

Os reservatórios se constituem numa das principais formas estabelecidas pelo homem de modificar o ciclo hidrológico ao armazenar água para sua utilização no futuro. Em algumas regiões do país este mecanismo é de fundamental importância para o atendimento das demandas consultivas, seja pelas condições adversas do clima, como é o caso do semiárido nordestino, como também em função da alta demanda de água requerida para o atendimento da irrigação, como ocorre em algumas áreas do Rio Grande do Sul. Este trabalho apresenta uma metodologia de balanço hídrico em rios e reservatórios de pequeno porte, cujo foco é o atendimento aos instrumentos da Política Nacional de Recursos Hídricos, como a outorga de direito de recursos hídricos e as políticas de planejamento. A metodologia está baseada na integração entre o modelo hidrológico chuva-vazão MGB-IPH como recurso para obtenção das séries afluentes de cada reservatório e trecho de rio do sistema hídrico. Associado ao modelo hidrológico, está a integração com os Sistemas de Informações Geográficas, que possuem a vantagem de obtenção das características físicas da bacia de forma automática, facilitando também a associação com os objetos que representam o sistema hídrico (i.e. demandas e reservatórios). O modelo de simulação realiza a contabilização do movimento de água através de um sistema de reservatórios e trechos de rio, cuja progressão de cálculo é realizada de montante para jusante. Como técnica de otimização, foi utilizado o algoritmo SCE-UA, baseado na teoria dos algoritmos evolucionários. A metodologia desenvolvida foi aplicada na Bacia do Rio Quaraí, caracterizada pelo intenso uso da água para o atendimento das demandas da irrigação, e também pelo estabelecimento de centenas de pequenas estruturas de reservação de água, destinadas ao abastecimento destas demandas. Os resultados indicaram que não há água suficiente para o atendimento das demandas da irrigação em 100% do tempo. Em média, apenas 75% do volume total de água requerido para o atendimento das demandas atuais poderia ser atendido, considerando o período simulado de 20 anos. Nos anos mais críticos pode ocorrer o esgotamento do curso principal do Quaraí e outros locais, decorrência das retiradas de água, além do efeito da reservação de água pelos açudes, pois admitiu-se a hipótese de não existirem descarregadores de fundo nessas estruturas. Como alternativas para a gestão da água na bacia, apontam-se a definição de critérios de outorga para retiradas e liberação de água em reservatórios, além de implementação de novas estruturas de reservação e regularização. / Reservoirs are the most important form established by the man to modify the hydrological cycle to store water for use in the future. In some regions of Brazil this mechanism is crucial to meet the advisory needs, either by adverse weather conditions, such as the semi-arid northeast, but also due to the high demand of water required to meet the irrigation, as occurs in some areas of Rio Grande do Sul. This work presents a methodology of water balance in rivers and small reservoirs, whose focus is to achieve the goals of the instruments of the National Water Resources Policy, as the water rights and the planning policies. The methodology is based on the integration between the hydrological rainfall-runoff model MGB-IPH as a resource for obtaining streamflow series from upstreams of each reservoir and for all sub-watershed defined on the water system. Associated with the hydrological model is the integration with Geographic Information Systems, which have the advantage of obtaining the physical characteristics of the basin automatically, it also facilitates association with objects that represent the water system (i.e. demands and reservoirs). The simulation model performs accounting for the movement of water through a system of reservoirs and river stretches whose progression calculation is performed from upstream to downstream. As optimization technique, the SCE-UA algorithm, based on the theory of evolutionary algorithms was used. The procedure was applied in the Quaraí River Basin, characterized by intense use of water to meet the irrigation demands, and also by the establishment of hundreds of small structures reservation of water, destined to supply these demands. The results indicated that there is not water enough to meet the demands of irrigation at 100% of the time. On average, only 75% of the total volume of water required to meet the current demands could be met, considering the simulated period of 20 years. In the most critical years can occur exhaustion of the main course of the Quaraí and other sites, due to withdrawals plus the effect of the reservation by dams, it admitted the hypothesis that there are no releases in this structures. As alternatives to water management in the basin, point the definition of licensing criteria for withdrawals and releases in dams, as well as implementing new reservoir with regularization structures.

A previsão hidrológica possibilita a identificação antecipada de eventos de cheia potencialmente causadores de inundação, o que é de grande importância para a atuação de entidades como a Defesa Civil. Quando se deseja estender a antecedência no tempo em relação a estes eventos, principalmente nos casos onde a bacia de interesse é relativamente rápida, torna-se necessária a incorporação de previsões quantitativas de precipitação (QPF) na modelagem hidrológica, as quais podem ser obtidas a partir de modelos numéricos de previsão do tempo. Entretanto, a falta de acurácia atribuída a estas previsões de chuva, dadas de forma determinística, vem promovendo sua substituição por sistemas de previsão meteorológica por conjunto (EPS - Ensemble Prediction Systems), cuja finalidade é a geração de possíveis estados futuros da atmosfera para considerar as incertezas associadas ao seu estado inicial e às deficiências na representação física dos modelos de previsão do tempo. Neste contexto, o presente estudo teve por objetivo avaliar uma metodologia de previsão de cheias por conjunto na bacia do Taquari-Antas/RS até a cidade de Encantado (19.000 km²), localizada na região Sul do Brasil. Para tanto, foi utilizado o modelo hidrológico MGB-IPH acoplado a diferentes sistemas de previsão, sendo eles: (i) EPS Regional ETA, de curto prazo (até 72 horas) com 5 membros de diferentes parametrizações; (ii) EPS Global ECMWF de médio prazo (até 10 dias) com 50 membros de condições iniciais perturbadas, incluindo perturbação estocástica nos parâmetros de ajuste do modelo e; (iii) Previsão Determinística do Modelo Regional ETA (até 7 dias). A avaliação das previsões consistiu em dois hindcastings distintos, envolvendo uma análise visual de eventos singulares ocorridos em 06/06/2014 e 21/07/2011 além de uma análise estatística no período de Mar/2014 - Nov/2014. Durante a análise visual foi possível identificar, a partir de antecedências de 5 a 6 dias, uma persistência na previsão dada pelo crescente número de membros do conjunto de médio prazo (ECMWF) com superação dos limiares de referência, na medida em que se aproximavam os eventos de cheia. Apesar da grande incerteza na magnitude das previsões hidrológicas para o conjunto de curto prazo, a vazão máxima foi relativamente bem prevista por pelo menos 1 membro em quase todas as antecedências, enquanto que a previsão do timing dos eventos foi considerada de boa confiabilidade. Durante a avaliação estatística foi possível notar uma falta de espalhamento nos conjuntos, com tendência de subestimativa de acordo com o aumento da antecedência. Em uma comparação com previsões determinísticas, as previsões por conjunto demonstraram maior acurácia principalmente até 72 horas de antecedência, com destaque para a maior probabilidade de detecção dos limiares de referência e manutenção de falso alarme a níveis reduzidos. Além disso, verificou-se também que a agregação de previsões efetuadas em tempo anterior naquelas atuais acarreta em ligeira ampliação do espalhamento do conjunto e maiores probabilidades de detecção dos limiares de alerta para os membros mais elevados, apesar da redução no desempenho em termos de acurácia e viés. De forma geral, as previsões por conjunto apresentam potencial para servir como uma informação complementar em sistemas de alerta contra cheias, possibilitando uma melhor preparação dos agentes envolvidos durante a ocorrência destes eventos. / Hydrological forecasting plays an important role for issuing flood warnings, allowing for anticipation and better preparation of authorities at the occurrence of such events. In order to extend lead time in a flood forecast, especially when the catchment response time is relatively fast, it may be useful to couple a hydrological model to quantitative precipitation forecasts (QPF), usually obtained directly from numerical weather prediction (NWP). However, deterministic (i.e. single) QPF are usually referred to many errors and lack of accuracy, mainly caused by uncertainties on initial state of the atmosphere and on physical representation of weather forecasting models. To address these shortcomings, it becomes necessary to take into account the uncertainties associated to rain forecasts, which can be represented by Ensemble Prediction Systems (EPS). The purpose of such systems is to provide different trajectories of the atmosphere by perturbations on its initial condition and on parameterization schemes of the models, generating an ensemble of forecasts that can be used as input to hydrological modelling (HEPS). In this context, the present study aimed to assess a methodology of ensemble flood forecasting on Taquari-Antas basin up to the city of Encantado/RS (19.000 km²), located in southern Brazil. Therefore, the hydrological model MGB-IPH was coupled to different forecasting systems: (i) Short Range EPS ETA (up to 72 hours), a regional model with 5 members of different parameterization schemes; (ii) Medium Range EPS ECMWF (up to 10 days), a global model with 50 members of perturbed initial conditions and stochastic perturbation in the model parameters; (iii) Deterministic ETA Model (up to 7 days). The forecasts were evaluated by two different hindcastings, which includes a visual assessment of singular events occurred on 2011 and 2014 and a statistical analysis for the period between Mar/2014 and Nov/2014. It was possible to identify a forecast persistence on medium-range for the selected events, by the increasing number of members exceeding the reference thresholds from lead times up to 5 - 6 days. On the short range, although large uncertainties in the magnitude of hydrological forecasts were found, the peak discharge was well forecasted - at least for a single member - in nearly all lead times, whereas the prediction of the peak timing was considered reliable. Regarding to statistical evaluation, an inadequate spread in the ensemble was observed from short- to medium-range, with a tendency of underestimation for longer lead times. In a comparison with deterministic forecasts, the ensemble forecasts showed higher accuracy especially up to 72 hours in advance, including highlights on greater probability of detection (POD) above the reference thresholds even with low false alarm rates. It also was found that the a combination of previous forecasts on the recent ones leads to a slight increase of ensemble spread and POD for higher members, despite the performance reduction in terms of accuracy and bias. In summary, the hydrological ensemble forecasts demonstrated a good potential to serve as an additional information within a Flood Alert System.

Studies from the Forestry Institute of São Paulo State have shown that in the end of the 20th century, the native forest cover of the state of SP reached the maximum level of forest loss. From that point on, a period of forest increase and expansion started. Industrialization, law enforcement, economic benefits, and social pressure experienced in recent years are believed to be contributing to the preservation and regrowth of the native vegetation cover in certain locations. This study proposed to model the dynamics of native vegetation cover in the Piracicaba River basin (12,500 km²) in the state of São Paulo, Brazil, to evaluate possible effects of these changes in ecosystem services related to river flow & regulation and landscape structure, linking to biodiversity & habitat supported by forest patches. To achieve the proposal set out in this research, dynamic models of native vegetation were established. Thematic land cover maps of the years 1990, 2000 and 2010, originated from Landsat 5 TM images, formed the spatiotemporal basis of this study. With the aid of Dinamica EGO (a dynamic modeling software), three future scenarios were created, called status quo (SQ), no deforestation (ND) and riparian restoration enforcement (RRE). An analysis using weights of evidence was done to identify forest transition drivers. The drivers are divided into two groups, (1) environmental & physical, consisting of soil types, hydrographic network, rainfall and presence of native forest fragments and (2) anthropic, consisting of population density, gross national product, road network, urban patches and predominant rural activities. Resulting scenarios were analyzed by means of landscape metrics to compare and qualify vegetation patches in relation to structure as proxy for supporting ecosystem services. Finally, Soil & Water Assessment Tool (SWAT), a hydrological model, was used to determine the influence of different forest scenarios in mean annual water yield and regulation processes throughout the basin, and, therefore, compare scenarios as to effects on regulating ecosystem services. Results show that forest transition is indeed occurring, with native vegetation cover parting from 24.4% in 1990, to 20.1% in 2000 and 21.8% in 2010. Scenario results were of 22.4% (SQ), 43.2% (ND) and 28.4% (RRE) for 2050. Forest loss was identified as a product of anthropogenic drivers while regrowth was of physical & environmental drivers. When the area was segmented, regions with greater environmental condition resulted in improved values of landscape structure. SQ scenario was the most affected, losing small patches of forest that could function as structural connectors, and therefore potentially affect biodiversity and habitat. Mean annual water yield was reduced with forest regrowth by as much as 10.3% in ND. We concluded that the dynamics occurring in the landscape and the proposed scenarios affect mean annual water yield, regulation and landscape structure, allowing us to discuss differences between the scenarios and the relation between forest dynamics, landscape structure, hydrology and overtime potential effects over regulating and supporting ecosystem services. / Levantamentos do Instituto Florestal de São Paulo têm mostrado que no final do século XX a cobertura florestal nativa total do estado atingiu um patamar de perda e que se iniciou então um período de expansão. Rigidez de leis, fiscalização, benefícios econômicos, além de pressão social demonstrados nos últimos anos têm contribuído para essa expansão da vegetação nativa em certos locais. Este estudo propôs modelar a dinâmica da cobertura florestal nativa na bacia do Rio Piracicaba (12.500 km2), localizada no Estado de São Paulo, para averiguar os possíveis efeitos dessas mudanças nos serviços ecossistêmicos ligados à vazão e regulação de rios, além da própria estrutura da paisagem simulada, interligando-se com biodiversidade e habitat, promovidos pelos remanescentes florestais. Para atingir a proposta estabelecida nesta pesquisa, modelos de dinâmica da vegetação nativa foram desenvolvidos. Foram utilizados mapas temáticos de cobertura e uso do solo dos anos 1990, 2000 e 2010 originados a partir de imagens Landsat 5 TM. Com auxílio do software Dinamica EGO, especializado em modelagem da paisagem, criaram-se três modelos espaciais e temporais da dinâmica florestal, levando em consideração os cenários status quo (SQ), no deforestation (ND) e riparian restoration enforcement (RRE). Uma análise usando pesos de evidência foi utilizada para identificar as variáveis de transição florestal. As variáveis foram divididas em dois grupos, (1) físicas e ambientais, consistindo de tipos de solo, rede de drenagem, pluviosidade e presença de fragmentos florestais e (2) antrópicos, consistindo de densidade populacional, produto interno bruto, rede viária, zonas urbanas e predominância de atividade rural. Os cenários resultantes foram analisados por métricas de paisagem para fim de comparação e qualificação dos fragmentos em relação a sua estrutura, interligando-se aos serviços ecossistêmicos de suporte. Por último, foi realizada uma modelagem hidrológica usando o modelo Soil & Water Assessment Tool (SWAT) para averiguar a influência da mudança florestal na regulação de vazão de rios e portanto comparar os cenários em relação aos seus efeitos sobre serviços ecossistêmicos de regulação interligados à água. Resultados mostraram que transição florestal ocorreu, passando a cobertura florestal de 24,4% em 1990 para 20,1% em 2000 e então 21,8% em 2010. Cenários resultaram em uma cobertura florestal de 22,4% (SQ), 43,2% (LE) e 28,4% (RRE) para o ano de 2050. A perda de floresta foi identificada como produto de variáveis de natureza antrópica enquanto o ganho florestal foi de variáveis físicas e ambientais. Regiões com melhores condições ambientais resultaram em melhores valores de estrutura da paisagem. SQ foi afetado principalmente pela perda de pequenos fragmentos florestais que funcionam como conectores estruturais da paisagem, potencialmente afetando a biodiversidade e habitat. O deflúvio médio anual foi reduzido em até 10,3% com o incremento florestal observado em ND. Conclui-se que a cobertura florestal na paisagem e os cenários propostos afetam o deflúvio, regulação e a estrutura da paisagem, nos permitindo discutir nas diferenças entre cada cenário e a relação entre dinâmica florestal, estrutura da paisagem, hidrologia e potenciais efeitos nos serviços ecossistêmicos de suporte e regulação.